чем связаны химия и биология

Биология и химия: перспектива научного поиска, или Супрамолекулярная химия изучает кукурбитурил

Биология и химия: перспектива научного поиска, или Супрамолекулярная химия изучает кукурбитурил

Кукурбитурил по форме напоминает тыкву (семейство Cucurbitaceae)

Автор

Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Прогресс в биологии был бы невозможен без ее активного взаимодействия с другими науками. При решении биологических проблем тесно переплетаются идеи и методы биологии, химии, физики, математики и других областей знания. Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Это рассказ о взаимодействии и взаимообогащении двух наук — биологии и химии — на примере изучения молекулы кукурбитурила и о ее свойствах, пригодившихся для биологических целей.

Конкурс «био/мол/текст»-2012

Эта работа заняла первое место в номинации «Своя работа» конкурса «био/мол/текст»-2012.

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific.

Научный поиск и взаимодействие

С давних пор человека занимают вопросы: из чего он сделан, почему живые существа рождаются и умирают, думают и чувствуют, из чего состоят земля, воздух, вода и огонь, как этим всем можно управлять, и как это все связано между собой? По мере «взросления» человечества стали появляться различные науки, занимаясь которыми, люди стараются ответить на интересующие их вопросы. Так появились и обрели современный вид биология, химия, физика и другие области научного знания.

Как особая отрасль знания биология выделилась из естественных наук в XIX веке, когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Термин «биология» был введён независимо несколькими авторами: Фридрихом Бурдахом в 1800 году, Готтфилдом Рейнхолдом Тревиранусом и Жаном Батистом Ламарком в 1802 году. Большинство биологических наук является дисциплинами с узкой специализацией. Области внутри биологии подразделяются в зависимости от исследуемых объектов, масштабов исследования и применяемых методов: так, например, биохимия изучает химические основы жизни, молекулярная биология — сложные взаимодействия между биологическими молекулами, а зоология и ботаника — животный и растительный мир. Прогресс в биологии был бы невозможен без ее активного взаимодействия с другими науками. Благодаря развитию биохимии были открыты ферменты, и началась грандиозная работа по описанию всех процессов метаболизма. Последовавшее за эти открытие пространственной структуры молекулы ДНК Уотсоном и Криком дало мощный толчок для развития молекулярной биологии.

В наше время уже не приходится сомневаться, что жизнь в принципе можно воссоздать из «неорганической» материи, причем сделать это можно даже в лаборатории, фактически взяв на себя роль Творца. См., например «Смыслы „жизни“» [6] и «Жизнь в эпоху синтетической жизни» [7]. — Ред.

Самый «фундаментальный» уровень организации в биологии — молекулярный, поскольку клетки и внутриклеточные структуры строятся из молекул. Понимание строения атомов и молекул и детальное познание устройства клетки открыло перед биологами и химиками возможность совместной работы над химическим строением клетки и биохимическими процессами в живых тканях, обусловливающими биологические функции.

С физико-химическими основами возникновения мембранного потенциала, играющего ключевую роль в формировании и передаче нервного импульса, можно ознакомиться в статье «Формирование мембранного потенциала покоя» [8]. — Ред.

Сейчас для химии особенно важным становится применение биологических принципов, в которых сконцентрирован опыт многих миллионов лет эволюции, «оттачивавшей» химические структуры, максимально приспособленные для решения тех или иных биологических задач. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.

В мире создано множество научных центров, ведущих исследования в области физико-химической биологии. Странами-лидерами в этой области являются США, Великобритания, Франция, Германия, Швеция, Дания, Россия и другие. В нашей стране научные центры расположены в Москве и Подмосковье (Пущино, Обнинск, Черноголовка), Санкт-Петербурге, Новосибирске, Красноярске, Владивостоке и других городах.

О молекуле кукурбитуриле

Оригинальное направление развивается в Новосибирском Институте неорганической химии Сибирского отделения РАН. Это супрамолекулярная неорганическая химия, изучающая самосборку молекулярных структур из «строительных блоков»: органических молекул (в этой статье мы поговорим о кукурбитуриле) и неорганических фрагментов (комплексов металлов). Исследования биохимии кукурбит[n]урилов были начаты совсем недавно, поэтому соединения на их основе пока не получили широкого практического использования. Однако в супрамолекулярной химии уже были выработаны специальные термины для упрощения описаний сложнейших процессов: например, «хозяин» — это большая органическая молекула с полостью в центре, а «гость» — более простая молекула или ион, способная проникать в эту полость.

