Биологик кимё фанининг мақсад ва вазифалари, методлари ва тарихи

Биологик кимё фанининг мақсад ва вазифалари, методлари ва тарихи

1.1. Биологик кимё фанининг предмети ва вазифалари.

1.2. Биокимё фаниниг асосий ёъналишлари.
1.3. Биологик кимё фанининг бошқа фанлар билан боғланиши.
1.4. Биокимёвий тадқиқотлар ва уларнинг услуби.
1.1. Биологик кимё фанининг предмети ва вазифалари. Биологик кимё – барча тирик организмларда кечадиган кимёвий жараёнларни ўрганувчи фан. Бу жараёнлар организмларда, унинг тўқима ва аъзоларида, ҳужайра ҳамда унинг таркибидаги тузилмалар (структуралар)да доим содир бўлиб турадиган моддалар ва энергия алмашинувидан иборат. Моддалар алмашинувини ўрганишдан олдин турли организмлар таркибида ўзгариб турадиган моддалар билан танишиб чиқиш зарур. Биологик кимё фани оқсиллар, нуклеин кислоталар, углеводлар, липидлар, витаминлар ҳамда анорганик бирикмаларнинг кимёвий тузилишлари, хоссалари, уларни организмнинг турли қисмларида, жумладан, ҳужайра ва унинг элементларида тарқалиши, жойлашишини ўрганиш билан шуғулланади.
Биокимё фани 3 бўлимдан иборат:
1. Статик биокимё.
2. Динамик биокимё.
3. Функтсионал биокимё.
Статик биокимё тирик организм таркибига кирувчи моддаларнинг кимёвий таркиби ва хусусиятларини ўрганади. Бу бўлимнинг асосий масалалари биоорганик кимё томонидан ўрганилади.
Динамик биокимё организмга моддаларнинг қабул қилинишидан бошлаб охирги маҳсулотлар шаклида чиқариб юборилишигача бўлган барча ўзгаришларни таҳлил қилади.
Функтсионал биокимё аъзо ва тўқима функтсияларига боғлиқ равишда, уларда кечадиган кимёвий жараёнларни тадқиқ этади.
Биологик кимёнинг барча бўлимлари ўзаро узвий боғланган ва замонавий биокимёнинг қисмлари ҳисобланади.
Биологик кимё тадқиқот объектига кўра одам ва ҳайвонлар биокимёси, ўсимликлар биокимёси ва микроорганизмлар биокимёсига бўлинади.
Биологик кимё биология ва кимё фанлари оралиғидаги бир соҳа бўлганлиги учун у шу икки фаннинг маълумотлари ва ғояларига асосланади. Бу фан алоҳида фан сифатида биология ва кимё фанларининг маълум ривожланиш босқичида пайдо бўлган. Биологик кимё ҳақидаги дастлабки тушунча машҳур франсуз олими Лавуазъе (1743-1794) нинг ХВИИИ аср охирларида олиб борган тажрибаларидан бошланган деб ҳисобланади. Унинг оксидланиш ва бу жараёнда кислороднинг ўрни ҳақидаги классик тадқиқотлари танадаги “ёниш” ҳодисасининг кимёвий асосини аниқлашга олиб келди. Лавуазъе бу реаксияда кислород ютилиб, карбонат ангидрид ажралиб чиқади ва иссиқлик ҳосил бўлади, деган хулосага келган эди.
Ўрта асрнинг буюк алломаси ва табиби Абу Али ибн Сино (980-1037) ўзининг “Тиб қонунлари” асарида тиббиётда қўлланиладиган кимёвий моддаларнинг таснифини, тананинг “суюқ”лиги ва сийдик таркибидаги моддаларни айтиб ўтган.
Инсонларнинг касалликлар сабабини тушуниш ва унга қарши дори излашга бўлган табиий интилишлари тирик организмларда кечадиган жараёнларга қизиқиш уйғота борди.
