생화학사

History of biochemistry
시리즈의 일부
생화학
Myoglobin.png
생명의 화학
주요 컴포넌트
생화학자 목록
용어집

생화학의 역사는 [1]생화학이 19세기 초에 시작되었지만 생명의 구성과 과정에 관심이 있었던 고대 그리스에서 시작되었다고 말할 수 있다.어떤 사람들은 생화학의 시작이 1833년 앤셀메 [2]파옌에 의해 최초의 효소인 디아스타아제(오늘날 아밀라아제라고 불린다)의 발견이었을 것이라고 주장했고, 다른 사람들은 에두아르 부흐네르가 세포 없는 추출물에서 복잡한 생화학적 과정 알코올 발효를 처음으로 증명한 [3][4]것을 생화학의 탄생으로 여겼다.어떤 사람들은 또한 1842년 쥐스투스 폰 리빅의 영향력 있는 업적, 동물 화학, 또는 [1]생리학 및 병리학에 대한 그것의 적용에서 신진대사의 화학 이론을 제시하거나 심지어 18세기 초에 앙투안 라부아지에의 [5][6]발효와 호흡에 대한 연구를 지적할 수도 있다.

생화학이라는 용어 자체는 '생명'을 뜻하는 바이오와 화학의 결합 형태에서 유래했다.이 [7]단어는 1848년 영어로 처음 기록되었고, 1877년 펠릭스 호페-세일러는 생리화학 저널(Journal of Physiologische Chemie)의 제1호 서문에서 생리화학에 대한 동의어로 (독일어로 바이오케미)라는 용어를 사용하였고, 그 연구를 [8][9]전담하는 기관의 설립을 주장했다.그럼에도 불구하고,[10][11] 몇몇 소식통들은 독일의 화학자 칼 노이베르크가 1903년에 새로운 분야를 위한 용어를 만들었다고 언급하고 있고, 일부는 프란츠 호프마이스터에게 [12]이 용어를 돌렸다.

생화학에서의 연구 주제는 살아있는 유기체의 화학적 과정이며, 그 역사는 생명의 복잡한 구성 요소의 발견과 이해 그리고 생화학 과정의 경로의 해명을 포함한다.많은 생화학은 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산 그리고 다른 생체 분자와 같은 세포 구성 요소의 구조와 기능을 다룬다; 그들의 신진대사 경로와 신진대사를 통한 화학 에너지의 흐름; 생물 분자가 살아있는 세포 안에서 일어나는 과정을 어떻게 발생시키는가; 그것은 또한 생물 공학에 초점을 맞춘다.생화학적 시그널링을 통한 정보 흐름의 제어와 관련된 에미컬 프로세스 및 그것들이 전체 유기체의 기능과 어떻게 관련되어 있는가.지난 40년[as of?] 동안 이 분야는 생물 과정을 설명하는데 성공적이어서 현재는 식물학에서 의학에 이르는 생명과학의 거의 모든 분야가 생화학 연구에 종사하고 있다.

엄청난 수의 다른 생체 분자들 중에서, 많은 것들이 복잡하고 큰 분자들로, 비슷한 반복적인 소단위들로 구성되어 있다.고분자 생체분자의 각 클래스는 서로 다른 서브유닛 유형을 가지고 있다.예를 들어 단백질은 20개 이상의 아미노산 중 서브유닛이 선택되고 탄수화물은 단당류, 올리고당류 및 다당류에서 형성되며 지질은 지방산 및 글리세롤에서 형성되며 핵산은 뉴클레오티드에서 형성되는 폴리머이다.생화학은 단백질과 같은 중요한 생물학적 분자의 화학적 특성, 특히 효소 촉매 반응의 화학적 성질을 연구합니다.세포대사와 내분비계의 생화학은 광범위하게 기술되어 왔다.다른 생화학 분야에는 유전자 코드(DNA, RNA), 단백질 합성, 세포막 수송, 신호 전달 등이 있습니다.

