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生化學의 歷史

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미오글로빈 의 3次元 構造를 나타낸 것으로 알파 螺旋은 리본으로 表現되어 있다. 맥스 퍼루츠 존 켄드루 는 1958年에 X線 結晶學 으로 미오글로빈의 構造를 最初로 밝혀냈고, 이러한 功勞로 1962年에 노벨 化學賞 을 受賞하였다.

生化學의 歷史 ( 英語 : history of biochemistry ) 또는 生化學社 (生化學史)는 生命의 構成과 過程에 關心이 많았던 古代 그리스 時代까지 거슬러 올라간다고 말할 수 있으나, 特定 科學 分野로서의 生化學 은 大略的으로 19世紀 初부터 始作되었다. [1] 어떤 이들은 生化學의 始作이 앙셀름 파얜(Anselme Payen)李 1833年에 最初로 酵素 다이아스테이스 (오늘날 아밀레이스 라 불리는)를 發見한 것일지도 모른다고 主張 [2] 하는 反面, 또 다른 이들은 에두아르트 부흐너 가 細胞 抽出物에서 複雜한 生化學的 過程인 알코올 醱酵 를 最初로 證明한 것을 生化學의 誕生으로 여기기도 한다. [3] [4] 一部는 1842年에 유스투스 폰 리비히 의 生理學 및 病理學에서 物質代謝에 對한 化學的 理論을 提示한 有機化學에서의 影響力 있는 硏究를 生化學의 始作이라 꼽기도 하며, [1] 또는 보다 이른 時期인 18世紀에 앙투안 라부아지에 의 發效 및 呼吸에 對한 硏究를 生化學의 始作이라 보기도 한다. [5] [6]

" 生化學 "이란 用語는 "生命, 生物"을 意味하는 "bio-" 와 " 化學 (chemistry)"의 結合에서 由來하였다. 生化學이란 單語는 1848年에 英語로 처음 記錄되었으며, [7] 1877年에 펠릭스 好페 자일러(Felix Hoppe-Seyler)는 《生理化學 저널》(Zeitschrift fur Physiologische Chemie) 第1號의 序文에 生化學이란 用語를 生理化學의 同義語로 使用하였고, 生化學 硏究 機關의 設立을 主張했다. [8] [9] 그럼에도 不拘하고 一部는 獨逸의 化學者 칼 盧이베르크(Carl Neuberg)가 1903年에 生化學이란 用語를 만들었다고 主張하며, [10] [11] 또 다른 이들은 프란츠 호프마이스터(Franz Hofmeister)가 生化學이란 用語를 만들었다고 主張하기도 한다. [12]

生化學의 硏究 主題는 生命體 內에서의 化學的 過程이며, 그 歷史는 生命體의 複雜한 構成 要素의 發見과 理解 및 生化學的 代謝 經路를 밝히는 것을 包含한다. 生化學의 大部分은 蛋白質 , 炭水化物 , 地質 , 核酸 및 其他 生體分子 와 같은 細胞 構成 要素의 構造와 機能을 다룬다. 이러한 生體分子들의 物質代謝 經路와 物質代謝 를 통한 化學 에너지의 흐름, 生體分子가 살아있는 細胞 內에서 어떻게 作動하는지에 對해서도 다룬다. 또한 生化學은 生化學的 信號傳達을 통한 情報 흐름의 調節과 關聯된 生化學的 過程과 그것들이 어떻게 全體的인 生物의 機能과 關聯되는지에 焦點을 맞추고 있다. 지난 40年 동안 生化學은 生命의 過程을 說明하는데 成功的이었으며 植物學 에서 醫學 에 이르는 生命科學 의 거의 모든 分野가 生化學 硏究를 하고 있다.

