Ответы по биохимии

По  количественному  содержанию в организме  химические элементы можно разделить на 4 группы.

Первая  группа — макробиогенные элементы (главные): кислород, углерод, азот, водород; их содержание в организме составляет 1% и выше.

 Вторая группа — олигобиогенные элементы, доля которых от 0,1 до 1%; к ним относятся кальций, фосфор, калий, хлор, сера, магний, железо.

Третья  группа — микробиогенные элементы, содержание которых ниже 0,01% (цинк, марганец, кобальт, медь, бром, йод, молибден и др.).

Четвертая группа — улыпрамикробиогенные элементы, концентрация в организме элементов этой группы не превышает 0,000001%; к ним относятся литий, кремний, олово, кадмий, селен, титан, ванадий, хром, никель, ртуть, золото и многие другие. Для некоторых ультрамикробиогенных элементов установлено биологическое значение в жизнедеятельности организмов, для других — нет.  

-Химический состав клетки живого организма отражает такой важный признак живой материи, как высокий уровень структурной организации. Все химические элементы входят в состав органических и неорганических соединений организма, выполняющих определенные функции. Если все биологические вещества, функционирующие в клетке, расположить по сложности их строения, то получатся определенные уровни организации клетки.

Первый  уровень занимают низкомолекулярные предшественники клеточных компонентов, к которым относятся вода, углекислый газ, молекулярные кислород и азот, неорганические ионы, ряд химических элементов.

На  втором уровне стоят промежуточные химические соединения, такие как аммиак, органические кислоты и их производные, карбамоилфосфат, рибоза и др. Из соединений первого и второго уровней в ходе жизнедеятельности клеток образуются биологические мономеры, которые являются строительным материалом для биополимеров, имеющих большую молекулярную массу и отличающихся огромным разнообразием.

Промежуточное положение между биологическими мономерами и биополимерами занимают витамины и коферменты, которые по молекулярной массе ближе к мономерам, но не являются строительными блоками биополимеров.

Биополимеры способны ковалентно соединяться друг с другом, образуя сложные макромолекулы: липопротеины, нуклеопротеины, гликопротеины, гликолипиды и т.д.

 Взаимодействием простых и сложных макромолекул создаются надмолекулярные структуры (мультиэнзимы).

Следующий уровень организации клетки — клеточные органеллы: митохондрии, ядра, рибосомы, лизосы и др. Система органелл образует клетку.

Углеводы  — полигидроксикарбонильные соединения и их производные. Классификация углеводов основана на их способности гидролизоваться.

Углеводы разделяются  на простые и сложные. Простые  углеводы иначе называются моносахаридами, они не подвергаются гидролизу. Сложные подразделяют на олигосахариды и полисахариды.

В состав олигосахаридов входят от двух до десяти моносахаридов. В зависимости от числа моносахаридов, входящих в структуру, олигосахариды называют ди-, три-, тетрасахаридами и т. д.

К полисахаридам относятся углеводы, в состав которых входят

более 10 моносахаридных остатков. Сложные углеводы при гидролизе распадаются с образованием простых.

Моносахариды (монозами). По химическому составу монозы являются либо полигидроксиальдегидами, либо полигидроксикетонами. Моносахариды, в состав которых входит:

альдегидная группа называют альдозами, а кетонная-кетозами.

Характерной особенностью класса углеводов является наличие  не менее двух гидроксильных групп  и одной карбонильной (альдегидной  или кетонной) группы. Следовательно, простейший углевод должен содержать  три атома углерода. По числу атомов углерода моносахариды называют триозами, тетрозами, пенто-зами, гексозами и т. д.

альдегидная группа называют альдозами, а кетонная-кетозами.

Характерной особенностью класса углеводов является наличие  не менее двух гидроксильных групп  и одной карбонильной (альдегидной  или кетонной) группы. Следовательно, простейший углевод должен содержать три атома углерода. По числу атомов углерода моносахариды называют триозами, тетрозами, пенто-зами, гексозами и т. д.

