1-МОДУЛЬ-ПО-БИОХИМИИ. Статистическая биохими представление об углеводах. Классификация углеводов
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
1 МОДУЛЬ ПО БИОХИМИИ. СТАТИСТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ 1. Представление об углеводах. Классификация углеводов. Углеводы – это органические вещества с общей формулой C n (H 2 O) m Классификация углеводов моносахариды олигосахариды полисахариды В зависимости от числа углерода делятся на: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы (например, глюкоза, фруктоза, галактоза) Содержат несколько моносахаридных звеньев (8-10): ди-, три-, тетрасахариды (например, сахароза, мальтоза, лактоза, целлобиоза) гомополисахариды гетерополисахариды Крахмал, гликоген, клетчатка Гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты 2. Структура углеводов (моносахаридов, олигосахаридов, полисахаридов). Биологическая роль углеводов. 1. Моносахариды: Глюкоза (виноградный сахар) – важнейший источник энергии. Производные глюкозы – глюкозамин, ацетилглюкоза – компоненты гликопротеинов и глюкозаминогликанов соединительной ткани. Преимущество глюкозы состоит в её способности окисляться как в аэробных, так и анаэробных условиях. Галактоза – моносахарид, изомер глюкозы. Содержится в животных и растительных организмах, в том числе в некоторых микроорганизмах. Один из основных и важных элементов, входящий в питание грудных детей. Основной путь метаболизма галактозы в организме человека связан с превращением в глюкозу. В молочной железе используется для получения лактозы при образовании молока. Также галактоза используется при синтезе гетерополисахаридов. Фруктоза – изомер глюкозы, благодаря включению в процесс гликолиза выполняет энергетическую функцию. Один из наиболее распространённых в природе сахаров: встречается как в индивидуальном состоянии, так и в составе дисахаридов (сахарозы и полисахаридов (инсулина). Основной путь метаболизма фруктозы в организме человека связан с превращением в глюкозу. Рибоза и дезоксирибоза – входят в состав нуклеотидов мономеров нуклеиновых кислот, а также в состав свободных нуклеотидов (АТФ, ГТФ, цАМФ, НАД, ФАД, ФМН) 2. Олигосахариды: Мальтоза – промежуточный продукт гидролиза крахмала и гликогена, в мальтозе два остатка альфа-глюкозы связаны альфа-1,4-гликозидной связью. Содержится в солоде, проростках злаков. Сахароза (пищевой сахар) – олигосахарид, в котором остатки альфа-глюкозы и бета- фруктозы связаны 1,2-гликозидной связью. Присутствует в большинстве фруктов, в ягодах и в некоторых овощах, в наибольшем количестве содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике Лактоза (молочный сахар) – олигосахарид, в котором остаток бета-галактозы связан с глюкоза связан с глюкозой бета-1,4-гликозидной связью. Является источником галактозы в организме человека. 3. Полисахариды: 3.1. Гомополисахариды: Гликоген – резервный полисахарид животных (является депо глюкозы, синтезируется во время еды и расходуется между приёмами пищи), находится в цитоплазме многих типов клеток, но в наибольшей мере в гепатоцитах и миоцитах. Сильно разветвлен (помимо 1,4- гликозидных связей линейной последовательности, существуют 1,6-гликозидные связи – точки ветвления), за счёт чего гликоген компактно уложен. Целлюлоза – структурный гомополисахарид растений. Состоит из остатков бета- глюкозы, соединённых бета-1,4-гликозидной связью. Целлюлоза имеет волокнистую структуру и абсолютно нерастворима в воде. В организме человека не переваривается из-за отсутствия бета-гликозидаз. Механически действуя на нервные окончания стенок кишечника, стимулирует его моторную функцию, стимулирует секрецию пищеварительных соков, нормализует жизнедеятельность кишечной микрофлоры, способствует выведению из организма токсических продуктов экзо- и эндогенного происхождения, а также холестерина. 