수 없이 다양한 生體分子 中에서 많은 것들은 類似한 反復 單位( 單位體 )로 構成된 複雜하고 큰 分子( 重合體 )이다. 生體分子 重合體의 各 部類는 基本 單位의 種類가 서로 다르다. 例를 들면, 蛋白質 은 20가지의 아미노산 들 中 選擇된 아미노산들의 重合體이고, 炭水化物 單糖類 , 올리고당류 , 多糖類 로 알려진 黨으로부터 形成된다. 地質 脂肪酸 글리세롤 로부터 形成되고, 核酸 뉴클레오타이드 로부터 形成된다. 生化學은 蛋白質과 같은 重要한 生物學的 分子의 化學的 特性 및 特히 酵素 觸媒 反應에 對해 硏究한다. 細胞 大使 및 內分泌 시스템에 對한 生化學은 廣範圍하게 硏究되었다. 生化學의 다른 領域으로는 遺傳 暗號 (DNA, RNA), 蛋白質 生合成 , 細胞膜 輸送 및 信號 傳達 이 있다.

生化學 移轉 [ 編輯 ]

社體液說. 이 圖表에서 各 種類의 飮食은 다른 生理的 結果를 가져온다. 例를 들어 차고 乾燥한 飮食은 검은 膽汁을 生成한다.

生化學에 對한 硏究는 生物學 이 사람들로부터 關心을 받게 되었을 때부터 始作되었다고 볼 수 있다. 古代 中國人들은 鍊金術 및 生物學的 關心으로 因해 陰陽五行說 [13] 에 기초한 醫學 體系를 발전시켰다. 古代 印度에서는 醫學에 對한 關心과 함께 始作되었는데, 印度人들은 그리스의 社體液說 과 類似한 세 가지 體液 槪念을 發展시켰다. 또한 그들은 組織 으로 構成된 身體에 關心을 기울였다. 古代 그리스인들의 生化學 槪念은 物質과 疾病에 關한 思想들과 關聯이 있는데, 健康은 社員蘇 死體額 의 均衡에서 비롯된다고 생각하였다. [14] 草創期 科學의 多數의 分野에서처럼 이슬람 世界는 初期 生物學의 發展과 鍊金術의 發展에 크게 寄與하였다. 特히 이븐 詩나 는 《醫學典範》(The Canon of Medicine)에서 臨床試驗 및 臨床藥理學을 紹介했다. [15] 化學의 側面에서, 初期 發展은 冶金術 , 科學的 方法 , 原子論 의 初期 理論을 包含한 鍊金術의 理解, 探究에 크게 依存하였다. 보다 最近에 化學 硏究는 멘델레예프의 週期律表 , 돌턴의 原子論 , 質量 保存의 法則 과 같은 劃期的인 事件으로 나타낼 수 있다. 마지막으로 言及된 質量 保存의 法則은 熱力學 化學 을 連結하기 때문에 세 가지 中 가장 重要하다.

酵素 [ 編輯 ]

에두아르트 부흐너
위 그림은 制限酵素 EcoR1을 컴퓨터를 利用해 3D 形態로 再現한 것이다.

18世紀 말과 19世紀 初에 위分泌物에 위한 고기의 消化 [16] 및 植物 抽出物과 唾液 에 依해 綠末 이 糖으로 變換된다는 것이 알려져 있었다. 그러나 이러한 일이 일어난 期作은 밝혀져 있지 않았다. [17]

19世紀에 酵母 에 依한 알코올 醱酵 를 硏究했을 때, 루이 파스퇴르 發效 가 醱酵素(ferment)라고 불리는 酵母 細胞 內에 包含된 生命力에 依해 觸媒된다고 결론짓고, 이러한 일이 살아있는 生命體 內에서만 可能하다고 생각했다. 파스퇴르는 "알코올 發效는 細胞의 죽음이나 腐敗가 아닌 酵母 細胞의 生命 및 組織과 相互聯關된 作用이다."라고 記錄했다. [18]

앙셀름 파얜은 1833年에 다이아스테이스 라고 불리는 最初의 酵素를 發見했으며, [19] 1878年에 獨逸의 生理學者 빌헬름 퀴네 (1837~1900)는 이 過程을 說明하기 위해 그리스어 "ενζυμον", "(in leaven)"에서 由來한 酵素 라는 用語를 만들었다. 酵素라는 單語는 나중에 펩신 과 같은 살아있지 않는 것들을 指稱하는데 使用되었으며, 醱酵素(ferment)는 生命體에 依해 生成된 化學的 活性을 指稱하는데 使用되었다.

