Роль отечественных ученых в развитии биохимии .

Как самостоятельная наука биохимия выделилась в конце 19 века, и большой вклад в ее развитие внесли отечественные ученые:

А.Д. Данилевский, который впервые осуществил разделение амилазы и трипсина поджелудочной железы, исследовал белки печени, почек и мозга, им установлено высокое содержание воды и фосфора в белках серого вещества мозга, им была показана коллоидная природа ферментов. Создал первую кафедру биохимии в Казанском университете, создал первую русскую школу биохимиков.

Д.И. Менделеев стал основоположником гидратной теории раствора (растворение – физико-химический процесс, в результате которой происходит взаимодействие растворенных веществ с растворителем с образованием непрочных химических соединений).

К числу наиболее значимых достижений отечественной биохимии следует отнести открытие в 1880 г. Н.И. Луниным витаминов. Из экспериментов Лунин сделал вывод, что «в молоке, кроме казеина, жира, молочного сахара и солей, должны содержаться еще другие вещества, которые совершенно необходимы для питания» (некоторые мыши жили на казеине, жире, молочном сахаре и соли и вскоре умерли, а мыши, имевшие цельное молоко, жили).

В 1891 г. М.В. Ненцким (1847-1901) организована первая биохимическая лаборатория в Институте экспериментальной медицины в Петербурге, в которой проводились работы по изучению механизма синтеза мочевины, химического состава гемина и хлорофилла, исследованию обмена белков.

 

1.3 Разделы биохимии. Значение биохимии для других специальных дисциплин (зоопсихология, кормление животных, кинологии).  

В зависимости от объекта и направления исследований биохимия делится на отрасли:

1. Общая биохимия рассматривает закономерности состава и превращений химических соединений в процессах жизнедеятельности организма, являющихся общими для многих видов живых существ.

2. Биохимия растений – хим. состав и обмен веществ у растительных организмов.

3. Биохимия животных изучает особенности состава химических соединений в живых организмах, обмена веществ и энергии в зависимости от вида, породы, линии, факторов питания и содержания, особенности технологии производства продуктов животноводства.

4. Ветеринарная биохимия исследует химический состав и особенности обмена веществ в организме животного на фоне его заболеваний.

Биохимические анализы крови, мочи, кала позволяют определить норму или патологию в организме. Например, при разных заболеваниях коллоидная устойчивость крови снижается и многие вещества (соли, мочевая кислота) выпадают в осадок, откладываясь в тканях организма, в нормальной моче имеются лишь следы белка, но при воспалении почек, расстройствах сердечной деятельности видны белки, чаще альбумины, оксигемоглобин и форменные элементы крови появляются при повреждении мочеполовых путей, в обычной моче сахара нет, а при патологии он появляется в больших количествах.

 

Периоды развития биохимии.

I период – с древних времен до эпохи Возрождения (XV век). Это период практического использования биохимических процессов без знаний их теоретических основ и первых, порой очень примитивных, биохимических исследований. Люди уже знали технологию производств, основанных на б/х процессах, таких как хлебопечение, сыроварение, виноделие, дубление кож, приготовления красок и тканей из растений. попытки понять свойства отдельных веществ растительного и животного происхождения.

II период – начало эпохи Возрождения до 2-я пол. 19 в. - б/х становится самостоятельной наукой. да Винчи провел опыты и на основании их результатов сделал важный для тех лет вывод, что живой организм способен существовать только в такой атмосфере, в которой может гореть пламя. В этот период следует выделить работы таких ученых, как Парацельс, М. В. Ломоносов, Ю. Либих, А. М. Бутлеров, Лавуазье.

II I период – 2-я пол. 19 века- 50-е г. 20 в. Резкое увеличение интенсивности и глубины биохимических исследований, объема получаемой информации, использование достижений б/х в промышленности, медицине, с/х. К этому времени относятся работы одного из основоположников отечественной биохимии А. Я. Данилевского, М. В. Ненцкого

IV период – с начала 50-х гг. 20 в.- по наст. время. широкое использованием в б/х исследованиях физических, физико-химических, математических методов, активным и успешным изучением основных биологических процессов (биосинтез белков и нуклеиновых кислот) на молекулярном и надмолекулярном уровнях.

