Биохимия (стр. 1 )

1Биохимия – Наука о молекулярной сущности жизни. Она занимается: 1)Изучением химического состава живых существ; 2)исследует превращения этих химических веществ в организме; 3)связь превращений веществ с деятельностью клеток, тканей, органов и организма в целом. Главной задачей биохимии является установление связи между молекулярной структурой и биологической  функцией химических компонентов живых органов. В зависимости от объекта исследования биохимию условно подразделяют на биохимию человека и животных, биохимию растений, биохимию микроорганизмов. Становление биохимии проходило постепенно, и развитие ее укладывается в следующую логическую цепочку: 1)статистическая биохимия; 2)динамическая биохимия; 3)физиологическая биохимия. Основное назначение биохимии сводится к тому, чтобы решать на молекулярном уровне общебиологические задачи.

2ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА. Большинство биомоле­кул состоят в основном из углерода, кислорода, водо­рода и азота. Важным компонентом нуклеиновых ки­слот и других молекул является фосфат. Ключевую роль в многочисленных биоло­гических процессах играет кальций. Так же в состав биомолекул входят: калий, сера, натрий, хлор, магний, железо, марганец, йод. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ ПРИРОДНЫХ БИОМОЛЕКУЛ. Основными сложными био­молекулами, присутствующими в клетках и тканях высших животных, включая человека, являются ДНК, РНК, белки, полисахариды и липиды. Эти сло­жные молекулы построены из простых биомолекул. Строитель­ными блоками ДНК и РНК служат дезоксирибонуклеотиды и рибонуклеотиды. Строительны­ми блоками белков являются аминокислоты. Поли­сахариды построены из простых углеводов; в част­ности, гликоген построен из глюкозы. Строительными блоками липидов можно считать жирные кислоты, хотя липиды и не являются поли­мерами жирных кислот. ДНК, РНК, белки и полиса­хариды называют биополимерами, поскольку они со­стоят из повторяющихся строительных блоков (мо­номеров). ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА. Основными компонентами являются белки, жи­ры, углеводы, вода и минеральные вещества; при этом наибольшая часть приходится на долю воды, хотя ее содержание в разных тканях существенно различается. Вода—это полярное соединение, спо­собное образовывать водородные связи; именно благодаря этим своим свойствам она является идеа­льным растворителем в организме человека.

3Несмотря на биохимическое единство всего живого, существуют и коренные различия как химического состава, так и обмена веществ в животных и растительных организмах. Обмен веществ, или метаболизм – это совокупность всех химических реакций, протекающих в организме и направленных на сохранение и самовоспроизведение живых систем. Растения строят сложные органические вещества из таких простых, как вода, углекислый газ и минеральные вещества; энергия, необходимая для этой деятельности, образуется за счет поглощения солнечных лучей в процессе фотосинтеза. Животные организмы нуждаются в пище, состоящей не только из воды и минеральных компонентов, но содержащей белки, жиры и углеводы; проявления жизнедеятельности и синтез веществ обеспечиваются за счет химической энергии, освобождающейся при распаде сложных органических соединений. Анаболизм — это совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей. Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргических соединений и их накопление. Катаболизм — это совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ и до конечных продуктов метаболизма (с образованием макроэргических и восстановленных соединений).

4Биохимическая термодина­мика, занимается изучением энергетических превра­щений, сопровождающих биохимические реакции. Небиологические системы могут со­вершать работу за счет тепловой энергии, биологи­ческие же системы функционируют в изотермиче­ском режиме и для осуществления процессов жизне­деятельности используют химическую энергию.

СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ И ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ. Организм человека является открытой термодинамической системой. Изменение свободной энергии (ДG) — это та часть изменения внутренней энергии системы, ко­торая может превращаться в работу, в химических системах ее называют химическим потенциалом. Первый закон термодинамики гласит: внутренняя энергия системы вместе с ее окружением остается по­стоянной. Она утверждает, что при любых из­менениях системы внутренняя энергия не утрачивае­тся и не приобретается. Вместе с тем внутри рассма­триваемой системы энергия может переходить от од­ной ее части к другой или превращаться из одной формы в другую.  Второй закон термодинамики гласит: энтропия системы при самопроизвольных процессах возрастает. Энтропия служит мерой неупорядоченности, хаотич­ности системы и достигает максимума, когда систе­ма приходит в истинное равновесие. При постоян­ных температуре и давлении соотношение между из­менением свободной энергии системы (ДG) и изме­нением энтропии (ДS) представляется следующим выражением, которое объединяет оба закона термо­динамики: ДG = ДН — ТД S, где ДН—изменение энтальпии (теплоты), Т— абсолютная температура. В условиях, при которых протекают биохимиче­ские реакции, ДН приблизительно равно ДЕ— изменению внутренней энергии системы в результа­те реакции. В этих условиях приведенное выше выра­жение можно записать в виде

ДG = ДЕ — TДS.

Если ДG отрицательно, то реакция протекает са­мопроизвольно и сопровождается уменьшением сво­бодной энергии. Гомеостамз — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Организм человека  должен обладать гомеостазом, чтобы сохранять стабильность и существовать. Гомеостаз в организме млекопитающих осуществляет следующие функции:  регуляция количества минеральных веществ и воды в теле,  удаление отходов процесса обмена веществ, регуляция температуры тела, регуляция уровня глюкозы в крови

5Аминокислоты – производные карбоновых кислот или жирных кислот. Общая форма аминокислоты:

, отличаются друг от друга радикалом R.

