Биохимия организма человека

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ Федеральное государственное бюджетное образовательное Учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Биохимия организма человека

Владивосток

Вопрос № 1

Клетка - структурная и функциональная единица живых организмов.

Клетка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Все живые организмы либо, как многоклеточные животные, растения и грибы, состоят из множества клеток, либо, как многие простейшие и бактерии, являются одноклеточными организмами. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, получил название цитологии. В последнее время принято также говорить о биологии клетки, или клеточной биологии.

Клеточная теория

Клеточная теория строения организмов была сформирована в 1839 году немецкими зоологами Т. Шванном и М. Шлейденом и включала в себя три положения. В 1858 году Рудольф Вирхов дополнил её ещё одним положением, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы.

В 1878 году русским учёным И. Д. Чистяковым открыт митоз в растительных клетках; в 1878 году В. Флемминг и П. И. Перемежко обнаруживают митоз у животных. В 1882 году В. Флемминг наблюдает мейоз у животных клеток, а в 1888 году Э. Страсбургер — у растительных.

Клеточная теория является одной из основополагающих идей современной биологии, она стала неопровержимым доказательством единства всего живого и фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Основные положения клеточной теории не потеряли своей актуальности, однако со времени её создания были дополнены, и теперь она содержит такие утверждения:

Клетка — элементарная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов, вне клетки нет жизни.

Клетка — целостная система, содержащая большое количество связанных друг с другом элементов — органелл.

Клетки различных организмов похожи (гомологичны) по строению и основным свойствам и имеют общее происхождение.

Увеличение количества клеток происходит путем их деления, после репликации их ДНК: клетка — от клетки.

Многоклеточный организм — это новая система, сложный ансамбль из большого количества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных между собой с помощью химических факторов: гуморальных и нервных.

Клетки многоклеточных организмов тотипотентны — любая клетка многоклеточного организма обладает одинаковым полным фондом генетического материала этого организма, всеми возможными потенциями для проявления этого материала, — но отличаются по уровню экспрессии (работы) отдельных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию — дифференцировке.

Вопрос № 2

Молекулярная масса белков и методы ее определения. Изоэлектрическое состояние и изоэлектрическая точка белков. Приведите значения этих параметров для протаминов и глобулинов тканей.

Белки относятся к высокомолекулярным соединениям, в состав которых входят сотни и даже тысячи аминокислотных остатков, объединенных в макромолекулярную структуру. Молекулярная масса белков колеблется от 6000 (нижний предел) до 1 000 000 и выше в зависимости от количества отдельных полипептидных цепей в составе единой молекулярной структуры белка. Такие полипептидные цепи получили название субъединиц. Их молекулярная масса варьирует в широких пределах — от 6000 до 100 000 и более.

Существуют различные методы определения молекулярной массы белков. Первые из них были основаны на химическом определении тех элементов или аминокислот, которые содержатся в белке в минимальном количестве. Примером такого метода может служить определение молекулярной массы гемоглобина по содержанию в нем железа. Гемоглобин млекопитающих содержит 0,34 г железа в 100 г белка. Так как атомная масса железа равна 56, то 0,34 г соответствует 0,34: 56 = 1: 165 г*экв. Следовательно, количество белка на 1 г*атом железа (56 г) равно 165*100 = 16 500. Эта величина, представляющая молекулярную массу гемоглобина, долгое время считалась истинной молекулярной массой этого белка. Физико-химические методы дают молекулярную массу гемоглобина в растворе 68 000, что соответствует частице, состоящей из четырех субъединиц, молекулярная масса которых и объем определены по содержанию в них железа. Аналогичным путем минимальная молекулярная масса белка может быть рассчитана по содержанию аминокислоты, которой в белках минимальное количество.

Другой прием заключается в количественном определении концевых б-аминогрупп. Например, если 1 г белка содержит 0,025*10в-3 ммоль концевых а-аминогрупп, то минимальная относительная молекулярная масса равна 1: (0,025*10в-3) = 40 000.

При использовании физико-химических методов определения молекулярной массы белков важно знать, что результат зависит не только от массы, но и от электрического заряда и формы молекулы белка, особенно при изменении скорости диффузии белка, скорости седиментации в гравитационном поле. В этом случае хорошие результаты получаются только для молекул, форма которых близка к сферической. Скорость диффузии и седиментации вытянутых молекул существенно уменьшается с увеличением коэффициента трения; в концентрированных растворах белков такие молекулы подвержены более интенсивным сцеплениям. При применении динамических методов на результатах сказывается гидратация частиц, обусловливающая увеличение эффективных размеров молекул белков и замедляющая их движение в растворителе. В связи с этим при определении молекулярных масс белков предпочтительнее статические методы, когда белковый раствор находится в состоянии равновесия, например путем измерения осмотического давления или градиента концентрации в гравитационном поле ультрацентрифуги. Для исключения влияния межмолекулярных сил определение молекулярной массы белков можно проводить при различных концентрациях белка с последующей экстраполяцией к бесконечному разбавлению, т. е. к C = 0.

Значение рН, при котором белок приобретает суммарный нулевой заряд, называют" изоэлектрическая точка" и обозначают как pI. В изоэлектрической точке количество положительно и отрицательно заряженных групп белка одинаково, т. е. белок находится в изоэлектрическом состоянии.

