Biologik kimyo faniga kirish, uning vazifalari va ahamiyati

2. Biokimyo faninig asosiy yo`nalishlari. Biologik kimyo faninig asosiy sohalari. Boshqa fan sohalarida bo`lgani kabi biologik kimyo shug`ullanadigan muammolarning kengayishi va tobora chuqurlashishi tufayli undan yangi shaxobchalar ajralib, mustaqil tarmoqlar paydo bo`ldi. Ilgariroq ajralib hozirgi davrda keng sohalarga aylangan enzimologiya, vitaminologiya, endokrinologiya qatoriga keyingi yillarda membranalar biokimyosi, neyrobiokimyo, analitik biokimyo, kvant biokimyosi va boshqalar qo`shildi. Ammo biologiya fanlarida keyingi chorak asr ichida yuz bergan fundamental o`zgarishlar, molekulyar biologiya, molekulyar genetika va bu ajoyib sohalarning rivojlanishi asosida dunyoga kelgan gen, hujayra, oqsil injenerligi va umuman biotexnologiyaning mislsiz muvaffaqiyatlari bilan bo`liq.
Oqsillar va nuklein kislotalar molekulalarining strukturasi bilan ularning biologik vazifasi orasidagi bog`lanishning aniqlanishi 1-navbatda, biologiya faninig biokimyoviy ma’lumotlariga asoslangan eng yosh sohasi – molekulyar biologiyaning dastlabki, ammo eng muhim yutuqlaridandir.
Shunday qilib, hozirgi zamon biokimyosi hayotiy jarayonlarning eng chuqur sirlarini ochish, oqsil sintezi, moddalar almashinuvi va naslni idora qilish muammolarini hal etish arafasida turibdi. Bu muhim vazifalarning hal etilishi odamlar uchun eng og`ir ofat bo`lgan rak, virusli kasalliklar, irsiy kasalliklar va yurak-tomir kasalliklarini yengish, inson umrini uzaytirish kabi muammolarni hal qilishning nazariy asosini yaratadi.
3. Biologik kimyo fanining boshqa fanlar bilan bog`lanishi. Biologik kimyo fanining kimyo fanlari bilan, ya’ni fizik kimyo bilan umumiylik juda ko`p. Bu ayniqsa, ularning tabiiy moddalarni o`rganishda qo`llaniladigan usullari uchun taalluqlidir, ammo biologik kimyo va kimyo fanlari oldida turlicha vazifalar turadi. Organik va fizik kimyo fanlarini ko`proq kimyoviy birikmalarning tuzilishi va xossalari, masalan ularning elektron ctrukturalari, bog`lanish tabiati va ularning hosil bo`lish mexanizmi, izomeriyasi, konformasiyasi va boshqalar qiziqtiradi. Biologik kimyo uchun esa barcha kimyoviy moddalarning biologik (funksional) vazifalari va tirik organizmdagi fizik-kimyoviy jarayonlar, shuningdek turli kasalliklarda bu vazifalarning buzilish mexanizmlarini tushunish asosiy vazifa bo`lib hisoblanadi.
Biologik kimyo bir qancha aralash fanlardan kelib chiqqan bo`lib, ilgarigidek ular bilan tirik tabiatni o`rganishda uzviy aloqalarni saqlab qoladi, lekin shu bilan birga u o`ziga xos va mustaqil fan sifatida qoladi hamda moddalarning tuzilishi va ularning vazifalari o`rtasidagi bog`liqlikni, tirik organizmda kimyoviy birikmalarning almashinuvini, tirik sistemalarda energiyaning hosil bo`lish yo`llarini, organizm, to`qima, hujayrada fizik-kimyoviy jarayonlarning boshqarilish mexanizmlarini, tirik organizmlarda genetik axborotning ko`chirilishini molekulyar mexanizmlarini va hokazolarni o`rganishni o`zining asosiy vazifasi deb hisoblaydi.
