Задачи биохимии

Размещено на http://allbest.ru

1. Предмет и задачи биохимии

холестерин белок фермент гормон

Биохимия - это наука о химическом составе живой материи, химических процессах, происходящих в живых организмах, а также связи этих превращений с деятельностью органов и тканей.

Биохимия состоит как бы из трех частей:

1) статическая биохимия (это анализ химического состава живых организмов);

2) динамическая биохимия (изучает совокупность превращения веществ и энергии в организме);

3) функциональная биохимия (исследует процессы, лежащие в основе различных проявлений жизнедеятельности). Главным для биохимии является выяснение функционального, то есть биологического назначения всех химических веществ и физико-химических процессов в живом организме, а также механизм нарушения этих функций при разных заболеваниях.

Современная биохимия решает следующие задачи:

1. Биотехнологическую, т.е. создание фармацевтических препаратов (гормонов, ферментов), регуляторов роста растений, средств борьбы с вредителями, пищевых добавок.

2. Проводит разработку новых методов и средств диагностики и лечения наследственных заболеваний, канцерогенеза, природы онкогенов и онкобелков.

3. Проводит разработку методов генной и клеточной инженерии для получения принципиально новых пород животных и форм растений с более ценными признаками.

4. Изучает молекулярные основы памяти, психики, биоэнергетики, питания и целый ряд других задач.



2. Контроль качества лабораторных исследований. Контрольные материалы

Внутрилабораторный контроль качества клинических лабораторных исследований осуществляется сотрудниками каждой клинико-диагностической лаборатории с целью поддержания стабильности аналитической системы. и регламентируется нормативными документами медицинской организации. Контрольным материалом является натуральный или искусственный однородный материал, содержащий те же компоненты, что и пробы пациентов.

Контрольные материалы с аттестованными значениями контролируемых показателей. Значения показателей (концентрация вещества, активность фермента и т.п.) указаны в паспорте на контрольный материал. Для одного и того же показателя может быть указано несколько значений отдельно по каждому методу измерения. Такие контрольные материалы используются для контроля правильности и воспроизводимости результатов лабораторного анализа.

Контрольные материалы с неаттестованными значениями контролируемых показателей. Такие контрольные материалы используются только для контроля воспроизводимости результатов лабораторного анализа.

Контрольный материал нельзя использовать одновременно в качестве калибровочного материала.

Порядок проведения внутрилабораторного контроля качества.

Состоит из трех последовательных стадий:

Стадия 1. Оценка сходимости результатов исследования.

Стадия 2: первый, второй и третий этапы. Оценка воспроизводимости и правильности результатов измерений (установочные серии), построение контрольных карт. Проведение оперативного контроля качества лабораторных исследований в каждой аналитическойсерии.



3. Способы выражения концентрации растворов

Молярная концентрация C(B) показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора.

Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов в одном миллилитре раствора. Пересчет концентраций растворов из одних единиц в другие. При пересчете процентной концентрации в молярную и наоборот, необходимо помнить, что процентная концентрация рассчитывается на определенную массу раствора, а молярная и нормальная - на объем, поэтому для пересчета необходимо знать плотность раствора. Упаривание, разбавление, концентрирование, смешивание растворов. Имеется mг исходного раствора с массовой долей растворенного вещества w1 и плотностью с1. приблизительный раствор - % конц., выражен в частях точный раствор - растворы молярные, нормальные и титр.

4. Фотометрические методы анализа в биохимических исследованиях

Теоретическая часть. Основной закон колориметрии (закон Бугера): оптическая плотность вещества прямо пропорциональна толщине поглощающего слоя и концентрации вещества в растворе:

D = е? l ? C

где е - молярный показатель поглощения - постоянная величина для данного вещества, I - толщина слоя, С - концентрация вещества. Для построения калибровочного графика из основного стандартного раствора белка готовят серию рабочих стандартных растворов, как указано в таблице 2. Готовят ряд пробирок - по три параллельные пробы для каждого разведения стандартного раствора белка. Дополнительно ставят одну пробирку для контрольной пробы и две параллельные пробы для исследуемой сыворотки (плазмы) крови. Встряхивают и инкубируют все пробы при комнатной температуре в течение 30 мин. Затем измеряют оптическую плотность стандартных проб (D, Ест) против контроля при длине волны 540-560 нм в кювете 10 мм. Для удобства в работе на основе калибровочного графика рассчитывают фактор F. Его вычисляют делением каждой концентрации рабочего стандарта на соответствующую ей оптическую плотность:

F = Ccтандарта /Dстандарта

Таких факторов получается столько, сколько было концентраций рабочего стандарта. Вычисляют средний арифметический фактор Fср. Способ расчета концентрации вещества по калибратору является наиболее приемлемым, т.к. анализируемая и стандартная пробы обрабатываются в одинаковых условиях. Поэтому при больших сериях исследований стандартную пробу рекомендуется исследовать в начале серии и примерно через каждые 20 анализируемых проб, определяя отношение Сст/Dст или фактор (F).

Расчет по стандарту обозначается в том случае, если используется уравнение:

Спробы = Dпробы х Сстандарта/Dстандарта

Расчет по фактору - это тот случай, когда используется уравнение:

С = D x F



5. Моносахариды, классификация, химическое строение, виды изомерии

Моносахариды (простые углеводы) - наиболее простые представители углеводов и при гидролизе не расщепляются до более простых соединений. Для человека наиболее важны глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза. Классификация моносахаридов. Моносахариды представляют собой бесцветные кристаллические вещества, растворимые в воде и сладкие на вкус (фруктоза - самый сладкий сахар).

Существует несколько видов классификации моносахаридов:

1) По числу углеродных атомов, входящих в состав молекулы моносахариды делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т. д. В природе наиболее широко распространены пентозы и гексозы.