Рисунок 1. Кукурбитурилы по внешнему виду напоминают бочку

Транспорт ионов внутри координирующих их биоорганических молекул впервые изучался в нашей стране в Институте биоорганической химии РАН академиком Ю.А. Овчинниковым, чье имя носит институт в наши дни. Про одну такую молекулу — валиномицин, напоминающий если не бочонок, то что-то вроде шкатулки, — можно прочитать в статьях «Молекулярные контейнеры» [9] и «Неизвестные пептиды: „теневая“ система биорегуляции» [10]. — Ред.

Биологи и химики выбирают таких «гостей», которые имели бы полезные свойства и подходили бы по размерам. Удачные претенденты — комплексы переходных и благородных металлов с циклическими лигандами, например, циклáм и его производные. Такие вещества широко применяются в медицине в качестве противовирусных препаратов, в радиофармацевтике — для диагностики как рентгеноконтрастные вещества и в терапии — в роли катализаторов реакций. Комплексы кобальта с циклическим лигандом цикленом и его производными известны с годов; однако и в настоящее время они вызывают живейший интерес исследователей. Такие комплексы обладают способностью к связыванию дикислорода O₂ (используется комплекс кобальта-II) и являются катализаторами гидролиза аденозинтрифосфата и ДНК (используется комплекс кобальта-III). Комплексы золота и платины с полидентатными аминами (цикламом, этилендиамином, диэтилентриамином и др.) обладают противоопухолевыми и цитотоксическими свойствами. В отличие от других подобных соединений, они достаточно устойчивы в физиологических условиях. Возможная область применения комплексов золота и платины с кукурбитурилом — создание фармацевтических препаратов пролонгированного действия, когда активный компонент лекарства постепенно высвобождается из полости макроциклического «хозяина», а также для катализа и селективного разделения смесей химических веществ.

Соединения, выбранные для помещения внутрь кукурбитурила (см. таблицу), не только обладают вышеперечисленными свойствами, но и рисуют в воображении зрителя красочные образы. Так, например, кто-то может увидеть в комплексе рутения с этилендиамином бабочку (рис. 2а), золота с диэтилентриамином — веер (рис. 2б), кобальта и никеля с цикленом — шляпку (рис. 2в), а атомы железа, платины, меди, цинка и золота «сидят» на кресле из полиаминового лиганда циклама (рис. 2г).

Рисунок 2. В воображении химиков. а — Комплекс рутения с этилендиамином подобен бабочке в клетке. б — Комплекс золота с диэтилентриамином — как веер, удобно расположившийся в шкатулке. в — Комплекс кобальта и никеля с цикленом — как шляпка в коробке. г — Атомы Fe, Pt, Cu, Zn, Au расположены в центре молекулы-«хозяина» и «сидят» на кресле из полиаминового лиганда циклама.

Почему же так важно помещать одни молекулы внутрь других? Дело все в том, что такие соединения могут использоваться для моделирования разнообразных биохимических процессов, таких как:

Свойства упомянутых выше соединений поистине уникальны. Соединения металлокомплексов и кукурбитурила могут быть использованы для создания молекулярных и наноразмерных устройств: переключателей, сенсоров и молекулярных машин за счет модификации химических, электрохимических, фотохимических и магнитных свойств «гостя» в полости молекулы.

Но что же нужно сделать, чтобы одна молекула зашла в другую? Для этого пришлось разработать специальные методы получения таких комплексов (рис. 3). В случае прямого метода синтеза ученые исходят из кукурбит[n]урилов и комплексов металлов с полиаминными лигандами. Этот метод работает для комплексов рутения и золота. Соединение рутения с этилендиамином в кукурбитуриле напоминает бабочку в клетке (рис. 2а), а золота с диэтилентриамином — веер, удобно расположенный в шкатулке (рис. 2б).

Рисунок 3. Специальные методики, разработанные для получения соединений включения.