Фармасевтика амалиётида биокимё янгидан-янги ўринларни эгалламоқда. Жумладан, биологик катализаторлар бўлган – ферментлар саноатда дори моддалари (масалан, стероид гормонлар)ни синтез қилишда қўлланилмоқда. Ген инженерияси усули ёрдамида табиий дори препаратларини ишлаб чиқаришнинг истиқболли ёъллари кўриб чиқилмоқда. Микроорганизмлар биокимёсини билиш аминокислоталар, нуклеотидлар, нуклеозидлар, витаминлар, антибиотиклар каби дори препаратларини саноатда ишлаб чиқаришнинг қулай ва иқтисодий жиҳатдан самарали усулларини яратиш имконини берди. Ферментлардан аналитик реагент сифатида фойдаланиб дориларни тез ва ўзига хос (спесифик) таҳлил қилиш усуллари ишлаб чиқилди.
Амалиётда дориларнинг таъсир механизмларини билиш катта аҳамиятга эга. Ҳужайранинг фермент системаси томонидан дориларнинг ўзгаришга учрашини ўрганиш қўлланиладиган дорининг меъёрини, унинг организмда алмашинувини бошқариш ва таъсир этувчи модданинг табиатини, яъни унинг самараси дастлабки модданинг таъсирими ёки унинг алмашинув маҳсулоти эканлигини тушуниш имкониятини беради.
1.2. Биокимё фаниниг асосий ёъналишлари. Биологик кимё фаниниг асосий соҳалари. Бошқа фан соҳаларида бўлгани каби биологик кимё шуғулланадиган муаммоларнинг кенгайиши ва тобора чуқурлашиши туфайли ундан янги шахобчалар ажралиб, мустақил тармоқлар пайдо бўлди. Илгарироқ ажралиб ҳозирги даврда кенг соҳаларга айланган энзимология, витаминология, эндокринология қаторига кейинги йилларда мембраналар биокимёси, нейробиокимё, аналитик биокимё, квант биокимёси ва бошқалар қўсхилди. Аммо биология фанларида кейинги чорак аср ичида юз берган фундаментал ўзгаришлар, молекуляр биология, молекуляр генетика ва бу ажойиб соҳаларнинг ривожланиши асосида дунёга келган ген, ҳужайра, оқсил инженерлиги ва умуман биотехнологиянинг мислсиз муваффақиятлари билан бўлиқ.
Оқсиллар ва нуклеин кислоталар молекулаларининг структураси билан уларнинг биологик вазифаси орасидаги боғланишнинг аниқланиши 1-навбатда, биология фаниниг биокимёвий маълумотларига асосланган энг ёш соҳаси – молекуляр биологиянинг дастлабки, аммо энг муҳим ютуқларидандир.
Шундай қилиб, ҳозирги замон биокимёси ҳаётий жараёнларнинг энг чуқур сирларини очиш, оқсил синтези, моддалар алмашинуви ва наслни идора қилиш муаммоларини ҳал этиш арафасида турибди. Бу муҳим вазифаларнинг ҳал этилиши одамлар учун энг оғир офат бўлган рак, вирусли касалликлар, ирсий касалликлар ва юрак-томир касалликларини енгиш, инсон умрини узайтириш каби муаммоларни ҳал қилишнинг назарий асосини яратади.
1.3. Биологик кимё фанининг бошқа фанлар билан боғланиши. Биологик кимё фанининг кимё фанлари билан, яъни физик кимё билан умумийлик жуда кўп. Бу айниқса, уларнинг табиий моддаларни ўрганишда қўлланиладиган усуллари учун тааллуқлидир, аммо биологик кимё ва кимё фанлари олдида турлича вазифалар туради. Органик ва физик кимё фанларини кўпроқ кимёвий бирикмаларнинг тузилиши ва хоссалари, масалан уларнинг электрон cтруктуралари, боғланиш табиати ва уларнинг ҳосил бўлиш механизми, изомерияси, конформасияси ва бошқалар қизиқтиради. Биологик кимё учун эса барча кимёвий моддаларнинг биологик (функсионал) вазифалари ва тирик организмдаги физик-кимёвий жараёнлар, шунингдек турли касалликларда бу вазифаларнинг бузилиш механизмларини тушуниш асосий вазифа бўлиб ҳисобланади.