2) В молекулах моносахаридов одновременно содержится несколько функциональных групп: карбонильная группа (альдегидная или кетонная ) и несколько гидроксильных групп.

В зависимости от вида карбонильной группы моносахариды подразделяются на:

- альдозы - в моносахариде содержится альдегидная группа, которая локализуется у первого углеродного атома;

- кетозы - содержится кетогруппа, которая у природных кетоз локализуется у второго углеродного атома.

Например, глюкоза - это альдоза, а фруктоза - это кетоза.

6. Строение и химические свойства глюкозы

Глюкоза С6Н12О6 - моносахарид, не гидролизующийся с образованием более простых углеводов Качественные реакции на глюкозу в моче:

Проба Гайнеса. Учёт результата: переход голубого цвета растора в желтый, затем в красный говорит о наличии глюкозы.

Проба Ниландера. Учёт результата: появление коричневого осадка говорит о наличии глюкозы.

Экспресс-метод (глюкозооксидазная проба). Используется «Глюкотест»- это специальная индикаторная полоска, пропитанная раствором ферментов. Изменение цвета полоски, после взаимодействия её с мочой, говорит о присутствии глюкозы.

7. Дисахариды. Химическое строение мальтозы, лактозы и сахарозы

Дисахариды - это углеводы, которые при нагревании с водой в присутствии минеральных кислот или под влиянием ферментов подвергаются гидролизу, расщепляясь на две молекулы моносахаридов. Мальтоза - восстанавливающий дисахарид, образующийся при ферментативном гидролизе крахмала. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы. Лактоза -- состоит из остатков глюкозы и галактозы. Сахароза -- состоит из остатков глюкозы и фруктозы. Химические свойства дисахаридов:

1) способность гидролизоваться: под действием кислоты или соответствующего фермента разрывается гликозидная связь и образуются два моносахарида;

2) окисляются ионами меди, серебра, ртути, образуют озазоны и вступают во все реакции, характерные для соединений, содержащих свободные карбонильные группы;

3) дисахариды могут быть окислены до диоксида углерода и воды. Под действием ферментов дрожжей сахароза и мальтоза дают этанол, а лактоза не изменяется.



8. Гомополисахариды

Полисахариды - высокомолекулярные углеводы, представляющие собой продукты конденсации моносахаридов, содержащие от нескольких десятков до сотен тысяч моносахаридов, соединенных гликозидными связями.

Крахмал - главный резервный полисахарид растений, запасается во многих семенах, клубнях, корневищах и используется только тогда, когда эти органы прорастают. В клубнях картофеля его содержится около 20%, кукурузе - 55-60%, ржи - около 70%.Крахмал является одним из важнейших продуктов фотосинтеза, образующийся в зеленых листьях растений в виде так называемых первичных зерен. Затем он расщепляется на моносахариды или их фосфорнокислые эфиры и переносится в другие части растений, например, клубни картофеля или зерна злаков. Здесь вновь происходит отложение крахмала в виде зерен, форма и размер которых характерны для данного вида растений. Целлюлоза (клетчатка) - структурный полисахарид, является основным компонентом клеточных стенок растений. Целлюлоза придает растительной ткани механическую прочность и эластичность, выполняя роль опорного материала растений. В природе целлюлоза не встречается в чистом виде. Волокна хлопка содержат 96-98% целлюлозы, в различных видах древесины содержание ее составляет 40-60%. Волокна льна и конопли состоят преимущественно из клетчатки. Важнейшими спутниками целлюлозы являются лигнин, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, смолы и жиры. Гетерополисахариды. По своему строению относятся к вещества, которые получили название гликозамингликаны. Эти вещества имеют тривиальное название мукополисахариды. Практически все гетерополисахариды входят в состав соединительной ткани и некоторые в состав секретов и слизи.



9. Общая характеристика липидов

Липимды -- обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Содержатся во всех живых клетках. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на проницаемость клеток и активность многих ферментов, участвуют в передаче нервного импульса, в мышечном сокращении, создании межклеточных контактов, в иммунохимических процессах. Также липиды образуют энергетический резерв организма, участвуют в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов, защищают различные органы от механических воздействий и др. Классификация липидов: Простые липиды -- липиды, включающие в свою структуру углерод(С), водород(H) и кислород(O). (Жирные кислоты ). Сложные липиды -- липиды, включающие в свою структуру помимо углерода(С), водорода(H) и кислорода(О) другие химические элементы. Чаще всего: фосфор(Р), серу(S), азот(N). ( полярные и нейтральные ) Жирные кислоты входят в состав большинства липидов организма человека. Незаменимые - это те, которые наш организм может получить только извне, с пищей или в виде медпрепаратов. Незаменимых кислот только две - линоленовая и линолевая (альфа-линоленовая). Эти две жирные кислоты являются основой для синтеза заменимых.

10. Триглицериды (ТГ) или нейтральные жиры

Это производные глицерина и высших жирных кислот. Триглицериды -- главный источник энергии для клеток. Триглицериды поступают в наш организм с пищей, синтезируются в жировой ткани, печени и кишечнике. Уровень триглицеридов в крови зависит от возраста человека. Анализ триглицеридов используют в диагностике атеросклероза и многих других заболеваний. глицериды способны вступать во все химические реакции, свойственные сложным эфирам.в состав их входят насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты.

11. Сложные липиды

Некоторые сложные липиды трудно классифицировать однозначно, так как они содержат группировки, позволяющие отнести их одновременно к различным группам. Согласно общей классификации липидов сложные липиды обычно делят на три большие группы: фосфолипиды, сфинголипиды и гликолипиды. Глицерофосфолипиды. Эти соединения являются главными липидными компонентами клеточных мембран. По химическому строению глицерофосфолипиды представляют собой производные l-глицеро-З-фосфата. l-Глицеро-З-фосфат содержит асимметрический атом углерода и, следовательно, может существовать в виде двух стереоизомеров. Сфинголипиды представляют собой структурные аналоги глицерофосфолипидов, в которых вместо глицерина используется сфинго- зин. Другим примером сфинголипидов служат рассмотренные выше церамиды. Важную группу сфинголипидов составляют сфингомиелины, впервые обнаруженные в нервной ткани.

