Тема 1. Предмет и задачи биохимии, строение

ТЕМА 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОХИМИИ, СТРОЕНИЕ

БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ, ИХ ФУНКЦИИ

В ОРГАНИЗМЕ

Биохимия как наука, изучающая химические процессы, обеспечивающие жизнь организма. Задачи биохимии, основные этапы развития науки. Основные направления современной биохимии, связь биохимии с фармацией.

Биологическая химия – это наука, изучающая химический состав живых организмов, превращения веществ и энергии, лежащей в основе их жизнедеятельности. Совокупность этих превращений составляет биологический обмен веществ, который является основой той формы движения материи, которую мы называем жизнью. Задачами биохимии являются:

1) повышение качества исходного сырья, изучение его химического состава и влияние его на технологию хранения и переработки.

2) снижение потерь сырья в процессе хранения и технологической переработки.

3) создание новых высокоэффективных технологий с целью повышения качества готовой продукции.

4) комплексная безотходная технология переработки сырья и утилизация отходов.

Этапы развития биохимической науки:

1. “Протобиохимия”. Концепции процессов жизнедеятельности и их природы, развиваемые в древности, античности, в период средневековья. Концепции жизнедеятельности в Эпоху Возрождения, привлечение их для описания и объяснения химических процессов.

2. Экспериментальное изучение процессов жизнедеятельности в 17-18 вв. Первые химические теории и объяснения процессов дыхания, пищеварения, брожения.

3. “Новая химия” и изучение методами химии живых организмов и процесс жизнедеятельности. Первый кризис методологии в области взаимодействия химии и биологии.

4. Формирование биологической химии в рамках редукционистских программ биологии второй половины 19 века.

5. Развитие классической биологической химии.

6. Прогресс биохимии и революция в биологии во второй половине 20 века – формирование физико-химической биологии. Методологические, эмпирические и теоретические основы этого процесса. Интегрирующая роль физико-химической биологии в системе биологических наук.

Основные направления современной биохимии: техническая и промышленная биохимия, биохимия животных и человека (медицинская и физиологическая химия), витаминология, биохимия гормонов, энзимология — учение о ферментах, эволюционная и сравнительная биохимия, гистохимия, цитохимия, биоорганическая химия.

 

ТЕМА 2. ФЕРМЕНТЫ.

Химическая природа ферментов, основные отличия от неорганических катализаторов. Этапы ферментативной реакции. Классификация ферментов.

Ферменты увеличивают скорость протекания химической реакции, однако при этом не расходуются.

Специфичность - наиболее важное свойство ферментов, определяющее биологическую значимость этих молекул. Катализируемых ферментами реакций высокоэффективны. Для ферментов характерна конформационная лабильность - способность к небольшим изменениям нативной конформации вследствие разрыва слабых связей. Активность ферментов в клетке зависит от количества молекул субстрата, продукта, наличия кофакторов и коферментов.

Этапы ферментативной реакции.

1) E + S = E – S (образование энзимсубстратного комплекса)

2) E – S = E – P (образование комплекса энзим-продукты, возникшее в следствие дестабилизации или активации субстрата)

3) E – P = E + P (высвобождение продукта реакции и энзима)

 

ТЕМА 3. БИОЭНЕРГЕТИКА. ОКИСЛИТЕЛЬНО-

ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ.

Метаболизм как совокупность химических превращений в организме. Общие и частные пути метаболизма.

Метаболизм – это совокупность химических реакций в организме, которые обеспечивают его веществами и энергией, необходимыми для жизнедеятельности. Проходит в 2 этапа: переваривание и всасывание; превращение (метаболизм).

Частный путь метаболизма – совокупность превращений, свойственная толко определенному соединению. Общий путь – совокуп.превращений, в которые вовлекаются 2 и ьолее видов соединений.

 

ТЕМА 4: ОБМЕН УГЛЕВОДОВ.

ТЕМА 5: ОБМЕН ЛИПИДОВ.

Липидов.

ЛИПОПРОТЕИНЫ (липопротеиды), комплексы, состоящие из белков (аполипопротеинов; сокращенно - аполипопротеины) и липидов, связь между к-рыми осуществляется посредством гидрофобных и электростатич. взаимодействий. Липопротеины подразделяют на свободные, или р-римые в воде (липопротеины плазмы крови, молока, желтка яиц и др.), и нерастворимые, т. наз. структурные (липопротеины мембран клетки, миелиновой оболочки нервных волокон, хлоропластов растений).

Структура:

Нековалентная связь в липопротеинах между белками и липидами имеет важное биологическое значение. Она обусловливает возможность свободного обмена липидов и модуляцию свойств липопротеинов в организме. Липопротеины являются: структурными элементами мембран клеток животных организмов; транспортными белками, транспортирующими холестерин и другие стероиды, фосфолипиды и др.

Место образования: система ворсинок кишечника.