Так как большинство белков в клетке имеет в своём составе больше анионогенных групп (-СОО^-), то изоэлектрическая точка этих белков лежит в слабокислой среде. Изоэлектрическая точка белков, в составе которых преобладают катионогенные группы, находится в щелочной среде. Наиболее яркий пример таких внутриклеточных белков, содержащих много аргинина и лизина, — гистоны, входящие в состав хроматина.

Белки, имеющие суммарный положительный или отрицательный заряд, лучше растворимы, чем белки, находящиеся в изоэлектрической точке. Суммарный заряд увеличивает количество диполей воды, способных связываться с белковой молекулой, и препятствует контакту одноимённо заряженных молекул, в результате растворимость белков увеличивается. Заряженные белки могут двигаться в электрическом поле: анионные белки, имеющие отрицательный заряд, будут двигаться к положительно заряженному аноду (+), а катионные белки — к отрицательно заряженному катоду (-). Белки, находящиеся в изоэлектрическом состоянии, не перемещаются в электрическом поле.

Изоэлектрическим состоянием белка называется состояние белковой молекулы, при котором ее положительные и отрицательные заряды взаимно скомпенсированы. Молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно считать нейтральной, хотя в ней имеются ионизированные группы.

Протамины - положительно заряженные ядерные белки с молекулярной массой 10−12кDa, примерно на 80% состоят из щелочных аминокислот, что дает им возможность взаимодействовать с нуклеиновыми аминокислотами посредством ионных связей. Изоэлектрическая точка их водных растворов находится в щелочной среде.

Глобулины — глобулины крови имеют низкую растворимость в воде и молекулярную массу порядка 150 кDа. Изоэлектрическая точка их водных растворов находится в кислой среде.

Вопрос № 3

Классификация белков по степени сложности. Металлопротеиды. Состав, строение, биологическая роль.

По составу белки делят на простые (протеины), состоящие только из аминокислотных остатков, и сложные. Сложные (протеиды) могут включать ионы металла (металлопротеиды) или пигмент (хромопротеиды), образовывать прочные комплексы с липидами (липопротеины), нуклеиновыми к-тами (нуклеопротеиды), а также ковалентно связывать остаток фосфорной к-ты (фосфопротеиды), углевода (гликопротеины) или нуклеиновой кислоты (геномы некоторых вирусов).

Металлопротеины (металлопротеиды) — сложные белки, в состав молекул которых входят также ионы одного или нескольких металлов. (Fe, Mg, Cu, Zn, Mn, V, Mo и др.).

Многие металлопротеины играют важную физиологическую роль. Типичными металлопротеинами являются белки, содержащие негемовое железо — трансферрин, ферритин, гемосидерин, имеющие важное значение в обмене железа в организме.

Выделяют также особый подкласс металлопротеинов — металлоферменты. Это белки, обладающие ферментативной активностью и содержащие катионы металлов. Примерами металлоферментов являются селен-зависимая монодейодиназа, карбоангидраза.

Вопрос № 4

Виды и биологическая роль нуклеиновых кислот. Состав, строение, локализация в клетке.

Нуклеиновые кислоты (НК) — простетическая группа нуклеопротеидов (НП). НК открыты еще в 70-х годах XIX столетия (Фишер), но строение, локализация и роль установлены только в середине XХ века. Известно 2 вида НК — ДНК и РНК, которые различаются составом молекулы, локализацией в клетке и функцией в организме.

ДНК — это полимер, полинуклеотид, состоящий из большого количества (до десятков тысяч млн) количества мононуклеотидов. Молекулярная масса 2×104 — 1×1011 Da. Мононуклеотиды ДНК содержат следующие азотистые основания — из производных пурина — аденин (А), гуанин (Г), из производных пиримидинов — цитозин (Ц) и тимин (Т). Помимо этих азотистых оснований, в составе ДНК животных и человека открыто минорное пиримидиновое основание — 5-метилцитозин. Азотистые основания связаны с дезоксирибозой и фосфорной кислотой.

Различают 4 уровня структурной организации ДНК:

Первичная структура — это спирально изогнутая полинуклеотидная цепь с определенным качественным и количественным набором мононуклеотидов, которые связаны 3'5'-фосфодиэфирной связью — формулу знать — см. Материалы С. 12, показать на табл или пленке. Т.о., каждая цепь имеет 5'конец (фосфатный) и 3'конец (дезоксирибоза). Участки ДНК, содержащие генетическую информацию, называются структурными генами.

Вторичная структура — это двухспиральная молекула, полинуклеотидные цепи которой антипараллельны и связаны водородными связями между комплементарными основаниями обоих цепей — показать на табл. или пленке. Один виток спирали равен 3,4 нм и содержит 10 нуклеотидных остатков. Вторичную структуру кроме водородных связей между комплементарными основаниями цепей, поддерживают также Ван-дер-Ваальсовы силы взаимодействия между основаниями одной цепи. Эти силы включают притягивающие и отталкивающие компоненты. Притягивающие включают взаимодействие между диполями, образованными кратковременными колебаниями электронов соседних атомов. Оттягивающие имеют место когда 2 атома подходят так близко, что их электронные орбитали перекрываются. Т.о., Ван-дер-Ваальсовы силы обусловлены взаимодействием электронов соседних атомов. Вторичную структуру также стабилизирует электростатическое взаимодействие между отрицательно заряженной нитью ДНК и положительно заряженными молекулами гистонов.