Вещества, в составе  которых есть асимметрические атомы  углерода, обладают особым видом пространственной изомерии — стереоизомерией или оптической изомерией

Стереоизомеры отличаются пространственной конфигурацией атомов водорода и гидроксильной группы при асимметрическом атоме углерода. Число стереоизомеров равно 2n, где n— число асимметрических атомов углерода. (Например, альдогексоза общей формулы С₆Н₁₂О₆ с четырьмя асимметрическими атомами может быть представлена любым из 16 возможных стереоизомеров, восемь из которых относятся к D-ряду, а восемь L-ряду.)

Стереоизомеры отличаются физико-химичискими свойствами и биологической активностью

Мутаротация (от лат. muto — изменяю и rotatio — вращение), мультиротация, постепенное изменение оптической активности свежеприготовленных растворов моносахаридов и некоторых др. оптически активных веществ.

Циклические формы:

Монозы с пятью  и более углеродными атомами  могут существовать не только в линейной(цепной)Ю  но и в циклической(кольчатой) форме.

Циклизация  происходит за счет разрыва двойной связи в карбонильной группе, перемещения атома водорода к освободившейся валентности карбонильного кислорода и за кольца углеродных атомов с образованием внутренних a(альфа) или в(бета) -полуацеталей

Производные моносахаридов. Большую группу производных моносахаридов составляют фосфорные эфиры, которые образуются в ходе превращений углеводов в тканях.

Вот некоторые из них: В природе широко распространены два аминопроизводных моносахарида: глюкозамин и галактозамин. Как и соответствующие гексозы, гексозамины могут существовать как в линейной, так и в циклической форме. Глюкозамин входит в состав многих полисахаридов, содержащихся в тканях животных и человека; галактозамин является компонентом гликопротеинов и гликолипидов. В состав полисахаридов входит глюкуроновая кислота. Биологические функции моносахаридов:

• Энергетическая —  моносахариды используются в качестве источников энергии в клетке.

• Пластическая —  моносахариды и их производные участвуют  в построении разнообразных биологических  молекул.

.

Олигосахариды. Наиболее распространенными в природе олигосахаридами являются дисахариды.

Мальтоза образуется из полисахаридов как промежуточный продукт. Она состоит из двух остатков глюкозы, соединенных между собой a-1,4-гликозидной связью.

Лактоза содержится в молоке животных и человека. В состав лактозы входит остаток галактозы и глюкозы; эти монозы связаны между собой b-1,4-гликозидной связью.

Сахароза — наиболее распространенный и важный дисахарид, встречающийся в растительном мире. Сахароза является ценным питательным веществом для человека. Сахароза состоит из остатков a-D-глюкозы и b,D-фруктозы, связанных а, b,1,2-глйкозидной связью

Если в составе  полисахарида содержатся остатки моносахарида одного вида, его называют гомополисахаридом, если разных — гетеропалисахаридом.

К физиологически важным гомополисахаридам относят крахмал и гликоген. К числу важнейших гетерополисахаридов — гиалуроновую кислоту, хондротинсульфат и гепарин.

Крахмал — гомополисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Он является одним из наиболее распространенных запасных полисахаридов растений. Крахмал накапливается в семенах, клубнях

Гликоген  — резервное питательное вещество организма человека и животных. Иначе его называют «животным крахмалом». В организме человека он накапливается в печени (-20%) и в мышцах (-2%). Гликоген — не однородное вещество, а представляет собой смесь полисахаридов разной молекулярной массы.

Целлюлоза — наиболее распространенное органическое соединение. Она встречается в растительном мире в качестве структурного компонента клеточной стенки. Особенно богаты целлюлозой волокна хлопка (98 — 99%). Целлюлоза состоит из остатков глюкозы, связанных между собой

Гиалуроновая  кислота — гетерополисахарид, имеющий очень важное значение для высших организмов. В соединительной ткани это основной компонент внеклеточного желатинообразного вещества, заполняющего межклеточное пространство тканей. Она содержится в больших количествах в синовиальной жидкости суставов. Стекловидное тело и пуповина новорожденных также богаты гиалуроновой кислотой.

Хондроитинсульфат является составной частью костной ткани, хрящей, сухожилий, роговицы глаз, сердечных клапанов и других подобных тканей.

