Биохимия. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ. Экзаменационные вопросы по биологической химии для студентов лечебного, педиатрического и медикопрофилактического факультетов

• Название: Экзаменационные вопросы по биологической химии для студентов лечебного, педиатрического и медикопрофилактического факультетов
• Анкор: Биохимия
• Дата: 16.06.2022
• Размер: 6.22 Mb.
• Имя файла: ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ.doc
• Тип: Экзаменационные вопросы; #595387
• страница: 2 из 46

Необходимо знать!!!

Биохимические показатели биологических жидкостей человека

1. Аминный азот сыворотки крови

2. Общий белок сыворотки крови

3. Альбумины сыворотки крови

4. Глобулины сыворотки крови

5. Альбумино-глобулиновый коэффициент сыворотки крови

6. Остаточный азот сыворотки крови и его компоненты

7. Мочевина сыворотки крови

8. Мочевина мочи

9. Глюкоза крови

10. Порог почечной проницаемости для глюкозы (кровь)

11. Сиаловые кислоты (сыворотка)

12. Кетоновые тела сыворотки крови

13. Общие липиды сыворотки крови

14. Липоротеины общие сыворотки крови

15. Общий холестерин сыворотки крови

16. Общий билирубин сыворотки крови

17. рН крови

18. Буферные основания (плазма крови)

19. Сдвиг буферных оснований

20. Креатинин (моча)

21. Общая кислотность желудочного сока (его составные части)

22. Амилаза сыворотки крови

23. Трансаминазы (АсАТ и АлАТ) сыворотки крови

24. Щелочная фосфатаза сыворотки крови

25. Кальций сыворотки крови

26. Хлориды (кровь)

1. Предмет и задачи биологической химии. Обмен веществ и энергии, ие­рархическая структурная организация и самовоспроизведение как важ­нейшие признаки живой материи.
Биологическая химия —это наука о молекулярной сущности жизни. Она изучает химическую природу веществ, входящих в состав живых организ­мов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью клеток, органов и тканей и организма в целом. Из этого определения вытекает, что биохимия занимается выяснением химических основ важней­ших биологических процессов и общих путей и принципов превращений веществ и энергии, лежащих в основе разнообразных проявлений жизни. Таким образом, главной задачей биохимии является установление связи между молекулярной структурой и биологической функцией химических компонентов живых организмов.

Наиболее важными и приоритетными фундаментальными направления­ми научных исследований в биохимии и молекулярной биологии являются генетическая инженерия и биотехнология, которым придается исключитель­ное значение. Усилия ученых сосредоточены на создании и производстве препаратов для медицины (гормоны, ферменты, моноклональные антитела, биоактивные пептиды, вакцины, интерферон, простагландины и др.), сель­ского хозяйства (регуляторы роста растений, феромоны для борьбы с вре­дителями растений), промышленности (пищевые и вкусовые добавки). Эта новая технология может решать ряд важных проблем в медицине (пренатальная диагностика болезней, генотерапия и др.).

В настоящее время перед биологической наукой поставлена задача — обеспечить преимущественное развитие научных исследований по следую­щим основным направлениям: разработка методов генетической и клеточ­ной инженерии, создание на их основе новых процессов для биотехноло­гических производств с целью получения принципиально новых пород животных, форм растений с ценными признаками; разработка новых методов и средств диагностики, лечения и профилактики наследственных заболеваний; разработка научных основ инженерной энзимологии; разра­ботка и внедрение новых биокатализаторе в (в том числе иммобилизован­ных) и оптимизация с их помощью биотехнологических процессов получе­ния химических и пищевых продуктов; исследования структуры и функции биомолекул клетки; изучение молекулярных и клеточных основ иммуноло­гии, а также генетики микроорганизмов и вирусов, вызывающих заболева­ния человека и животных, создание методов и средств диагностики, лечения и профилактики этих заболеваний; исследования молекулярно-биологиче-ских механизмов канцерогенеза, природы онкогенов и онкобелков, их роли в малигнизации клеток и создание на этой основе методов диагностики и лечения опухолевых заболеваний человека; исследования проблем био­энергетики, питания, психики и молекулярных основ памяти и деятельности мозга. Таким образом, можно наметить следующие главные направления развития исследований в области биологической химии на ближайшую и отдаленную перспективу, так называемые горизонты биохимии:

1. Дифференцировка клеток высших организмов (эукариот).