원생화학

네 가지 유머.이 도표에서, 각각의 종류의 음식은 다른 생리적인 결과를 낳을 것이다.예를 들어, 차갑고 건조한 음식은 검은 담즙을 생성한다.

어떤 의미에서, 생화학 연구는 고대, 예를 들어 생물학이 처음 사회에 관심을 갖기 시작한 시기, 고대 중국인들이 음양에 기초한 의학적 체계를 발전시켰을 때, 그리고 연금술과 생물학적 관심에서 비롯된 다섯 [13]가지 단계에도 시작되었다고 볼 수 있다.고대 인도 문화에서 그것의 시작은 의술에 대한 관심으로 연결되었다. 왜냐하면 그들은 그리스인들의 4가지 유머와 유사한 3가지 유머 개념을 발전시켰기 때문이다.그들은 또한 몸이 조직으로 구성되는 것에 대한 관심에 대해 깊이 연구했다.고대 그리스인들의 생화학 개념은 물질과 질병에 대한 그들의 생각과 연결되었고, 그곳에서 건강은 인간의 [14]신체에 있는 4가지 원소와 4가지 체질의 균형에서 온다고 생각되었다.대부분의 초기 과학에서와 마찬가지로 이슬람 세계는 초기 생물학적 진보와 연금술 발전에 크게 기여했습니다. 특히 아비세나의 의전(Canon of Medicine)[15]에 소개된 임상시험과 임상약리학의 도입과 함께 말입니다.화학의 측면에서, 초기의 발전은 연금술의 관심사에 대한 탐구에 크게 기여했지만 또한 포함되었습니다: 야금학, 과학적 방법, 원자론의 초기 이론.보다 최근에, 화학 연구는 멘델레예프의 주기율표, 달튼의 원자 모형, 그리고 질량 이론의 보존과 같은 이정표로 특징지어졌습니다.이 마지막 언급은 이 법칙이 화학과 열역학을 중간적 방식으로 얽어놓기 때문에 세 가지 중 가장 중요하다.

효소

에두아르트 부흐네르

18세기 후반과 19세기 초, 위 분비물에[16] 의한 육류의 소화, 식물 추출물과 타액에 의한 녹말의 당으로의 전환이 알려져 있었다.그러나 이러한 현상이 발생한 메커니즘은 [17]확인되지 않았다.

19세기에, 효모에 의한 알코올에 대한 설탕의 발효를 연구했을 때, 루이 파스퇴르는 이 발효가 효모 세포 안에 포함된 생명력에 의해 촉매가 되었다고 결론 내렸습니다. 그는 이것이 살아있는 유기체 안에서만 작동한다고 생각했습니다.그는 "알코올 발효는 [18]효모세포의 생명과 조직과 관련된 행동이지 세포의 죽음이나 부패와 관련이 없다"고 썼다.

1833년 안셀메 파옌은 최초의 효소인 디아스타제를 [19]발견했고 1878년 독일의 생리학자 빌헬름 퀴네 (1837–1900)는 이 과정을 설명하기 위해 그리스어 νυμον 'in leaven'에서 유래한 효소라는 용어를 만들었다.효소라는 단어는 나중에 펩신과 같은 무생물 물질을 지칭하는 데 사용되었고 발효라는 단어는 생물에 의해 생성된 화학 활동을 지칭하는 데 사용되었다.

1897년 에두아르트 부흐너는 살아있는 효모 세포가 없음에도 불구하고 효모 추출물이 당을 발효시키는 능력을 연구하기 시작했다.베를린 대학의 일련의 실험에서,[20] 그는 혼합물에 살아있는 효모 세포가 없을 때에도 설탕이 발효된다는 것을 발견했다.그는 수크로스 지마아제를 [21]발효시킨 효소에 이름을 붙였다.1907년에 그는 "생화학 연구와 무세포 발효의 발견"으로 노벨 화학상을 받았다.부치너의 예를 따라; 효소는 보통 그들이 수행하는 반응에 따라 명명된다.일반적으로 접미사 -ase는 기질의 이름(예: 락타아제는 유당을 분해하는 효소) 또는 반응 유형(예: DNA 중합효소 형성)에 첨가된다.