Для классификации аминокислот используют: 1)деление аминокислот по структуре радикала: а) аминокислоты, у которых радикал представляет собой углеродную цепочку, например: аланин; б)циклические (ароматические) аминокислоты, например: фенил-аланин; в)серосодержащие аминокислоты, например: цистеин; в) оксиаминокислоты, например: серин; 2)функциональные группы аминокислот могут придавать им иные кислотные свойства: а)нейтральные аминокислоты: содержат одну л-аминокислоту и одну л-карбоксильную группу, данная кислота амфотерна, буферна; б)основные аминокислоты: есть дополнительная аминогруппа; в) кислые аминокислоты: есть дополнительная карбоксильная группа. Свойства аминокислот: 1) л-аминные и л-карбоксильные группы аминокислот выполняют пластическую функцию (формирование пептидной связи);2)образование положительного и отрицательного зарядов в процессе диссоциации;3)обладают стереохимическими свойствами. Функциональные группы аминокислот способны взаимодействовать с рядом реактивов, приводя к образованию окрашенных соединений.

6Аминокислоты в организме выолняют:1)пластическую функцию: а) по мере поступления в организм используются для построения белков; б)из аминокислот синтезируются биологически активные соединения;2)энергетическая функция: аминокислоты подвергаются окислительному распаду, что дает энергию. Аминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию (отщепление), это приводит к тому, что образуются амины, некоторые из которых относятся к категории биополимерных аминов. Гистедин →гистамин (медиатор боли), триптофан→серотанин (медиатор аллергии, обеспечивает передачу нервных импульсов), фенил-аланин→холанины, дофалин, адреналин (медиаторы нервной системы). Аминокислоты могут образовывать короткие пептиды. Гармоны щетовидной железы – производные аминокислот.

7В состав белков входят аминокислоты, методами гидролиза может быть изучен аминокислотный состав белков. При гидролизе белка, не содержащего примесей освобождаются 20 различных л-аминокислот. Все другие открытые в тканях животных, растений и микроорганизмов (более 300) существуют в природе в свободном состоянии, либо в виде коротких пептидов или комплексов с другими веществами. Все аминокислоты, входящие в состав природных белков, являются л-аминокислотами. Аминокислоты:1)заменимые (могут быть синтезированы из других аминокислот);2)незаменимые (не могут быть синтезированы из других аминокислот). На сегодняшний день известно свыше 20 аминокислот, которые принято делить на заменимые (синтезируются в организме человека), частично заменимые (эти аминокислоты могут быть синтезированы организмом из других аминокислот) и незаменимые (поступают в организм только извне с пищей). К первой группе относятся такие аминокислоты, как аланин (источник энергии), аспарагиновая кислота (улучшает усвоение минералов), цистин (мощный антиоксидант), глутаминовая кислота (уменьшает тягу к алкоголю и сладостям) и глютамин (важнейший источник энергии), глицин, орнитин (способствует выработке гормона роста), пролин (полезен при лечении травм), серин (участвует в процессе обновления клеток), таурин (помогает поглощению жиров, имеет антиоксидантные свойства, снижает уровень холестерина). К частично заменимым аминокислотам относятся аргинин, цистеин и тирозин. Развитие мускулатуры, нормализация веса, заживление ран, а также регуляция работы вилочковой железы и улучшение иммунной функции связаны с выработкой такой аминокислоты, как аргинин. Он же участвует в выработке гормонов роста и интенсификации сперматогенеза. L-аргинин способствует улучшению настроения, делает человека более активным и выносливым, он используется для увеличения очистительных возможностей почек по выведению конечных продуктов азотистого обмена, а также он увеличивает скорость зарастания повреждённых тканей, растяжений сухожилий, переломов кости. Цистеин — антиоксидантная аминокислота, тирозин — кислота-антидепрессант, к тому же он способствует уменьшению количества жировых запасов в организме. Незаменимыми для человека являются 8 аминокислот: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Действие аминокислот связано с их способностью проникать во все органы и ткани организма. На сегодняшний день известно свыше 20 аминокислот, которые принято делить на заменимые (синтезируются в организме человека), частично заменимые (эти аминокислоты могут быть синтезированы организмом из других аминокислот) и незаменимые (поступают в организм только извне с пищей).К первой группе относятся такие аминокислоты, как аланин (источник энергии), аспарагиновая кислота (улучшает усвоение минералов), цистин (мощный антиоксидант), глутаминовая кислота (уменьшает тягу к алкоголю и сладостям) и глютамин (важнейший источник энергии), глицин, орнитин (способствует выработке гормона роста), пролин (полезен при лечении травм), серин (участвует в процессе обновления клеток), таурин (помогает поглощению жиров, имеет антиоксидантные свойства, снижает уровень холестерина). К частично заменимым аминокислотам относятся аргинин, цистеин и тирозин. Развитие мускулатуры, нормализация веса, заживление ран, а также регуляция работы вилочковой железы и улучшение иммунной функции связаны с выработкой такой аминокислоты, как аргинин. Он же участвует в выработке гормонов роста и интенсификации сперматогенеза. L-аргинин способствует улучшению настроения, делает человека более активным и выносливым, он используется для увеличения очистительных возможностей почек по выведению конечных продуктов азотистого обмена, а также он увеличивает скорость зарастания повреждённых тканей, растяжений сухожилий, переломов кости. Цистеин — антиоксидантная аминокислота, тирозин — кислота-антидепрессант, к тому же он способствует уменьшению количества жировых запасов в организме. Незаменимыми для человека являются 8 аминокислот: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Действие аминокислот связано с их способностью проникать во все органы и ткани организма.