1953 –Уотсон и Крик предложили модель двойной спирали строения ДНК.

1953 – Сенгер впервые расшифровал аминокислотную последовательность белка инсулина. 1961 – Ниренберг расшифровал первую «букву» кода белкового синтеза – триплет ДНК, соответствующий фенилаланину.

1966 – Митчелл сформулировал хемиосмотическую теорию сопряжения дыхания и окислительного-фосфорилирования, сформулирована первая классификация ферментов.

1969 – Мерифильд химическим путем синтезировал фермент рибонуклеазу. 1971 –установлена первичная структура аспартатаминотрансферазы – белка из 412 аминокислот. 1977 – Сенгер впервые полностью расшифровал первичную структуру молекулы ДНК.

2.1 Дать понятие растворов.

Растворы – однородные системы, состоящие из растворенного вещества, растворителей и продуктов их взаимодействия. Растворы по факту- это все биологические жидкости организма.

 

2.2 Особенности строения молекул воды.

Молекулы воды полярные, т.е. 1 частица заряжена положительно, а 2 отрицательно, имеют малый заряд и соединяются водородными связями. Диполь, попадая в электрическое поле, притягивается к противоположным полюсам.

Прочность межионных связей уменьшается, ионы отрываются и переходят в раствор. (Диполь – центры отрицательных и положительных зарядов в молекуле находятся в разных местах).

 

2.3 Классификация растворов. В основе лежит размер частиц растворенного вещества (от размера дисперсионной фазы).

Все р-ры делят на 4 группы:

1. Молекулярно-дисперсная – р-р частиц <0,0014 микрон.

2. Ионодисперсные р-ры – 0,001 микрон.

3. Коллоидные р-ры – 0,1 – 0,001 микрон.

4. Грубо дисперсные р-ры - >0,1 микрона.

Система, состоящая из двух (и более) веществ, одно из которых распределено в виде очень мелких частиц в другом, называется дисперсной системой.

Распределенное вещество называется дисперсной фазой, а вещество, в котором распределена дисперсная фаза, — дисперсионной средой.

 

2.4 Диффузия и осмос.

Диффузия. Одним из основных свойств живых клеток является перенос веществ через мембрану. Мембрана – 2й слой фосфолипидов, который состоит из простых жиров и белковых молекул.

Диффузия является механизмом, с помощью которого вещества перемещаются через мембрану. Диффузия – самопроизвольный процесс выравнивания концентрированного вещества по всему объему растворителя за счет теплового движения молекул.

Осмос – частный случай диффузии или односторонняя диффузия. Наблюдается при наличии полупроницаемой мембраны. Процесс перехода растворителя (воды) в сторону наиболее концентрированного раствора.

2.6 Осмотическое давление в растворах электролитов.

Осмотическое давление для электролитов всегда выше, т.к. количество частиц в электролитах постоянно растет.

Для электролитов введен изотонический коэффициент, который показывает во сколько раз осмотическое давление электролитов выше, чем неэлектролитов. Р = I * R * C * T.

К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли, к неэлектролитам — большинство органических соединений, а также вещества, в молекулах которых имеются только ковалентные неполярные.

Сила, обуславливающая осмос, есть осмотическое давление. Закон осмотического давления Вант – Гоффа: осмотическое давление зависит от разбавленного раствора прямо пропорционально молярной концентрации и температуре.

P = R (универс газ пост) * С (моляр конц) * Т (t абс 0 по Кельвину = 273).

 

 

2.7 Роль осмотического давления в животном организме.

Явление осмоса и осмотическое давление играют огромную роль в биологических системах, которые содержат полупроницаемые перегородки в виде разных тканей, в том числе оболочек клеток.