2. Организация и механизм функционирования генома.

3. Регуляция действия ферментов и теория энзиматического катализа.

4. Процессы узнавания на молекулярном уровне.

5. Молекулярные основы соматических и наследственных заболеваний человека.

6. Молекулярные основы злокачественного роста.

7. Молекулярные основы иммунитета.

8. Рациональное питание.

9. Молекулярные механизмы памяти.

10. Биосинтез белка.

11. Биологические мембраны и биоэнергетика.

Основное назначение биологической химии сводится к тому, чтобы решать на молекулярном уровне задачи фундаментальные, общебиологиче­ские, включая проблему зависимости человека от экосистемы, которую необходимо не только понимать, но защищать и научиться разумно ею пользоваться.

Важнейшим признаком всего живого является обмен веществ. Обмен веществ обеспечивает присущее живому организму как системе динамическое равновесие, при котором взаимно уравновешиваются синтез и разрушение, размножение и гибель. В основе реакций обмена веществ лежат физико-химические взаимодействия между атомами и молекулами, подчиняющиеся единым для живой и неживой материи законам. Сказанное означает, что сама возможность существования жизни, в первооснове своей, сводится к элементарным актам физико-химических процессов. Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. Первый — анаболизм — объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Второй — катаболизм — включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада. В целом же, обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах.

Живой организм – сложная, упорядоченная иерархическая структурная организация. Уровень организации живой материи повышается в ходе эволюции. Формирование каждой следующей ступени иерархии уровней происходит на основе предыдущей, которая структурно в неё входит. Существует множество теорий о структурной организации живой материи. Наиболее известная из них оценивает иерархию по критерию масштабности. Согласно ей, жизнь имеет следующие уровни организации:

1. 
   Молекулярныйуровень - отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы передачи генной информации
   
2. 
   Клеточныйисубклеточныйуровни - отражают особенности специализации клеток, а также внутриклеточные структуры. На этом уровне происходят процессы жизнедеятельности (обмен веществ, питание, дыхание, раздражимость и т. д.)
   
3. 
   Организменныйиорганно-тканевыйуровни - отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ
   
4. 
   Популяционно-видовойуровень - образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида, совокупность особей одного вида
   
5. 
   Уровеньбиогеоценозов - структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс – экосистему
   
6. 
   Биосферный - вся совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой
   

Еще одним качеством, благодаря которому возможна жизнь - это свойство живых организмов к самовоспроизведению. Самовоспроизведение свойственно целым организмам, отдельным их органам, тканям, клеткам, клеточным включениям и многим органеллам. Самовоспроизведение осуществляется посредством вегетативного, полового и бесполого размножений, у животных - путем деления, живорождения, яйцерождения и яйцеживорождения. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте ДНК,. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных, путем реализации механизма матричного синтеза ДНК.  
2. Гетеротрофные и аутотрофные организмы: различия по питанию и ис­точникам энергии. Катаболизм и анаболизм.
Живые клетки постоянно нуждаются в органических и неорганических веществах, а также в химической энергии, которую они получают преимущественно из АТФ (АТР). По способу удовлетворении этих потребностей организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные организмы, к которым принадлежат растения и многие микроорганизмы, могут синтезировать органические молекулы из неорганических предшественников в процессах  хемо- и фотосинтеза . Автотрофы обеспечивают существование все других организмов на планете.