Биологик кимё бир қанча аралаш фанлардан келиб чиққан бўлиб, илгаригидек улар билан тирик табиатни ўрганишда узвий алоқаларни сақлаб қолади, лекин шу билан бирга у ўзига хос ва мустақил фан сифатида қолади ҳамда моддаларнинг тузилиши ва уларнинг вазифалари ўртасидаги боғлиқликни, тирик организмда кимёвий бирикмаларнинг алмашинувини, тирик системаларда энергиянинг ҳосил бўлиш ёълларини, организм, тўқима, ҳужайрада физик-кимёвий жараёнларнинг бошқарилиш механизмларини, тирик организмларда генетик ахборотнинг кўчирилишини молекуляр механизмларини ва ҳоказоларни ўрганишни ўзининг асосий вазифаси деб ҳисоблайди.
1.4. Биокимёвий тадқиқотлар ва уларнинг услуби. Биохимикларнинг иши тирик объектлар билан боғлиқ бўлганлиги сабабли бирор бир моддани ажратиб олиш учун юқори даражадаги усулларни қўллаши, одатдаги физик-кимёвий таҳлилларга биологик молекулаларни олиб бориш учун бир қатор қўшимча жараёнларни бажариши лозим бўлади. Биологик материалдан моддаларни ажратиб олишда жараёнларнинг бориш тартиби тахминан қуйидагича бўлади:
1. Гомогенлаш.
2. Ултрасентрифугалаш.
3. Экстраксия.
4. Таҳлил (реекстраксия, иссиқлик билан ишлов бериш, диализ, седиментасия, электрофорез, хроматография).
Биологик моддаларни ажратиб олиш ва таҳлил қилиш усули уларнинг хусусиятларига боғлиқ ҳолда танлаб олинади.
Ажратиб олинадиган моддаларнинг тузилмаларини ва физик-кимёвий хоссаларини аниқлаш, уни миқдорий жиҳатдан ўрганиш учун турли хил физик, физик-кимёвий, кимёвий таҳлил усуллари, шунингдек ажратилган бирикманинг электрон тузилмасини квант-механик ҳисобларидан фойдаланилади. Бу усулларни қўллаш биологик моддаларнинг табиий структурасини сақлаб қолиш имконини бериши керак.
Биологик материалларни текширишда қўйилган мақсадга биноан лозим бўлган усуллардан фойдаланилади. Эксперимент шароитида биокимёвий тадқиқот учун ҳар қандай биологик материални осонлик билан олиш мумкин, клиникада эса бу имконият нисбатан чегараланган. Фарматсияда эса биологик материал сифатида ҳайвон тўқималари ва дори препаратлари ишлатилади.
Плазма, қон зардоби ва бошқа биологик суюқликлар ҳар хил табиий моддаларнинг сувда эриган аралашмасидан иборат. Ферментлар эса табиатан мураккаб оқсиллардан ташкил топганлиги сабабли, уларни аниқлашда биологик суюқликларга таркибини ўзгартирувчи моддалар қўшилмайди, борди-ю фермент контсентратсияси юқори бўлса, у суюлтирилади. Агарда биологик суюқликдаги фермент ундаги текширилаётган моддани катализлаб, аниқлашга тўсқинлик қилаётган бўлса, фермент фаоллиги тегишли реактив билан тўхтатилади. Одатда, бу мақсад учун учҳлорсирка кислотаси, нитрат, фосфорволфрамли, сулфат кислоталари ёки термик таъсир қўлланилади. Бунда ферментлар билан бирга бошқа оқсиллар ҳам чўкмага тушади.
Гомогенлаш. Биокимёвий тадқиқотлар ҳужайра, тўқима, орган таркибий қисмларида жойлашган органоид ёки унинг бўлакчаларида, масалан, мембраналарида ўтказиладиган бўлса, унда ҳужайра ёки тўқимани аввал майдалаш керак бўлади. Бунинг учун кўпинча тўқимани гомогенизатор ёрдамида механик парчалаш усули қўлланилади. Гомогенизатор кўриниши бўйича шиша стаканга ўхшаш бўлиб, ҳажмлари ҳар хил. Ушбу стаканга қайчи билан майдаланган тўқима бўлаги ва олинаётган ҳужайралар бўлакчасини интактлигини сақловчи муҳит суюқлиги (одатда саҳароза, калий хлорид) солинади. Электр токи ёрдамида стакандаги гомогенизатор дастасининг айланиши натижасида ҳужайра мембранаси парчаланади, структура бўлакчалари ажралади. Оддий шароитда гомогенат тўқимани фарфорли ҳовончада шиша кукуни ёки квартс қуми билан майдалаб олинади.