위 그림은 3D 컴퓨터 생성 형태의 제한 핵산가수분해효소 EcoR1입니다.

효소가 살아있는 세포 밖에서 작동할 수 있다는 것을 보여준 다음 단계는 효소의 생화학적 성질을 결정하는 것이었다.많은 초기 근로자들은 효소활동이 단백질과 관련이 있다고 지적했지만, 몇몇 과학자(노벨상 수상자인 리처드 윌스테터 등)는 단백질은 진정한 효소의 운반체일 뿐이고 단백질 자체는 촉매 작용을 할 수 없다고 주장했다.그러나 1926년에 제임스 B. 섬너는 우레아제 효소가 순수한 단백질이라는 것을 보여주었고 그것을 결정화했다; 섬너는 1937년에 카탈라아제 효소에 대해서도 똑같이 했다.순수 단백질이 효소가 될 수 있다는 결론은 소화 효소인 펩신, 트립신, 키모트립신을 연구한 노스럽과 스탠리에 의해 확실히 증명되었다.이 세 명의 과학자들은 1946년 노벨 [22]화학상을 받았다.

효소가 결정화될 수 있다는 이 발견은 과학자들이 결국 X선 결정학을 통해 그들의 구조를 해결할 수 있다는 것을 의미했다.이것은 눈물, 침, 그리고 일부 박테리아의 코팅을 소화시키는 달걀 흰자에서 발견되는 효소인 리조자임을 위해 처음 행해졌다; 그 구조는 데이비드 칠튼 필립스가 이끄는 그룹에 의해 해결되었고 [23]1965년에 출판되었다.리소자임의 이 고해상도 구조는 구조 생물학 분야의 시작을 의미하고 효소가 원자 수준에서 어떻게 작용하는지를 이해하기 위한 노력을 나타냅니다.

대사

신진대사 초기 관심

Ars de statica medecina의 강철 저울에 있는 산토리오 산토리오는 1614년에 처음 출판되었다.

신진대사라는 용어는 그리스어 μμββομμμα – '변화' 또는 '오버스루'[24]를 뜻하는 대사물질에서 유래했다.신진대사에 대한 과학적 연구의 역사는 800년에 이른다.모든 대사 연구의 가장 초기는 13세기 초 (1213–1288) 다마스쿠스에서 온 이슬람 학자에 의해 시작되었다. 알-나피스는 그의 가장 잘 알려진 작품인 신학자 Autodidactus에서 "그 신체와 그 모든 부분이 분해와 영양의 지속적인 상태에 있고, 그래서 불가피하게 영구적인 과정을 거치고 있다"고 말했다.변경해 주세요.[25]알 나피스는 생화학적 개념에 관심을 가진 최초의 문서화된 의사였지만, 산토리오 산토리오에 의해 1614년 그의 책 Ars de statica [26]medecina에서 인간 신진대사에 대한 최초의 통제된 실험이 발표되었습니다.이 책은 그가 어떻게 먹고 자고 일하고 성관계 단식하고 술을 마시고 배설하기 전후의 체중을 측정했는지를 묘사하고 있다.그는 그가 섭취한 음식의 대부분이 소위 말하는 "무감각한 땀"으로 인해 손실되었다는 것을 알았다.

대사 : 20세기 ~ 현재

이러한 현대 생화학자들 중 가장 다작인 한스 크렙스는 [27]신진대사에 대한 연구에 큰 기여를 했다.크렙스는 매우 중요한 오토 워버그의 학생이었고, 그 제목으로 워버그의 전기를 썼다. 그는 워버그가 유기 화학에 대해 피셔가 한 것과 같이 생물 화학에 대해 교육받았다고 설명했다.그는 그렇게 했다.Krebs는 요소 회로를 발견했고, 이후 Hans Kornberg와 함께 구연산 회로와 글리옥실산 [28][29][30]회로를 발견했다.이러한 발견으로 [31]크렙스는 1953년에 노벨 생리학상을 수상하게 되었고, 이것은 필수적인 보조효소 A를 발견한 독일 생화학자 프리츠 알버트 리프만과 공유되었다.

