Химия в биологии, медицине и производстве лекарственных веществ
Зачатки химии лекарственных веществ появляются в период господства
алхимии. Современная химиотерапия ведет свой отсчет с начала XX века от
трудов П.Эрлиха по противомалярийным средствам и производным мышьяковой
кислоты. В настоящее время синтезированы десятки и сотни тысяч
лекарственных веществ, и их поиск продолжается. Но число активно
применяемых лекарств, конечно, значительно меньше. Не все вещества,
синтезированные в качестве потенциального нового лекарственного вещества,
находят свое применение на практике. Многие широко использовавшиеся ранее
лекарства вытесняются из сферы применения из-за того, что появляются более
эффективные аналоги, которые воздействуют на причину болезни гораздо
селективнее, имеют меньше противопоказаний и побочных эффектов. В 1995 году
к применению в России было разрешено свыше 3 тысяч наименований
лекарственных препаратов, содержащих около 2 тысяч разнообразных химических
веществ синтетического происхождения[12,13]. Одним из крупных успехов
фармакологии второй половины нашего века явилось создание и внедрение в
практику антибиотиков широкого спектра действия: сульфамидных препаратов,
витаминов, средств, влияющих на деятельность центральной нервной системы
транквилизаторов, нейролептиков, психотомиметиков и др. Многие из этих
лекарств были открыты и впервые применены в нашей стране (фторофур,
феназепам, циклодол, витаминные препараты и мн.др.)
В настоящее время в мире существует множество научных центров, ведущих
разнообразные химико-биологические исследования. Странами-лидерами в этой
области являются США, европейские страны: Англия, Франция, Германия,
Швеция, Дания, Россия и др. В нашей стране существует множество научных
центров, расположенных в Москве и Подмосковье (Пущино, Обнинск,
Черноголовка), Петербурге, Новосибирске, Красноярске, Владивостоке...Хотя,
справедливости ради, надо заметить, что и в этой области (как и во всей
российской науке в целом) наблюдается некоторый "упадок", связанный как с
недостатком финансирования и общим экономическим кризисом в РФ, так и с
проблемой brain-drain /"утечки мозгов"/ в более экономически благоприятные
страны. Однако многие исследовательские институты Академии Наук России,
Российской Академии Медицинских наук, Российской Академии
Сельскохозяйственных Наук, Министерства Здравоохранения и Медицинской
Промышленности продолжают научные изыскания (пока еще...), хотя и не на
полную мощь. Одни из ведущих центров по стране Институт биоорганической
химии им.М.А.Шемякина и Ю.А.Овчинникова, Институт молекулярной биологии
им.В.А.Энгельгардта, Институт органического синтеза им.Н.Д.Зелинского,
Институт физикохимической биологии МГУ им.Белозерского и др. В
СанктПетербурге можно отметить Институт Цитологии РАН, химический и
биологические ф-ты Гос. Университета, Институт экспериментальной медицины
РАМН, Институт онкологии РАМН им. Петрова, Институт особо чистых
биопрепаратов МЗиМП и т.п.
Основными проблемами, решаемыми в последние годы физико-химической
биологией, являются синтез белков и нуклеиновых кислот, установление
нуклеотидной последовательности генома многих организмов (в том числе
определение полной нуклеотидной последовательности генома человека),
направленный транспорт веществ через биологические мембраны; разработка
новых лекарств, новых материалов для медицинского использования, например,
для биопротезирования. Особое внимание уделяется разработке биотехнологий,
которые часто бывают более экономически выгодны, эффективны, чем
традиционные "технические", не говоря уже об их экологической чистоте.
Ведутся активные работы по клонированию растений и животных, а также по
получению отдельных органов вне организма. Особо примечателен недавний
успех швейцарских ученых ( первые сообщения в печати появились в конце
февраля 1997 г.), получивших путем клонирования сельскохозяйственное
животное овцу, которая была выращена из клетки вымени матери-овцы; дочерняя
генетическая копия была названа Долли [11]. Это свидетельствует о том, что
клонирование из сферы чисто научных экспериментов переходит в сферу
практики. Необходимо упомянуть и о лечении заболеваний новым методом
генотерапии изменением наследственности. Лечебный эффект достигается путем
переноса "исправленного" гена либо с помощью ретровируса, либо внедрением
липосом, содержащих генетические конструкции. Генотерапевтические методы
только зарождаются, но именно с их помощью уже была вылечена маленькая
девочка, больная муковисцидозом; особо перспективно применение генотерапии
в лечении болезней, передающихся по наследству или возникающих под
действием вирусов. Вероятно, с привлечением именно этих методов будут
побеждены СПИД, рак, грипп и множество других, менее распространенных
болезней.
Кроме того, постоянно исследуются механизмы превращений химических
веществ в организмах и на основе полученных знаний ведется непрекращающийся
поиск лекарственных веществ. Большое количество разнообразных лекарственных
веществ в настоящее время получают либо биотехнологически (интерферон,
инсулин, интерлейкин, рефнолин, соматоген, антибиотики, лекарственные
вакцины и пр.), используя микроорганизмы (многие из которых являются
продуктом генной инженерии), либо путем ставшего почти традиционным
химического синтеза, либо с помощью физико-химических методов выделения из
природного сырья (частей растений и животных).