Третичная структура ДНК — это намотка ее цепей на гистоны, т. е. суперспирализация. Различают 5 видов гистонов: Н1, Н2А, Н2 В, Н3, Н4. Гистоны Н2А и Н2 В богаты лизином, а гистоны Н3 и Н4 богаты аргинином.4 пары молекул этих белков (2Н2А, 2Н2 В, 2Н3, 2Н4) образуют шаровидные утолщения — октамеры, на которые наматывается участок ДНК (140 пар оснований образуют 2 витка суперспирали). Образуется нуклеосома, это неактивная часть молекулы ДНК. Между нуклеосомами располагаются участки ДНК, неспирализованные, но они связаны с гистоном Н1. Это активная, т. е работающая часть ДНК. В процентном соотношении больше неактивной части (97%), а активной части ДНК всего 3%. В сборке нуклеосомы участвует особый ядерный белок — нуклеоплазмин. Это кислый (анионный) пентамерный белок, не связывающийся ни с ДНК, ни с хроматином, но способный обратимо соединяться с гистоновым октамером, блокируя способность гистонов к неспецифическому взаимодействию с ДНК. После завершения сборки нуклеосом нуклеоплазмин высвобождается из гистонового комплекса.

С гистонами возможны 3 типа химических реакций — ацетилирование, фосфорилирование и АДФ-рибозилирование. При этом гистоны становятся модифицированными. Ацетилирование гистонов Н3 и Н4 связано с активацией или инактивацией транскрипции гена; ацетилирование Н2А, Н2 В, Н3 и Н4 гистонов связано со сборкой хромосом в ходе репликации ДНК; фосфорилирование гистонов Н1 связано с конденсацией хромосом в ходе репликативного цикла; АДФ-рибозилирование гистонов связано с репарацией ДНК.

Четвертичная структура — это укладка нуклеосом в хроматин, так что молекула ДНК длиной в несколько см складывается до 5 нм. Хроматин в химическом плане состоит на 2/3 из простых белков (гистонов — 55%, и негистоновых белков — альбуминов, глобулинов и ферментов — 45%) и 1/3 из ДНК. Хроматин содержит также 10% РНК. Ферменты хроматина участвуют в репликации (например, ДНК-топоизомеразы) и транскрипции (РНК-полимеразы).

В фазе покоя хроматин равномерно распределен по всему объему ядра и не обнаруживается обычными микроскопическими методами. В фазе деления клетки хроматин образует компактные частицы — хромосомы, которые видны в обычный микроскоп. Хроматин, содержащий активные гены, называется эухроматином (транскрипционно-активным). ДНК в активном хроматине содержит длинные участки (около 100 000 пар оснований), чувствительные к действию нуклеаз, например, к ДНК-азе I. Внутри большой области активного хроматина обнаружены короткие участки (100−300 нуклеотидов) с еще более высокой чувствительностью к ДНК-азе I. Эти участки называются гиперчувствительными сайтами, или энхансерными элементами. Такие сайты обеспечивают доступность кодирующей цепи для белков, участвующих в процессе транскрипции. Транскрипционно-неактивный хроматин (гетерохроматин) плотно упакован. Существуют 2 типа гетерохроматина: конститутивный и факультативный. Конститутивный гетерохроматин всегда конденсирован и, следовательно, неактивен. Конститутивный гетерохроматин найден в областях, близких к цетромерам и к концевым участкам (теломерам) хромосом. Факультативный гетерохроматин временами конденсирован, а временами разуплотнен, активно транскрибируется, т. е. сходен с эухроматином.

В метафазе хромосомы состоят из 2-х сестринских хроматид, соединенных в центромере. Центромер является регионом, богатым А-Т. он связывает белков. образуемый комплекс называется кинетахор — это якорь для митотического веретена. Каждая сестринская хроматида содержит одну двухцепочечную молекулу ДНК. В интерфазе упаковка молекулы менее плотная, чем в метафазе. Метафазные хромосомы транскрипционно-неактивны.

РНК — это полинуклеотиды, но состоят только из одной цепи, их мол. масса меньше, чем у ДНК. Кроме этого, они отличаются следующим:

1) количество РНК в клетке зависит от возраста, физиологического состояния, органной принадлежности клетки;

2) в мононуклеотидах РНК содержатся рибоза, вместо тимина урацил;

3) для РНК не характерны правила Чаргаффа;

4) в РНК больше минорных оснований, чем в ДНК, при этом в т-РНК количество минорных оснований приближается к 50. Все РНК синтезируются на ДНК, этот процесс называется транскрипцией.

В зависимости от локализации в клетке, функции различают 4 вида РНК: м-РНК (матричная, или информационная), транспортная — т-РНК, рибосомальная — р-РНК, малая ядерная РНК (мя-РНК). Каждый вид РНК имеет определенные представители: р-РНК включает 3 представителя (28S, 18S, 5.8S); м-РНК имеет больше всех представителей — 105; т-РНК представлена примерно 50 представителями; мя-РНК имеет около 10 представителей.