А если комплекс включаемого металла достаточно велик и не может пройти сквозь порталы нашей молекулы? Был применён другой метод, заключающийся во взаимодействии комплекса металла с предварительно включенным в полость большой молекулы лигандом (рис. 3). Этот метод оказался подходящим для следующих комплексов металлов: железа, платины, меди, цинка, золота. Здесь атомы металла расположены в центре кукурбитурила и «сидят» на кресле из полиаминового лиганда (рис. 2в). Молекулы кукурбитурила в кристаллической структуре упаковываются таким образом, что образуется либо «паркет», либо каналы «соты» (рис. 4). Такие соединения привлекают всё большее внимание, так как образующиеся пористые структуры могут быть использованы в реакциях сорбции газов и других малых органических молекул, а также в процессах разделения смесей.

Рисунок 4. Молекулы кукурбитурила в кристаллической структуре упаковываются таким образом, что образуется либо укладка по «паркетному» типу (слева), либо образуются каналы «соты» (справа)

Наши соединения обладают важным свойством: они растворимы в воде. Именно это делает их перспективными с точки зрения изучения поведения в растворах, а также доставки нерастворимых молекул в нужную точку организма. Соединения никеля и кобальта с цикленом были приготовлены по той же методике, заключающейся во взаимодействии комплекса металла с предварительно включенным в полость большой молекулы лигандом. Здесь комплексы никеля и кобальта подобны шляпке в коробочке (рис. 2в).

Биология и химия неразрывно связаны друг с другом, и их связь определяет изрядную часть научного прогресса. Переплетение методов обеих наук обоюдно обогащает их. Даже на примере одной молекулы становится очевидным, что научный прорыв невозможен без сотрудничества различных дисциплин.

Источник

ВЗАИМОСВЯЗЬ ХИМИИ С БИОЛОГИЕЙ

Химия и биология долгое время шли каждая своим собственным путем, хотя давней мечтой химиков было создание в лабораторных условиях живого организма.

Тем не менее «биологические идеалы» ранних этапов становления химического знания определили устойчивую традицию обращения химиков к проблемам биологии, хотя тогда же сложились представления о непроходимой грани между живым и неживым.

Лишь постепенное развитие науки XIX века, приведшее к раскрытию структуры атома и детальному познанию строения и состава клетки, открыло перед химиками и биологами практические возможности совместной работы над химическими проблемами учения о клетке, среди них вопросы о характере химических процессов в живых тканях, об обусловленности биологических функций химическими реакциями.

Действительно, если посмотреть на обмен веществ в организме с чисто химической точки зрения, как это сделал А.И. Опарин, мы увидим совокупность большого числа сравнительно простых и однообразных химических реакций, которые сочетаются между собой во времени, протекают не случайно, а в строгой последовательности, в результате чего образуются длинные цепи реакций. И этот порядок закономерно направлен к постоянному самосохранению и самовоспроизведению всей живой системы в целом в данных условиях окружающей среды.

Таким образом, такие специфические свойства живого, как рост, размножение, подвижность, возбудимость, способность реагировать на изменения внешней среды, связаны с определенными комплексами химических превращений.

Поэтому химии среди наук, изучающих жизнь, принадлежит основная роль. Именно химией выявлена важнейшая роль хлорофилла как химической основы фотосинтеза, гемоглобина как основы процесса дыхания, установлена химическая природа передачи нервного возбуждения, определена структура нуклеиновых кислот и т.д. Но главное заключалось в том, что объективно в самой основе биологических процессов, функций живого лежат химические механизмы. Все функции и процессы, происходящие в живом организме, оказывается возможным изложить на языке химии, в виде конкретных химических процессов.

Научными достижениями этого процесса стало определение химических продуктов клеточного метаболизма (обмена веществ в растениях, животных, микроорганизмах); установление биологических путей и циклов биосинтеза этих продуктов, был реализован их искусственный синтез, открытие материальных основ регулятивного и наследственного молекулярного механизма, а также в значительной степени выяснено значение химических процессов в энергетике процессов клетки и вообще живых организмов.

Сейчас для химии особенно важным становится применение биологических принципов, в которых сконцентрирован опыт приспособления живых организмов к условиям Земли в течение многих миллионов лет, опыт создания наиболее совершенных механизмов и процессов. Об этом следует поговорить подробнее.

