- Предмет и задачи биохимии. Ее значение для фармации и практической работы провизора.
Биохимия — это
наука, занимающаяся изучением различных
молекул, химических реакций и процессов,
протекающих в живых клетках
и организмах. Основательное знание
биохимии совершенно необходимо для успешного развития
двух главных направлений биомедицинских
наук: 1) решение проблем сохранения здоровья
человека; 2) выяснение причин различных
болезней и изыскание путей их эффективного
лечения. ЗАДАЧИ БИОХИМИИГлавная задача
биохимии состоит в том, чтобы достичь
полного понимания на молекулярном уровне
природы всех химических процессов, связанных
с жизнедеятельностью клеток. Для решения
этой задачи необходимо выделить из клеток
многочисленные соединения, которые там
находятся, определить их структуру и
установить их функции. В качестве примера
можно указать на многочисленные исследования,
направленные на выяснение молекулярных
основ мышечного сокращения и ряда сходных
процессов. В результате были выделены
в очищенном виде многие соединения различной
степени сложности и проведены детальные
структурно-функциональные исследования.
В итоге удалось выяснить ряд аспектов
молекулярных основ мышечного сокращения.
Еще одна задача биохимии заключается
в выяснении вопроса о происхождении жизни.
Наши представления об этом захватывающем
процессе далеки от исчерпывающих
- Мембранный транспорт. Различия между активным и пассивным транспортом. Мембранный транспорт- транспорт веществ сквозь клеточную
мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью
различных механизмов - простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта.
Важнейшее свойство биологической мембраны состоит в ее способности пропускать
в клетку и из нее различные вещества.
Это имеет большое значение для саморегуляции
и поддержания постоянного состава клетки.
Такая функция клеточной мембраны выполняется
благодаря избирательной проницаемости, т.е. способностью пропускать одни вещества
и не пропускать другие Пассивный транспорт -
транспорт веществ по градиенту концентрации, не требующий затрат энергии. Пассивно
происходит транспорт гидрофобных веществ
сквозь липидный бислой. Пассивно пропускают
через себя вещества все белки-каналы
и некоторые переносчики. Пассивный транспорт
с участием мембранных белков называют
облегченной диффузией. Другие белки-переносчики
(их иногда называют белки-насосы) переносят
через мембрану вещества с затратами энергии,
которая обычно поставляется при гидролизе
АТФ. Этот вид транспорта осуществляется
против градиента концентрации переносимого вещества и называется активным транспортом.
- Структура, молекулярная организация и функции биологических мембран. Кле́точная мембра́на отделяет
содержимое любой клетки от
внешней среды, обеспечивая ее целостность;
регулируют обмен между клеткой и средой;
внутриклеточные затруднён.мембраны разделяют клетку на специализированные
замкнутые отсеки —компартменты или органеллы, в
которых поддерживаются определенные
условия внутриклеточной среды. Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол.Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетомвнутри клетки, и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов функции биологических мембран барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов. матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие; механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). энергетическая — ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами
- Аминокислоты, входящие в состав белков. Общая характеристика и классификация. Аминокислоты – органические бифункциональные соединения, в состав которых входят карбоксильные группы –СООН и амино-группы -NH2.Аминокислоты можно рассматривать как производные карбоновых кислот, в молекулах которых один или несколько атомов водорода углеводородного радикала заменены аминогруппами. Простейший представитель аминоуксусная кислота H2N-CH2-COOH (глицин) Аминокислоты соединены между собой пептидной связью. В природе встречается гораздо больше АК, чем входит в состав животных и растительный белков. Так, множество «небелковых» АК содержится в пептидных антибиотиках или являются промежуточными продуктами обмена белков. В состав белков входит 20 АК в альфа-форме, расположенных в различной, но строго определенной для каждого белка Аминокислоты классифицируют по следующим структурным признакам. 1. В зависимости от взаимного расположения амино- и карбоксильной групп аминокисло-ты подразделяют на 2. По характеру углеводородного радикала различают алифатические (жирные) и ароматические аминокислоты. 3. По источнику получения: природные и синтетические 4. По способности синтезироваться в человеческом организме природные аминокислоты классифицируют на: заменимые, полу- и незаменимые –,(синтезируются только растениями). Незаменимые АК поступают в человеческий организм только с пищей. К незаменимым аминокислотам относятся: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан. Полузаменимыми являются: аргинин, гистидин и тирозин. 5. По pH среды аминокислоты могут быть: нейтральные (моноамино монокарбоно-вые), кислые (моноаминодикарбоновые) и основные (диаминомонокарбоновые кислоты),
- Первичный уровень организации белка. Ковалентные связи между
аминокислотами в пептидной цепи (пептидная
и дисульфидная). N- и С-концевые аминокислоты. Последовательность
аминокислотных остатков, соединенных
между собой пептидной связью называют первичным уровнем организации
белковой молекулы. Она
кодируется структурным геном каждого
белка. Связи: пептидная и дисульфидные
мостики между относительно близко расположенными
остатками цистеинов. Это ковалентные
взаимодействия, которые разрушаются
только под действием протеолитических
ферментов (пепсин, трипсин и т.д.). Первичная структура белка
характеризуется рядом особенностей. 1. Первичная структура белка генетически
детерминирована и уникальна. 2. Первичная
структура белка стабильна, что обеспечи-вается
дипептидными и в меньшей степени дисульфидными
связями.3. Число комбина-ций аминокислот
в полипептиде очень велико, повторяющиеся
последовательности аминокислот редки.