3.1. Гетерополисахариды: Гиалуроновая кислота – структурный гетерополисахарид, состоящий из глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина, соединённых поочередно бета-1,4- и бета-1,3- гликозидными связями. Находится в стекловидном теле глаза, в синовиальной жидкости, в межклеточном пространстве. Является главным компонентом биологической смазки, важный компонент суставного хряща, удерживает воду (обеспечивает тургор тканей), участвует в регенерации тканей Хондроитин-6-сульфат – структурный сульфатированный гетерополисахарид, состоящий из цепи переменных сахаров N-ацетилгалактозамина и глюкуроновой кислоты, соединённых поочерёдно бета-1,4- и бета-1-3-гликозидными связями. Способствует отложению кальция в костях. Стимулирует синтез гиалуроновой кислоты, укрепляя соединительнотканные структуры: хряща, сухожилий, связок. Сохраняет воду к толще хряща в виде водных волостей, что повышает прочность соединительной ткани. Угнетает действие специфических ферментов, разрушающих соединительную ткань (эластаза, пептилаза, катепсин и др.) Гепарин – сульфатированный гетерополисахарид, состоящий из альфа-глюкозамина и глюкуроновой кислоты, соединённых 1,4-гликозидными связями. Является антикоагулянтами прямого действия – препутствует свёртыванию крови. Функции углеводов: 1. Энергетическая (питательная, трофическая). При окислении 1г углеводов образуется 17кДж или 4,1 ккал энергии 2. Резервная (запасающая) – гликоген в печени – резервный полисахарид 3. Защитно-механическая (опорная) – гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат выстилают поверхность суставов, заполняют суставную сумку. 4. Осмотическая, определяемая уровнем глюкозы в крови 5. Рецепторная (сигнальная) обеспечивается гликопротеиновыми рецепторами биомембран 6. Регуляторная – некоторые гормоны являются гликопротеинами (лютеинизирующий, фолликулостимулирующий, тиреотропный гормоны и т.д.) 7. Структурная (пластическая) – рибоза и дезоксирибоза как структурные компоненты нуклеиновых кислот, участвующих в пластическом обмене 3. Представления о липидах. Классификация липидов. Основные представители Липиды – органические вещества, являющиеся сложными эфирами высших карбоновых кислот и многоатомных спиртов (глицерина, сфингозина); могут иметь дополнительные компоненты в виде остатков фосфорной кислоты и углеводов. Классификация липидов Омыляемые Неомыляемые Простые Сложные Являются производными холестерина (стероидные гормоны, жирные кислоты) и холестеридами Воска, нейтральные жиры (триацилглицеролы) Гликолипиды Фосфолипиды Ганглиозиды, цереброзиды Глицерофосфолипиды (кефалин, лецитин), сфингомиелины Функции липидов: 1. Структурная (строительная): фосфолипиды – структурные компоненты биологических мембран, за счёт из амфифильности они способны образовывать билипидный слой с гидрофильными головками и гидрофобными хвостами. Сфингомиелины, гликолипиды образуют миелиновые оболочки и другие мембраны нервных тканей. 2. Энергетическая: при окислении 1г жира образуется 38,9 кДж или 9,3 ккал энергии 3. Запасающая (резервная): в организме жиры запасаются в виде ТАГ 4. Защитная (механическая): подкожно-жировая клетчатка защищает нижележащие ткани от механических повреждений 5. Теплоизоляционная: ТАГ в составе подкожной жировой клетчатки 6. Регуляторная: фосфотидилинозитолы являются внутриклеточными посредниками в действии гормонов (инозитолтрифосфатная система). Принимают участие в регуляции иммуногенеза, гемостаза, обеспечивают протекание воспалительных, аллергических, пролиферативных реакций 7. Гормональная: из холестерина образуются стероидные гормоны: половые и кортикоиды 8. Источники для синтеза БАВ, например, их холестерина синтезируются витамин Д, желчные кислоты 9. Являются растворителями для жирорастворимых витаминов (А, Д, Е, К, F) 10. Сигнальная (рецепторная): гликолипиды мембран обеспечивают межклеточное взаимодействие 4. Структура триацилглицеринов, их биологические функции Триацилглицериды – продукты этерификации карбоновых кислот и трёхатомного спирта глицерина. В организме человека ТАГ предохраняют организм от потерь тепла – теплоизоляция, а окружающие внутренние органы – от механических повреждений, являются источником энергии, источником эндогенной воды, в составе липопротеинов участвуют в транспорте жирных кислот и холестерина по кровяному руслу. 