12. Стерины и стериды

Химическое строение холестерина (формула) СТЕРИНЫ (стеролы), алициклич. прир. спирты, относящиеся к стероидам; составная часть неомыляемой фракции животных и растит. липидов. С. присутствуют практически во всех тканях животных и растений и являются наиб. распространенными представителями стероидов в природе. В зависимости от источника подразделяются на животные (зоостерины), растительные (фитостерины) Холестерин (холестерол) - органическое соединение, природный жирный (липофильный) спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех живых организмов за исключением безъядерных. Нерастворим в воде, растворим в жирах и органических растворителях. С27Н46О. Холестерин - необходимый компонент клеточных мембран и цитоплазмы, участвует в создании осмотического давления клетки, в обмене желчных кислот, в синтезе гормонов коры надпочечника и половых желез. Для нормального обмена холестерина необходимо присутствие таких веществ как: витамин С, витамин В6 (пиридоксин), витамин В12 (цианкобаламин), витамин РР (фолиевая кислота), полиненасыщенные жирные кислоты.

13. Химическое строение белков

Белки - высокомолекулярные азотистые органические вещества, построенные из аминокислот и играющие фундаментальную роль в структуре и жизнедеятельности организмов. Белки - основная и необходимая составная часть всех организмов. Именно Белки осуществляют обмен веществ и энергетические превращения, неразрывно связанные с активными биологическими функциями. Формула aльфа -аминокислоты RCH(NH2)COOH. Пептидная (амидная) связь -- это вид химической связи, которая возникает вследствие взаимодействия б-аминогруппы одной аминокислоты и б-карбоксигруппы другой аминокислоты. Амидная связь очень прочная, и в нормальных клеточных условиях (37 °C, нейтральный ph) самопроизвольно не разрывается. Пептидная связь разрушается при действии на неё специальных протеолитических ферментов (протеаз, пептидгидролаз).



14. Уровни структурной организации белков

Структура. При изучении состава белков было установлено, что все они построены по единому принципу и имеют четыре уровня организации: первичную, вторичную, третичную, а отдельные из них и четвертичную структуры.

Первичная структура. Представляет собой линейную цепь аминокислот (полипептид), расположенных в определенной последовательности с четким генетически обусловленным порядком чередования и соединенных между собой пептидными связями. Вторичная структур: Вторичной структурой называют конформацию, которую образует полипептидная цепь. Для высокомолекулярных белков характерна структура спирали.

Третичная структура: третичная конфигурация -- реальная трехмерная конфигурация, которую принимает в пространстве закрученная спираль, которая в свою очередь свернута спиралью. У такой структуры в пространстве имеются выступы и впадины с обращенными наружу функциональными группами. Четвертичная структура: У большинства белков пространственная организация заканчивается третичной структурой, но для некоторых белков с молекулярной массой больше 50-100 тысяч, построенных из несколько полипептидных цепей характерна четвертичная. Сущность такой структуры в объединении несколько полимерных цепей были в единый комплекс. Такой комплекс также рассматривается как белок, состоящий из нескольких субъединиц. Белки, состоящие из нескольких субъединиц, широко распространены в природе (гемоглобин, вирус табачной мозаики, фосфорилаза, РНК-полимераза).

15. Физико-химические свойства белков

Наиболее характерными физико-химическими свойствами белков являются высокая вязкость растворов, незначительная диффузия, способность к набуханию в больших пределах, оптическая активность, подвижность в электрическом поле, низкое осмотическое давление и высокое онкотическое давление. Белки, как и аминокислоты, амфотерны благодаря наличию свободных NH2- и СООН-групп. Для них характерны все свойства кислот и оснований.

16. Белки как амфотерные полиэлектролиты

Макромолекулы белков несут на своей поверхности большое количество карбоксильных и аминных групп, что придает им свойства амфотерных полиэлектролитов. Карбоксильные группы, способные к диссоциации с образованием протонов (Н+), определяют кислотные свойства молекулы белка; аминогруппы, способные присоединять протоны, определяют ее основные свойства.

Соотношение между количеством кислых и основных группировок варьирует у различных белков. Белки, в которых преобладают кислые группировки, имеют при рН 7 (или близких к 7) суммарный отрицательный заряд и их называют кислыми; белки, в которых преобладают основные группировки, имеют при указанных значениях рН положительный заряд и их называют основными. В живых организмах преобладают кислые белки. Для каждого белка (равно пептида и аминокислоты) существует рН при котором положительные и отрицательные заряды в молекуле белка уравновешиваются и суммарный заряд ее становится равным нулю.

Такая молекула теряет подвижность в электрическом поле. Величина рН, при котором молекула белка не несет суммарного заряда и не движется в электрическом поле, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ) и обозначается рНJ; это одна из характерных констант белков. В изоэлектрической точке белок обладает наименьшей растворимостью, легко выпадает в осадок, растворы его менее вязки.

Эти явления можно объяснить отсутствием электростатического отталкивания между молекулами белка.

17. Денатурация белков

Денатурация белков - это нарушение нативной пространственной структуры белковой молекулы под влиянием различных внешних воздействий, сопровождающееся изменением их физико-химических и биологических свойств. При этом нарушаются вторичная и третичная структуры белковой молекулы, а первичная, как правило, сохраняется. Денатурация белков происходит при нагревании и замораживании пищевых продуктов под действием различных излучений, кислот, щелочей, резких механических воздействий и других факторов.