м-РНК

Открыта в 1961 году Жакобом и Мано. Она составляет всего 5% от общего количества РНК клетки. Эта РНК не имеет жесткой специфической структуры и ее полинуклеотидная цепь образует изогнутые петли. В нерабочем состоянии м-РНК собрана в складки, свернута в клубок, связана с белком; а во время функционирования цепь расправляется. Матричные РНК синтезируются на ДНК в ядре. Процесс называется транскрипция (списывание). Роль м-РНК — она несет информацию об аминокислотной последовательности (т.е. первичной структуры) синтезируемого белка. Место каждой аминокислоты в молекуле белка закодировано определенной последовательностью нуклеотидов в цепи м-РНК, т. е. в м-РНК имеются «кодовые слова» для каждой аминокислоты — триплеты, или кодоны, или генетические коды. Свойства генетического кода:

1) триплетность. Из 4-х возможных мононуклеотидов м-РНК (УМФ, ГМФ, АМФ, ЦМФ) можно построить по правилам перестановки 64 кодона.61 кодон шифрует 20 аминокислот, а 3 кодона (УАА, УАГ, УГА) не кодируют ни одной аминокислоты. Они играют роль терминирующих (или «стоп-кодонов»), т.к. на них останавливается синтез п/п цепи. Полный кодовый словарь представлен на таблице;

2) неперекрещиваемость — списывание информации идет только в одном направлении;

3) непрерывность — код является линейным, однонаправленным;

4) универсальность, т. е. одна и та же аминокислота у всех живых организмов кодируется одинаковыми кодами у всех живых существ;

5) вырожденность. Первые две буквы кодона определяют его специфичность, третья менее специфична. Известно 20 аминокислот, а кодонов 61, следовательно, большинство аминокислот кодируется несколькими кодонами (2−6).

Т.о., м-РНК принимает непосредственное участие в биосинтезе белка. Основной постулат молекулярной биологии, показывающий направление переноса генетической информации: ДНКаРНКаБелок. Однако, в 1974 году американские ученые Темин и Балтимор показали возможность считывания информации и в обратном направлении с РНК на ДНК: ДНК-РНКабелок. Этот процесс идет с участием фермента ревертазы. С его помощью можно синтезировать участок ДНК по м-РНК и перенести этот синтезированный ген в другие объекты, что используется генной инженерией.

р-РНК

На долю этого вида РНК приходится более 80% от всей массы РНК клетки. Она входит в состав рибосом. Рибосомы находятся в цитоплазме клеток, а также имеются митохондриальные рибосомы. Рибосомы — это РНП, состоящие на 65% из р-РНК и на 35% из белка. В составе рибосом имеется более 70 видов белков. При этом большая субъединица содержит 28S и 5,8S рРНК и 49 белков, а малая содержит одну 18S рРНК и 33 белка. Одна р-РНК способна соединяться с 30 молекулами белка. Полинуклеотидная цепь р-РНК легко изгибается и укладывается вместе с белком в компактные тельца. Рибосома состоит из 2-х субъдиниц — большой и малой (соотношение их 2,5:

1). В рибосоме различают 2 участка — А (аминокислотный, или участок узнавания) и Р — пептидный, здесь присоединяется п/п цепь. Эти центры расположены на контактирующих поверхностях обеих субъдиниц. Рибосомы могут свободно перемещаться в клетке, что дает возможность синтезировать белки в клетке там, где это необходимо. Рибосомы мало специфичны и могут считывать информацию с чужеродных м-РНК, вместе с м-РНК рибосомы образуют матрицу. Роль р-РНК — обуславливает количество синтезируемого белка.

т-РНК

Этот вид т-РНК изучен лучше всего, составляет 10% всей клеточной РНК. Содержится в цитоплазме, мол. масса небольшая (20тыс. Da) состоит из 70−80 нуклеотидов. Основная роль — транспорт и установка аминокислот на комплиментарном кодоне м-РНК. т-РНК специфичны к аминокислотам, что обеспечивается ферментом аминоацилсинтетазой. В неактивном состоянии она свернута в клубочек, а в активном имеет вид трилистника (клеверного листа). В молекуле т-РНК различают несколько участков: а) акцепторный стебель с последовательностью нуклеотидов АЦЦ, к нему присоединяется аминокислота. Б) участок для присоединения к рибосоме; в) антикодон — участок, комплиментарный кодону м-РНК, который кодирует аминокислоту, присоединенную к данной т-РНК — показать на таблице. Особенностью первичной структуры т-РНК является то, что они содержат минорные, или модифицированные основания (7-метилгуанин, гипоксантин, основание V, дигидроурацил, псевдоурацил, 4-тиоурацил), которые способны к неклассическому спариванию. Это ускоряет белковый синтез. Т.о., т-РНК «метит» аминокислоту, придавая ей специфичность и способствует установлению аминокислоты на определенный участок м-РНК.

мя-РНК

Составляет около 5% от всех РНК в клетке. Эти РНК функционируют в ядре и участвуют в сплайсинге, служат для образования ядерных белков, например, белка-репрессора.

РНК как катализаторы.

Помимо основных функций РНК проявляют энзиматическую активность:

1) мя-РНК необходимы для образования м-РНК;

2) РНК ускоряют реакцию трансэстерификации и связаны со сплайсингом и эндорибонуклеазной активностью;

3) р-РНК способны гидролизовать эфиры аминокислот и, таким образом, играют центральную роль в функционировании пептидной связи.

Вопрос № 5

Витамины. Общая характеристика. Провитамины. Роль витаминов в питании человека и животных.

Витамины (от лат. vita — «жизнь») — группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи. Автотрофные организмы также нуждаются в витаминах, получая их либо путем синтеза, либо из окружающей среды. Так, витамины входят в состав питательных сред для выращивания организмов фитопланктона. Витамины содержатся в пище (или в окружающей среде) в очень малых количествах, и поэтому относятся к микронутриентам.