Другой биологической задачей химии является поиск новых материалов,
способных заменить живую ткань, необходимых при протезировании. Химия
подарила врачам сотни разнообразных вариантов новых материалов.
Кроме множества лекарств, в повседневной жизни люди сталкиваются с
достижениями физико-химической биологии в различных сферах своей
профессиональной деятельности и в быту. Появляются новые продукты питания
или совершенствуются технологии сохранения уже известных продуктов.
Производятся новые косметические препараты, позволяющие человеку быть
здоровым и красивым, защищающие его от неблагоприятного воздействия
окружающей среды. В технике находят применение различные биодобавки ко
многим продуктам оргсинтеза. В сельском хозяйстве применяются вещества,
способные повысить урожаи (стимуляторы роста, гербициды и др.) или
отпугнуть вредителей (феромоны, гормоны насекомых), излечить от болезней
растения и животных и многие другие...
Все эти вышеперечисленные успехи были достигнуты с применением знаний и
методов современной химии. В современной биологи и медицине химии
принадлежит одна из ведущих ролей, и значение химической науки будет только
возрастать. "Стык наук" химии и биологии оказался на редкость плодотворным.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Ю.А.Овчинников. Биоорганическая химия. М.:Просвещение,1987
2. А.М.Радецкий. Органическая химия и медицина.//Химия в
школе(1995),N3:4043
3. Ю.А.Овчинников. Химия жизни (Избранные труды). М.:Наука,1990
4. К.А.Макаров. Химия и медицина. М.:Просвещение,1981
5. В.Ф.Крамаренко. Токсикологическая химия. Киев: Вища школа,1989
6. А.Е.Браунштейн. На стыке химии и биологии. М.:Наука,1987
7. Г.Б.Шульпин. Химия для всех. М.:Знание,1987
8. Г.В.Никифорович. Лекарства по подсказке. Минск:Вышейшая школа,1990
9. Л.Ю.Федорова. Рассказы о ядах, противоядиях, лекарствах и ученых.
М.:Знание,1983
10. Биология и медицина: философские и социальные проблемы
взаимодействия. //Сб. трудов. М.:Наука,1985
11. I.Wilmut, A.E.Schnieke, J.McWhir, A.J.Kind & K.H.S.Campbell. Viable
offspring derived from fetal and adult mammalian cells (Letter to Nature)
//Nature(1997), v.385, No6619, pp.810-819
12. Лекарственные препараты зарубежных фирм в России: справочник.
М.:АстраФармСервис,1993
13. М.Д.Машковский. Лекарственные средства: справочник.В 2х т. Изд 13,
перераб. М.:Медицина,1995
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Нобелевские премии по химии в области физико-химической биологии
1902
Emil H. Fischer (Germany, 1852/10/09 - 1919/07/15)
Synthetic studies in the area of sugar and purine groups
1907
Eduard Buchner (Germany, 1860/05/20 - 1917/08/13) Biochemical studies,
discovery of fermentation without cells
1915
Richard Willstotter (Germany, 1872/08/13 - 1942/08/03) Investigation of
plant pigments, particularly of chlorophyll
1925
Richard A. Zsigmondy (Germany, Austria, 1865/04/01 - 1929/09/29)
Colloid chemistry (ultramicroscope)
1926
Theodor Svedberg (Sweden, 1884/08/30 - 1971/02/26)
Disperse systems (ultracentrifuge)
1928
Adolf Windaus (Germany, 1876/12/25 - 1959/06/09)
Study of sterols and their relation with vitamins (vitamin D)
1929
Hans von EulerChelpin (Sweden, Germany, 1873/02/15 - 1964/11/06)
Arthur Harden (United Kingdom, 1861/10/12 - 1940/06/17) Studies on
fermentation of sugars and enzymes
1930
Hans Fischer (Germany, 1881/07/27 - 1945/03/31)
Studies on blood and plant pigments, synthesis of hemin
1937
Sir Walter N. Haworth (United Kingdom, 1883/03/19 - 1950/03/19)
Studies on carbohydrates and vitamin C
Paul Karrer (Switzerland, 1889/04/21 - 1971/06/18)
Studies on carotenoids and flavins and vitamins A and B2
1938
Richard Kuhn (Germany, 19001203 19670731) Studies
on carotenoids and vitamins
1939
Adolf F. J. Butenandt (Germany, 1903/03/24 - 1995/01/18)
Studies on sexual hormones
Leopold Ruzicka (Switzerland,1887/09/13 - 1976/09/26)
Studies on polymethylenes and higher terpenes
1945
Artturi I. Virtanen (Finland, 1895/01/15 - 1973/11/11)
Discoveries in the area of agricultural and food chemistry, method of
preservation of fodder
1946
John H. Northrop (USA, 1891/07/05 - 1987/05/27)
Wendell M. Stanley (USA, 1904/08/16 - 1971/06/15)
Preparation of enzymes and virus proteins in pure form
James B. Sumner (USA,1887/11/19 - 1955/08/12)