포도당 흡수

1960년에 생화학자인 로버트 K. 크레인은 장내 포도당 [32]흡수의 메커니즘으로 나트륨-포도당 공수송을 발견했다고 밝혔다.이것은 이온의 플럭스와 기질 사이의 결합에 대한 최초의 제안으로 생물학에서 혁명을 일으킨 것으로 보여졌습니다.하지만, 이 발견은 분자 포도당의 구조와 화학적 구성을 발견하지 않았다면 불가능했을 것이다.이러한 발견은 거의 60년 [33]전에 노벨 화학상을 받은 독일 화학자 에밀 피셔에게 크게 기인한다.

당분해

여기에는 해당과정에 대한 단계적 묘사가 필수 효소와 함께 나와 있습니다.

신진대사는 분자의 분해(이화 과정)와 이러한 입자로부터 더 큰 분자의 생성(아노신 삼인산(ATP)의 형성에 포도당의 사용과 관여가 이러한 이해의 기본이다.몸에서 발견되는 가장 빈번한 당분해 유형은 구스타프 엠벤, 오토 마이어호프 및 야콥 카롤 파르나스에 의해 발견된 엠벤-마이어호프 파르나스(EMP) 경로를 따르는 유형이다.이 세 남자는 해당과정이 인체의 효율성과 생산을 위한 강력한 결정적 과정이라는 것을 발견했다.인접한 이미지에 나타난 경로의 중요성은 의사 및 연구자가 이 과정의 개별 단계를 식별함으로써 심각한 빈혈로 이어질 수 있는 피루브산인산화효소 결핍과 같은 대사 이상 부위를 정확히 파악할 수 있다는 것이다.세포, 즉 유기체는 적절한 기능 대사 경로 없이는 생존할 수 없기 때문에 이것은 가장 중요하다.

기악의 진보(20세기)

이것은 21.2T 자석을 가진 HWB-NMR로 알려진 매우 큰 NMR 기기의 예입니다.

그 이후로 생화학은 특히 20세기 중반 이후 크로마토그래피, X선 회절, NMR 분광학, 방사성 동위원소 라벨링, 전자 현미경 및 분자 역학 시뮬레이션과 같은 새로운 기술의 개발로 발전했다.이러한 기술은 해당과정과 크렙스 회로(Crybs cycle)와 같은 세포의 많은 분자와 대사 경로의 발견과 상세한 분석을 가능하게 했다.NMR 계측기의 예를 들어 HWB-NMR과 같은 일부 계측기는 크기가 매우 클 수 있으며 가격은 수천 달러에서 수백만 달러(여기 보이는 것은 1600만 달러)에 이를 수 있습니다.

중합효소 연쇄반응

위 그림은 현재 중합효소 연쇄반응에 사용되고 있는 서모사이클러 모델이다.

중합효소 연쇄반응(PCR)은 현대 생화학에 혁명을 일으킨 1차 유전자 증폭 기술이다.중합효소 연쇄반응은 1983년 [34]Kary Mullis에 의해 개발되었다.적절한 중합효소 연쇄반응에는 1)변성 2)확장 3)삽입(발현되는 유전자의)과 마지막으로 4)삽입 유전자의 증폭의 4단계가 있다.이 프로세스의 간단한 예시와 함께, 다음의 그림과 이 섹션의 우측에 기재되어 있는 스텝을 참조해 주세요.이 기술은 단일 유전자의 복사를 수백, 심지어 수백만 개의 복사본으로 증폭시킬 수 있게 하고 박테리아와 유전자 발현을 연구하기를 원하는 모든 생화학자들에게 프로토콜의 초석이 되었다.PCR은 유전자 발현 연구에 사용될 뿐만 아니라 림프종, 백혈병, 그리고 때때로 의사들을 곤혹스럽게 할 수 있는 다른 악성 질병과 같은 특정 질병을 진단하는 데 연구소가 도움을 줄 수 있다.중합효소 연쇄반응 개발이 없었다면 결실을 [35]맺지 못했을 세균 연구와 단백질 발현 연구 분야에서 많은 발전이 있었다.중합효소 연쇄반응의 이론과 과정의 발전은 필수적이지만 열 사이클러의 발명도 마찬가지로 중요하다. 왜냐하면 이 기구 없이는 과정이 불가능하기 때문이다.이것은 기술의 발전이 이론적인 개념의 발전을 이끄는 고된 연구만큼이나 생화학 같은 과학에도 중요하다는 사실을 보여주는 또 다른 증거이다.