Наука на стыке биохимии, гигиены питания, фармакологии и некоторых других медико-биологических наук, изучающая структуру и механизмы действия витаминов, а также их применение в лечебных и профилактических целях, называется витаминологией.

Витамины участвуют во множестве биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров большого количества разнообразных ферментов либо выступая информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.

Витамины не являются для организма поставщиком энергии, однако витаминам отводится важнейшая роль в обмене веществ.

Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении витаминов в организм наступают характерные и опасные патологические изменения.

Большинство витаминов не синтезируются в организме человека. Поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминно-минеральных комплексов и пищевых добавок. Исключения составляют витамин К, достаточное количество которого в норме синтезируется в толстом кишечнике человека за счёт деятельности бактерий, и витамин В3, синтезируемый бактериями кишечника из аминокислоты триптофана.

С нарушением поступления витаминов в организм связаны 3 принципиальных патологических состояния: недостаток витамина — гиповитаминоз, отсутствие витамина — авитаминоз, и избыток витамина — гипервитаминоз.

Известно около полутора десятков витаминов. Исходя из растворимости, витамины делят на жирорастворимые — A, D, E, F, K и водорастворимые — все остальные (B, C и др.). Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причём их депо являются жировая ткань и печень. Водорастворимые витамины в существенных количествах не депонируются (не накапливаются) и при избытке выводятся с водой. Это объясняет то, что гиповитаминозы довольно часто встречаются относительно водорастворимых витаминов, а гипервитаминозы чаще наблюдаются относительно жирорастворимых витаминов.

Витамины отличаются от других органических пищевых веществ тем, что не включаются в структуру тканей и не используются организмом в качестве источника энергии (не обладают калорийностью).

Провитамины (др. — греч. рсп — перед, раньше) — биохимические предшественники витаминов.

Основные провитамины

Каротин — жёлто-оранжевый пигмент, непредельный углеводород из группы каротиноидов, провитамин витамина А

Триптофан — незаменимая аминокислота в организме человека, является своего рода провитамином, так как бактериальная флора кишечника человека может синтезировать из неё витамин B3.

клетка белок нуклеиновая кислота Эргостерин — провитамин витамина D2, полициклический спирт (стероид), содержащийся в дрожжах, грибах, некоторых водорослях.

7-Дегидрохолестерин — провитамин витамина D3, содержится в коже человека.

Вопрос № 6

Витамин В12 (кобаламины).

Интересно, что витамин В12, который относится к кобаламинам, нередко называют супер-витамином. Это неудивительно, ведь он представляет собой единственный водорастворимый витамин, который способен накапливаться в человеческом организме. Происходит это во внутренних органах — печени, легких, селезенке и почках. Еще одним важным качеством витамина B12 (кобаламины) считается повышенная устойчивость к световому воздействию, а также высоким температурам. Поэтому он значительно лучше сохраняется в продуктах в отличие от остальных витаминов группы В.

Известно, что витамин В12 (кобаламины) играет важнейшую роль для нормальной работы человеческого организма, так как выполняет не одну функцию. Прежде всего он способен защитить от ожирения наряду с такими полезными свойствами как укрепление иммунной системы и улучшение общего самочувствия. Благодаря уникальным особенностям витамина В12 (кобаламины) специалисты зачастую настоятельно советуют употреблять его людям с ВИЧ, так как это вещество способно продлевать им жизнь.

Больше всего витамина В12 (кобаламины) наблюдается в продуктах питания, которые имеют животное происхождение. Особенно богаты этим элементом многие виды морской рыбы и морепродукты, субпродукты, сыры и яйца. К сожалению, растительные продукты не могут похвастаться наличием витамина В12 (кобаламины), исключением являются лишь соя, хмель, шпинат, салат и морская капуста.

Суточная норма

Для того, чтобы организм человека мог нормально работать, ему требуется установленная суточная норма витамина В12 (кобаламины). Примечательно, что для каждой группы населения это разные показатели: взрослым необходимо от 2 до 5 мкг этого вещества, в то время как для детей достаточно не более 1, 5 мкг. Грудничкам и вовсе хватает 0,3−0,5 мкг этого витамина.

В период беременности, а также при кормлении грудью суточная норма витамина В12 (кобаламины) увеличивается примерно в 2 раза. Кроме того, пожилые люди, курильщики, а также приверженцы вегетарианства относятся к категории людей, которым рекомендуется употреблять этот витамин дополнительно в виде таблеток, в составе пищевых добавок или витаминных комплексов.

Недостаток витамина B12 (кобаламины)

Когда у человека наблюдается недостаток витамина В12 (кобаламины), могут возникать желудочно-кишечное расстройства, которые становятся результатом неправильного процесса усваивания пищи. Кроме того, зачастую люди страдают головокружением и головными болями, раздражительностью и нервным напряжением. Нередко возникают проблемы с памятью и ухудшается зрение.

Диагностировать недостаток витамина В12 (кобаламины) порой бывает очень непросто, в связи с тем что анализы не всегда дают корректные результаты. Поэтому другими признаками нехватки этого элемента можно также назвать заикание, онемение конечностей, ощущение подавленности и даже неприятный запах, который исходит от кожи.

Вопрос № 7

Современная классификация и номенклатура ферментов. Лигазы (синтетазы). Представители. Роль в реакциях обмена. Напишите уравнение реакции карбоксилирования пировиноградной кислоты под действием соответствующего фермента. Назовите фермент, укажите его класс и подкласс.