Повторящееся дисахаридное звено в хондроитинсульфате состоит из глюкуроновой кислоты

Гепарин — гетерополисахарид, препятствующий свертыванию крови у животных и человека. Гепарин содержится в крови, печени, легких, селезенке, щитовидной железе и в других тканях и органах.

. Биологические функции  полисахаридов:

• Энергетическая — крахмал и гликоген составляют «депо» углеводов в клетке; при необходимости они быстро расщепляются на легко усваиваемый источник энергии — глюкозу.

• Опорная — хондроитинсульфат выполняет опорную функцию в костной ткани.

•  Структурная — гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и гепарин являются структурными межклеточными веществами.

•  Гидроосмотическая и ионрегулирующая — гиалуроновая кислота, благодаря высокой гидрофильности и отрицательному заряду, связывает межклеточную воду и катионы, регулируя межклеточное осмотическое давление.

По  физиологическому значению липиды делят на резервные и структурные. Резервные липиды депонируются в больших количествах и при необходимости расходуются для энергетических нужд организма. К резервным липидам относят триглицериды. Все остальные липиды можно отнести к структурным липидам.          К биологическим функциям липидов можно отнести следующие:

• энергетическая — при окислении липидов в организме выделяется энергия (при окислении 1 г липидов выделяется 39,1 кДж);

• структурная — входят в состав различных биологических мембран;

• транспортная — участвуют в транспорте веществ через липидный слой биомембраны;

•  механическая — липиды соединительной ткани, окружающей внутренние органы, и подкожного жирового слоя предохраняют органы от повреждений при внешних механических воздействиях;

•  теплоизолирующая — благодаря своей низкой теплопроводности сохраняют тепло в организме.

Классификация липидов

В зависимости от строения липиды разделяют на

простые (двух-компонентные) и сложные (многокомпонентные).

В группе простых липидов выделяют жиры, воски (характерны для растений) и стериды.

Сложные липиды подразделяются на фосфолипиды, гликолипиды, диольные и орнитинолипиды (характерны для микроорганизмов).

.

Среди ВЖК часто  встречаются ненасыщенные кислоты с одной или несколькими двойными связями.

Среди насыщенных природных  ВЖК особенно распространены пальмитиновая и стеариновая кислоты, они найдены во всех тканях животных и человека.

Среди ненасыщенных кислот наиболее распространенной является олеиновая кислота. В организме высшие жирные кислоты в свободном виде содержатся в очень незначительных количествах.

Окисление жирных кислот.

Первым  этапом распада жирных кислот является их активирование (этот процесс катализируется ацил –КоА- синтетазой, которая локализована в мембранах эндоплазматической сети и в наружной мембране митохондрий.(процесс активирования ВЖК идет вне митохондрий, и для транспорта требуется Карнитина которая находится на внешней стороне мембраны)

Первой  стадией В-окислений  ВЖК является окисление ацил –КоА путем отщепления двух атомов водорода от А-и В- углеродных атомов ацила

В- окисление ВЖК  является одним из основных источников получения энергии для синтеза  АТФ в живой клетке.

Синтез  высших жирных кислот локализован в эндоплазматической сети клетки. Источником синтеза является малонил-КоА(образованный из ацетил –КоА и оксида углеродв (IV) при участии АТФ)

Биосинтез ВЖК носит  циклический характер. Синтезированный  бутирил-КоА вступает в новый  цикл превращений.

Углеродные атомы  глицерина в молекулах жиров  не эквивалентны. При введении одного заместителя в группу CH₂OH центральный атом углерода становится асимметрическим. Для указания положения заместителей пользуются sn-системой стереоспецифической нумерации атомов углерода

Три остатка жирной кислоты  могут различаться  как по длине цепи, так и по числу двойных связей. Жиры, экстрагированные из биологического материала, всегда представляют собой смесь близких по свойствам веществ, различающихся только остатками жирных кислот. В пищевых жирах чаще всего содержатся пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и линолевая кислоты. Остатки ненасыщенных жирных кислот обычно находятся в положении sn-С-2 глицерина. 

Фосфолипиды в зависимости  от спирта, входящего в их состав, подразделяют на фосфатиды и сфингофосфолипиды.

