Доктор биологических наук, профессор Е.В. Малышева

С	Гулин, А.В. Биохимия (часть 1): Учебное пособие для студентов университетов, обучающихся по специальностям «Лечебное дело», «Педиатрия», «Стоматология» / А.В. Гулин, С.Е. Синютина, А.г. Шубина; Министерство образования и науки РФ, Тамб. гос. ун-т им. Г.Р. Державина, Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2014. - с.
	УДК ББК   © Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, 2014

СОдержАНИЕ

	С.
Предмет биохимии
1. Химия белков
1.1. Методы выделения и очистки белков
1.2. Функции белков
1.3. Аминокислотный состав белков
1.4. Структурная организация белков
1.5. Физико-химические свойства белков
1.6. Классификация белков
1.6.1. Простые белки
1.6.2. Сложные белки
2. Ферменты
2.1. Химическая природа ферментов
2.2.Механизм действия ферментов
2.3. Кинетика ферментативных реакций
2.4. Свойства ферментов
2.5. Регуляция активности ферментов
2.6. Классификация и номенклатура ферментов
2.7. Ферменты в медицине
3. Витамины
3.1. Жирорастворимые витамины
3.2. Водорастворимые витамины
4. Основные принципы организации биомембран
4.1. Строение и функции мембран
4.2. Транспорт веществ через мембрану
5. Механизмы передачи гормонального сигнала
6. Введение в метаболизм
6.1. Общая схема катаболизма
6.2. Биоэнергетика
6.3. Организация и функционирование дыхательной цепи
6.4. Разобщение дыхания и фосфорилирования
6.5. Микросомальное окисление
6.6. Антиоксидантная система
6.7. Реакции общего пути катаболизма
6.7.1. Окислительное декарбоксилирование ПВК
6.7.2. Цикл трикарбоновых кислот
7. Обмен углеводов
7.1. Переваривание углеводов
7.2. Обмен гликогена
7.3. Гликолиз
7.4. Включение фруктозы и галактозы в гликолиз
7.5. Челночные механизмы
7.6. Цикл Кори
7.7. Спиртовое брожение
7.8. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы
7.9. Глюконеогенез
7.10. Регуляция обмена углеводов
7.11. Нарушения углеводного обмена
Литература

ПРЕДМЕТ БИОХИМИИ

Биохимия – наука, изучающая химические основы процессов жизнедеятельности, химические компоненты живых клеток, а также реакции и процессы, протекающие с их участием.

Предметом медицинской биохимии являются химические процессы, происходящие в организме человека в норме и при патологии.

 

Основная цель биохимии –

1.изучение молекулярных основ физиологических функций человека в норме с учетом онтогенеза,

2.молекулярных механизмов развития патологических процессов,

3.предупреждения и лечения болезней,

4. биохимических методов диагностики болезней и контроля состояния здоровья человека.

 

Ряд выдающихся открытий в биохимии и в некоторых ее разделах –молекулярной биологии, энзимологии, биоэнергетике, биохимической генетике и др., - выдвинули ее в раздел фундаментальных научных дисциплин, сделав орудием решения важных биологическх и медицинских проблем.

ХИМИЯ БЕЛКОВ

Белки - высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных пептидными связями. Используют также термин «протеины» (от греч. рrotos – первый). Белки получили свое название, когда в тканях животных и растений были обнаружены вещества, схожие с белком куриного яйца.

Белки являются основой структуры и функций живых организмов. Природные белки построены из 20 различных аминокислот. Эти аминокислоты чередуются в разнличной последовательности, поэтому способны образовывать порядка 10¹⁸ разнообразных белков. Белки обеспечивают существование сотен тысяч видов живых организмов - от простейших вирусов до человека. Каждый организм характеризуется уникальным набором белков.

Содержание белков в тканях даже одного организма различается. Так, содержание белков в организме человека в % сухой массы: в мышцах – 80, в мозге – 45, в костях – 20.

Элементный состав белков в пересчете на сухое вещество, %: С - 50-54; Н - 6,5-7,3; О - 21-23; N - 15-17; S - до 0,5. Некоторые белки содержат небольшие количества фосфора, железоа, марганеца, магния, йода и др. Содержание азота в белках относительно постоянно - около 16%, поэтому по белковому азоту можно определять количество белка в биологических объектах.