Еще в XIX веке ученые поняли, что основой исключительной эффективности биологических процессов является биокатализ. Поэтому химики ставят своей целью создать новую химию, основанную на каталитическом опыте живой природы. Появится новое управление химическими процессами, где начнут применяться принципы синтеза себе подобных молекул, по принципу ферментов будут созданы катализаторы с таким разнообразием качеств, которые далеко превзойдут существующие в нашей промышленности.

Несмотря на то, что ферменты обладают общими свойствами, присущими всем катализаторам, тем не менее они не тождественны последним, поскольку функционируют в рамках живых систем. Поэтому все попытки использовать опыт живой природы для ускорения химических процессов в неорганическом мире сталкиваются с серьезными ограничениями. Пока речь может идти только о моделировании некоторых функций ферментов и использовании этих моделей для теоретического анализа деятельности живых систем, а также частично-практического применения выделенных ферментов для ускорения некоторых химических реакций.

Здесь самым перспективным направлением, очевидно, являются исследования, ориентированные на применение принципов биокатализа в химии и химической технологии, для чего нужно изучить весь каталитический опыт живой природы, в том числе и опыт формирования самого фермента, клетки и даже организма. Здесь и возникли основы эволюционной химии как новой науки, пролагающей пути принципиально новой химической технологии, способной стать аналогом живых систем.

Тот факт, что катализ играл решающую роль в процессе перехода от химических систем к биологическим, то есть на предбиологической стадии эволюции, в настоящее время подтверждается многими данными. Такие реакции сопровождаются образованием специфических пространственных и временных структур за счет образования новых и удаления использованных химических реагентов. Однако в отличие от самоорганизации открытых физических систем в данных химических реакциях важное значение приобретают каталитические процессы.

Роль этих процессов усиливается по мере усложнения состава и структуры химических систем. Именно на этом основании некоторые ученые напрямую связывают химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем. Иными словами, такая эволюция если не целиком, то в значительной мере связана с процессами самоорганизации каталитических систем. Здесь, однако, следует помнить, что переход к простейшим формам жизни предполагает также особый дифференцированный отбор лишь таких химических элементов и их соединений, которые являются основным строительным материалов для образования биологических систем. Такие элементы в химии получили название органогенов.

В результате такого подхода появилась информация об отборе химических элементов и структур, который оказался подобен биологической эволюции. В настоящее время химической наукой открыто 110 химических элементов. Большинство из них попадает в живые организмы и участвует в их жизнедеятельности. Однако основу жизнедеятельности организмов обеспечивает только шесть химических элементов-органогенов. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их суммарная весовая доля в структуре живого организма составляет 97,4%. За ними по степени важности следуют 12 элементов, которые принимают участие в построении многих физиологически важных компонентов биологических систем. Это натрии, калий, кальций, магний, алюминий, железо, кремний, хлор, медь, цинк, кобальт, никель. Их весовая доля в организме составляет 1,6%. Кроме того есть еще 20 элементов, которые участвуют в построении и функционировании отдельных узко-специфичных биосистем и весовая доля которых составляет около 1%. Все остальные элементы в построении биосистем практически не участвуют.

Такая резкая диспропорция между органическими и неорганическими соединениями, а также исключительно дифференцированный отбор минимума органогенов не могут быть объяснены различной распространенностью химических элементов в космосе и на Земле.

Это означает, что определяющими факторами в отборе химических элементов при формировании органических систем, а тем более биосистем выступают условия соответствия этих элементов определенным требованиям:

1. Способность образовывать прочные и, следовательно, энергоемкие химические связи.

2. Эти связи должны быть лабильны (то есть способны к образованию новых разнообразных связей).

Вот поэтому углерод и отобран из многих других элементов как органоген номер один. Он, как никакой другой элемент, способен вмещать и удерживать внутри себя самые редкие химические противоположности, реализовывать их единство, выступать в качестве носителя внутреннего противоречия.

Из миллионов органических соединений в построении живого участвуют лишь несколько сотен, из 100 известных аминокислот в состав белков входит только 20, лишь по четыре нуклеотида ДНК и РНК лежат в основе всех сложных полимерных нуклеиновых кислот, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза в любых живых организмах.