Гомогенатлар таркиби бўйича тўқима, ҳужайра бўлакларининг ўлчови, шакли, кимёвий тузилиши жиҳатидан ҳар ҳил бўлган мураккаб аралашмасидан иборат. Биокимёвий тадқиқотлар ўтказиш учун уларни молекуласи бўйича тақсимлаш ва ажратиб олишда бир қатор физик-кимёвий усуллардан фойдаланилади.
Сентрифугалаш - суюқлик таркибидаги оғир қисмларни марказдан қочувчи куч таъсирида энгил қисмларидан ажратиш усули. Аралашмадаги оғирлиги катта бўлган бўлакчалар биринчи навбатда чўкадилар. Улар ажратиб олингач, чўкма усти суюқлигини (супернатант) қайта катта тезликда сентрифугалаб, бошқа қимсларини ҳам ажратиш мумкин. Аралашмадаги компонентларни аниқлаш мақсадида ўтказиладиган сентрифугалашни препаратив сентрифугалаш деб аталиб, ундан қоннинг шаклли элементларини ажратишда, сийдикдаги ҳужайраларни чўктириб, ажратиб олишда ва бошқа мақсадларда фойдаланилади.
Клиник-биокимёвий лабораторияларда қўлланиладиган кичик ҳажмдаги сентрифугаларнинг максимал тезлиги дақиқасига 6000 айланишдан ошмайди. Махсус биокимёвий тадқиқотларда оқсиллар ва нуклеин кислоталарнинг молекула оғирлигини аниқлашда ўлчови ва зичлиги бўйича фарқланувчи заррачаларни бир-биридан тақсимлашда юқори тезликдаги ултрасентрифугалар (айланиш тезлиги дақиқасига 70000 гача) қўлланганлиги учун аналитик сентрифугалаш деб аталади.
Заррачалар чўкиш тезлиги марказдан қочиш кучини ортиши билан ўлчанади. У г (гравитатсия доимийлиги 980 см∙с-2) бирлигида ифодаланади. Амалиётда г ҳар бир ултрасентрифугани номограммасида кўрсатилган қўлланма бўйича тузилади. Масалан, қон шаклли эълементлари 300-400 г да 20-30 дақиқа сентрифугаланганда чўкади ва ҳ.к. Дифферентсиал сентрифугалаш ёрдамида субҳужайра қисмлари - ядро, митохондрия, лизосомалар, микросомалар ва бошқалар ажратилади.
Таҳлил усуллари. Электрофорез деб ташқи электр майдони таъсирида зарядланган зарраларни тақсимланишига айтилади. Электрофорез биологик экспериментларда, клиник медитсинада қон оқсиллари ва пептидлари, айниқса, қон зардобини таҳлил қилишда қўлланиладиган замонавий усул ҳисобланади. Зарядланган зарралар ўлчови ва зарядининг катта-кичиклигига қараб электр майдонида ҳар хил тезликда ҳаракатланадилар, бу эса уларни ўзаро ажралиб, тақсимланишига олиб келади.
Електрофорезни иккита асосий тури бўлиб, фронтал ва зонал усулларга бўлинади, улардан кейингиси кўпроқ тарқалган. Бунда оқсил эритмаси буфер эритмасига юпқа қават кўринишда жойлаштирилади. Электрофорез давомида ҳар хил оқсил молекулалари алоҳида фрактсияларга бўлинади. Бу фрактсияларни алоҳида-алоҳида ажратиб, осонлик билан кесиб олинади. Зонал электрофорезни асоси сифатида филтр қоғози тасмаси, атсетилтселлюлоза, крахмал кукуни, агар, полиакриламид гели ва бошқа материаллардан фойдаланилади.
