Руководство к практическим занятиям по биохимии (стр. 2 )

11. О любых ситуациях, способных нанести вред здоровью, необходимо немедленно информировать преподавателя.

План лекций

1-2 неделя.  Строение живой клетки. Уровни структурной организации белка.  Связь структуры белков с их биологическими функциями. Простые и сложные белки.

4 неделя. Ферменты. Строение ферментов. Природа активного центра. Аллостерическая регуляция. Изоферменты. Свойства ферментов, специфичность действия. Ингибиторы ферментов. Роль коферментов в реакциях обмена веществ. Применение ферментов.

.6  неделя.  Гормоны. Классификация гормонов. Механизмы действия гормонов. Примеры гормональной регуляции обмена веществ.

8  неделя.  Введение в обмен веществ и энергии. Обмен углеводов. Распад и синтез гликогена в печени и мышцах. Анаэробный распад углеводов: гликолиз и гликогенолиз. Энергетический эффект. Глюконеогенез. 

10 неделя.  Аэробный обмен углеводов. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Цикл Кребса, его энергетический эффект. Понятие о пентозофосфатном пути превращения углеводов. Регуляция углеводного обмена.

12 неделя.  Обмен липидов.  Классификация липидов. Значение микрофлоры рубца в переваривании липидов. Превращение глицерина и его роль. 

в-окисление  жирных кислот. Энергетический эффект распада пальмитиновой кислоты. Особенности распада жирных кислот у жвачных животных..

14 неделя. Роль ацетил-КоА в обмене липидов. Б иосинтез жирных кислот. Метаболизм кетоновых тел.«Кетозы».Роль холестерина в обмене веществ. 

Обмен белков.  Биологическая и кормовая ценность белков. Превращения

аминокислот в кишечнике, в тканях. Декарбоксилирование аминокислот.

16 неделя. Дезаминирование аминокислот. Пути обезвреживания аммиака. Орнитиновый цикл мочевинообразования.  Обмен нуклеопротеинов. Распад пуриновых и пиримидиновых нуклеозидов. Биосинтез пуриновых  нуклеотидов.

18 неделя. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов. Особенности обмена белка у птиц.  Патология азотистого обмена. Этапы биосинтеза белка.

Взаимосвязь обмена белков, жиров и углеводов.

Содержание  практических работ

1-2 неделя. Семинар по теме: «Химия белков, аминокислоты». Цветные реакции на белки и аминокислоты.

3 неделя. Семинар по темам: «Нуклеиновые кислоты. Структура ДНК и РНК и их биологическая роль». Диализ белков.

4 неделя. Коллоквиум Ι по темам: «Простые белки, сложные белки, нуклеиновые кислоты». Контрольная работа.

5 неделя. Ферменты. Действия амилазы на крахмал.

6 неделя. Определение активности амилазы в моче крупного рогатого скота.

7 неделя. Витамины. Количественное определение витамина С в картофеле. Семинар по теме: «Витамины и коферменты».

8 неделя. Коллоквиум ΙΙ по теме:«Ферменты и витамины». Контрольная работа.

9 неделя. Семинар по теме: «Биологическое окисление».

10 неделя. Определение продуктов ферментативного расщепления сахарозы и крахмала.

11 неделя. Семинар по теме: «Обмен углеводов», «Гормоны».

12 неделя. Коллоквиум ΙΙΙ по темам: «Гормоны. Обмен углеводов». Контрольная работа.

13 неделя. Семинар по теме: «Обмен липидов. Роль холестерина в обмене. Регуляция липидного обмена». Кинетика действия липазы.

14 неделя. Расчет энергетического эффекта распада высших жирных кислот и глицерина. Определение ацетоновых тел.

15 неделя. Количественное определение белка. Контрольная работа.

16 неделя. Семинар по темам: «Обмен белков и аминокислот».

17 неделя. Коллоквиум ΙV по темам: «Обмен липидов и белков».

18 неделя. Контрольная работа. Итоговое занятие.

f Раздел 1 e

Аминокислоты, простые и сложные белки.

Белки – это высокомолекулярные соединения, молекулы которых построены из остатков аминокислот, составляют основу структурных элементов клеток и тканей, а также  выполняют многообразные жизненно важные функции (транспортные, защитные, регуляторные, каталитические), обусловленные способностью за счет своей уникальной пространственной структуры распознавать другие молекулы и взаимодействовать с ними.