Сегодня ясно, что в ходе эволюции отбирались те структуры, которые способствовали резкому повышению активности и селективности действия каталитических групп. Есть уже и некоторые выводы:

2. Первые проявления катализа начинаются при смягчении условий и образовании первичных твердых тел.

3. По мере того, как физические условия приближались к земным, роль катализатора возрастала. Но общее значение катализа вплоть до образования более или менее сложных органических молекул все еще не могло быть высоким.

4. Роль катализа в развитии химических систем после достижения стартового состояния, то есть известного количественного минимума органических и неорганических соединений, начала возрастать с фантастической быстротой.

Теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем, в самом общем виде выдвинутая профессором МГУ А.П. Руденко в 1964 г., является общей теорией химической эволюции и биогенеза. Она решает вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного процесса, то есть о законах химической эволюции, об отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, о высоте химической организации и иерархии химических систем как следствии эволюции.

Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем и, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы. В ходе реакции происходит естественный отбор тех каталитических центров, которые обладают наибольшей активностью. Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходит за счет постоянного притока трансформируемой энергии. А так как основным источником энергии является базисная реакция, то максимальные эволюционные преимущества получают каталитические системы, развивающиеся на базе экзотермических реакций. Отсюда базисная реакция является не только источником энергии, но и орудием отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов.

Тем самым А.П. Руденко сформулировал основной закон химической эволюции, согласно которому с наибольшей скоростью и вероятностью образуются те пути эволюционных изменений катализатора, на которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.

Практическим следствием теории саморазвития открытых каталитических систем является так называемая «нестационарная технология», то есть технология с меняющимися условиями реакции. Сегодня исследователи приходят к выводу, что стационарный режим, надежная стабилизация которого казалась залогом высокой эффективности промышленного процесса, является лишь частным случаем нестационарного режима. При этом обнаружено множество нестационарных режимов, способствующих интенсификации реакции.

Сегодня уже совершенно ясны перспективы создания и развития новой химии, на основе которой будут созданы малоотходные, безотходные и энергосберегающие промышленные технологии.

План семинарского занятия (2 часа)

1. Химия как наука. Структура химии.

2. Взаимосвязь химии и физики. Тепловой эффект химической реакции.

3. Проблема химического элемента. Реакционная способность вещества.

4. Структурная химия, ее современные задачи.

5. Учение о химическом процессе. Катализ.

6. Эволюционная химия. Связь химии и биологии. Теория А.П.Руденко.

Источник

Естественно-научные дисциплины: куда поступать, если сдаёшь химию и биологию

Рассказываем, какой выбрать вуз, как поступить и кем потом работать

Как готовиться к поступлению и обучению в вузе по естественно-научному направлению, рассказываем в большом обзоре. Своим опытом делятся наши преподаватели: эксперт ЕГЭ-2020 по химии, преподаватель химфака МГУ Мария Володина и сотрудник общей физиологии и регуляторных пептидов биофака МГУ, сотрудник Ассоциации победителей олимпиад Полина Шлапакова.

Химия

Биология

Биохимическое направление (медицина)

Что запомнить

Химия

Особенности дисциплины

Привычные разделы школьной химии в вузе делятся на более узкие направления. Например, изучаемая в школе общая химия — на физическую, термодинамику, кинетику и катализ.

Чтобы связывать химические процессы с реальной жизнью, полезно хотя бы на базовом уровне знать другие школьные предметы. Для решения сложных расчётных задач студентам пригодятся знания математики, биологии, физики, иногда информатики.

«Может показаться неожиданным, но геометрия, например, имеет прямое отношение к химии. Дело в том, что свойства веществ во многом зависят от их структуры. Если мы понимаем, как протекают процессы на молекулярном и атомном уровне, какую геометрию имеют молекулы или как расположены атомы в узлах кристаллических решёток, то можем предсказать поведение веществ в химических реакциях. Знание основ электростатики и физических методов исследования вещества необходимо для конструирования различных материалов с уникальными физическими свойствами, а следовательно, и поиска областей их применения», — Мария Володина.

Кем может стать любитель химии

«Некоторые абитуриенты выбирают вуз и факультет на основе своих предположений о том, по каким предметам они могут получить максимальные баллы за ЕГЭ. Лучше выбирать специальность, которая действительно вас интересует, чтобы потом не пожалеть об упущенном времени и возможностях», — Мария Володина.