1897年에 에두아르트 부흐너 는 살아있는 酵素 細胞가 없더라도 黨을 發效시키는 酵母 抽出物의 能力에 對해 硏究하기 始作했다. 베를린 훔볼트 大學校 에서 行해진 一連의 實驗에서 부흐너는 混合物에 살아있는 酵母 細胞가 없을 때에도 糖이 發效된다는 것을 發見했다. [20] 부흐너는 雪糖을 발효시키는 酵素를 "치메이스(zymase)"라고 이름지었다. [21] 부흐너는 "生化學 硏究와 無細胞 發效의 發見"에 對한 功勞로 1907年에 노벨 化學賞 을 受賞했다. 부흐너의 例를 따라 酵素는 一般的으로 그 酵素가 遂行하는 反應에 따라 命名된다. 普通 接尾辭 "-ase"는 氣質 의 이름 뒤에 붙이거나(예: 落테이스 落토스(젖糖)分解酵素 이다), 反應의 類型(예: DNA 重合酵素 는 DNA 重合體를 形成한다)에 따른다.

酵母 가 살아있는 細胞 外部에서 기능할 수 있다는 것을 보여주었기 때문에, 다음 段階는 生化學的 性質을 決定하는 것이었다. 많은 初期 硏究者들은 酵素 活性이 蛋白質 과 關聯되어 있다고 指摘했지만, 몇몇 科學者들은( 노벨 化學賞 受賞者인 리하르트 빌슈테터 같은) 蛋白質이 酵素의 運搬體日 뿐이며 蛋白質 自體는 觸媒 作用을 할 수 없다고 主張했다. 그러나 1926年에 제임스 섬너 有레이스 (urease, 要素加水分解酵素)가 純粹 蛋白質이며 結晶化할 수 있음을 밝혀냈고, 1937年에 카脫레이스 로도 마찬가지임을 보여주었다. 純粹 蛋白質이 酵素日 수 있다는 結論은 消化 酵素인 펩신 (1930), 트립신, 키모트립신을 硏究한 존 하워드 노스럽 , 웬들 메러디스 스탠리 에 依해 決定的으로 立證되었다. 제임스 섬너, 존 노스럽, 웬들 스탠리는 1946年에 노벨 化學賞 을 受賞했다. [22]

酵素가 結晶化될 수 있다는 發見은 科學者들이 마침내 X線 結晶學 으로 酵素의 構造를 풀어낼 수 있다는 것을 의미했다. 이러한 試圖는 눈물, 唾液, 달걀 흰자 에서 發見되며 一部 細菌의 外膜을 分解하는 酵素인 라이소자임 에 對해 처음 遂行되었으며, 라이소자임의 救助는 데이비드 漆턴 필립스(David Chilton Phillips)가 이끈 硏究陣에 依해 糾明되었고, 1965年에 發表되었다. [23] 이렇게 밝혀진 라이소자임의 高解像度 救助는 構造生物學 의 始作과 酵素가 原子 水準에서 어떻게 作動하는지 理解하려는 努力의 成果를 보여준다.