Современные классификация и номенклатура ферментов были разработаны Комиссией по ферментам Международного биохимического союза и утверждены на V Международном биохимическом конгрессе в 1961 г. в Москве.

Необходимость систематики номенклатуры диктовалась прежде всего стремительным ростом числа вновь открываемых ферментов, которым разные исследователи присваивали названия по своему усмотрению. Более того, одному и тому же ферменту часто давали два или несколько названий, что вносило путаницу в номенклатуру. Некоторые названия ферментов вообще не отражали тип катализируемой реакции, а при наименовании фермента исходили из названия субстрата, на который действует фермент, с добавлением окончания — аза: в частности, амилазы (ферменты, гидро-лизирующие углеводы), липазы (действующие на липиды), протеиназы (гидролизирующие белки) и т. д.

До 1961 г. не было и единой классификации ферментов. Трудности заключались в том, что разные исследователи за основу классификации ферментов брали различные принципы. Комиссией были рассмотрены 3 принципа, которые могли служить основой для классификации ферментов и их обозначения. Первый принцип — химическая природа фермента, т. е. принадлежность к флавопротеинам, пиридоксальфосфатпротеинам, гемо-протеинам, металлопротеинам и т. д. Однако этот принцип не мог служить общей основой для классификации, так как только для небольшого числа ферментов известны простетические группы, доступные идентификации и прямому определению. Второй принцип — химическая природа субстрата, на который действует фермент. По этому принципу трудно классифицировать фермент, так как в качестве субстрата могут служить разнообразные соединения внутри определенного класса веществ (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты) и бесчисленное множество промежуточных продуктов обмена. В основу принятой классификации положен третий принцип — тип катализируемой реакции, который является специфичным для действия любого фермента. Этот принцип логично использовать в качестве основы для классификации и номенклатуры ферментов.

Таким образом, тип катализируемой химической реакции в сочетании с названием субстрата (субстратов) служит основой для систематического наименования ферментов. Согласно Международной классификации, ферменты делят на шесть главных классов, в каждом из которых несколько подклассов:

1) оксидоредуктазы;

2) трансферазы;

3) гидролазы;

4) лиазы;

5) изомеразы;

6) лигазы (синтетазы).

ЛИГАЗЫ (синтетазы), класс ферментов, катализирующих присоединение друг к другу двух молекул; р-ция сопряжена с расщеплением пирофосфатной связи в молекуле нуклеозидтрифосфата (НТФ) — обычно АТФ, реже гуанозин-или цитозинтрифосфата. Классы лигаз (их пять) сформированы по типам связей, к-рые образуются в результате р-ции, а подклассы — по типам субстратов. К лигазам, катализирующим р-ции, в к-рых образуются связи С-О, относятся аминоацил-тРНК-синтетазы, катализирующие ацилирование транспортных РНК соответствующими аминокислотами. Образование связи С-S катализируют ферменты, участвующие в синтезе ацильных производных кофермента, А (см. Пантотеновая кислота). К ферментам, участвующим в образовании связи С-N, относятся амидсинтетазы (катализируют образование амидов из к-т и NH3 или аминов, напр. глутаминсинтетаза), пептидсинтетазы (катализируют образование пептидной связи, напр. L-глутамилцистеинсинтетаза), цикло-лигазы (катализируют образование гетероциклов, содержащих в кольце атом N, напр. фосфорибозиламиноимидазол — синтетаза) и нек-рые другие. Р-ции, в результате к-рых образуется связь С-С, катализируют карбоксилирующие ферменты, содержащие в качестве кофактора биотин, напр. пируваткарбоксилаза. Ряд лигаз (напр., полидезоксирибонуклеотид-синтетаза) катализирует образование фосфодиэфирных связей в нуклеиновых к-тах (т. наз. репарирующие ферменты). В сопряженной р-ции гидролиз пирофосфатной связи может осуществляться между a — и b — или b — и g-фосфатными группами: В р-ции X и Y — субстраты, НДФ и НМФ — соотв. нуклеозиддифосфат и нуклеозидмонофосфат, Ф и ПФ — соотв. фосфорная и пирофосфорная к-ты. Для лигаз, у к-рых в сопряженной р-ции АТФ гидролизуется до аденозинмонофосфата (АМФ) и пирофосфата, предложен механизм, согласно к-рому в качестве интермедиата образуется ацил-АМФ; в этом случае АТФ реагирует непосредственно с субстратом X или Y. Нек-рые лигазы (напр., L-глутамилцистеинсинтетаза) функционируют по механизму трехстадийного переноса, для к-рого характерно образование ковалентного промежут. производного фермента:

Е + АТФ: Е-Ф + АДФ;

Е-Ф + X: Е-X + Ф;

Е-X + У: X-У + Е

Е — фермент, АДФ — аденозиндифосфат. Катализируемые лигазами р-ции играют важную роль в биосинтезе и функционировании всех организмов.

Пировиноградная кислота (пировиноградная кислота — химическое соединение с формулой СН3СОСООН, органическая кетокислота). — важнейший промежуточный продукт, образующийся при брожении и дыхании, — также тесно связана с белковым обменом: взаимодействуя с NH3 и соответствующим ферментом, она даёт важную аминокислоту a-аланин. Теснейшая связь процессов брожения и дыхания с обменом липидов в организме проявляется в том, что фосфоглицериновый альдегид, образующийся на первых этапах диссимиляции углеводов, является исходным веществом для синтеза глицерина. С др. стороны, в результате окисления пировиноградной кислоты получаются остатки уксусной кислоты, из которых синтезируются высокомолекулярные жирные кислоты и разнообразные изопреноиды (терпены, каротиноиды, стероиды). Т.о., процессы брожения и дыхания приводят к образованию соединений, необходимых для синтеза жиров и др. веществ.