Crystallizability of enzymes
1947
Sir Robert Robinson (United Kingdom, 1886/09/13 - 1975/02/08) Studies
on alkaloids
1948
Arne W. K. Tiselius (Sweden, 1902/08/10 1971/10/29)
Analysis by means of electrophoresis and adsorption, discoveries about
serum proteins
1952
Archer J. P. Martin (United Kingdom, *1910/03/01 - )
Richard L. M. Synge (United Kingdom, 1914/1028 1994/08/18)
Invention of distribution chromatography
1953 Hermann Staudinger (Germany, 1881/03/23 - 1965/09/08)
Discoveries in the area of macromolecular chemistry
1954
Linus Carl Pauling (USA, 1901/02/28 - 1994/08/19)
Studies on the nature of the chemical bond (molecular structure of
proteins)
1955
Vincent du Vigneaud (USA, 1901/05/18 - 1978/12/11)
Synthesis of a polypeptide hormone
1957
Sir Alexander R. Todd (United Kingdom, *1907/0702 - )
Studies on nucleotides and their coenzymes
1958
Frederick Sanger (United Kingdom, *1918/08/13 - )
Structure of proteins, especially of insulin
1961 Melvin Calvin (USA, *1911/04/07 - )
Studies on the assimilation of carbonic acid by plants photosynthesis)
1962
John Cowdery Kendrew (United Kingdom, *1917/03/24 - )
Max Ferdinand Perutz (United Kingdom, Austria, *1914/05/19 -
Studies on the structures of globulin proteins
1964
Dorothy CrowfootHodgkin (United Kingdom, *1910/05/12)
Structure determination of biologically important substances by means
of X rays
1965
Robert Burns Woodward (USA, 1917/04/10 - 1979/07/08)
Syntheses of natural products
1969
Odd Hassel (Norway, 1897/05/17 1981/05/13)
Derek H.Barton (United Kingdom, *1918/09/08 - )
Development of the concept of conformation
1970
Luis F. Leloir (Argentina, *1906/09/06 - )
Discovery of sugar nucleotides and their role in the biosynthesis of
carbohydrates
1972
Christian B. Anfinsen (USA, *1916/03/26 - )
Studies on ribonuclease
Stanford Moore (USA, 1913/09/04 - 1982/08/23)
William H. Stein (USA, 1911/06/25 - 1980/02/02)
Studies on the active enter of ribonuclease
1975
John W. Cornforth (United Kingdom, *1917/09/07 - )
Stereochemistry of enzyme catalysis reactions
Vladimir Prelog (Switzerland, Yugoslavia, *1906/07/23 - )
Studies on the stereochemistry of organic molecules and reactions
1977
Ilya Prigogine (Belgium, *1917/01/25 - )
Contributions to the thermodynamics of irreversible processes,
particularly to the theory of dissipative structures
1978
Peter D. Mitchell (United Kingdom, *1920/09/29 - )
Studies of biological energy transfer, development of the chemiosmotic
theory
1980
Paul Berg (USA, *1926/06/30 - )
Studies on the biochemistry of nucleic acids, particularly hybrid DNA
(technology of gene surgery)
Walter Gilbert (USA, *1932/03/21 - )
Frederick Sanger (United Kingdom, 1918/08/13 - )
Determination of base sequences in nucleic acids
1982
Aaron Klug (United Kingdom, *1926/08/11)
Development of crystallographic methods for the elucidation of
biologically important nucleic acid protein complexes
1983
Henry Taube (Canada, *1915/11/30 - )
Reaction mechanisms of electron transfer, especially with metal
complexes
1984
Robert Bruce Merrifield (USA, *1921/07/15 - )
Method for the preparation of peptides and proteins
1985
Herbert A. Hauptman (USA, 1917/02/14 - )
Jerome Karle (USA, 1918/06/18 - )
Development of direct methods for the determination of crystal
structures
1987
Donald J. Cram (USA, *1919/04/22 - )
Charles J. Pedersen (USA, 1904/10/03 - 1989/10/26)
JeanMarie Lehn (France, *1939/09/30 - )
Development of molecules with structurally specific interaction of high
selectivity
1988
Johann Deisenhofer (Germany, *1943/09/30 - )
Robert Huber (Germany, *1937/02/20 - )
Hartmut Michel (Germany, *1948/07/18 - )
Determination of the threedimensional structure of a photosynthetic
reaction center
1989
Sidney Altman (Canada, *1939/05/08 - )
Thomas Robert Cech (USA, *1947/12/08 - )
Discovery of the catalytic properties of ribonucleic acid (RNA)
1990
Elias James Corey (USA, *1928/07/12 - )
Development of novel methods for the synthesis of complex natural
compounds (retrosynthetic analysis)
1992 Rudolph A. Marcus (USA, *1923 - )
Theories of electron transfer
1993
Kary Banks Mullis (USA, *1944 -)
Invention of the polymerase chain reaction (PCR)
Michael Smith (Canada, *1932 - )
Development of site specific mutagenesis
Страницы: 1, 2
|