Фундаментальная химия и исследования

Факультеты фундаментальной науки готовят специалистов для работы в научно-исследовательских центрах и в лабораториях при вузах, государственных и частных компаний. Учёные-химики сегодня имеют возможность реализовать себя в очень разных областях, в том числе при поддержке грантов правительства или известных брендов. Если нет желания работать в лаборатории, можно заниматься теоретической химией — двигать науку вперёд.

Производство

Химические вузы также готовят кадры для работы на производстве, где необходимо находиться в прямом контакте с реакторами, механизмами, производственными цепями. О вакансиях компаний студенты узнают на университетских мероприятиях, таких, как День факультета, День студента, День карьеры.

Образование

Химики-преподаватели нужны в вузах, школах, научных и образовательных центрах. Умелые педагоги востребованы в сфере работы с одарёнными школьниками и иностранными студентами.

Преподавание — отличный вариант для тех, кто не только хорошо разбирается в химии, но ещё умеет объяснять сложные вещи простым языком и мотивировать других на изучение предмета.

Медицина и фармацевтика

Для работы в этой области требуются специфические знания химии и биологии, поэтому лучше осваивать эту специальность в медицинском вузе или даже на факультетах фундаментальной медицины и фармакологии.

Контроль качества

Проблемы качества питьевой воды и топлива, анализ биологических объектов и допинг-контроль сегодня особенно актуальны. Здесь химикам предоставлен простор для изобретения новых методов исследования и совершенствования старых.

Предпринимательство

Есть химики, которые патентуют свои разработки, и их покупают компании для запуска новых технологий и материалов в производство, например, востребованные диагностические инструменты для разных отраслей: от медицины до нефтяной промышленности. Другие специалисты открывают частные образовательные или научно-популярные и развлекательные центры, несут науку в массы посредством химических шоу.

Олимпиады по химии

Не все олимпиады по химии дают льготы при поступлении. Школьнику следует уточнить, диплом каких олимпиад принимает вуз и какие льготы даёт за призовые места. Например, льготы призёрам конкурса научных работ «Юниор» предоставляет только один вуз — МИФИ. В 11-м классе, когда время ограничено и нужно грамотно распределить силы перед ЕГЭ, следует избирательно относиться к олимпиадам.

Ученики 8–10 классов вольны пробовать разные олимпиады по разным предметам — это поможет расширить кругозор и уточнить выбор дальнейшего образовательного пути.

Вузы неспроста отдают предпочтение собственным олимпиадам. После введения ЕГЭ вузовские задания вступительных испытаний трансформировались в перечневые олимпиады. Поскольку каждый вуз стремится выбрать абитуриентов, наиболее способных к обучению по своим программам, то и задания олимпиад существенно отличаются.

«Сеченовская — это особенная олимпиада: она требует знаний химии в приложении к медицине. В школьном курсе и даже в ДВИ на химфак МГУ, например, эти темы не разбираются. Чтобы подготовиться к олимпиадам, стоит смотреть задания прошлых лет и пообщаться с ребятами, которые в них участвовали», — Мария Володина.

Практически все олимпиады включают отборочный (заочный) интернет-этап. На некоторых бывают практические туры. Например, экспериментальный тур является обязательным на региональном этапе Всероссийской олимпиады, на Московской олимпиаде школьников и, конечно, на Международной олимпиаде по химии.

Победители (а в ряде вузов и призёры) Всероса получают право поступить в государственный вуз без экзаменов на направление, соответствующее профилю олимпиады.

Лучшие химические вузы страны

Наш топ-6 химических вузов страны составлен на основе рейтинга лучших университетов России Интерфакса. В перечень вошли крупнейшие столичные и региональные вузы, по данным 2019 года.

Химические факультеты продолжают открывать в разных вузах, например, в НИУ ВШЭ обучают бакалавров. Факультет организован при поддержке Российской академии наук, в 2019-2020 году абитуриентов набирали на 21 бюджетное место, ещё 9 человек могли получить стипендию университета.