Ҳозирги вақтда биологик ва тиббий тадқиқотларда махсус аппарат полиакриламидли гел электрофорези кўпроқ ишлатилмоқда.
Фрактсияларга бўлинган моддаларнинг фореграммаси кумасси кўки, бромфенол кўки ёки амидошвартс 10 В эритмасида 20-30 дақиқа ушланади ва миқдори улар бўялган бўёқнинг қуюқлигига қараб аниқланади, яъни ҳар хил оқсилни бўёқ билан боғланган кўрсаткичи шу оқсилнинг миқдорига тўғри пропортсионал.
Хроматография. Хроматография ҳар хил аралашмаларни ўз таркибий қисмларига тақсимланишини ўрганади. Хроматографиянинг асосан тўрт тури мавжуд.
а). Информатсион колонкали хроматография - бу усул ион кўринишида бўлган эрувчи моддаларни тақсимлашда қўлланилади. Усулни ҳаракатсиз ва ҳаракатли фазалари фарқланиб, ҳаракатсиз фазаси асосини ион алмашувчилардан иборат бўлган органик полимерлар - смолалар ташкил этади.
б) Суюқликли хроматографияда ҳаракатсиз фаза ўрнида микроскопик зарралар қўлланилади. Бу усул катта тезликка эга бўлиб, қисқа вақт оралиғида деярли ҳар қандай бирикмани тақсимлай олади.
в) Тақсимловчи хроматографияда аралашма таркибидаги моддалар радикалларининг катта-кичиклиги, функтсионал (гидрофил) гуруҳларининг бор-ёъқлиги, ҳаракатли ва ҳаракатсиз эритмаларда ҳар хил эришига қараб ўз индивидуал компонентларига тақсимланадилар.
Хроматографик қоғоз тасмасининг пастки чегарасидан 1 см юқорига бир томчи текширилаётган модда томизилиб, тагида ҳаракатланувчи эритма, кўпинча, органик эритма сақлаган хроматография камерасига жойлаштирилади. Камера атмосферасидаги сув буғларига тўйинган модда ҳаракатсиз (поляр) эритмани ҳосил қилади. Ҳаракатланувчи эритма юқорига ўзи билан бирга гидрофоб моддани олиб ҳаракатланади, гидрофил моддалар эса сувда эригани учун стартда қолади. Ҳар бир моддани бўялгандан сўнг индивидуал Рф лари ўлчанади ёки стандарт модда билан идентификатсия қилинади.
Оптик усуллар. Фотоколориметрик усулда таҳлил қилишда текширилаётган эритма рангининг равшанлик даражаси (контсентратсияси) аввалдан маълум бўлган стандарт эритма ранги билан солиштирилади. Колориметрик аниқлашда миқдори ўлчанаётган модданинг бошқа модда билан рангли бирикма ҳосил қилиш реактсиясидан фойдаланилади. Олинган эритма рангини жадаллиги бўялган модданинг миқдорига тўғри пропортсионал. Ранг жадаллиги қанчалик кўп бўлса, оптик зичлик ҳам шунчалик юқори бўлади. График боғлиқликни аниқлашда абтсисса ўқига молъ/л (С) да модда миқдори, ордината ўқига эса эритманинг оптик зичлиги (Д) қўйилади. Услубни қўллаш учун Д ва С кўрсаткичлари ўртасида пропортсионал боғлиқлик бўлиши шарт.
Спектрофотометрик таҳлил усулида эритмадаги ёки қаттиқ муҳитдаги модданинг нур ютиши маълум тўлқин узунлигига тўғри келиши аниқланади. Спектрофотометрни қўллаб спектрни кўзга кўринадиган (600 дан 1100 нм), ултрабинафша спектр қисмида (220 дан 650 нм гача) ишлаш мумкин.
Биологик бирикмаларнинг тузилиши, алмашинуви ва вазифаларини ўрганиш учун кимё, физик-кимё, математика, физиология усуллари билан бир қаторда биологик кимёнинг ўзининг хусусий тадқиқот усули – ферментатив таҳлил усули ҳам бор. Бу усул амалий тиббиётда, фармасия ва илм-фаннинг турли соҳаларида ҳамда халқ хўжалигида кенг қўлланилади.