여기에서는 변성의 첫 번째 단계 이후의 PCR의 세 단계를 보여 줍니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Ton van Helvoort (2000). Arne Hessenbruch (ed.). Reader's Guide to the History of Science. Fitzroy Dearborn Publishing. p. 81. ISBN 9781134262946.
  2. ^ 헌터(2000), 페이지 75.
  3. ^ Jacob Darwin Hamblin (2005). Science in the Early Twentieth Century: An Encyclopedia. ABC-CLIO. p. 26. ISBN 978-1-85109-665-7.
  4. ^ 헌터(2000), 96-98페이지.
  5. ^ Clarence Peter Berg (1980). The University of Iowa and Biochemistry from Their Beginnings. Iowa Biochemistry. pp. 1–2. ISBN 9780874140149.
  6. ^ Frederic Lawrence Holmes (1987). Lavoisier and the Chemistry of Life: An Exploration of Scientific Creativity. University of Wisconsin Press. p. xv. ISBN 978-0299099848.
  7. ^ "biochemistry, n." OED Online. Oxford University Press. Retrieved 8 April 2015.
  8. ^ Anne-Katrin Ziesak; Hans-Robert Cram (18 October 1999). Walter de Gruyter Publishers, 1749-1999. Walter de Gruyter & Co. p. 169. ISBN 978-3110167412.
  9. ^ Horst Kleinkauf, Hans von Döhren, Lothar Jaenicke (1988). The Roots of Modern Biochemistry: Fritz Lippmann's Squiggle and its Consequences. Walter de Gruyter & Co. p. 116. ISBN 9783110852455.{{cite book}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  10. ^ Mark Amsler (1986). The Languages of Creativity: Models, Problem-solving, Discourse. University of Delaware Press. p. 55. ISBN 978-0874132809.
  11. ^ Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, Volume 70. Academic Press. 28 November 2013. p. 36. ISBN 9780124081123.
  12. ^ Koscak Maruyama (1988). Horst Kleinkauf; Hans von Döhren; Lothar Jaenickem (eds.). The Roots of Modern Biochemistry: Fritz Lippmann's Squiggle and its Consequences. Walter de Gruyter & Co. p. 43. ISBN 9783110852455.
  13. ^ Magner. A History of Life Sciences. p. 4.
  14. ^ W. F. Bynum; Roy Porter, eds. (20 June 2013). Companion Encyclopedia of the History of Medicine. Routledge. ISBN 9781136110443.
  15. ^ Brater, D. Craig; Walter J. Daly (2000). "Clinical pharmacology in the Middle Ages: Principles that presage the 21st century". Clinical Pharmacology and Therapeutics. 67 (5): 447–450. doi:10.1067/mcp.2000.106465. PMID 10824622. S2CID 45980791.
  16. ^ de Réaumur, RAF (1752). "Observations sur la digestion des Oiseaux". Histoire de l'académie royale des sciences. 1752: 266, 461.
  17. ^ 윌리엄스, H. S.(1904) 과학의 역사: 5권.제4권 화학·생물과학의 근대적 발전 하퍼 앤 브라더스(뉴욕)
  18. ^ Dubos J. (1951). "Louis Pasteur: Free Lance of Science, Gollancz. Quoted in Manchester K. L. (1995) Louis Pasteur (1822–1895)--chance and the prepared mind". Trends Biotechnol. 13 (12): 511–515. doi:10.1016/S0167-7799(00)89014-9. PMID 8595136.