4. Первичная структура белка детерминирует
вторичную, трети-чную и четвертичную
структуру белковой молекулы. Образование пептидной связи. Если
карбоксильная группа одной АК ацилирует
аминогруппу другой АК, от образуется
амидная связь, которую называют пептидной.
Т. о. пептиды – это соединения, образованные
из остатков альфа-АК, соединенных между
собой пептидной связью. Данная связь достаточно стабильна и
разрыв ее происходит лишь при участии
катализаторов – специфических ферментов.
Посредством такой связи АК объединяются
в достаточно длинные цепочки, которые
носят название полипептидных. Каждая
такая цепь содержит на одном конце АК
со свободной аминогруппой – это N-концевой
остаток, и на другом с карбоксильной группой
– С-концевой остаток. Полипептиды, способные
самопроизвольно формировать и удерживать
определенную пространственную структуру,
которая называется конформацией, относят
к белкам. Стабилизация такой структуры
возможна лишь при достижении полипептидами
определенной длины, поэтому белками обычно
считают полипептиды молекулярной массой
более 5 000 Да. (1Да равен 1/12 изотопа углерода).
Только имея определенное пространственное
строение, белок может функционировать.
- Вторичная, третичная и четвертичная структура белка. Связи,
стабилизирующие белковую молекулу и определяющие
ее конформацию.
ВТОРИЧНУЮ структуру - белковая цепь закручена
в спираль под действием водородных связей; ТРЕТИЧНУЮ структуру - спираль сворачивается в
клубок под действием гидрофобных-гидрофильных
взаимодействий (процесс происходит в
водном растворе), возникающих дисульфидных
связей боковых радикалов между собой
(возникают глобулярная структура) белка,
а само образование получило название
глобулы); ЧЕТВЕРТИЧНАЯ структура белка - возникает при взаимодействии
нескольких глобул (например, молекула
гемоглобина). Вторичная, третичная и четвертичная
структуры белка зависят от первичной.
Чем крупнее белковая молекула, чем выше
ее организация, тем слабее связи (химические),
тем легче разрушается молекула белка.
Но если не разрушена первичная структура
белка, то есть возможность восстановления
структуры белка. Савокупность всех структур
называют конформацией белка.
- Современные представления о классификации белков. Их биологические функции.По растворимости: водорастворимые, солерстворимые, спирторастворимые, нерастворимые и пр. По конформационной структуре: фибриллярные, глобулярные.
По
химическому строению: протеины – состоят только
из аминокислот, протеиды – помимо АК
имеют в составе небелковую часть (углеводы,
липиды, металлы, нуклеиновые кислоты) функции. КАТАЛИТИЧЕСКАЯ, или ферментативная; эта функция уникальна,
так как многие процессы в клетке носят
ферментативный характер. Эта функция
несвойственна другим биополимерам. ТРАНСПОРТНАЯ - гемоглобин - транспорт кислорода. ЗАЩИТНАЯ - образование антител, свертывание белка
крови при образовании фибрина. СОКРАТИТЕЛЬНАЯ - сократительные белки в мышечной ткани. СТРУКТУРНАЯ - белки обязательные компоненты всех
клеточных мембран. ГОРМОНАЛЬНАЯ - наряду с нервной системой гормоны-белки
управляют работой различных органов
и организма в целом.ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ - белки наряду с липидами и углеводами
являются источниками энергии в клетке.
- Физико-химические свойства белков: молекулярная масса, растворимость в воде, изоэлектрическая точка, диализ, денатурация. Характерными физическими свойствами белков являются высокая вязкость растворов, ограниченная способность к диффузии, способность к значительному набуханию, оптическая активность, подвижность в электрическом поле. Белки обладают большой гидрофильностью, чем обусловлено высокое онкотическое давление белков. Растворы белков имеют низкое осмотическое давление. Белки являются высокомолекулярными соединениями.
Это полимеры, состоящие из сотен и тысяч
аминокислотных остатков - мономеров.