物質代謝 [ 編輯 ]

草創期 物質代謝의 關心 對象 [ 編輯 ]

1614年에 發行된 《醫學 基準(Ars de statica medecina)》에서 대저울 속에 있는 산토리오 산토리오

"物質代謝(metabolism)"라는 用語는 "變化(change)" 또는 "바꿈(overthrow)"을 意味하는 그리스어 "Μεταβολισμ?? ? Metabolismos"에서 由來되었다. [24] 物質代謝에 關한 科學的 硏究의 歷史는 800年 前까지 거슬러 올라간다. 初期 物質代謝에 關한 硏究는 다마스쿠스의 이슬람 學者인 이븐 알 나피스(Ibn al-Nafis)에 依해 13世紀에 始作되었다. 알 나피스는 自身의 가장 有名한 作品인 《獨學 神學》(Theologus Autodidactus)에서 "身體와 모든 身體의 部分들은 持續的인 營養分 供給, 分解 狀態가 되어 永久的인 變化가 不可避하다"라고 言及했다. [25] 비록 알 나피스가 生化學的 槪念에 關心을 가진 最初의 醫師였지만, 사람의 物質代謝에 對한 最初의 統制 實驗은 1614年 산토리오 산토리오 가 《醫學 基準》(Ars de statica medecina)이란 冊으로 發表했다. [26] 이 冊에서 산토리오는 食事, 睡眠, 일하기, 性關係, 禁食, 飮酒, 排泄하기 前後의 自身의 體重이 어떻게 變하는지 說明하고 있다. 산토리오는 攝取한 飮食의 大部分이 그가 "不感蒸散(insensible perspiration)"이라 불렀던 것을 통해 消耗된다는 것을 發見했다.

物質代謝: 20世紀 ~ 現在 [ 編輯 ]

가장 많은 硏究를 한 現代 生化學者 中 한 名은 物質代謝 硏究에 큰 寄與를 한 한스 크렙스 인데, [27] 크렙스는 오토 바르부르크 의 弟子였고, 바르부르크는 에밀 피셔 의 弟子였다. 크렙스는 要素 回로 를 發見했고, 後에 한스 콘버그(Hans Kornberg)와 함께 시트르산 回로 글리옥실산 回로 를 發見했다. [28] [29] [30] 이러한 發見으로 크렙스는 必須 補助 人者인 助酵素 A 를 發見한 프리츠 알베르트 리프만 과 1953年에 노벨 生理學醫學賞 을 共同 受賞했다. [31]

葡萄糖 吸收 [ 編輯 ]

1960年에 生化學者 로버트 크레인(Robert K. Crane)은 訴狀에서 葡萄糖 吸收 메커니즘으로 Na + -葡萄糖 共同輸送을 發見했다. [32] 이것은 生物學에서 革命을 불러일으킨 것처럼 보이는 이온의 移動과 氣質의 移動을 짝짓는 最初의 提案이었다. 그러나 萬若 葡萄糖 의 分子 構造와 化學的 構成에 對한 發見이 없었다면, 이러한 發見은 不可能했을 것이다. 이 發見들은 1902年에 노벨 化學賞 을 受賞한 獨逸의 化學者 에밀 피셔 가 크게 寄與한 것으로 밝혀졌다. [33]

該當過程 [ 編輯 ]

該當過程의 各 段階 反應들과 그 反應들을 觸媒하는 酵素들

物質代謝 는 物質의 分解( 異化作用 )와 物質의 合成( 同化作用 )에 焦點을 맞추기 때문에, 葡萄糖의 使用과 이에 따른 ATP 의 合成을 관련시키는 것이 物質代謝에 對한 理解의 基本이다. 身體에서 發見되는 該當過程 의 가장 흔한 類型은 구스타프 엠덴(Gustav Embden), 오토 마이어호프 (Otto Meyerhof), 야콥 카롤 파르나스(Jakob Karol Parnas)가 發見한 엠덴-마이어호프-파르나스 經路(Embden-Meyerhof-Parnas Pathway, EMP Pathway)이다. 엠덴, 마이어호프, 파르나스는 該當過程이 人體의 效率과 生産을 決定하는 重要한 過程임을 發見했다. 該當過程 經路의 重要性은 該當過程의 個別 段階를 確認함으로써 醫師와 硏究者들이 甚한 貧血로 이어질 수 있는 피루브산 키네이스 缺乏症 (pyruvate kinase deficiency)과 같은 臺詞 障礙 部位를 正確하게 찾아낼 수 있다는 것이다. 이것은 細胞와 生命體가 適切한 機能을 하는 臺詞 經路 없이는 生存할 수 없기 때문에 매우 重要하다.