  19. ^ A. 페이엔과 J.-F.페르소즈(1833) "Mémoire sur la diastase, res principaux products de ses réactions et leurs applications auxarts industriels"(디아스테아제, 반응의 주요 산물과 산업 예술에 대한 응용에 대한 메모), Annales de chimie et de fict, 2시리즈, vol.53, 73–92페이지.
  20. ^ 에두아르트 부흐네르의 노벨상 수상자 전기(http://nobelprize.org)
  21. ^ 1907년 에두아르트 부흐네르의 노벨상 강연 텍스트(http://nobelprize.org)
  22. ^ 1946년 노벨 화학상 수상자 http://nobelprize.org
  23. ^ Blake CC, Koenig DF, Mair GA, North AC, Phillips DC, Sarma VR (1965). "Structure of hen egg-white lysozyme. A three-dimensional Fourier synthesis at 2 Angstrom resolution". Nature. 206 (4986): 757–761. Bibcode:1965Natur.206..757B. doi:10.1038/206757a0. PMID 5891407. S2CID 4161467.
  24. ^ "Metabolism". The Online Etymology Dictionary. Retrieved 20 February 2007.
  25. ^ 신학자 오토디닥토스
  26. ^ Eknoyan G (1999). "Santorio Sanctorius (1561-1636) - founding father of metabolic balance studies". Am J Nephrol. 19 (2): 226–33. doi:10.1159/000013455. PMID 10213823. S2CID 32900603.
  27. ^ Kornberg H (2000). "Krebs and his trinity of cycles". Nat Rev Mol Cell Biol. 1 (3): 225–8. doi:10.1038/35043073. PMID 11252898. S2CID 28092593.
  28. ^ Krebs, H. A.; Henseleit, K. (1932). "Untersuchungen über die Harnstoffbildung im tierkorper". Z. Physiol. Chem. 210 (1–2): 33–66. doi:10.1515/bchm2.1932.210.1-2.33.
  29. ^ Krebs H, Johnson W (1 April 1937). "Metabolism of ketonic acids in animal tissues". Biochem J. 31 (4): 645–60. doi:10.1042/bj0310645. PMC 1266984. PMID 16746382.
  30. ^ Kornberg H, Krebs H (1957). "Synthesis of cell constituents from C2-units by a modified tricarboxylic acid cycle". Nature. 179 (4568): 988–91. Bibcode:1957Natur.179..988K. doi:10.1038/179988a0. PMID 13430766. S2CID 40858130.
  31. ^ Krebs, Hans. "Nobel Foundation". Retrieved 22 November 2013.
  32. ^ 로버트 K.크레인, D밀러와 나Bihler."설탕의 장내 수송 메커니즘에 대한 제한"In: 막수송과 대사.1960년 8월 22일부터 27일까지 프라하에서 열린 심포지엄의 진행.A에 의해 편집되었습니다.클라인젤러와 A.체코 과학 아카데미, 프라하, 1961년, 439-449페이지.
  33. ^ Fischer, Emil. "Nobel Foundation". Retrieved 2 September 2009.
  34. ^ Bartlett, Stirling (2003). "A Short History of the Polymerase Chain Reaction". PCR Protocols. Methods in Molecular Biology. Vol. 226. pp. 3–6. doi:10.1385/1-59259-384-4:3. ISBN 1-59259-384-4. PMID 12958470.
  35. ^ Yamamoto, Yoshimasa (9 May 2002). "PCR in Diagnosis of Infection: Detection of Bacteria in Cerebrospinal Fluid". Clin Diagn Lab Immunol. 9 (3): 508–14. doi:10.1128/CDLI.9.3.508-514.2002. PMC 119969. PMID 11986253.

추가 정보

  • 프루톤, 조셉 S. 단백질, 효소, 유전자: 화학과 생물학의 상호작용.예일대학교 출판부:뉴헤이븐, 1999년ISBN 0-300-07608-8
  • 콜러, 로버트의학 화학에서 생화학까지: 생물의학 분야 만들기케임브리지 대학 출판부, 1982년.