Лекции по биохимии зав кафедрой биохимии, профессор В. В. Алабовский Биологическая химия является наукой, которая изучает
 Скачать 4.41 Mb.
|
|
лекции по биохимии зав. кафедрой биохимии, профессор В.В. Алабовский Биологическая химия является наукой, которая изучает химический состав и превращения веществ в организме, а также устанавливает связь между данными превращениями и физиологическими процессами в органах и тканях. Разделы биохимии: 1. Статическая биохимия 2. Динамическая биохимия 3. Функциональная биохимияСтатическая биохимия – изучает химический состав живых организмов; Динамическая биохимия – изучает превращения химических веществ; Функциональная биохимия – изучает связь между биохимическими превращениями и физиологическими процессами в организме. Роль биохимии в медицинеДает возможность установить причину, вызывающую болезнь; Позволяет понять закономерности, лежащие в основе протекания болезни; Определяет конкретные места нарушений обменных процессов, вызывающих болезнь; С помощью биохимических методик выявляются поврежденные органы, представляется возможность количественно оценить тяжесть данных нарушений; Роль биохимии в медицинеЗная место нарушения обмена веществ, врач имеет возможность с помощью химических веществ (лекарств) устранить данные нарушения и восстановить нормальное протекание химических процессов у больного; С помощью биохимических анализов оцениваются эффективность лечения, правильность выбора лекарств и сроки завершения лечения больного. Академик Опарин Александр Иванович (Лауреат Ленинской премии 1974 г.; Премии им. А.Н. Баха, Награжден Золотой медалью им. М.В. Ломоносова Академик Баев Александр Александрович. (Лауреат Государственной премии 1969 г) Академик Спирин Александр Сергеевич (лауреат Ленинской премии 1976 г. Награжден медалью им. Ганса Кребса федерации Европейского биохимического общества) Академик В. П. Скулачев Разделы динамической биохимииОбмен углеводов Обмен липидов Обмен белков Минераль-ный обмен Энергетический обмен Учебники и методические пособия для студентов-медиков 1. Биохимия: Учебник /под ред. Е.С. Северина – 4-е изд., испр. М.: ГЭОТАР – медиа, 2005 –784 с. :ил. 2. Наглядная биохимия: Гринстейн Б., Гринстейн А пер. с англ. – М.: ГЭОТАР –МЕДИЦИНА.- 2000 - 119с 3. Клиническая биохимия: Учебное пособие для студ. мед. вузов /под ред. Ткачука В.А. – М. ГЭОТАР - МЕД, 2002. – 358с.: ил. - ISBN 5-9231-0198-х 4. Биохимия: Учебник – 2-е изд. /под ред. Березова Т.Т., Коровкина Б.Ф. – М.: Медицина, 1990. – 528с 5. Биохимия: Учебник для мед. спец. вузов /под ред. Николаева А.Я. .– М.: Высшая школа, 1989.--495с. 6. Руководство к лабораторным занятиям по биохимии /под ред Зубаирова Д.М., Тимербаева В.И., Давыдова В.С..– М –ГЭОТАР –Медиа, 2005с. ил. 7. Ситуационные задачи по биохимии с комментарием. Алабовский В.В. /учебно-методическое пособие для студентов., ВГМА, 2004. /часть 1 и 2/ Требования, предъявляемые к студентам на экзаменах по биохимии: Иметь четкие представления об основных биохимических процессах, протекающих в организме человека. Должен владеть первичными навыками клинической лабораторной диагностики по биохимическим параметрам крови, мочи и желудочного сока. Требования, предъявляемые к студентам на экзаменах по биохимии: 3. Должен уметь читать анализы крови, мочи и желудочного сока. 4. Иметь достаточно полные представления о методах биохимического исследования крови, мочи и желудочного сока. 5. Уметь определять наличие глюкозы, белка, крови и кетоновых тел в моче. Строение и свойства белковРоль белков в организмеСтруктурная Каталитическая Транспортная Регуляторная Защитная Гомеостатическая Депонирующая Функциональная Уровни организации белковой молекулыПервичная