Роль в транспорте:

Липопротеины высокой плотности (ЛВП) 8-11 нм Транспорт холестерина от периферийных тканей к печени

Липопротеины низкой плотности (ЛНП) 18-26 нм Транспорт холестерина, триацилглицеридов и фосфолипидов от печени к периферийным тканям

Липопротеины промежуточной (средней) плотности ЛПП (ЛСП) 25-35 нм Транспорт холестерина, триацилглицеридов и фосфолипидов от печени к периферийным тканям

Липопротеины очень низкой плотности (ЛОНП) 30-80 нм Транспорт холестерина, триацилглицеридов и фосфолипидов от печени к периферийным тканям

Хиломикроны 75-1200 нм Транспорт холестерина и жирных кислот, поступающих с пищей, из кишечника в периферические ткани и печень.

3. Окисление предельных жирных кислот (β-окисление), энергетический эффект.

 

4. Биосинтез триацилглицеридов и глицерофосфолипидов в печени: образование общего предшественника, липотропные факторы, исключающие жировое перерождение печени????.

Синтез триацилглицеридов.

Организм синтезирует нейтральные жиры с целью пополнения запасов. Синтез триглицеридов происходит из глицерина и жирных кислот. Биосинтез триглицеридов протекает через образование глицерол-3-фосфата как промежуточного соединения. Глицерол-3-фосфат последовательно ацилируется двумя молекулами КоА-производного жирной кислоты, в результате образуется фосфатидная кислота. Далее фосфатидная кислота гидролизуется фосфатидат-фосфогидролазой до 1,2-диглицерида (1,2-диацилглицерола). Затем 1,2-диглицерид ацилируется третьей молекулой ацил-КоА и превращается в триглицерид (триацилглицерол).

Синтез глицерофосфолипидов.

Глицерофосфолипиды синтезируются во всех клетках (исключая зрелые эритроциты). Их активный синтез имеет место в стенке кишечника, печени, почках, мозге, мышечной ткани. Фосфоглицерины различаются лишь природой спиртового остатка, связанного фосфоэфирной связью с фосфатидной кислотой. Для участия в синтезе фосфолипидов эти спирты предварительно «активируются» в ходе двустадийного процесса. На первой стадии они фосфорилируется с помощью АТФ. На второй стадии фосфорилированные спирты реагируют с цитидинтрифосфатом (ЦТФ  аналог АТФ, в нем адениловый остаток заменен на цитозиновый). В конечной реакции синтеза фосфотидилэтаноламина и фосфотидилхолина участвует 1,2-диглицерид, образующийся под действием фосфатазы на фосфатидную кислоту.

ТЕМА 6. ОБМЕН БЕЛКОВ.

Веществ в организме.

Второй этап — транспорт питательных веществ с кровью к тканям и клеточный метаболизм, результатом которого является их ферментативное расщепление до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для построения составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ и воспроизведения клеток и тканей. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для процесса синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в целом.

Третий этап — выведение конечных продуктов метаболизма в составе мочи, кала, пота, через легкие в виде CO2 и т. д.

Объединяющий момент:

- наличие единой для всех соединений структуры, обеспечивающей постепенное высвобождение энергии.

- использование для разных путей метаболизма единого донатора водорода, образующегося в единственном объединяющем все биосинтезы процессе – пентозофосфатный путь превращения углеводов.

- обмен соединений независимо от структуры подчиняется цепям метаболизма, достижение цели обеспечивается сходной тактикой.

- присутствие лимитирующих метаболические пути реакции энзимов

- аллостерический характер регуляции энзимов

- использование общих коферментных структур

- одинаковые механизмы гормональной регуляции

- наличие общих метаболитов

- возможность взаимопревращений через общие метаболиты.

 

ТЕМА 7. ВИТАМИНЫ, ГОРМОНЫ.

1.Витамины: тиамин В₁, рибофлавин В₂, ниацин РР, пиридоксин В₆ – их коферментные формы, тип катализируемой реакции.

Витамины	Коферментные формы	Тип катализируемой реакции
тиамин В1	ТДФ
рибофлавин В2	FAD FMN
ниацин РР	NAD NADP
пиридоксин В6	ПФ (пиридоксальфосфат)

 

Гормонов.

Гормоны – биологически активные соединения, выделяемые железами внутр. Секреции в кровь или лимфу и оказывающие регуляторные влияния на метаболизм клетки.

Классификация гормонов основана на химическом строении:

1) Белково-пептидной природы:

- сложные белки (фолликулостимулирующий, лютеинезирующий, тиреотропный)

- простые белки (пролактин, гормон роста, инсулин)

- пептиды (АКТГ, глюкагон, кальцитонин, вазопрессин, окситоцин)

2) Производные аминокислот (тироксин, мелатонин, катехоламины)

3) стероидной природы (кортикостероиды, половые гормоны)

Особенности биологического действия гормонов:

- действие на расстоянии от места продукции (дистантность действия)

- специфичность – эффект каждого из них не адекватен эффекту других гормонов

- высокая скорость образования и инактивации, кратковременность действия

- высокая биологическая активность (эффект проявляется в присутствии минимальных концентраций гормона)

- роль посредника в передаче информации от нервной системы к клетке.

ВЕЩЕСТВ.

ВОДНО-СОЛЕВОЙ ОБМЕН.

ТЕМА 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОХИМИИ, СТРОЕНИЕ