4. Biokimyoviy tadqiqotlar va ularning uslubi. Bioximiklarning ishi tirik ob’ektlar bilan bog`liq bo`lganligi sababli biror bir moddani ajratib olish uchun yuqori darajadagi usullarni qo`llashi, odatdagi fizik-kimyoviy tahlillarga biologik molekulalarni olib borish uchun bir qator qo`shimcha jarayonlarni bajarishi lozim bo`ladi. Biologik materialdan moddalarni ajratib olishda jarayonlarning borish tartibi taxminan quyidagicha bo`ladi:
1. Gomogenlash.
2. Ultrasentrifugalash.
3. Ekstraksiya.
4. Tahlil (reekstraksiya, issiqlik bilan ishlov berish, dializ, sedimentasiya, elektroforez, xromatografiya).
Biologik moddalarni ajratib olish va tahlil qilish usuli ularning xususiyatlariga bog`liq holda tanlab olinadi.
Ajratib olinadigan moddalarning tuzilmalarini va fizik-kimyoviy xossalarini aniqlash, uni miqdoriy jihatdan o`rganish uchun turli xil fizik, fizik-kimyoviy, kimyoviy tahlil usullari, shuningdek ajratilgan birikmaning elektron tuzilmasini kvant-mexanik hisoblaridan foydalaniladi. Bu usullarni qo`llash biologik moddalarning tabiiy strukturasini saqlab qolish imkonini berishi kerak.
Biologik materiallarni tekshirishda qo`yilgan maqsadga binoan lozim bo`lgan usullardan foydalaniladi. Eksperiment sharoitida biokimyoviy tadqiqot uchun har qanday biologik materialni osonlik bilan olish mumkin, klinikada esa bu imkoniyat nisbatan chegaralangan. Farmatsiyada esa biologik material sifatida hayvon to`qimalari va dori preparatlari ishlatiladi.
Plazma, qon zardobi va boshqa biologik suyuqliklar har xil tabiiy moddalarning suvda erigan aralashmasidan iborat. Fermentlar esa tabiatan murakkab oqsillardan tashkil topganligi sababli, ularni aniqlashda biologik suyuqliklarga tarkibini o`zgartiruvchi moddalar qo`shilmaydi, bordi-yu ferment kontsentratsiyasi yuqori bo`lsa, u suyultiriladi. Agarda biologik suyuqlikdagi ferment undagi tekshirilayotgan moddani katalizlab, aniqlashga to`sqinlik qilayotgan bo`lsa, ferment faolligi tegishli reaktiv bilan to`xtatiladi. Odatda, bu maqsad uchun uchhlorsirka kislotasi, nitrat, fosforvolframli, sulfat kislotalari yoki termik ta`sir qo`llaniladi. Bunda fermentlar bilan birga boshqa oqsillar ham cho`kmaga tushadi.
Gomogenlash. Biokimyoviy tadqiqotlar hujayra, to`qima, organ tarkibiy qismlarida joylashgan organoid yoki uning bo`lakchalarida, masalan, membranalarida o`tkaziladigan bo`lsa, unda hujayra yoki to`qimani avval maydalash kerak bo`ladi. Buning uchun ko`pincha to`qimani gomogenizator yordamida mexanik parchalash usuli qo`llaniladi. Gomogenizator ko`rinishi bo`yicha shisha stakanga o`xshash bo`lib, hajmlari har xil. Ushbu stakanga qaychi bilan maydalangan to`qima bo`lagi va olinayotgan hujayralar bo`lakchasini intaktligini saqlovchi muhit suyuqligi (odatda saharoza, kaliy xlorid) solinadi. Elektr toki yordamida stakandagi gomogenizator dastasining aylanishi natijasida hujayra membranasi parchalanadi, struktura bo`lakchalari ajraladi. Oddiy sharoitda gomogenat to`qimani farforli hovonchada shisha kukuni yoki kvarts qumi bilan maydalab olinadi.