- резко снижается растворимость белков;

- теряется биологическая активность, способность к гидратации и видовая специфичность;

- улучшается атакуемость протеолитическими ферментами;

-повышается реакционная способность белков;

- происходит агрегирование белковых молекул;

- заряд белковой молекулы равен нулю.

Потеря белками биологической активности в результате тепловой денатурации приводит к инактивации ферментов и отмиранию микроорганизмов. В результате потери белками видовой специфичности пищевая ценность продукта не снижается.

18. Классификация белков. Нуклеопротеины

Все природные белки (протеины) подразделяют на два больших класса:

1 Простые белки гидролизуются кислотами или щелочами до аминокислот и не дают при гидролизе других органических и неорганических соединений. Они состоят только из остатков б-аминокислот. Классификация простых белков основана на растворимости.

2. Сложные белки кроме аминокислотных остатков белковой части молекулы содержат также небелковую, или простетическую группу. Простетическая группа может быть представлена химическими веществами различной природы. Сложные белки подразделяются по небелковому компоненту. Полноценными называют белки, содержащие все незаменимые аминокислоты. Белки, не содержащие хотя бы одну незаменимую аминокислоту, называют неполноценными. 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.

ДНК служит универсальным хранителем и источником наследственной информации, записанной в виде специальной последовательности нуклеотидов и определяющей свойства живого организма. Ее молекулярная масса колеблется от 107 до 109, а число нуклеотидных остатков в молекуле достигает нескольких сотен тысяч и даже миллионов. Как уже было сказано, из главных азотистых оснований в ДНК содержится аденин, гуанин, цитозин и тимин. Основная масса ДНК сосредоточена главным образом в ядрах клеток. Некоторое ее количество содержится в митохондриях и хлоропластах. ДНК ядра клеток животных и растений представляет собой не одну молекулу, а состоит из многих молекул, распределенных по разным хромосомам, число которых зависит от вида организма.

Рибонуклеиновые кислоты представляют собой одноцепочечные молекулы разной длины. Последовательность нуклеотидов, т.е. первичная структура, различных РНК, содержащихся в клетке определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК - матрице. РНК имеют также вторичную и третичную структуры.В зависимости от функций и местонахождения в клетке РНК делят на три основных типа: рибосомные (рРНК), информационные, или матричные (иРНК, или мРНК) и транспортные (тРНК).

Рибосомные РНК (рРНК) составляют до 80-90% от всей РНК клетки. Они содержатся в рибосомах - внутриклеточных органеллах, принимающих участие в биосинтезе белка.

Матричные РНК (мРНК) составляют около 5% общей массы рибонуклеиновых кислот клетки. Их молекулярная масса колеблется в пределах 300 тыс - 2млн. Функция мРНКзаключается в переносе генетической информации, записанной в ДНК, на синтезируемый белок.

19. Классификация белков. Характеристика липопротеинов

Все природные белки (протеины) подразделяют на два больших класса:

1 Простые белки гидролизуются кислотами или щелочами до аминокислот и не дают при гидролизе других органических и неорганических соединений. Они состоят только из остатков б-аминокислот. Классификация простых белков основана на растворимости.

2. Сложные белки кроме аминокислотных остатков белковой части молекулы содержат также небелковую, или простетическую группу. Простетическая группа может быть представлена химическими веществами различной природы. Сложные белки подразделяются по небелковому компоненту. Полноценными называют белки, содержащие все незаменимые аминокислоты. Белки, не содержащие хотя бы одну незаменимую аминокислоту, называют неполноценными.

Липопротеины (липопротеиды), комплексы, состоящие из белков (аполипопротеинов; сокращенно - аполипопротеины) и липидов, связь между которыми осуществляется посредством гидрофобных и электростатич. взаимодействий. Липопротеины подразделяют на свободные, или растворимые в воде (липопротеины плазмы крови, молока, желтка яиц и др.), и нерастворимые, т. наз. структурные (липопротеины мембран клетки, миелиновой оболочки нервных волокон, хлоропластов растений). Нековалентная связь в липопротеинах между белками и липидами имеет важное биологическое значение. Она обусловливает возможность своб. обмена липидов и модуляцию свойств липопротеинов в организме. Среди свободных липопротеинов (они занимают ключевое положение в транспорте и метаболизме липидов) наиб. изучены липопротеины плазмы крови, которые классифицируют по их плотности. Чем выше содержание в них липидов, тем ниже плотность липопротеина. Различают липопротеины очень низкой плотности (ЛОНП), низкой плотности (ЛНП), высокой плотности (ЛВП) и хиломикроны. Каждая группа липопротеинов очень неоднородна по размерам частиц (самые крупные - хиломикроны) и содержанию в ней аполипопротеинов. Все группы липопротеинов плазмы содержат полярные и неполярные липиды в разных соотношениях.

20. Классификация белков. Характеристика гликопротеинов

Все природные белки (протеины) подразделяют на два больших класса:

1 Простые белки гидролизуются кислотами или щелочами до аминокислот и не дают при гидролизе других органических и неорганических соединений. Они состоят только из остатков б-аминокислот. Классификация простых белков основана на растворимости.

2. Сложные белки кроме аминокислотных остатков белковой части молекулы содержат также небелковую, или простетическую группу. Простетическая группа может быть представлена химическими веществами различной природы. Сложные белки подразделяются по небелковому компоненту. Полноценными называют белки, содержащие все незаменимые аминокислоты. Белки, не содержащие хотя бы одну незаменимую аминокислоту, называют неполноценными. Гликопротеины (гликопротеиды) - соединения, в молекулах которых олиго- или полисахаридные цепи ковалентно связаны (главным образом O- иои N-гликозидными связями) с полипептидными связями белка.