Биология

Особенности дисциплины

Биология — наука о живых системах. Раньше исследователи коллекционировали образцы растений и животных, придумывали запоминающиеся названия и разрабатывали систему классификации. Современные биологи не только моделируют живые системы, но и управляют ими. В настоящее время нормы биоэтики запрещают создавать жизнь в пробирке и редактировать геном, хотя теоретически и практически это возможно. Дальнейшее развитие науки будет зависеть от решений нынешнего поколения учёных.

Чтобы заниматься моделированием живых систем, нужна теоретическая и терминологическая база. Многие студенты сдаются на этапе её освоения, однако базовые знания биологу необходимы.

В XXI веке биология развивается благодаря достижениям в смежных областях знаний. Поэтому биологам нужно знать химию, физику, уметь программировать и разбираться в базах данных. Только вместе со специалистами других областей биологи могут разобраться в загадках природы и, например, окончательно расшифровать геном человека.

«Физики, математики и даже химики говорят, что биология — сказочная наука, где нет вычислений и прикладных задач. Однако сейчас мы можем разложить физиологию и эволюцию живых систем по молекулам, по нуклеотидам. Мы имеем дело с огромными базами данных, можем сосчитать ДНК всех иммунных клеток организма и предположить, чем может болеть человек или какими талантами он одарён, так что, пожалуй, биология действительно сказочная наука», — Полина Шлапакова.

Кем может стать знаток биологии

Криминалистика

Специалист, который разбирается в геноме человека, может помочь полиции определить возраст подозреваемого по имеющимся уликам.

Юриспруденция

Специалисты в области права и биологии нужны не только для решения глобальных проблем биологической этики, но и для защиты прав исследователей. В области высокотехнологичных исследований и производств возникают конфликты и споры по вопросам защиты окружающей среды, тестирования лекарств, редактирования генома. Важно не только обсуждать эти вопросы, но и создавать биологические конструкции для решения проблем.

Биотехнологии

Биоинженеры помогают повысить эффективность производства: они используют бионический принцип — заимствуют модели движения или структуры живых систем.

Биоинформатика

Биология XXI века — это биология больших данных. Современные исследователи могут посчитать геном всех бактерий, которые содержатся в миллилитре воды. Чтобы записать этот геном, потребуются миллиарды символов кода. Эти данные нужно уметь сортировать, анализировать и представлять информацию в наглядной форме.

Методы сбора информации с каждым годом становятся доступнее, объёмы данных растут, и тут на помощь биологам приходят специалисты IT. Программисты помогают, например, отобразить графически распределение типов иммунных клеток. Посмотрев на график, биолог может объяснить наблюдаемое явление. Биоинформатики делают биологию простой, стройной и красивой, они помогают популяризовать науку.

Журналистика и связи с общественностью

Пишущий журналист с биологическим образованием сможет объяснять сложные вещи из мира науки широкой аудитории, просвещать читателей популярных изданий. Такой специалист сможет грамотно осветить новости экологии и медицины. Полезно знать английский язык, потому что о большинстве открытий мы узнаём из зарубежных журналов.

Олимпиады по биологии

Современная биологическая наука развивается за счёт междисциплинарных связей, поэтому задания Всероссийской олимпиады по биологии претерпеваю изменения в соответствии с новыми стандартами. Становится всё больше заданий на логическое мышление и меньше на эрудицию.

«Преподаватели делят олимпиады на две категории: “олимпиадные” и “ сложные задания” по химии. Например, Сеченовская олимпиада — это сложная химия. А Всерос — “олимпиадная” олимпиада: нужно много знать, обладать колоссальной эрудицией в вопросах химии и смежных областях и к тому же мыслить нестандартно», — Мария Володина.

«Ломоносов» содержит задачи по молекулярной биологии, в олимпиаде СПбГУ и «Покори Воробьёвы горы» — больше вопросов по зоологии и ботанике. Всесибирская олимпиада включает современные задания по цитологии, генетике, и молекулярной биологии. Турнир имени Ломоносова отличают нестандартные задачи на наблюдательность, там важно проявить мыслительные способности.

Лучшие биологические вузы страны

Перечень лучших биологических вузов на ⅔ совпадает со списком для химиков — хорошие вузы хороши почти во всём. Первые четыре университета предлагают классические программы фундаментального биологического образования. Сначала там преподают базу, а затем дают возможность изучать передовые науки или, например, высшую нервную деятельность. Туда набирают больше абитуриентов, и сообщество студентов-биологов получается более многочисленное.