Соответственно молекулярная масса белков
находится в пределах 10 000 - 1 000 000. гемоглобин
- молекулярная масса 64
500 (574 аминокислотных остатка). Денатурация белков — нарушение общего плана строения белковой молекулы, приводящее к потере характерных для нее свойств под влиянием различных физических и химических факторов. Внешне денатурация проявляется потерей растворимости, повышением вязкости, резким снижением биологической активности белка. Ренатурация белка (обратный процесс с полным восстановлением структуры и функции молекулы белка) возможна при непродолжительном действии денатурирующеего агента. Изоэлектрическая и изоионная точки белков Значение pH раствора, при котором суммарный заряд белковых молекул равен нулю, — это изоэлектрическая точка белка (pI). Она определяется аминокислотным составом белка. Изоионный раствор белка — раствор, содержащий только ионизированные остатки аминокислот и ионы, образующиеся при диссоциации воды. Изоионной точкой белка называется значение pH изоионного раствора этого белка.а 4аРастворимость белков в воде зависит от свойств белков: формы, молекулярной массы, величины заряда, соотношения полярных и неполярных функциональных групп на поверхности белка. растворимость белка определяется составом растворителя, т.е. наличием в растворе других растворённых веществ(некоторые белки легче растворяются в слабом солевом растворе, чем в дистиллированной воде.) С другой стороны, увеличение концентрации нейтральных солей может способствовать вьшадению определённых белков в осадок. Денатурирующие агенты, присутствующие в растворе, также снижают растворимость белков.
- 9.Физико-химические свойства белков. Использование этих свойств при получении фармпрепаратов белковой природы. Склонность большинства белков к денатурации в процессе их выделения, хранения и использования серьёзно затрудняет их получение и применение в медицине. Для правильного обращения с белковыми лекарственными препаратами к ним прикладывают инструкцию, в которой указывают условия их хранения и использования. Так, большинство белковых препаратов необходимо хранить в холодильнике при температуре не выше 10 °С, растворять сухие препараты охлаждённой до комнатной температуры кипячёной водой во избежание их денатурации. В медицине денатурирующие агенты часто используют для стерилизации медицинских инструментов и материала, а также в качестве антисептиков.
- Сложные белки. Глюко- и нуклеопротеины - структура и биологические функции. Простые белки построены только из аминокислот. Сложные белки построены из двух компонентов - простой белок и небелковое вещество, называемое простетической группой. Простетические группы прочно связаны с белковой частью молекулы. Гликопротеины (содержат углеводы). Нуклеопротеины (содержат
нуклеиновые кислоты).Гликопротеин - представитель
группы сложных соединений, в состав которых
входит белок и углевод (например,галактоза или
манноза). Примерами гликопротеинов являются
некоторые ферменты, гормоны и антигены.
Нуклеопротеин - присутствующее
в клетках соединение, в состав которого входят
нуклеиновая кислота и белок. Рибосомы представляют
собой нуклеопротеины, в
состав которых входит РНК; хромосомы представляют
собой нуклеопротеины, в
состав которых входит ДНК, гистоновые
и негистоновые белки. Молекулярная масса нуклеиновых кислот
сильно варьирует, но в целом очень большая,
особенно у ДНК. В ядре клетки человеческого
организма содержится 46 молекул ДНК, в
составе каждой из них - 3,5 млрд пар мононуклеотидов.
Общее количество белков, закодированных
в человеческой ДНК, не превышает 100 тыс.
- 11.Сложные белки. Липо- и фосфопротеины. Структура и функции на примере липопротеинов плазмы крови и казеина молока.
Все липиды , за
исключением свободных жирных
кислот , попадают
в плазму в форме макромолекулярных комплексов,
называемых липопротеидами. Липопротеин - представитель
группы сложных белков, присутствующих
в лимфе и плазме крови, которые представляют
собой соединения белков с липидами Липопротеин - это сферические частицы,
состоящие из гидрофобной сердцевины
и гидрофильной оболочки. Сердцевина содержит неполярные липиды - триглицериды и эфиры холестерина . Оболочка
построена из полярных липидов - холестерина и фосфолипидов , причем
заряженные концы этих молекул обращены
наружу. Кроме того, в состав оболочки
входят белки, нековалентно связанные
с фосфолипидами и холестерином, - апопротеины. Апопротеины
поддерживают структуру липопротеидных
частиц и обеспечивают их взаимодействие
с рецепторами липопротеидов . Циркулируя
в крови, липопротеидные частицы обмениваются
между собой поверхностными липидами
и апопротеинами. Апопротеины служат "визитной
карточкой" липопротеидов, поскольку
рецепторы липопротеидов на разных клетках
распознают только определенные апопротеины. В плазме крови человеканаходится несколько фракций липопротеинов, различающихся по плотности:1) хиломикроны; 2) пре-β-ЛП (липопротеины очень низкой плотности –ЛПОНП); 3) β-ЛП (липопротеины низкой плотности – ЛПНП); 4) α-ЛП (липопротеины высокой плотности – ЛПВП). липопротеины участвуют в структурной организации миелиновых оболочек нервной ткани, хлоропластов, фоторецепторной и электронно-транспортных систем, палочек и колбочек сетчатки глаза. Фосфопротеины содержат в своем составе в значительных количествах