структура Вторичная структура Третичная структура Четвертичная структура Под первичной структурой белка понимают порядок соединения аминокислот в полипептидной цепи Структура проинсулинаглу лей ала лей ала глн лей гли гли лей гли гли гли лей глу вал ала гли ала глн про асн гли глн про ала про глу глн арг лиз S S арг арг ала гли лиз иле про вал тре глу глн цис цис тре сер иле цис сер лей тир глн лей глу асн тир цис асн –СООН тир фен S S фен гли арг S S глу гли Н2N– фен вал асн глн гис лей цис гли сер гис лей вал глу ала лей тир лей вал цис ала гли лиз иле про вал тре глу глн цис цис тре сер иле цис сер лей тир глн лей глу асн тир цис асн –СООН тир фен S S фен гли арг S S глу гли Н2N– фен вал асн глн гис лей цис гли сер гис лей вал глу ала лей тир лей вал цис S S Структура инсулина Строение аминокислотыH2N–CH–COOH | R H2N–CH–COOH H2N–CH–COOH | | СН3 СН2–ОН Аланин (АЛА) Серин (СЕР) Строение некоторых аминокислотH2N–CH–COOH H2N–CH–COOH H2N–CH–COOH | | | СН3 СН2–ОН СН2–SН Аланин (АЛА) Серин (СЕР) Цистеин (ЦИС) H2N–CH–COOH H2N–CH–COOH H2N–CH–COOH | | | CH2 CH2 CH2 | | | CH2 CH2 | | COOH CH2 | Глутаминовая CH2–NH2 Фенилаланин кислота (ГЛУ) Лизин (ЛИЗ) Соединение аминокислот друг с другомО О H2N–CH–C–OH H-N–CH–C–OH | + H | СН3 СН2–ОН О О H2N–CH–C ––– N–CH–C–OH + H2O | H | СН3 СН2–ОН Вторичная структура белкаальфа-спираль бета-структура Вторичная и третичная структуры белка0,54 нм С N CH O C N CH C N CH O H R H R O H R NH2 -COOH Связи, стабилизирующие третичную структуру белкасн3-сн-сн3 фен вал о тир сер NH3+ ЛИЗ ГЛУ ЦИС ЦИС --s-s-- -NH2 ГИДРОФОБНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ ДИСУЛЬФИДНЫЕ СВЯЗИ ИОННЫЕ СВЯЗИ ООС Н-О-СН2- Н Четвертичная структура белкаN N N N N N N N N N N N N N N N О2-- --О2 О2-- О2 О2 Венозная кровь артериальная кровь легкие О2 О2-- --О2 О2 О2 артериальная кровь венозная кровь О2 О2 --О2 О2-- О2-- --О2 --О2 Субъединичные структуры глутаминсинтетазывид сбоку вид сверху Свойства белковИмеют разную растворимость в воде Способны выпадать в осадок Имеют заряды (положительные и отрицательные) Имеют гидратную оболочку Способны менять форму молекулы Способны взаимодействовать между собой (принцип узнавания) Строение гидрофильных и гидрофобных белков -ОН -СОО- -NH2 -NH2 -OOC- НО- - -СН3 -СН3 Н3С- - - - - -СН3 -СН3 Н3С- -СОО- Н2N- -СОО- НО- мембрана Радикалы аминокислотH2N–CH–COOH H2N–CH–COOH H2N–CH–COOH | | | СН3 СН2–ОН СН2–SН аланин (АЛА) серин (СЕР) цистеин (ЦИС) H2N–CH–COOH H2N–CH–COOH H2N–CH–COOH | | | CH2 CH2 CH2 | | | CH2 CH2 | | COOH CH2 | CH2–NH2 глутаминовая кислота (ГЛУ) лизин (ЛИЗ) фенилаланин (ФЕН) мембрана Белки мембран Денатурация белкаto Высаливание белковNH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NH4CI Влияние кислотности среды на заряд белкабелок --СООН --NH2 Растворение в воде белок --NH3+ --СОО --- белок --СОО -- --NH3+ Кислая среда, избыток Н+ белок --NH3+ --СООН белок --СОО -- --NH3+ Щелочная среда, избыток ОН -- белок --СОО -- --NH2 + + Н2О Движение белков в электрическом поле (электрофорез)- - - - АНОД КАТОД + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - Электрофорез сыворотки крови+ - старт денситограмма альбумины альфа-1- бета- гамма - глобулины альфа-2 сыворотка крови Классификация белковПростые белки ( состоят только из аминокислот) Сложные белки (в состав белка входят различные вещества –углеводы, липиды, нуклеотиды, металлы, витамины и др.) Простые и сложные белкиГЕМ альбумин миоглобин Простые белкиАльбумины Глобулины Протамины Гистоны Глютелины Проламины Схема строения альбуминаГидрофобная площадка -СОО- -СОО- -СОО- -СОО- Са2+ Са2+ +Н2N- +Н2N- +Н2N- Роль альбуминаЗапасной источник аминокислот Компонент буферной системы Осмотически