Карбоксилирование, непосредственное введение карбоксильной группы — СООН в органические соединения действием CO2.

Вопрос № 8

Стероидные гормоны. Мужские половые гормоны. Строение и биологическая роль гормонов.

Стероидные гормоны — группа физиологически активных веществ (половые гормоны, кортикостероиды и др.), регулирующих процессы жизнедеятельности у животных и человека. У позвоночных стероидные гормоны синтезируются из холестерина в коре надпочечников, клетках Лейдига семенников, в фолликулах и желтом теле яичников, а также в плаценте. стероидные гормоны содержатся в составе липидных капель адипоцитов и в цитоплазме в свободном виде. В связи с высокой липофильностью стероидных гормонов относительно легко диффундируют через плазматические мембраны в кровь, а затем проникают в клетки-мишени.

Под действием мужских половых гормонов (андрогенов — тестостерон, дигидротестостерон) происходит формирование мужских половых признаков и поддержание функции размножения:

· формирование и рост придатков яичек, семенных пузырьков, предстательной железы, полового члена;

· проявление вторичных половых признаков;

· оволосение по мужскому типу (усы, борода, волосы на туловище и конечностях, оволосение в виде ромба на лобке);

· увеличивается гортань;

· утолщаются голосовые связки (тембр голоса при этом снижается);

· проявление нормального полового влечения (либидо);

· стимулирующее действие на рост мышц и рост всего тела.

ГОРМОНЫ (от греч. hormao — возбуждаю, привожу в движение), биологически активные вещества, вырабатываемые в организме специализированными клетками или органами (железами внутренней секреции) и оказывающие целенаправленное влияние на деятельность других органов и тканей. Позвоночные животные и человек имеют развитую систему таких желез (гипофиз, надпочечники, половые, щитовидная и др.), которые посредством гормонов, выделяемых в кровь, участвуют в регуляции всех жизненно важных процессов — роста, развития, размножения, обмена веществ. Развитые эндокринные железы есть и у высокоорганизованных беспозвоночных — головоногих моллюсков, насекомых, ракообразных. Секретируемые ими гормоны контролируют рост, линьку, метаморфоз, половое размножение и др. Каждый из гормонов влияет на организм в сложном взаимодействии с другими гормонами; в целом гормональная система совместно с нервной системой обеспечивает деятельность организма как единого целого. Химическая природа гормонов различна — белки, пептиды, производные аминокислот, стероиды. Гормоны, используемые в медицине, получают химическим синтезом или выделяют из соответствующих органов животных.

Химическая структура

Исходя из химического строения, гормоны делят на три группы. К первой группе относят пептидные и белковые гормоны. Пептидами являются, например, окситоцин, вазопрессин. Среди белковых гормонов имеются как простые белки (инсулин, глюкагон, соматотропин, пролактин и др.), так и сложные — гликопротеины (фоллитропин, лютропин). Вторая группа — амины — объединяет гормоны, близкие по структуре аминокислотам — тирозину и триптофану (тиреоидные гормоны, адреналин, норадреналин). Третью группу составляют стероидные гормоны, которые являются производными холестерина. Среди стероидных гормонов — все половые гормоны и гормоны коры надпочечников — кортикостероиды.

Биологическая роль гормонов.

Гормоны контролируют основные процессы жизнедеятельности организма на всех этапах его развития с момента зарождения. Они влияют на все виды обмена веществ в организме, активность генов, рост и дифференцировку тканей, формирование пола и размножение, адаптацию к меняющимся условиям среды, поддержание постоянства внутренней среды организма (гомеостаз), поведение и многие другие процессы. Совокупность регулирующего воздействия различных гормонов на функции организма называется гормональной регуляцией.

Вопрос № 9

Вода в живом организме. Состояние воды в живых тканях, ее функции. Эндогенная вода.

Человеческий организм состоит из 70−80% воды, в некоторых растениях воды содержится до 90% и более. Такое высокое содержание воды в живом организме невольно наводит на мысль о более значимой ее роли, нежели простой нейтральный растворитель или некая нейтральная среда.

Питательные вещества попадают в нашу кровь через стенки пищеварительного канала. Через эти стенки могут проникать только вещества, растворённые в воде, только жидкости. Если бы кусок сахара не растворился в слюне и в желудочном соке, сахар не попал бы в кровь. Белок яйца, крахмал хлеба и картофеля не растворяются в воде, но желудочный и кишечный соки содержат особые вещества — ферменты, которые расщепляют белок и крахмал и переводят в вещества растворимые. Это расщепление идёт только в воде. Кровь, состоящая на четыре пятых из воды, разносит питательные вещества по всему организму. В каждой клетке организма идут свои процессы, и эти процессы неизменно связаны с присутствием в клетке воды. Таким образом, вода нужна для нашего организма как растворитель питательных веществ и как среда, в которой протекают различные процессы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Выделяясь потовыми железами и испаряясь с поверхности кожи, вода регулирует температуру нашего тела. Кроме того вода необходима для выведения из организма различных вредных веществ, образующихся в результате обмена.