 

МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ БЕЛКОВ

Белки под действием различных факторов (действие химических реагентов, нагревание и др.) легко подвергаются денатурации: происходит разрушение нативной структуры белков, приводящее к потере некоторых природных свойств, например, растворимости, биологической активности. Поэтому для выделения белков используют специальные приемы.

Процесс начинают с гомогенизации биологического материала – измельчения до разрушения клеток и клеточных структур. Используют гомогенизаторы (пестиковые или ножевые), ультразвук, шаровые мельницы, метод попеременного замораживания и оттаивания ткани, метод «азотной бомбы».

Следующий этап - экстракция белков буферными смесями с определенными значениями рН, органическими растворителями. Большинство белков хорошо растворимо в 8-10% растворах солей.

Следующий этап - фракционирование и очистка белков с использованием различных методов.

Высаливание – осаждение белков из раствора при добавлении растворов солей щелочных и щелочноземельных металлов. Метод применяется в клинической практике при анализе белков сыворотки крови. Так проводят разделение глобулинов (выпадают в осадок при 50% насыщении раствора сульфатом аммония) и альбуминов (осаждаются при 100% насыщении).

Электрофорез основан на различной подвижности белков в электрическом поле в зависимости от значений рН и ионной силы раствора. Используется в медицинской практике для анализа состава сыворотки крови, белковых и пептидных смесей.

Ультрацентрифугирование - метод разделения жидких дисперсных сред на компоненты под действием центробежной силы.

Хроматография - физико-химический метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на распределении их компонентов между двумя несмешивающимися фазами – неподвижной (сорбент) и подвижной (элюент). В клинических лабораториях хроматографию применяют для разделения и анализа аминокислот, белков, углеводов, фосфолипидов, стероидов в плазме крови, тканевых экстрактах, моче.

Различают следующие виды хроматографии:

- адсорбционная – компоненты смеси разделяются в зависимости от их сорбируемости на твердом адсорбенте;

- распределительная - твердая фаза является опорой для стационарной жидкой фазы (бумажная хроматография);

- ионообменная - используют ионообменную смолу. Часть белков обменивается с функциональными группами ионообменной смолы и задерживается на колонке, в то время как другие белки элюируются из колонки;

- гель-хроматография или метод молекулярных сит позволяет разделить белки с разной молекулярной массой: небольшие молекулы проникают в поры геля, тогда как большие молекулы остаются снаружи и передвигаются вместе с подвижной фазой через хроматографическую колонку.

Перспективными видами хроматографии являются в настоящее время высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) и газовая хроматография.

 

ФУНКЦИИ БЕЛКОВ

Структурная функция. В комплексе с липидами белки участвуют в образовании биомембран клеток. Структурные белки цитоскелета придают форму клеткам и многим органоидам. Примерами структурных белков являются коллаген в соединительной ткани, кератин в волосах, коже, ногтях.

Сократительная (двигательная) функция. Сократительную функцию выполняют мышечные белки (актин и миозин). Белки цитоскелета необходимы для расхождения хромосом в процессе митоза.

Питательная (резервная) функция. Овальбумины(белки яйца) - источники питания для плода. Казеин - белок молока - также выполняет питательную функцию.

Каталитическая функция. Большинство известных в настоящее время ферментов (биологических катализаторов) является белками.

Транспортная функция. Белок эритроцитов гемоглобин участвует в переносе кислорода и углекислого газа, выполняя дыхательную функцию. Альбумины сыворотки крови участвуют в транспорте липидов.

Защитная функция. В ответ на поступление в организм вирусов, бактерий, чужеродных белков, токсинов образуются защитные белки - антитела (иммунная защита). Специфические белки плазмы крови способны к свертыванию, что предохраняет от кровопотери при кровотечениях (физическая защита).

Рецепторная функция. Клеточные белки образуют специфические рецепторы и участвуют в передаче гормонального сигнала.

Гормональная функция. Группа гормонов являются белками или полипептидами, например, гормон гипофиза вазопрессин.

Другие важные функции белков - буферные свойства (обеспечение физиологического значенияе рН внутренней среды), поддержаниеь онкотического давлениея в клетках и крови, и др.