активный белок Переносчик жирных кислот Переносчик жирорастворимых витаминов Переносчик жирорастворимых гормонов Са-связывающий белок в сыворотке крови Роль альбуминаЗапасной источник аминокислот Компонент буферной системы Осмотически активный белок Переносчик жирных кислот Переносчик жирорастворимых витаминов Переносчик жирорастворимых гормонов Са-связывающий белок в сыворотке крови глобулины α1-глобулиновая фракция сыворотки крови антитрипсин (индикатор воспалительных заболеваний); транскортин (транспорт кортикостероидов); тироксин-связывающий белок. α2-глобулиновая фракция сыворотки крови группоспецифический глобулин гаптоглобин (образует комплекс с гемоглобином) β - глобулиновая фракция сыворотки крови трансферрин; гемопексин (образует комплекс с гемом); фибриноген. γ - глобулиновая фракция сыворотки крови Содержит иммунные глобулины (IgA; IgЕ; IgМ; IgD; IgG). Роль гистонов в структуре ДНКгистоны Цепь ДНК нуклеосома Роль протаминов и гистоновФакторы укорочения полинуклеотидной цепи Нейтрализуют кислотность ДНК Являются регуляторами транскрипции (места нуклеосом являются заблокированными) Проламины и глютелины – белки растительного происхождения Сложные белкиНуклеопротеиды Липопротеиды Хромопротеиды Фосфопротеиды Гликопротеиды Белки-ферменты Строение нуклеопротеидов нуклеиновая кислоты дезоксирибонуклеотиды рибонуклеотиды ДНК РНК дАМФ, дГМФ АМФ, ГМФ дТМФ, дЦМФ УМФ, ЦМФ азотистое основание пентоза рибоза или дезоксирибоза остаток фосфорной кислоты аденин, гуанин, тимин, урацил цитозин Строение нуклеотидаN N N NH2 N О СН2- О – Р- ОН ОH ОН О ОН Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) О СН2-О – Р-=О ОН О СН2-О – Р-=О Н О ОН О СН2-О – Р- ОН H О О H О А Т Ц первичная структура ДНК Двойная спираль ДНК (вторичная структура)O NH2 N N N N NH- N A T H3C - O N N N N NH2 N NH2 NH- O Ц Г Третичная структура ДНКгистоны Цепь ДНК нуклеосома Укладка длинной цепи ДНК в хроматиновые нити Регуляторные участки ДНКоператор промотор структурный ген полимераза (необходима для синтеза копии ДНК или и-РНК) репрессор (блокирует синтез ДНК или и-РНК) содержит информацию о строении белка Этап инициации транскрипции. Удаление репрессора.комплекс ферментов гормон Начало процесса транскрипциикомплекс ферментов Транскрипция генаТранскрипция генаТранскрипция генаТранскрипция генаТранскрипция генаДНК Транскрипция генаДНК Транскрипция генаи-РНК ДНК и-РНК «первичный транскрипт» ДНК Процессинг и-РНК интроны (не информативная экзоны (информативная часть и-РНК ) часть и-РНК) Удаление интронов с помощью «малых ядерных РНК» Соединение экзонов между собой А-А-А-А- - -А-А-А-А сар полиадениловый «хвост» Присоединение к информативной части и-РНК контактного участка «сар» и «полиаденилового хвоста». А-А-А-А- - -А-А-А-А Завершение синтеза и-РНК сар О СН2-О – Р-=О ОН О СН2-О – Р-=О ОН О ОН О СН2-О – Р- ОН ОH О О ОH О А У Ц первичная структура РНК Задача -1 Сколько нуклеотидов содержит информативная часть и-РНК, кодирующая белок, состоящий из 100 аминокислот? Задача-2 Кто читает информацию, заключенную в и-РНК? Строение т-РНКЦ Ц А У-А-Ц антикодон акцепторный участок Взаимодействие кодона с антикодоном кодон кодон кодон кодон -А-Ц-Г-А-У-Г-А-У-Ц-Г-А-У-А-Ц-Г- - - - - и-РНК У-А-Ц ЦЦА -аминокислота рибосома 18 s РНК 28 s РНК рибосомальные РНК Строение липопротеидов Клиссификация липидовПростые триацил- глицериды (жиры) Сложные Фосфолипиды Гликолипиды Стериды глицеро- цереброзиды ганглиозиды фосфолипиды сфинголипиды сульфатиды О СН2 – О – С – С17Н35 О СН – О– С – С15Н31 О СН2 – О – С – С17Н31 триацилглицерид С15Н31 СООН – пальмитиновая кислота С17Н35 СООН – стеариновая кислота С17Н33 СООН – олеиновая кислота С17Н31 СООН – линолевая кислота С17Н29 