Гетеротрофы, например животные и грибы, зависят от получения органических веществ с пищей. Так как большая часть этих питательных веществ (белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды) не могут утилизироваться непосредственно, они сначала разрушаются до более мелких фрагментов катаболическим путем . Возникающие метаболиты (в совокупности их называют иногда «пулом метаболитов») затем катаболизируются с высвобождением свободной энергии или используются в анаболических путях  для синтеза более сложных молекул.

Процесс обмена веществ определяется двумя сопряженными процессами: анаболизма и катаболизма.

Анаболизм - совокупность химических процессов синтеза собственных органических соединений из полученных питательных веществ, идущий с потреблением энергии. В результате такого обмена из питательных веществ, поступающих в организм, строятся свойственные организму структурные молекулы, которые, в свою очередь, идут уже на создание новых функциональных единиц живого организма, что является основой ассимиляции.

Катаболизм -  процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ. Катаболические реакции лежат в основе диссимиляции: утраты сложными веществами своей специфичности для данного организма в результате распада до более простых.
3. Многомолекулярные системы (метаболические цепи, мембранные про­цессы, системы синтеза биополимеров, молекулярные регуляторные системы) как основные объекты биохимического исследования.
Как известно, биохимия - это наука изучающая химическую основу жизни как таковой. В её рамках изучаются все основные молекулярные процессы жизнедеятельности организма.

1. 
   Метаболические цепи - процессы последовательных превращений исходного вещества, приводящие к образованию некоторого продукта. Все метаболические пути можно подразделить на анаболические и катаболические. Метаболическая цепь, состоящая из реакций, протекающих внутри одной системы, называется внутренней. Метаболическая цепь, реакции которой протекают в разных системах, называется межсистемной. Одно и то же вещество может участвовать в различных превращениях. В подобных случаях наблюдается пересечение различных метаболических цепей. Следствием такого пересечения является возникновение метаболической сети биологической системы. Понимание функционирования одного звена цепи позволяет проводить корректировку нарушений протекания определенного биохимического процесса в организме.
   
2. 
   Мембранные процессы – это физико-химические процессы, происходящие на поверхности клеточных мембран. К ним относят: процессы активного транспорта веществ, проведение и передача биопотенциалов, рецепция и др. Изучение природы мембранных процессов позволяет на клеточном уровне понимать характер протекающих процессов жизнедеятельности и их патологию.
   
3. 
   Система синтеза биополимеров – совокупность ферментативных механизмов, которые обеспечивают воспроизведение специфических для данного организма видов высокомолекулярных соединений. Биополимеры играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности организма. Поэтому особенно важно понимать суть процессов их воспроизведения.
   
4. 
   Молекулярные регуляторные системы - системы, направленные на поддержание гомеостаза. Данная системы включают в себя ряд биохимических процессов. Нарушение хотя бы одного звена в системе поддержания гомеостаза, способно вызвать необратимые изменения, которые могут привести к гибели организма.
   

4. Уровни структурной организации живого. Биохимия как молекулярный уровень изучения явлений жизни. Биохимия и медицина (медицинская биохимия).

Жизнь имеет следующие уровни организации:

1. 
   Молекулярныйуровень - отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы передачи генной информации
   
2. 
   Клеточныйисубклеточныйуровни - отражают особенности специализации клеток, а также внутриклеточные структуры. На этом уровне происходят процессы жизнедеятельности (обмен веществ, питание, дыхание, раздражимость и т. д.)
   
3. 
   Организменныйиорганно-тканевыйуровни - отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ
   
4. 
   Популяционно-видовойуровень - образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида, совокупность особей одного вида
   
5. 
   Уровеньбиогеоценозов - структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс – экосистему
   
6. 
   Биосферный - вся совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой
   

Молекулярный уровень выступает основой для всей жизнедеятельности любого организма на планете, это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. На молекулярном уровне происходят различные процессы жизнедеятельности живых организмов: обмен веществ, превращение энергии, формирование биопотенциалов клетки. С помощью молекулярного уровня осуществляется передача наследственной информации, образуются отдельные органоиды, происходят ферментативные процессы. Понимание химических процессов, происходящих в организме – является одной из ключевых задач биологической химии, поэтому она выступает на молекулярном уровне организации живого.