Gomogenatlar tarkibi bo`yicha to`qima, hujayra bo`laklarining o`lchovi, shakli, kimyoviy tuzilishi jihatidan har hil bo`lgan murakkab aralashmasidan iborat. Biokimyoviy tadqiqotlar o`tkazish uchun ularni molekulasi bo`yicha taqsimlash va ajratib olishda bir qator fizik-kimyoviy usullardan foydalaniladi.
Sentrifugalash - suyuqlik tarkibidagi og`ir qismlarni markazdan qochuvchi kuch ta`sirida engil qismlaridan ajratish usuli. Aralashmadagi og`irligi katta bo`lgan bo`lakchalar birinchi navbatda cho`kadilar. Ular ajratib olingach, cho`kma usti suyuqligini (supernatant) qayta katta tezlikda sentrifugalab, boshqa qimslarini ham ajratish mumkin. Aralashmadagi komponentlarni aniqlash maqsadida o`tkaziladigan sentrifugalashni preparativ sentrifugalash deb atalib, undan qonning shaklli elementlarini ajratishda, siydikdagi hujayralarni cho`ktirib, ajratib olishda va boshqa maqsadlarda foydalaniladi.
Klinik-biokimyoviy laboratoriyalarda qo`llaniladigan kichik hajmdagi sentrifugalarning maksimal tezligi daqiqasiga 6000 aylanishdan oshmaydi. Maxsus biokimyoviy tadqiqotlarda oqsillar va nuklein kislotalarning molekula og`irligini aniqlashda o`lchovi va zichligi bo`yicha farqlanuvchi zarrachalarni bir-biridan taqsimlashda yuqori tezlikdagi ultrasentrifugalar (aylanish tezligi daqiqasiga 70000 gacha) qo`llanganligi uchun analitik sentrifugalash deb ataladi.
Zarrachalar cho`kish tezligi markazdan qochish kuchini ortishi bilan o`lchanadi. U g (gravitatsiya doimiyligi 980 sm∙s-2) birligida ifodalanadi. Amaliyotda g har bir ultrasentrifugani nomogrammasida ko`rsatilgan qo`llanma bo`yicha tuziladi. Masalan, qon shaklli e`lementlari 300-400 g da 20-30 daqiqa sentrifugalanganda cho`kadi va h.k. Differentsial sentrifugalash yordamida subhujayra qismlari - yadro, mitoxondriya, lizosomalar, mikrosomalar va boshqalar ajratiladi.
Tahlil usullari. Elektroforez deb tashqi elektr maydoni ta`sirida zaryadlangan zarralarni taqsimlanishiga aytiladi. Elektroforez biologik eksperimentlarda, klinik meditsinada qon oqsillari va peptidlari, ayniqsa, qon zardobini tahlil qilishda qo`llaniladigan zamonaviy usul hisoblanadi. Zaryadlangan zarralar o`lchovi va zaryadining katta-kichikligiga qarab elektr maydonida har xil tezlikda harakatlanadilar, bu esa ularni o`zaro ajralib, taqsimlanishiga olib keladi.
Elektroforezni ikkita asosiy turi bo`lib, frontal va zonal usullarga bo`linadi, ulardan keyingisi ko`proq tarqalgan. Bunda oqsil eritmasi bufer eritmasiga yupqa qavat ko`rinishda joylashtiriladi. Elektroforez davomida har xil oqsil molekulalari alohida fraktsiyalarga bo`linadi. Bu fraktsiyalarni alohida-alohida ajratib, osonlik bilan kesib olinadi. Zonal elektroforezni asosi sifatida filtr qog`ozi tasmasi, atsetiltsellyuloza, kraxmal kukuni, agar, poliakrilamid geli va boshqa materiallardan foydalaniladi.
Hozirgi vaqtda biologik va tibbiy tadqiqotlarda maxsus apparat poliakrilamidli gel elektroforezi ko`proq ishlatilmoqda.