5. Структура фосфолипидов, их функции в организме человека Фосфолипиды – сложные эфиры многоатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. Содержат остаток фосфорной кислоты и соединённый с ней аминоспирт – серин, этаноламин, холин. Являются производными фосфатидной кислоты. Выполняют в клетке следующие функции: 1. структурную (фосфатидилсерин и фосфатидилинозитол располагаются во внутреннем слое мембраны, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилхолин – во внешнем) 2. накопление энергии и передачу сигналов клеткой (из фосфатидилэтаноламина образуются ДАГ, фосфатидная кислота и некоторых жирные кислоты, из фосфатидилинозитола – ДАГ И ИФ 3 ) 3. обеспечивают текучие и пластические свойства мембран клеток и клеточных органелл. Фосфолипиды – структурный компонент биологических мембран, обеспечивают избирательную проницаемость мембран и избирательный транспорт веществ через мембраны. 6. Структура сфинголипидов, их функции в организме человека Сфингомиелин – состоит из сфингозина, соединённого сложноэфирной связью с фосфохолином или с фосфоэтаноламином и амидной связью с жирной кислотой. Сфингомиелин локализуется на внешнем слое липидного бислоя клеточной мембраны миелиновой оболочки аксонов и может участвовать в передачи клеточного сигнала. 7. Холестерин и его роль в организме Холестерин – полициклический липофильный спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех животных и человека. Холестерин обеспечивает устойчивость клеточных мембран в широком интервале температур. Он необходим для выработки витамина Д, образования надпочечниками различных стероидных гормонов (кортизол, альдостерон, половые гормоны) и желчных кислот – конечных продуктов метаболизма холестерина. 8. Мембраны. Строение, свойства мембран Биологические мембраны – это структуры, которые ограничивают содержимое клеток (клеточная или цитоплазматическая мембрана) и внутриклеточных органелл (внутриклеточные мембраны). Согласно современным представлениям основу мембран составляет двойной липидный слой, на котором и в толще которого находятся белки. Липидный слой образован двумя рядами липидов, гидрофобные радикалы которых спрятаны внутрь, а гидрофильные группы обращены наружу и контактируют с водной средой. Гидрофильные группы липидов мембран называют гидрофильной (полярной) «головкой», а гидрофобные радикалы, которые представлены углеводородными цепями жирных кислот, входящих в состав молекулы липидов называют гидрофобными «хвостами». Большинство липидов мембран представлены фосфолипидами (фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилинозитол), гликосфинголипидами и холестерином. Белки по расположению их в мембране и способу ассоциации с двойным липидным слоем можно разделить на интегральные и периферические. Интегральные белки погружены в липидный бислой на определённую глубину или пронизывают мембрану насквозь. Молекулы периферических белков располагаются на поверхности мембраны. Для мембран характерны следующие свойства: 1. Текучесть (жидкостность) мембраны – способность компонентов мембраны к движению. 2. Асимметричность мембраны – выражается в различном расположении белков, липидов и углеводов в мембране. 3. Замкнутость – у мембраны нет свободных краёв. 4. Динамичность мембраны – липиды и белки, входящие в структуру мембраны могут двигаться: а) в плоскости мембраны – латеральная диффузия – меняются местами с соседними молекулами в пределах одного монослоя б) вращаться вокруг своих продольных осей – вращательная диффузия в) переходить из одного монослоя в другой – поперечная диффузия (осуществляется редко, характерна для липидов, белки к такому переходу не способны). 