На большинстве биологических факультетов сильная математика, поэтому в качестве вступительного экзамена часто требуется профильный ЕГЭ по предмету. Нужен ли ЕГЭ по химии на биофак, зависит от программы обучения в вузе. Поэтому абитуриентам нужно внимательно изучать информацию на сайте приёмной комиссии.

Выпускник биофака МФТИ, как правило, разбирается и в математике, и в физике, и в биологии. Такие специалисты могут заниматься передовыми отраслями биологии.

Биохимическое направление (медицина)

Что требуется от абитуриента

Биология, химия, математика, английский и милосердие

Медицинские специальности требуют отличных знаний, как минимум, по биологии и химии. Если один из этих предметов у вас западает, то в медицинском будет особенно сложно. На факультете фундаментальной медицины ДВИ по химии ввели потому, что многие студенты вылетали с первых курсов из-за неаттестации по этому предмету. В некоторых вузах уже требуется профильный экзамен по математике вместо базового, поэтому нужно внимательно изучить информацию приёмной комиссии. Передовые научные исследования публикуют в международных журналах, поэтому пригодятся и знание английского языка.

«Медикам не чуждо самопожертвование. Это люди, которые во время учёбы не спят, а потом выходят на работу и тоже не спят. Случаются и прекрасные моменты, но нужно понимать, что медицина — времязатратное занятие», Полина Шлапакова.

Прежде чем подавать документы в медицинский, нужно понять, готовы ли вы каждый день общаться с незнакомцами и как сильно вы хотите помогать людям. Проверьте себя в волонтёрских проектах медицинской направленности: мероприятия ко дню донора, помощь в онкологических отделениях больниц и работа с детьми-отказниками. Погрузиться в атмосферу медицинской диагностики помогают специальные курсы для школьников.

Способность к клиническому мышлению

Хороший врач полагается на собственное чутьё, а не только на современное оборудование и методики. Компьютерные томографы и лучевая диагностика позволяют увидеть многое, но времени и денег на всестороннее изучение каждого пациента часто не хватает. Врач должен поставить предварительный диагноз и для его уточнения назначить анализы или обследования.

Медицинская диагностика напоминает расследования Шерлока Холмса: наблюдательный медик складывает фрагменты симптомов и жалоб пациента в единую картину. Такую способность при первичном осмотре просканировать человека называют клиническим мышлением.

«Считается, что правильно поставленный диагноз на 50% определяет успех лечения. Если врач вовремя «поймал» болезнь и назначил лечение, то прогноз более благоприятный, а вероятность осложнений ниже», — Полина Шлапакова.

Олимпиады по медицине

Медицинских олимпиад проводится мало. Вузы организуют локальные олимпиады, которые могут добавить пару баллов при поступлении. Хоть эти олимпиады и не входят в перечень Российского совета олимпиад школьников, участвовать в них полезно: вы прокачаете свои знания, познакомитесь с увлечёнными сверстниками, заработаете несколько бонусных баллов в портфолио.

Лучшие медицинские вузы страны

Самые известные медицинские вузы страны — Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова, Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова и Военно-медицинская академия имени С. М. Кирова в Санкт-Петербурге.

В специализированных вузах с многолетней историей на первый курс ежегодно зачисляют до 1500 студентов. Там учатся и работают династии врачей. В крупных вузах успешные студенты после каждой сессии прощаются с нерадивыми одногруппниками.

Чтобы поступить на бюджет в военный медвуз, нужно пройти медицинскую комиссию. На гражданского врача там учат платно. Подробности поступления необходимо уточнять в документах приёмной комиссии.

Помимо обособленных университетов врачей готовят на медицинских факультетах немедицинских вузов. Поступить туда сложнее, но и вылететь тоже не так просто. На маленькие медфаки набирают до 100 студентов, которых курируют почти индивидуально. Студенты-медики в таких вузах, например в МГУ, могут посещать занятия и даже выполнять курсовые работы на других факультетах.

Обратите внимание, что многие медицинские вузы стали требовать профильный экзамен по математике.

Что запомнить

Про химию

Про биологию

Про медицину

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Источник