Протеогликаны, углевод-белковые компоненты животных тканей, в которых полисахаридные цепи ковалентно связаны с белком, занимающим в молекуле центральное положение. В отличие от гликопротеинов, углеводные цепи в молекулах протеогликанов всегда представлены мукополисахаридами (хондроитинсульфатами, дерматансульфатом, кератансульфатом, гепарансульфатом и гепарином). Связывание гликозоаминогликанов с другими внеклеточными макромолекулами вносит значительный вклад в структурную организацию соединительнотканного матрикса. Гликозоаминогликаны могут взаимодействовать с внеклеточными макромолекулами, белками плазмы, компонентами клеточной поверхности и внутриклеточными макромолекулами.

21. Общая характеристика ферментов

Ферменты - биологические катализаторы белковой природы. Катализатор - это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в ходе этой реакции не расходуется. Многие ферменты являются двухкомпонентными, то есть состоят из белковой части - апофермента и связанного с ним небелкового компонента - кофермента, участвующего в действии фермента в качестве обязательного кофактора. В качестве коферментов могут выступать витамины и их производные, нуклеотиды и нуклеозиды. По строению ферменты делятся на простые (однокомпонентные) и сложные (двухкомпонентные). Простой фермент состоит только из белковой части; в состав сложного фермента входит белковая и небелковая составляющие. Иначе сложный фермент называют холоферментом. Белковую часть в его составе называют апоферментом, а небелковую - коферментом. Изоферменты, или изоэнзимы -- это различные по аминокислотной последовательности изоформы или изотипы одного и того же фермента, существующие в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах. В мультиферментном комплексе несколько ферментов прочно связаны между собой в единый комплекс и осуществляют ряд последовательных реакций, в которых продукт реакции непосредственно передается на следующий фермент и является только его субстратом. Благодаря таким комплексам значительно ускоряется скорость превращения молекул. Например: пируватдегидрогеназный комплекс.

22. Строение активного центра ферментов

В процессе катализа реакции в контакт с субстратом вступает не вся молекула фермента, а определенный ее участок, который называется активным центром. Эта зона молекулы не состоит из последовательности аминокислот, а формируется при скручивании белковой молекулы в третичную структуру. Отдельные участки аминокислот сближаются между собой, образуя определенную конфигурацию активного центра. Важная особенность строения активного центра - его поверхность комплементарна поверхности субстрата, т.е. остатки АК этой зоны фермента способны вступать в химическое взаимодействие с определенными группами субстрата. Можно представить, что активный центр фермента совпадает со структурой субстрата как ключ и замок. Помимо активного центра ряд ферментов снабжен регуляторным (аллостерическим) центром. С этой зоной фермента взаимодействуют вещества, влияющие на его каталитическую активность. Ингибиторами называют вещества, вызывающие частичное или полное торможение химических реакций, включая и ферментативные. Различают обратимое и необратимое ингибирование фермента. При обратимом ингибировании активность фермента восстанавливается по мере удаления свободного ингибитора диализом или иным способом, т.е. при обратимом ингибировании существует равновесие между свободным ингибитором и ферментом. При необратимом ингибировании равновесие между свободным ингибитором и ферментом не устанавливается и активность фермента не удается восстановить диализом. Напротив, если ингибитор присутствует в избытке по сравнению с ферментом, то со временем наступает полное торможение активности фермента. Различают три основных этапа ферментативного катализа:

1 этап. Ориентировочная сорбция субстрата на активном центре фермента с образованием обратимого E-S комплекса (фермент-субстратного). На этом этапе происходит взаимодействие адсорбционного центра фермента с молекулой субстрата. При этом и субстрат подвергается конформационной перестройке.

2 этап. Химические превращения молекулы субстрата в составе фермент-субстратного комплекса с образованием комплекса фермента с химически преобразованным субстратом. На этом этапе разрываются одни ковалентные связи и возникают новые. Поэтому этот этап протекает значительно медленнее, чем 1-й и 3-й этапы

3 этап. Десорбция готового продукта из его комплекса с ферментом. Этот этап протекает легче, чем 2-й. Он, как и 2-й этап, тоже необратим. Исключение - обратимые ферментативные реакции.

23. Использование ферментов в медицине

Ферментные препараты широко используют в медицине. Ферменты в медицинской практике находят применение в качестве диагностических (энзимодиагностика) и терапевтических (энзимотерапия) средств. В этом разделе мы остановимся на основных принципах энзимо-диагностики и энзимотерапии.

Кроме того, ферменты используют в качестве специфических реактивов для определения ряда веществ. Так, глюкозооксидазу применяют для количественного определения глюкозы в моче и крови. Фермент уреазу используют для определения содержания количества мочевины в крови и моче. С помощью различных дегидрогеназ обнаруживают соответствующие субстраты, например пируват, лак-тат, этиловый спирт и др. Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания (или синдрома) на основе определения активности ферментов в биологических жидкостях человека. Принципы энзимодиагностики основаны на следующих позициях.

- при повреждении клеток в крови или других биологических жидкостях (например, в моче) увеличивается концентрация внутриклеточных ферментов повреждённых клеток;

- количество высвобождаемого фермента достаточно для его обнаружения;

- активность ферментов в биологических жидкостях, обнаруживаемых при повреждении клеток, стабильна в течение достаточно длительного времени. И отличается от нормальных значений;

- ряд ферментов имеет преимущественную или абсолютную локализацию в определённых органах (органоспецифичность);

- существуют различия во внутриклеточной локализации ряда ферментов. Определение активности а-амилазы в крови и моче.

24. Метаболизм

Или обмен веществ - совокупность химических реакций в организме, которые обеспечивают его веществами и энергией, необходимыми для жизнедеятельности. В обмене веществ можно выделить два основных этапа: подготовительный - когда поступившее алиментарным путем вещество подвергается химическим превращениям, в результате которых оно может поступить в кровь и далее проникнуть в клетки, и собственно метаболизм, т.е. химические превращения соединений, проникнувших внутрь клеток. В процессе анаболизма в живых организмах наблюдается образование, то есть синтез веществ, при этом организм поглощает из внешней среды различные вещества и усваивает их. В процессе катаболизма наблюдается расщепление или распад веществ и освобождение накопленной в них энергии. Расщепление веществ осуществляется путем окисления при участии кислорода и путем брожения -- в бескислородной среде. Выделившаяся в результате этого энергия расходуется не только на выполнение жизненных функций организма в активном состоянии, но и на удовлетворение его потребностей в состоянии покоя.