Аминокислоты в молекуле белка соединены между собой пептидными связями (-CO-NH-), образуя полипептидные цепи. Пептидная связь возникает между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты, при этом отщепляется молекула воды.

Аминокислоты, кодируемые генетическим кодом и включающиеся в процессе трансляции в белки, называют протеиногенными. В основу современной классификации аминокислот положено химическое строение их радикалов. Каждая аминокислота имеет не только своё название (тривиальное и химическое), но и принятое трехбуквенное сокращение, а также латинский однобуквенный символ.

Следует отметить, что аминокислоты являются не только структурными элементами пептидов и белков, но и входят в состав других природных соединений (коферментов, конъюгированных желчных кислот, антибиотиков). Некоторые аминокислоты являются предшественниками биологически активных веществ (гормонов, биогенных аминов) или важнейшими метаболитами (глюконеогенез, биосинтез и деградация протеиногенных аминокислот, цикл мочевинообразования).

В белках различают несколько уровней структурной организации: первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Первичная структура определяется числом и последовательностью аминокислотных остатков, соединённых между собой пептидными связями. Вторичная структура возникает за счёт образования водородных связей между группами >N-H  и O=C< данной полипептидной цепи, что приводит к упорядоченному расположению отдельных участков полипептидной цепи в виде б-спиральной или в-складчатой структуры. Третичная структура белков образуется за счёт взаимодействия радикалов аминокислот (водородные связи, ионные связи, дисульфидные мостики, гидрофобные взаимодействия). Четвертичная структура некоторых белков образуется при взаимодействии отдельных полипептидных цепей, обладающих вторичной и третичной структурой.

Белки условно делят на простые (при гидролизе образуют смесь аминокислот) и сложные, или конъюгированные (состоят из белкового и небелкового компонентов). В качестве небелковой части (простетической группы) конъюгированных белков могут выступать нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, металлы, пигменты, а также фосфорная кислота и коферменты, что находит отражение в классификации данной группы биологических соединений:

Хромопротеины Нуклеопротеины Липопротеины Фосфопротеины Гликопротеины Металлопротеины

Хромопротеины содержат окрашенную простетическую группу, например, красные белки - гемопротеины (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза, пероксидаза), желтые белки - флавопротеины (ферменты класса оксидоредуктаз, содержащие производные рибофлавина).

Нуклеопротеины в качестве простетической группы содержат ДНК или РНК, что объясняет их участие в экспрессии генов и биосинтезе белка.

Липопротеины содержат такие липиды как триацилглицеролы, свободные жирные кислоты, эфиры холестерина, фосфолипиды и отличаются друг от друга процентным содержанием белка и плотностью. Липопротеины встречаются как в свободном виде (ЛП плазмы крови), так и в структурированном (в составе клеточных и внутриклеточных биомембран).

Фосфопротеины участвуют в процессе эмбриогенеза. Это такие белки как казеиноген молока, вителлин и фосвитин куриного желтка, ихтулин икры рыб. Известно, что фосфорилирование-дефосфорилирование белков и ферментов – способ изменения их функциональной активности.

Гликопротеины являются объектом интенсивного исследования, что объясняется многообразием их строения и выполняемых функций. Это гликоконъюгаты, к котрым относят большинство белковых гормонов, антитела (иммуноглобулины), белки плазмы крови и молока, интерфероны, факторы комплемента, рецепторные белки.

Металлопротеины представляют белки, содержащие в своей структуре ионы металлов (железа, меди, кобальта, марганца, молибдена, цинка, магния, кальция и др.). Типичные представители металлопротеинов, содержащих негемовое железо, – это ферритин, трансферрин, гемосидерин.

Большинство методов анализа белков и аминокислот связаны с их физико-химическим свойствами, например, с наличием определенных функциональных групп, размером и формой молекул, подвижностью в электрическом поле, различным распределением в системе подвижной и неподвижной фазы при разных видах хроматографии, способностью к поглощению в ультрафиолетовой  области спектра.

В данном разделе предлагается провести цветные реакции, доказывающие разнообразную химическую природу аминокислот и белков.

Вопросы для внеаудиторной теоретической работы по разделу:

1) Предмет биологической химии. Основные этапы развития биохимии. Важнейшие проблемы современной биохимии. Место биохимии среди биологических наук. Использование достижений биохимии в животноводстве, других областях сельского хозяйства. Химический состав живых организмов.