Биохимия оказывает все более глубокое воздействие на медицину. Так, например, определение активности ферментов играет в настоящее время важ­ную роль в клинической диагностике. Со­держание определенных ферментов в сыво­ротке крови может служить ценным крите­рием при диагностике недавно перенесенно­го инфаркта миокарда. Кроме того, биохи­мия постепенно создает основу для рацио­нального назначения лекарственных препа­ратов. Исключительную важность предста­вляет выяснение молекулярных механизмов некоторых заболеваний, например серповидно-клеточной анемии или большого чис­ла врожденных нарушений метаболизма, исследованных к настоящему времени. Быстрое развитие биохимии в по­следние годы позволило исследователям при­ступить к изучению самых острых, ко­ренных проблем биологии и медицины.

5. Основные разделы и направления в биохимии: биоорганическая химия, динамическая и функциональная биохимия, молекулярная биология.

Биохимия включает в себя:

1. 
   Биоорганическая химия - изучает вещества, лежащие в основе процессов жизнедеятельности, в непосредственной связи с познанием их биологической функции. Основные объекты БОХ — биополимеры, превращения которых составляют химическую сущность биологических процессов, и биорегуляторы, которые химически регулируют обмен веществ. БОХ занимается получением этих веществ в химически чистом состоянии, установлением строения, синтезом, выяснением зависимостей между строением и биологическими свойствами, изучением химических аспектов механизма биологического действия биополимеров, а также природных и синтетических биорегуляторов. Характерная особенность БОХ. — использование всего комплекса химических и физических методов индивидуализации веществ и выяснение их строения.
   
2. 
   Динамическая биохимия - раздел биохимии, изучающий обмен веществ в организме от момента поступления в него питательных веществ до образования конечных продуктов обмена, механизмы нейтрализации токсических продуктов, выведения их из организма и регуляции скорости соответствующих превращений.
   
3. 
   Функциональная биохимия - раздел биохимии, изучающий химические превращения, лежащие в основе функций органов, тканей и организма в целом.
   
4. 
   Молекулярная биология - наука, ставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности путём изучения биологических объектов и систем на уровне, приближающемся к молекулярному, а в ряде случаев и достигающем этого предела. Конечной целью при этом является выяснение того, каким образом и в какой мере характерные проявления жизни, такие, как наследственность, воспроизведение себе подобного, биосинтез белков, возбудимость, рост и развитие, хранение и передача информации, превращения энергии, подвижность и т. д., обусловлены структурой, свойствами и взаимодействием молекул биологически важных веществ, в первую очередь двух главных классов высокомолекулярных биополимеров.
   

6. История изучения белков. Представление о белках как важнейшем клас­се органических веществ и структурно-функциональном компоненте организма человека.
Белки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютен из зерна пшеницы.

Голландский химик Геррит Мульдер провёл анализ состава белков и выдвинул гипотезу, что практически все белки имеют сходную эмпирическую формулу.

Термин «протеин» для обозначения подобных молекул был предложен в 1838 году шведским химиком Якобом Берцелиусом . Мульдер также определил продукты разрушения белков — аминокислоты и для одной из них (лейцина) с малой долей погрешности определил молекулярную массу — 131 дальтон.

В 1836 Мульдер предложил первую модель химического строения белков. Основываясь на теории радикалов он сформулировал понятие о минимальной структурной единице состава белка, C₁₆H₂₄N₄O₅, которая была названа «протеин», а теория — «теорией протеина» . По мере накопления новых данных о белках теория стала неоднократно подвергаться критике, но до конца 1850-х несмотря на критику ещё считалась общепризнанной.