25. Макроэргические соединения

Макроэргические соединения (высокоэргические соединения, высокоэнергетические соединения) -- группа природных веществ, молекулы которых содержат богатые энергией, или макроэргические, связи; присутствуют во всех живых клетках и участвуют в накоплении и превращении энергии. Разрыв макроэргических связей в молекулах М.с. сопровождается выделением энергии, используемой для биосинтеза и транспорта веществ, мышечного сокращения, пищеварения и других процессов жизнедеятельности организма. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) -- универсальный источник и основной аккумулятор энергии в живых клетках. АТФ содержится во всех клетках растений и животных. Количество АТФ в среднем составляет 0, 04% (от сырой массы клетки), наибольшее количество АТФ (0, 2-0, 5%) содержится в скелетных мышцах.

АТФ состоит из остатков:

1) азотистого основания (аденина),

2) моносахарида (рибозы),

3) трех фосфорных кислот. Поскольку АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты, она относится к рибонуклеозидтрифосфатам. Для большинства видов работ, происходящих в клетках, используется энергия гидролиза АТФ. АТФ является основным связующим звеном между процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии, и процессами, протекающими с затратами энергии. Кроме этого, АТФ наряду с другими рибонуклеозидтрифосфатами (ГТФ, ЦТФ, УТФ) является субстратом для синтеза РНК.

26. Современные представления о биологическом окислении

Биологическое окисление - совокупность окислительных реакций, происходящих в организме и обеспечивающих его энергией и метаболитами для осуществления процессов жизнедеятельности. Функции биологического окисления:

I. Энергетическое обеспечение: поддержание температуры тела, химических синтезов, осмотических явлений, электрических процессов, механической работы.

II. Синтез важнейших метаболитов.

III. Регуляция обмена веществ.

IV. Обезвреживание ксенобиотиков (чужеродных веществ).

V. Устранение вредных для клетки продуктов обмена.

27. Электрон-транспортная цепь митохондрий

У прокариот ЭТЦ локализована в ЦПМ, у эукариот -- на внутренней мембране митохондрий. Переносчики расположены по своему окислительно-восстановительному потенциалу, транспорт электрона на всём протяжении цепи протекает самопроизвольно. Протонный потенциал преобразуется АТФ-синтазой в энергию химических связей АТФ. Сопряжённая работа ЭТЦ и АТФ-синтазы носит название окислительного фосфорилирования.

Электронный транспортную цепочку митохондрии. Цепь переноса электронов (также известный под названием «электронно-транспортную цепочку») - биохимические реакции, производства АТФ, основного «топлива» клетки, необходимого для ее работы. Только два источника энергии доступные живых организмов: окислительно-восстановительные реакции и солнечный свет (фотосинтез). Организмы, использующие окислительно-восстановительные реакции для получения АТФ называются хемотрофи. Организмы, использующие солнечный свет для получения АТФ называются фототрофы. Как хемотрофи, так и фототрофы используют электронные транспортные цепочки для преобразования энергии в АТФ.

28. Цикл трикарбоновых кислот (в виде схемы)

Или цикл лимонной кислоты, цикл Кребса - широко представленный в организмах животных, растений и микробов путь окислительных превращений ди- и трикарбоновых кислот, образующихся в качестве промежуточных продуктов при распаде и синтезе белков, жиров и углеводов. Этот цикл явлляется основой метаболизма и выполняет две важных функции - снабжения организма энергией и интеграции всех главных метаболических потоков, как катаболических (биорасщепление), так и анаболических (биосинтез).

29. Пути использования кислорода в организме

Микросомальное окисление. На его долю приходится 5-10 % кислорода, поступающего в организм. АТФ во внемитохондриальном окислении никогда не образуется.

Существуют 2 типа внемитохондриального окисления.

Окисление оксидазного типа.

Ферменты - оксидазы. По строению являются металлофлавопротеинами. Содержат металлы с переменной валентностью - железо(Fe), медь(Cu), молибден(Mo). Находятся оксидазы в пероксисомах - особых образованиях эндоплазматического ретикулюма, а также в наружной мембране митохондрий. Отнимают водород от субстрата и передают его на кислород с образованием Н2О2 - перекиси водорода.

Биологическое значение окисления по оксидазному типу:

- окисляются трудноокисляемые циклические вещества;

- быстрая инактивация БАВ - биологически активных веществ;

- образующаяся Н2О2 оказывает бактерицидное действие - разрушает клеточные мембраны фагоцитированных бактериальных клеток.

30. Потребность человека в основных пищевых факторах

Питание - важнейший процесс жизнедеятельности организма. Оно обеспечивает рост и развитие всех его тканей, систем, органов, оказывает большое влияние на здоровье человека. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма в состав пищи во что бы то ни стало должны включаться вещества, именуемые незаменимыми. К ним относятся незаменимые аминокислоты, входящие в состав белка, витамины, некоторые жирные кислоты, минеральные вещества, микроэлементы. На разных этапах жизни потребность в питательных веществах может различаться. Так, например, являющаяся незаменимой для детей раннего возраста аминокислота гистидин в будущем теряет свою незаменимость, что связано с формированием ферментных систем, обеспечивающих синтез гистидина.

Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) - незаменимые факторы питания, так как в организме они не синтезируются и должны поступать извне с пищей. Материнское молоко содержит необходимое количество незаменимых жирных кислот, обеспечивающих формирование жизненно важных структур в организме ребенка в начальный период жизни. Потребность в незаменимых жирных кислотах остается высокой и при переходе на самостоятельное питание в процессе роста и развития организма.. При алиментарном дефиците полиненасыщенных жирных кислот в организме возникает целый ряд неблагоприятных изменений, связанных в первую очередь с нарушениями липидного обмена и оказывающих отрицательное влияние на другие виды обмена (белковый, электролитный, фосфорно-кальциевый).

31. Общая характеристика витаминов, биологическая роль

Витамины - это низкомолекулярные органические соединения разнообразной химической природы, необходимые как катализаторы и биорегуляторы процессов, протекающих в живом организме. Витамины не синтезируются или синтезируются в недостаточном количестве в организме людей и поэтому должен получать в готовом виде, в основном с пищей.

Витамины относятся к незаменимым микронутриентам пищи, не являются пластическим материалом или источником энергии, но участвуют в обмене веществ как катализаторы, биорегуляторы.

Витамины обладают очень высокой биологической активностью, в связи с чем они нужны организму в чрезвычайно малых количествах - от нескольких микрограммов в сутки (витамин В12) до нескольких десятков миллиграммов (витамин С).

Витамины подразделяются на:

- жирорастворимые (А, D, Е, К) - 4 витамина;

- водорастворимые (С, группа В, РР, Н) - 9 витаминов.

Под авитаминозом понимают глубокий дефицит витамина с выраженными признаками болезненного состояния. Гиповитаминоз характеризуется умеренным дефицитом витамина, со стертыми проявлениями недостаточности. Причиной гипо- и авитаминозов кроме ограниченного поступления витаминов с пищей может явиться и нарушение их утилизации в организме. Наиболее часто встречается дефицит витаминов С, А, В1, В2, В6, фолиевой кислоты. Третья степень обеспеченности организма витаминами связана с приемом витаминов в дозах, существенно превышающих физиологические потребности организма. В результате вызывается серьезное патологическое расстройство - гипервитаминоз. Провитамины биохимические предшественники витаминов. Так, синтезируемый растительными клетками провитамин А, или каротин, в животных клетках превращается в витамины группы А, эргостерин и его производные -- в витамины группы D (кальциферолы). Антивитамины - группа органических соединений, подавляющих биологическую активность витаминов. Это соединения, близкие к витаминам по химическому строению, но обладающие противоположным биологическим действием. При попадании в организм антивитамины включаются вместо витаминов в реакции обмена веществ и тормозят или нарушают их нормальное течение. Это ведёт к витаминной недостаточности даже в тех случаях, когда соответствующий витамин поступает с пищей в достаточном количестве или образуется в самом организме.

32. Характеристика витаминов: В1, В2 и В3 (РР)

B1 Тиамин: Способствует нормальной функции нервов, Поддерживает рост и работу мышц, Делает кожу гладкой и бархатистой, Улучшает работу кишечника 1-2, 0 мг в день, в 300г указанных продуктов соя, семечки, горох, фасоль, крупа овсяная, гречневая, пшено.

В2 Рибофлавин: Защищает слизистые оболочки, Участвует в обмене жиров, белков и углеводов, Полезен для глаз, Защищает от ультрафиолета 1, 5-2, 4мг в день, 300-500г указанных продуктов. горошек зеленый, хлеб пшеничный, баклажаны, орехи грецкие, сыр. гипа: задержка роста и развития организма, заболевания глаз, восп. Слизистой ротовой полости В3 Ниацин (витамин РР): Достаточное поступление этого витамина с пищей - залог нормального функционирования пищеварительной системы. Он необходим для белкового и углеводного обменов. В результате этого кожа имеет здоровый и ухоженный вид. Содержится в тех же продуктах, что и витамины В1 и В2, но наиболее ценны витамином РР дрожжи и отруби. Суточная потребность 15 мг. гипа: встречается редко, дерматит, нарушение нервной сис-мы, жжение стоп.

33. Характеристика витаминов: В5 (пантотеновой кислоты), В6 и Н (биотина)

Играет немаловажную роль в жировом обмене. Он необходим для образования жирных кислот и холестерина. Источниками витамина В5 являются морская капуста, проращенные зерна, почки, сыр. Суточная потребность около 10 мг. В форме КоА участвует в процессах биосинтеза, окисления и других превращениях жирных кислот и стеринов (холестерина, стероидных гормонов), в процессах ацетилирования, синтезе ацетилхолина В6: Стимулирует деятельность нервной системы и повышает сопротивляемость организма к различным заболеваниям. Основная его роль заключается в поддержании здорового состояния нашей кожи, особенно области головы. Источниками витамина В6 являются - куриное мясо, орехи, хлеб из муки грубого помола, бананы. Суточная потребность 2 мг. В форме ПАЛФ является коферментом большого числа ферментов азотистого обмена (трансаминаз, декарбоксилаз аминокислот) и ферментов, участвующих в обмене серосодержащих аминокислот, триптофана. гипа: дерматит, коньюктивит, стоматит, нарушение обмена белков. Н: Он стимулирует образование жирных кислот и способствует их переработке вместе с углеводами. Обязательно должен присутствовать в рационе, для предотвращения расслаивания ногтей и улучшения их роста; необходим для нормализации функции кожи и слизистых оболочек, а так же предотвращения появления угрей и камедонов. Содержится преимущественно в печени, дрожжах, молоке. Суточная потребность 0, 1 - 0, 3 мг. Входит в состав карбоксилаз, осуществляющих начальный этап биосинтеза жирных кислот. гипа: спец. дерматит, выпадение волос.