Fraktsiyalarga bo`lingan moddalarning foregrammasi kumassi ko`ki, bromfenol ko`ki yoki amidoshvarts 10 V eritmasida 20-30 daqiqa ushlanadi va miqdori ular bo`yalgan bo`yoqning quyuqligiga qarab aniqlanadi, ya`ni har xil oqsilni bo`yoq bilan bog`langan ko`rsatkichi shu oqsilning miqdoriga to`g`ri proportsional.
Xromatografiya. Xromatografiya har xil aralashmalarni o`z tarkibiy qismlariga taqsimlanishini o`rganadi. Xromatografiyaning asosan to`rt turi mavjud.
a). Informatsion kolonkali xromatografiya - bu usul ion ko`rinishida bo`lgan eruvchi moddalarni taqsimlashda qo`llaniladi. Usulni harakatsiz va harakatli fazalari farqlanib, harakatsiz fazasi asosini ion almashuvchilardan iborat bo`lgan organik polimerlar - smolalar tashkil etadi.
b) Suyuqlikli xromatografiyada harakatsiz faza o`rnida mikroskopik zarralar qo`llaniladi. Bu usul katta tezlikka ega bo`lib, qisqa vaqt oralig`ida deyarli har qanday birikmani taqsimlay oladi.
v) Taqsimlovchi xromatografiyada aralashma tarkibidagi moddalar radikallarining katta-kichikligi, funktsional (gidrofil) guruhlarining bor-yo`qligi, harakatli va harakatsiz eritmalarda har xil erishiga qarab o`z individual komponentlariga taqsimlanadilar.
Xromatografik qog`oz tasmasining pastki chegarasidan 1 sm yuqoriga bir tomchi tekshirilayotgan modda tomizilib, tagida harakatlanuvchi eritma, ko`pincha, organik eritma saqlagan xromatografiya kamerasiga joylashtiriladi. Kamera atmosferasidagi suv bug`lariga to`yingan modda harakatsiz (polyar) eritmani hosil qiladi. Harakatlanuvchi eritma yuqoriga o`zi bilan birga gidrofob moddani olib harakatlanadi, gidrofil moddalar esa suvda erigani uchun startda qoladi. Har bir moddani bo`yalgandan so`ng individual Rf lari o`lchanadi yoki standart modda bilan identifikatsiya qilinadi.
Optik usullar. Fotokolorimetrik usulda tahlil qilishda tekshirilayotgan eritma rangining ravshanlik darajasi (kontsentratsiyasi) avvaldan ma`lum bo`lgan standart eritma rangi bilan solishtiriladi. Kolorimetrik aniqlashda miqdori o`lchanayotgan moddaning boshqa modda bilan rangli birikma hosil qilish reaktsiyasidan foydalaniladi. Olingan eritma rangini jadalligi bo`yalgan moddaning miqdoriga to`g`ri proportsional. Rang jadalligi qanchalik ko`p bo`lsa, optik zichlik ham shunchalik yuqori bo`ladi. Grafik bog`liqlikni aniqlashda abtsissa o`qiga mol'/l (S) da modda miqdori, ordinata o`qiga esa eritmaning optik zichligi (D) qo`yiladi. Uslubni qo`llash uchun D va S ko`rsatkichlari o`rtasida proportsional bog`liqlik bo`lishi shart.
Spektrofotometrik tahlil usulida eritmadagi yoki qattiq muhitdagi moddaning nur yutishi ma`lum to`lqin uzunligiga to`g`ri kelishi aniqlanadi. Spektrofotometrni qo`llab spektrni ko`zga ko`rinadigan (600 dan 1100 nm), ultrabinafsha spektr qismida (220 dan 650 nm gacha) ishlash mumkin.
Biologik birikmalarning tuzilishi, almashinuvi va vazifalarini o`rganish uchun kimyo, fizik-kimyo, matematika, fiziologiya usullari bilan bir qatorda biologik kimyoning o`zining xususiy tadqiqot usuli – fermentativ tahlil usuli ham bor. Bu usul amaliy tibbiyotda, farmasiya va ilm-fanning turli sohalarida hamda xalq xo`jaligida keng qo`llaniladi.