СООН – линоленовая кислота С19Н31 СООН – арахидоновая кислота Формулы высших жирных кислот ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ФОСФОЛИПИДА гидрофильная часть гидрофобная часть молекулы (остатки двух жирных кислот) (CН3)3 О N+ СН2-О-С СН3 СН2 О СН2 СН -О-С СН3 О -О-Р-О СН2 О Строение сфингомиелинаСН2- ОН Р холин СН – NН2 жирная кислота СН – ОН СН СН СН3 Строение галактоцереброзидаСН2 - О СН – NН- С – С17Н29 СН – ОН О СН СН СН3 о он он он СН2ОН ОН ОН О СН2 – О – С СН3 НО ОН О ОН О СН – О –С СН3 – О–Р О СН2 О Строение фосфатидилинозитола СН3 СН3 СН3 СН3 СН3 НО ХОЛЕСТЕРИН СН3 СН3 СН3 СН3 СН3 С17Н31 С=О О ЭФИР ХОЛЕСТЕРИНА Строение фосфолипидной молекулыГидрофильная часть гидрофообная часть Липопротеиновая частица кровиапобелок монослой липидов холестерин триглицерид ЛИПОПРОТЕИДЫ – КОМПЛЕКС ЛИПИДОВ И ОСОБЫХ БЕЛКОВ – АПОПРОТЕИНОВАПОПРОТЕИНЫ холестерин Фосфолипиды ГИДРОФИЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ триглицериды ЛИПОПРОТЕИДЫ ОТЛИЧАЮТСЯ ПО ПЛОТНОСТИ И ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКОЙ ПОДВИЖНОСТИпре--фракция -фракция -фракция Электрофорез немигрирующая фракция ЛПВП (50% протеины) ЛПОНП ЛППП ЛПНП (70% ХС) ХИЛОМИКРОНЫ ЛПОНП < 1,006 ЛППП < 1,019 ЛПНП < 1,063 холестерин триглицериды Ультра- центрифугирование плотность (г/мл) 75% ТГ 90% ТГ мембрана Белки мембран Строение хромопротеидов Молекула гемоглобинаN N N N N N N N N N N N N N N N Строение оксигемоглобинаN N N N N N N N N N N N N N N N О2 О2 О2 О2 Присоединение гема к глобинуN N N N Fe2+ ГИС ГИС Присоединение кислорода к гему гемоглобинаN N N N Fe2+ ГИС ГИС О2 О2 --О2 --О2 О2-- О2-- 3О2 О2 венозная кровь артериальная кровь О2 О2 артериальная кровь венозная кровь О2 О2 --О2 О2-- О2-- --О2 --О2 КарбоксигемоглобинN N N N Fe2+ ГИС СО МетгемоглобинN N N N Fe3+ ГИС ОН Протеинопатиии Серповидно-клеточная анемия нормальный эритроцит анемия глутаминовая кислота валин мутация Строение гликопротеинасер о о сн2он он он Nн С=О сн3 тре о о он он он сн3 СООН С О СН2 Н-С-ОН СН3-С-НN-С-Н С Н-С-ОН Н-С-ОН СН2ОН О Н О тир о о сн2он он он Nн С=О сн3 сер сер о о он он он сн3 тре о о сн2он он он Nн С=О сн3 сер о он он он он сн3 о он сн2он он он NH С=О сн3 фукоза ацетилглюкозамин Углеводы гликопротеидов СООН Н-С СН2 Н-С-ОН СН3-С-НN - С-Н С Н-С-ОН Н-С-ОН СН2ОН О Н О СООН Н-С СН2 Н-С-ОН НО-С-Н Н-С-ОН Н-С-ОН СН2ОН О Н с нейраминовая сиаловая кислота кислота Углеводы гликопротеидов Роль углеводного компонента в гликопротеинах Стабилизирует молекулу белка; Защищает белок от протеолиза (расщепления ферментами); Выполняет роль рецептора при взаимодействии с гормонами. Строение протеогликанагиалуроновая кислота связывающие белки сердцевинный белок хондроитинсульфат COOH СН2ОН он он NH n Строение фрагмента гиалуроновой кислоты О О О C=OCH3 глюкуроновая к-та ацетилглюкозамин НО О О COOH СН2OSO3H он он NH n Строение фрагмента хондроитинсульфата О О О C=OCH3 глюкуроновая к-та ацетилглюкозаминсульфат НО О О Роль протеогликанов в организме человека Повышает прочность оболочек клеток (плазматической мембраны); Проявляет свойство универсального клея. В виде аморфного вещества упрочняет костную и соединительную ткань; Является главным смазочным материалом суставных поверхностей; В виде слизей покрывает поверхность эпителия желудка и кишечника от разрушения протеолитическими ферментами. -О-Р=О О О -О-Р=О О О -О-Р=О О О -О-Р=О О О О=Р-О- О О О=Р-О- О О О=Р-О- О О Строение фосфопротеина Биологические значение фосфорилирования белков. Является главной реакцией активации ферментов; Фосфопротеиды обладают свойством присоединять к молекуле ионы кальция. Фосфопротеиды молока (казеиногены) являются основным источником Са и Р для растущего организма. |