34. Характеристика витаминов: Вс (фолиевой кислоты) и В12

Вс: Необходима для синтеза нуклеиновых кислот, - для образования белковых молекул. Больше всего в фолиевой кислоте нуждаются беременные женщины. Его недостаток приводит к задержке внутриутробного развития плода, особенно это касается поражения нервной системы. Содержится в больших количествах в листовых овощах темно-зеленого цвета, авокадо, апельсинах, пивных дрожжах, землянике, сырой белокочанной капусте. Суточная потребность составляет 1, 5 мг. В форме ТГФК осуществляет перенос одноуглеродных фрагментов при биосинтезе пуриновых оснований, тимидина, метионина. гипа: нарушение процессов кроветворения В12: Необходим для жизнедеятельности клеток нервной ткани и клеток костного мозга При недостатке цианокоболамина развивается тяжелое заболевание В12 - дефицитная анемия, с поражением клеток крови. Однажды возникнув, это заболевание требует пожизненной терапии инъекциями витамина В12. Источниками этого витамина являются нежирное мясо, субпродукты, рыба, моллюски Суточная потребность составляет 0, 005 мг. В форме СН3В12 участвует в синтезе метионина из гомоцистеина; в форме дАВ12 участвует в расщеплении жирных кислот и аминокислот с разветвленной цепью или нечетным числом атомов углерода.

35. Характеристика витаминов: С и Р (рутина и биофлавоноидов)

С: При участии витамина С вырабатывается основной строительный материал нашей кожи - это белок коллаген, который обеспечивает упругость и эластичность ее, препятствуя образованию морщин. Самые богатые источники витамина С это шиповник, черная смородина, грейпфрут, болгарский перец, петрушка, щавель, шпинат. В меньших количествах витамин С содержится почти во всех овощах и фруктах. В среднем взрослому человеку необходимо получать 75 мг витамина. Недостаток витамина С приводит к кровоточивости, снижению сопротивляемости организма к возникновению ряда инфекционных заболеваний, болям в суставах и ряду других нарушений в цепи сложных биохимических реакций в нашем организме. Р: это растительные биофлавоноиды, представляющие группу биологически активных веществ (рутин, катехины, кверцетин, цитрин и др.). Всего в настоящее время насчитывается более 4000 биофлавоноидов.

"Витамин" Р по своим биологическим свойствам и действию имеет много общего с витамином С. Они усиливают действие друг друга и встречаются в одних и тех же продуктах.

По некоторым данным, потребность в "витамине" Р составляет - 35-50 мг в сутки.

36. Характеристика жирорастворимых витаминов: А, D, Е, К

А: Существует в природе виде ретинола и бета-каротина. По своей биохимической сути бета-каротин является провитамином А и основное его предназначение заключается в антиоксидантной функции, т.е. способность нейтрализовать некоторые отрицательно влияющие на наш организм окислительные реакции, которые часто приводят к возникновению опухолевых процессов. Считается, что витамин А замедляет старение организма и помогает долго сохранять кожу гладкой и упругой. В виде ретинола содержится в продуктах животного происхождения - мясо, печень, рыбий жир, яичный желток, твердые сорта сыров. В виде каротина он содержится во многих овощах и фруктах, которые имеют оранжевый и красный цвета. Однако интенсивность оранжевой окраски не всегда является надежным индикатором содержания провитамина А. Биологически активные каротины обнаруживаются также и в зелени: укропе, петрушке, шпинате. Но наиболее богаты каротином морковь, манго, абрикосы, папайя, тыква, помидоры.

Суточная потребность 1 мг.. Недостаток витамина А приводит к сухости кожи, нездоровому - сероватому ее оттенку, рассечению и ломкости волос, хрупкости и медленному росту ногтей, а главное к снижению способности видеть в темноте, - так называемой "куриной слепоте".

D: Участвуют в обменах кальция и фосфора в организме. В этой связи витамин Д называют так же "антирахитическим". Рахит это заболевание, возникающее только в детском возрасте, характеризующееся необратимыми изменениями костного скелета, что приводит к искривлению ног, неправильному развитию грудной клетки, костей черепа. Взрослых витамин Д предохраняет от переломов и размягчений костей. Наш организм сам способен к выработке витамина Д под влиянием ультрафиолетовых лучей. Однако возможна и передозировка витамина Д (гипервитаминоз), что само по себе является небезопасным для организма. К продуктами с наибольшим содержанием витамина Д относятся - рыбий жир, сливочное масло, сливки, яичный желток. Суточная потребность 0, 01 мг.

Е: Они обеспечивают нормальное поглощение кислорода и препятствуют процессам окисления в организме. Витамин Е необходим для правильного усвоения организмом витаминов всех других групп. Он важен для протекания обменных процессов особенно в мышечной ткани, а так же для поддержания энергетического баланса.

Поэтому витамин Е чрезвычайно необходим тем, кто занимается силовыми тренировками. Самым богатым источником токоферола и токотриенола являются молодые побеги пшеницы, проращенные семена других злаковых культур и лиственные овощи. Кроме этого ценными источниками витамина Е являются оливковое, кукурузное, льняное и подсолнечное масла, арахис.

Суточная потребность 0, 0005 мг. К: Еще его называют антигеморрагическим витамином, поскольку он способствует поддержанию нормальной свертываемости крови. В норме способен вырабатываться в кишечнике, под действием кишечных бактерий. Наиболее богаты витамином К - соевое масло, печень, орехи, шпинат, салат.

37. Регуляция обмена веществ

В каждом организме есть нервные и гуморальные механизмы регулирования обмена веществ.

В головном мозге, в гипоталамусе, находятся нервные центры «голода» и «насыщения». Нервные клетки этого центра реагируют на концентрацию глюкозы в крови, определяя потребность организма в энергетических ресурсах, а также реагируют на концентрацию минеральных веществ, регулируя их выведение или задержание в организме. Большое значение в регуляции процессов обмена веществ имеет гуморальная регуляция функций. Роль регуляторов обмена играют все железы внутренней секреции, выделяемые ими гормоны. Различают два основных механизма действия гормонов:

...