По в состав фосфатидов входит глицерин. Их рассматривают как производные фосфатидной кислоты, откуда и происходит название этой группы фосфолипидов: Фосфатиды различаются высшими жирными кислотами и добавочными соединениями, входящими в их состав. В зависимости от добавочного соединения среди фосфатидов различают фосфати-дилхолин (лецитин), фосфатидилколамин (кефалин), фосфатидил-серин и т: д. Наиболее распространены в природе лецитины.

Сфингофосфолипиды. Из названия этой группы фосфолипидов ясно, что в их состав входит спирт сфингозин. Большое количество сфингофосфолипидов содержится в нервной ткани и крови человека. В плазме крови содержится 8—15% сфингофосфолипидов, а в мембранах эритроцитов — 30—40% (от общего содержания липидов).

Гликолипиды. В состав гликолипидов входит сфингозин, ВЖК и углеводный компонент. В качестве углеводного компонента могут выступать глюкоза, галактоза, глюкозамин, галактозамин и их ацетильные производные либо олигосахаридные цепи, состоящие из перечисленных моносахаридов. Высшие жирные кислоты, входящие в состав гликолипидов, весьма разнообразны. Гликолипиды обнаружены в головном мозге.

-Витамин В1 (тиамин). По химическому строению тиамин представляет собой сложное соединение, включающее пирими-диновое и тиазольное кольца.

В организме витамин  В1 находится в форме пирофосфорного эфира — тиаминдифосфата. Он является коферментом декарбоксилаз, катализирующих декарбоксилирование кетокислот. Около 50% всего тиамина организма содержится в мышцах, 40% — во внутренних органах, преимущественно в печени.

При недостатке тиамина  нарушается нормальное превращение углеводов, наблюдается повышенное накопление в организме кетокислот. Характерным признаком служит резкая атрофия мышечной ткани и как следствие — снижение сократительной способности скелетных, сердечной и гладких мышц.

Нарушения со стороны  нервной системы проявляется постепенным снижением периферической чувствительности, утратой некоторых периферических рефлексов, , судорогами, расстройством высшей нервной деятельности.

Тиамином  богаты хлеб грубого помола, горох, фасоль, а также мясные продукты.

-Витамин В2 (рибофлавин) обнаружен во всех тканях и органах организма человека. Он встречается как в свободном виде, так и в соединении с белком, является коферментом дегидрогеназ,

Гиповитаминоз В2 клинически проявляется сухостью слизистых оболочек губ, трещинами в углах рта и на губах, повышенным шелушением кожи, конъюктивитами, светобоязнью.

Источником  витамина В2 являются печень, почки, желток куриного яйца, творог.

-Витамин В3 (пантотеновая кислота) входит в состав коэнзима А (КоА) — кофермента ряда ферментов, катализирующих превращение ацилов.

При недостатке витамина В3 в организме человека поражаются кожные покровы и слизистые оболочки внутренних органов, наблюдаются дегенеративные изменения ряда органов и тканей (особенно желез внутренней секреции), потеря волосяного покрова, депигментация волос и другие патологические явления.

Источником  пантотеновой кислоты  являются дрожжи, печень, яичный желток, зеленые части растений.

-Витамин В3 (никотиновая кислота, никотинамид), в отличие от других витаминов, в небольшом количестве синтезируется в организме из аминокислоты триптофана.

определяют  биохимические функции  витамина В5 в организме, среди которых главные:

•  Перенос водорода в окислительно-восстановительных  реакциях.

• Участие в синтезе  органических соединений.

Источником  витамина В5 являются мясные, особенно богата ими печень, и многие растительные продукты.

-Витамин В6 (пиридоксин) представляет собой сочетание трех витамеров: пиридоксола, пиридоксаля и пиридоксамина,

коферментной  формой витамина В6 является пиридоксальфосфат; он входит в состав декарбоксилаз аминокислот и аминотрансфераз.

Недостаточность в пище витамина В6 риводит к нарушениям белкового обмена, т. к. реакции переаминирования аминокислот с кетокислотами обеспечивают организм свободными аминокислотами, необходимыми для биосинтеза различных белков.

Источником  витамина В6для человека служат кишечные бактерии и пища. Богаты витамином В6 зерновые и бобовые, а также мясные продукты и рыба.