Постоянный осмос воды внутрь клеток создает избыточное гидростатическое давление, которое обеспечивает прочность и упругость тканей, которое называют тургором.

 

2.8 Изотонические, гипо- и гипертонические растворы.

Окружающий клетку раствор может быть по отношению к раствору клетки:

1. Изотонический (Pср = Pкл). Ничего не происходит, вода входит/выход с одинаковой скоростью.

2. Гипертонический (Pср > Pкл). Вода выходит, эритроцит смарщивается, происходит явление плазмолиза.

3. Гипотонический (Pср < Pкл). Вода входит, эритроцит набухает, происходит явление гемолиза. Гипертонический раствор может помочь при воспалительных процессах в суставах, гнойниках, при ангине и тонзиллите, головной боли.

В медицинской практике гипотонические растворы имеют ограниченное применение. Для ликвидации обезвоживания применяют только гипотонические растворы хлорида натрия, иногда в течение нескольких дней до восстановления сознания.

 

2.9 Понятие гемолиза и плазмолиза.

Плазмолиз (разложение, распад), отделение протопласта от клеточной стенки в гипертоническом растворе.

Гемолиз (распад, разрушение) — разрушение эритроцитов крови с выделением в окружающую среду гемоглобина.

В гипотоническом растворе происходит гемолиз (разрушение, растворение) эритроцитов, ибо осмос направлен в клетку. Эритроциты набухают, клеточная оболочка (мембрана) разрывается и содержимое клетки растворяется.

В гипертоническом растворе эритроциты сморщиваются, теряют первоначальную форму (плазмолиз) в силу того, что осмос направлен из клетки в раствор.

 

2.10 Теория электролитической диссоциации.

В ионно-дисперсных растворах частицы растворенного вещества находятся в виде ионов. К ним относятся все электролиты. Теорию электролитической диссоциации разработал Аррениус в 1887 году. Согласно этой теории молекулы электролитов в воде распадаются на ионы (катионы +, анионы -). Причиной диссоциации является физико-химический процесс взаимодействия электролита (гидротация) с водой. Количественная характеристика диссоциации – степень диссоциации.

Степень диссоциации рассчитывается: α = кол-во молекул, распавшихся на ионы / на общее количество молекул. Степень диссоциации определяется опытным путем и выражается в долях единиц или в %. Например, α = 5%, это значит, что из 100 молекул только 5 распались. α зависит: от природы растворителя, от природы электролита, от температуры раствора и от степени разбавления водой. По природе все электролиты делятся на: сильные (α > 30%. HCL, H2SO4, HNO3, почти все щелочи); средние (α от 2 до 30%. H3PO4, H2SO3); слабые электролиты (α < 2%. CH3COOH, H2CO3).

Константа диссоциации. Сильные электролиты в воде полностью диссоциируют на ионы, а слабые частично. Диссоциация слабых электролитов выражается следующим уравнением: КА ó К(+) + А (-).

Диссоциация – распад молекул на ионы. Обратный процесс – молизация. Через время скорость этих 2 процессов выравнивается и наступает состояние химического равновесия.

Химическое равновесие – в одинаковый промежуток времени сколько молекул образовалось, столько и распадается. Для всякого обратного процесса применим закон действующих масс.

В состоянии химического равновесия произведение концентрации продуктов реакции, деленное на произведение концентрации продуктов исходных веществ, есть величина постоянная и называется константой равновесия. А для диссоциации – константа диссоциации. КД = [К+]*[А-] / [КА]. КД характеризует способность электролита диссоциировать на ионы, является характеристикой силы электролита, при чем более удобной, чем α, т.к. КД не зависит от разбавления водой.

Группы электролитов по КД: 1. Сильные (КД>10^-2). 2. Средние (КД от 10^-2 до 10^-4). 3. Слабые (КД от 10^-5 до 10^-9). 4. Очень слабые (КД<10^-9)