2) Белки — основа структуры и функции живых организмов. Биологическая роль белков. Методы выделения и очистки белков. Аминокислотный состав белков. Классификация аминокислот. Характер связей остатков аминокислот в каждой молекуле белка. Полипептиды и их строение. Биологически  активные пептиды.

3) Физико-химические свойства белков. Уровни структурной организации белков: первичная, вторичная, третичная, четвертичная cтруктуры белков. Фолдинг белковых молекул. Понятие о шаперонах. Связь структуры и функции белков.

4) Классификация белков. Простые белки: протамины и гистоны, проламины и глутелины, альбумины и глобулины.

5)  Сложные белки: хромопротеины, нуклеопротеины, гликопротеины, липопротеины, фосфопротеины, металлопротеины.

Занятие 1.

Проверка знаний по органической химии

Для ответов на вопросы  удобно использовать таблицу (см. приложение 1)

1.Вопросы, требующие однозначного ответа «да» (+) или «нет» (-).

Кислород входит в состав углеводородов. Фенол обладает ОH-кислотными свойствами. Аминокислоты могут иметь гетероциклическую структуру. Глицерин относится к классу одноатомных спиртов. Кислые свойства дикарбоновых аминокислот обусловлены наличием аминогрупп. Аминокислоты обладают свойствами амфотерных электролитов Нуклеиновые кислоты являются полимерами В состав белков входит сера При растворении в воде белки образуют истинные растворы Этилацетат относится к простым эфирам.

2.Вопросы с выборочным ответом

Положительным зарядом может обладать: карбоксильная группа аминогруппа сульфгидрильная (тиольная) группа спиртовая группа амидная группа

К циклическим соединениям не относятся: фенолы пиримидины стерины триацилглицеролы пурины

Занятие 2.

2.1. Семинар «Химия аминокислот и белков».

Тестовые задания по теме: «Аминокислоты и простые белки»

1.Вопросы, требующие однозначного ответа «да» (+) или «нет» (-).

Аспарагин содержит амидную группу. Наличие электрических зарядов стабилизирует белковые молекулы в растворе. Ксантопротеиновая реакция характерна для циклических аминокислот. Смесь свободных аминокислот дает положительную нингидриновую реакцию. Аминокислота серин содержит свободную гидроксильную группу. Обладают ли валин, лейцин и изолейцин гидрофобными свойствами? Все ли белки растворимы в воде? Разрываются ли пептидные связи при тепловой денатурации белка? Дает ли смесь свободных аминокислот положительную биуретовую реакцию? Можно ли рассматривать метионин как производное масляной кислоты? Имидазольное кольцо гистидина содержит 1 атом азота. N-концевая аминокислота в дипептиде гистидиллизин - гистидин. С-концевая аминокислота в трипептиде серилпролилглицин - глицин. Альбумины сыворотки крови выполняют транспортную функцию. Пролин содержит имино-группу. Аспарагиновая кислота является производным янтарной кислоты. Зависит ли интенсивность окраски вещества в растворе от его концентрации? Встречаются ли в организме человека аминокислоты, которые не входят в состав белков? Участвует ли е-NH2-группа лизина в образовании пептидной связи в белках? Обладают ли радикалы серина и валина гидрофильными свойствами? Целостность четвертичной структуры белка важна для проявления его биологической активности. Кератин не растворим в воде. Все белки содержат однотипные домены. Фолдинг белковых молекул начинается с быстрого формирования элементов вторичной структуры. Природные пептиды могут обладать гормональной активностью. Применим ли метод диализа для разделения белков с различной молекулярной массой? Вся ли полипептидная цепь белков полностью спирализована? Содержится ли белок в моче  млекопитающих? Участвуют ли водородные связи в образовании вторичной структуры белка? Относятся ли гистоны к кислым белкам?

2.Вопросы с выборочным ответом

К неполярным (гидрофобным) аминокислотам относится: глицин треонин лизин валин цистеин

Биуретовая реакция не дает окраски с: простыми белками дипептидами трипептидами альбуминами желатиной

Аминокислота с незаряженным радикалом: треонин лизин аргинин гистидин глутаминовая кислота

Для определения оптической плотности синего раствора используют светофильтр: голубой желтый красный зеленый синий

Смесь различных белков невозможно разделить методом: ионнообменной хроматографии электрофореза высаливания диализа гель-фильтрации

Шапероны участвуют в образовании: первичной структуры белков первичной структуры нуклеиновых кислот третичной структуры нуклеиновых  кислот четвертичной структуры белков вторичной структуры нуклеиновых кислот