機器의 發展 (20世紀) [ 編輯 ]

이것은 21.2T(테슬라)의 磁石을 包含한 HWB-NMR로 알려진 매우 巨大한 NMR 機器의 例이다.

生化學은 特히 20世紀 中盤 以後에 크로마토그래피 , X線 回折 , NMR 分光學(nuclear magnetic resonance spectroscopy), 放射性 同位元素 表紙, 電子 顯微鏡 分子動力學 시뮬레이션과 같은 새로운 技術의 開發과 함께 發展했다. 이러한 技術은 該當過程 시트르산 回로 와 같은 細胞 의 많은 分子와 代謝 經路 에 對한 發見과 詳細한 分析을 可能하게 했다. NMR 機器의 例로 HWB-NMR과 같은 一部 機器의 境遇 크기가 매우 커서 몇 百 달러에서 數 百萬 달러(寫眞에 보이는 機器의 境遇 1,600萬 달러)의 費用이 든다는 것을 보여준다.

重合酵素 連鎖 反應 [ 編輯 ]

위 그림은 現在 重合酵素 連鎖 反應 에서 使用 中인 遺傳子 增幅器의 모델이다.

重合酵素 連鎖 反應 (PCR)은 現代 生化學에 革命을 일으킨 重要한 遺傳子 增幅 技術이다. 重合酵素 連鎖 反應은 1983年 캐리 멀리스 에 依해 開發되었다. [34] 重合酵素 連鎖 反應에는 3段階가 있는데 1) DNA 變成, 2) 프라이머의 結合, 3) DNA 合成이다. 이 過程의 簡單한 例를 보여주는 段階는 이 文壇의 오른쪽 아래에 있는 그림에서 볼 수 있다. 이 技術은 單一 遺傳子의 複製物을 數 百 또는 數 百萬 部로 增幅시킬 수 있게 해주며, 細菌과 遺傳子 發現을 硏究하기를 願하는 生化學者를 위한 實驗 計劃안의 礎石이 되었다. 重合酵素 連鎖 反應은 遺傳子 發現 硏究에 使用될 뿐만 아니라 림프腫 , 一部 類型의 白血病 및 때때로 醫師들을 곤혹스럽게 만드는 惡性 疾患을 診斷하는데 利用될 수 있다. 重合酵素 連鎖 反應 技術의 發展이 없었더라면 細菌 硏究 및 蛋白質 發現 硏究에서의 數 많은 發展의 成果를 낼 수 없었을 것이다. [35] 重合酵素 連鎖 反應의 理論과 過程의 發展은 重要하지만 遺傳子 增幅器(thermal cycler)의 發明도 重要한데 이는 重合酵素 連鎖 反應 過程이 遺傳子 增幅器 없이는 不可能하기 때문이다. 이것은 生化學科 같은 科學에서 근면한 硏究 活動으로 因한 理論的인 槪念의 發展과 더불어 技術의 發展도 亦是 重要하다는 것을 意味한다.

重合酵素 連鎖 反應(PCR)의 세 段階. 1) DNA 變成, 2) 프라이머의 結合, 3) DNA 合成.

같이 보기 [ 編輯 ]

各州 [ 編輯 ]

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關聯 文獻 [ 編輯 ]

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  • Kohler, Robert. From Medical Chemistry to Biochemistry: The Making of a Biomedical Discipline . Cambridge University Press, 1982.