К концу XIX века было исследовано большинство аминокислот, которые входят в состав белков. В 1894 году немецкий физиолог Альбрехт Коссель выдвинул теорию, согласно которой именно аминокислоты являются основными структурными элементами белков.

В начале XX века немецкий химик Эмиль Фишер экспериментально доказал, что белки состоят из аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Он же осуществил первый анализ аминокислотной последовательности белка и объяснил явление протеолиза. Сложность выделения чистых белков затрудняла их изучение. Поэтому первые исследования проводились с использованием тех полипептидов, которые могли быть очищены в большом количестве, то есть белков крови, куриных яиц, различных токсинов, а также пищеварительных/метаболических ферментов, выделяемых после забоя скота. 

Идея о том, что вторичная структура белков — результат образования водородных связей между аминокислотами, была высказана Уильямом Астбери в 1933 году, но Лайнус Полинг считается первым учёным, который смог успешно предсказать вторичную структуру белков. Позднее Уолтер Каузман, опираясь на работы Кая Линдерстрём-Ланга, внёс весомый вклад в понимание законов образования третичной структуры белков и роли в этом процессе гидрофобных взаимодействий.

В 1949 году Фред Сенгер определил аминокислотную последовательность инсулина, продемонстрировав таким способом, что белки — это линейные полимеры аминокислот, а не их разветвлённые (как у некоторых сахаров) цепи, коллоиды или циклолы.

Первые структуры белков, основанные на дифракции рентгеновских лучей на уровне отдельных атомов были получены в 1960-х годах и с помощью ЯМР в 1980-х годах. 

В XXI веке исследование белков перешло на качественно новый уровень, когда исследуются не только индивидуальные очищенные белки, но и одновременное изменение количества и посттрансляционных модификаций большого числа белков отдельных клеток, тканей или организмов. 

Белки́(протеи́ны,полипепти́ды]) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью α-аминокислот. Для живых организмов характерны широкое разнообразие белковых структур и их высокая упорядоченность; последняя существует во времени и пространстве. Удивительная способность живых организмов к воспроизведению себе подобных также связана с белками. Сократимость, движение – непременные атрибуты живых систем – имеют прямое отношение к белковым структурам мышечного аппарата. Наконец, жизнь немыслима без обмена веществ, постоянного обновления составных частей живого организма, т.е. без процессов анаболизма и катаболизма (этого удивительного единства противоположностей живого), в основе которых лежит деятельность каталитически активных белков – ферментов.

Таким образом, белки (белковые вещества) составляют основу и структуры, и функции живых организмов. Подсчитано, что в природе примерно 10¹⁰–10¹² различных белков, обеспечивающих существование около 10⁶ видов живых организмов различной сложности организации начиная от вирусов и кончая человеком. Каждый организм характеризуется уникальным набором белков. Фенотипические признаки и многообразие функций обусловлены специфичностью объединения этих белков, во многих случаях в виде над- и мультимолекулярных структур, в свою очередь определяющих ультраструктуру клеток и их органелл.
7. Аминокислоты, входящие в состав белков, их строение и свойства. Пеп­тидная связь. Первичная структура белков.
α-Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, у которых один водородный атом, у α-углерода, замещен на аминогруппу (—NH₂).



Аминокислоты будут отличаться друг от друга химической природой радикала R, представляющего группу атомов в молекуле аминокислоты, связанную с α-углеродным атомом и не участвующую в образовании пептидной связи при синтезе белка. Почти все α-амино- и α-карбоксильные группы участвуют в образовании пептидных связей белковой молекулы, теряя при этом свои специфические для свободных аминокислот кислотно-основные свойства. Поэтому все разнообразие особенностей структуры и функции белковых молекул связано с химической природой и физико-химическими свойствами радикалов аминокислот. Именно благодаря им белки наделены рядом уникальных функций, не свойственных другим биополимерам, и обладают химической индивидуальностью. В состав белков входят 20 природных аминокислот.