Таким образом мы видим, что вода в живом организме, как и в природе, не находится в покое. Всё новые и новые количества её поступают в организм с пищей и такие же количества выделяются.

Эндогенная вода (внутренняя) вырабатывается при метаболизме белков, жиров и углеводов (образуется примерно 10−16 г воды на каждые 100 ккал утилизированной энергии).

Эндогенная вода — это метаболическая вода.

Метаболическая вода — это вода, образующаяся в организме в процессе обмена веществ.

Вопрос № 10

Углеводы. Состав. Общая характеристика. Классификация. Приведите примеры углеводов морской фауны.

Углеводы (сахара, сахариды) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году. Появление такого названия связано с тем, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx (H2O) y, формально являясь соединениями углерода и воды.

Углеводы — весьма обширный класс органических соединений, среди них встречаются вещества с сильно различающимися свойствами. Это позволяет углеводам выполнять разнообразные функции в живых организмах. Соединения этого класса составляют около 80% сухой массы растений и 2−3% массы животных.

Углеводы являются основным источником энергии для нашего организма. Углеводы — это органические вещества, в состав которых входят преимущественно углерод, водород и кислород. Но в основном энергетическую функцию несут глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал и гликоген.

Классификация углеводов:

· Моносахариды и олигосахариды — простые углеводы. Олигосахариды: глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза. Дисахариды: сахароза (собственно, сахар), лактоза (молочный сахар), мальтоза, лактулоза, изомальтоза.

· Полисахариды — углеводы, состоящие из нескольких молекул глюкозы, соединённых вместе. Вызывают меньший скачок уровня сахара крови. К ним относятся: декстрин, целлюлоза, крахмал (это полисахарид, содержащийся в овощах, зерновых, в бобовых), гликоген (животный полисахарид) и др. Полисахариды ещё называют — сложные углеводы.

· Клетчатка — так же является группой полисахаридов. Продукты, богатые клетчаткой: овощи, фрукты, цельные зёрна, бобовые. Употребление клетчатки 25−30 гр. в сутки является необходимым условием полноценного рационального питания.

Классификация углеводов по гликемическому индексу (ГИ) — деление: углеводов с высоким ГИ и низким ГИ.

Углеводы морской фауны-водоросли.

Вопрос № 11

Жирные кислоты, входящие в состав растительных и животных жиров.

Жирные кислоты — алифатические одноосновные карбоновые кислоты с открытой цепью, содержащиеся в этерифицированной форме в жирах, маслах и восках растительного и животного происхождения. Жирные кислоты, как правило, содержат неразветвленную цепь из четного числа атомов углерода (С4−24, включая карбоксильный углерод) и могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными.

Жирные кислоты могут быть насыщенными (только с одинарными связями между атомами углерода), мононенасыщенными (с одной двойной связью между атомами углерода) и полиненасыщенными (с двумя и более двойными связями, находящимися, как правило, через CH2-группу). Они различаются по количеству углеродных атомов в цепи, а также, в случае ненасыщенных кислот, по положению, конфигурации (как правило цис-) и количеству двойных связей. Жирные кислоты можно условно поделить на низшие (до семи атомов углерода), средние (восемь — двенадцать атомов углерода) и высшие (более двенадцати атомов углерода). Исходя из исторического названия данные вещества должны быть компонентами жиров. На сегодня это не так; термин «жирные кислоты» подразумевает под собой более широкую группу веществ.

Карбоновые кислоты начиная с масляной кислоты (С4) считаются жирными, в то время как жирные кислоты, полученные непосредственно из животных жиров, имеют в основном восемь и больше атомов углерода (каприловая кислота). Число атомов углерода в натуральных жирных кислотах в основном чётное, что обусловлено их биосинтезом с участием ацетил-кофермента А.

Большая группа жирных кислот (более 400 различных структур, хотя только 10−12 распространены) находятся в растительных маслах семян. Наблюдается высокое процентное содержание редких жирных кислот в семенах определённых семейств растений.

Под незаменимыми понимаются те жирные кислоты, которые не могут быть синтезированы в организме. Для человека незаменимыми являются кислоты, содержащие по крайней мере одну двойную связь на расстоянии более девяти атомов углерода от карбоксильной группы.

Расщепление

Жирные кислоты в виде триглицеридов накапливаются в жировых тканях. При потребности под действием таких веществ как адреналин, норадреналин, глюкагон и адренокортикотропина запускается процесс липолиза. Освобождённые жирные кислоты выделяются в кровоток, по которому попадают к нуждающимся в энергии клеткам, где сперва при участии АТФ происходит связывание (активация) с коферментом, А (КоА). При этом АТФ гидролизуется до АМФ с освобождением двух молекул неорганического фосфата (Pi).

R-COOH + КоА-SH + АТФ > R-CO-S-КоА + 2Pi + H+ + АМФ

Синтез

В растительном и животном организме жирные кислоты образуются, как продукты углеводного и жирового обмена. Синтез жирных кислот осуществляется в противоположность расщеплению в цитозоле.

1. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. — М.: Медицина, 2008. — 704 с.

2. Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. Биологическая химия / Под ред. акад. АМН СССР С. С. Дебова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Медицина, 1990. (Учебная литература для студентов медицинских институтов). — 100 000 экз.

3. Кухта В. К., Морозкина Т. С., Олецкий Э. И., Таганович А. Д. Биологическая химия. — М.: Асар, Бином, 2008. — 688 с.