-Витамин В12 (цианокобаламин). в составе этого витамина присутствует атом Со. Кобамидные ферменты ускоряют важнейшие реакции углеводного, липидного и азотистого обменов.

Недостаток  витамина В12 приводит к нарушению кроветворения в костном мозге, вследствие чего возникает анемия, поэтому витамин В12 называют антианемическим.

Растения  не содержат витамина В12. Его источником для человека являются мясо, молоко, яйца.

-Витамин С (аскорбиновая кислота). Аскорбиновую кислоту можно рассматривать как производное углевода В-гулозы. Она является донором водорода в окислительно-восстановительных реакциях, следовательно, существует в двух формах — окисленной и восстановленной:

Недостаточность аскорбиновой кислоты  приводит к заболеванию, называемому цингой. Снижается возможность использования запасов железа для синтеза гемоглобина в клетках костного мозга, что приводит к развитию анемии.

Аскорбиновая  кислота широко распространена в природе. Свежие фрукты и овощи являются основным источником аскорбиновой кислоты богаты ею плоды шиповника

-Витамин Н (биотин). Необходимость биотина для жизнедеятельности организма отражена в самом его названии (в переводе с греческого биос означает жизнь). Биотин — гетероциклическое соединение, в структуре которого можно выделить имидазольный и тиофеновый циклы, Витамин Н ускоряющих реакции карбоксилирования. При недостатке этого витамина у человека наблюдается ряд патологических изменений: воспаление кожных покровов, выпадение волос, усиление выделения жира сальными железами кожи (себоррея). Предотвращение себорреи послужило основанием для названия биотина антисеборрейным витамином.

.. Богаты биотином горох, соя, цветная капуста, грибы, яичный желток, печень.

-Витамин А(реинол) представляет собой непредельный одноатомный спирт, сосотоящий из В- ионовного кольца и боковой цепи из двух остатков изопрена

Все формы витамина А регулируют нормальный рост и дифференцировку клеток развивающегося организма; участвуют в фотохимическом акте зрения.

Признаком недостаточности  витамина А является нарушение темновой адаптации и ночная слепота. Кроме того, возможна задержка роста в молодом возрасте, помутнение и размягчение роговицы.

Источником  витамина А для человека служат прежде всего продукты животного происхождения. Наиболее богата им печень различных рыб, особенно трески и морского окуня в печени, желтке яиц, сметане, цельном молоке. В растительных продуктах содержатся каротиноиды, являющиеся провитаминами

-Витамин D (кальциферол). регулирует транспорт ионов кальция и фосфора через клеточные мембраны.

Недостаточность витамина D проявляется в виде заболевания, называемого рахитом. При рахите заторможено всасывание ионов кальция и фосфатов в кишечнике. Вследствие этого их уровень в крови снижается и нарушается минерализация костей, т. е. отложения минеральных веществ на вновь образовавшуюся коллагеновую матрицу растущих костей не происходит.

При избыточном приеме витамина D развивается витаминная интоксикация. Уровень кальция и фосфатов в крови резко повышается, что приводит к кальцификации внутренних органов (легких, почек, сосудов и др.) и деминерализации костей.

Витамином D богаты продукты животного происхождения: печень, сливочное масло, молоко. также в дрожжах и растительных маслах.

-Витамин  Е (токоферол). (токос — потомство и феро — несу), участвует в регуляции процесса размножения. Витамин Е существует в виде витамеров:

Наибольшая концентрация токоферола наблюдается в жировой ткани, в печени и в скелетных мышцах. Витамин Е является одним из сильных природных антиоксидантов, препятствуя развитию цепных неуправляемых реакций пероксидного окисления ненасыщенных липидов в биологических мембранах и тем самым стабилизируя мембраны.

Источниками витамина Е являются растительные масла, капуста, салат, зерновые продукты.

-Витамин К (филлохинон) по химической природе является хиноном с боковой изопреноидной цепью. Существует два ряда витаминов К: филлохиноны (витамины К,-ряда) и менахиноны (витамины Kj-ряда):

Витамин К регулирует в организме процесс свертывания крови, способствует синтезу компонентов свертывающейся системы крови.

Источником витамина К является прежде всего растительная пища: капуста, тыква, томаты, зеленые части растений; печень.