5. Способность к самосборке. 6. Транспорт веществ. 9. Функции мембран Плазматическая мембрана: обеспечивает перенос вещества из межклеточной среды в клетку и в обратном направлении, электрическую возбудимость, посредством белков- рецепторов, взаимодействие клетки с гормонами и другими регуляторными молекулами, межклеточные взаимодействия Ядерная мембрана: окружает ядерный материал, состоит из внешней и внутренней мембран, имеет поры, через которые РНК проникают из ядра в цитоплазму, а регуляторные белки из цитоплазмы в ядро Эндоплазматический ретикулум: обеспечивает биосинтез секреторных, лизосомальных и мембранных белков, микросомальное окисление нормальных метаболитов и чужеродных веществ, синтез стероидов и фосфолипидов Мембрана аппарата Гольджи: участвует в посттрансляционной модификации белков, синтезированных в ЭР, предназначенных для секреции, включения в плазматическую мембрану или доставки в лизосомы Митохондриальная мембрана: образована 2 мембранами – наружной и внутренней, разделенными межмембранным пространством. Внутренняя мембрана содержит ферменты, участвующие в транспорте электронов и синтезе АТФ (окислительное фософорилирование) Мембрана лизосом: обеспечивает поддержание кислой среды (рН 5,0), необходимой для действия гидролитических ферментов (протеаз, липаз), ответственных за деградацию макромолекул и клеточных компонентов 10. Транспорт веществ через мембраны. Виды Выделяют несколько видов транспорта веществ через мембрану: 1. Пассивный транспорт – вещества поступают в клетку по градиенту концентрации или электрохимическому градиенту а) простая диффузия – транспорт веществ по градиенту концентрации без участия специальных белков – переносчиков. Таким образом осуществляется перенос О2, СО2, ряда низкомолекулярных жирорастворимых веществ и др. б) облегчённая диффузия – транспорт веществ по градиенту концентрации при участии специальных белков-переносчиков; характерна для водорастворимых веществ, аминокислот, углеводов, некоторых ионов и др. 2. Активный транспорт – транспорт веществ против градиента концентрации или электрохимического градиента, требующий затрат энергии а) первично-активный транспорт – использует энергию АТФ или окислительно- восстановительного потенциала (Na+, К+-АТФаза, Са2+-АТФаза) б) вторично-активный транспорт – использует градиент ионов (Н+ , К+ , Nа+ и др.), созданный на мембране за счёт работы системы первично-активного транспорта: При этом если ионы и вещество переносятся в одном направлении, то такой транспорт называется симпортом, а в противоположных направлениях – антипортом. 3. Цитоз – перенос макромолекул; связан с нарушением целостности мембраны с последующим восстановлением: из компонентов мембраны образуются везикулы, содержащие транспортируемое вещество. Перенос веществ внутрь клетки называется эндоцитоз, из клетки – экзоцитоз. Путем экзоцитоза проникают в клетку вирусы и бактерии, а также различные токсины. 11. Белки – основа всех процессов жизнедеятельности. Мономеры белков – аминокислоты. Классификация аминокислот Белки – это природные высокомолекулярные соединения, построенные из остатков альфа-аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Аминокислоты – органические вещества с двумя функциональными группами –COOH и –NH 2 Классификация аминокислот по растворимости Гидрофильные (повышают растворимость белков) Гидрофобные (понижают растворимость белков) Полярные незаряженные (0) Полярные заряженные Неполярные с алифатическим радикалом Неполярные с ароматическим радикалом Глицин, Серин, Треонин, Аспаргин, Глутамин, Цистеин, Тирозин (+) (-) Аланин, Валин, Лейцин, Изолейцин, Пролин, Метионин Фенилаланин, Триптофан Лизин, Аргинин, Гистидин Аспартат, Глутамат Классификация аминокислот по питательной ценности: 1. Незаменимые (не могут синтезироваться в организме человека) – фенилаланин, метионин, треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин 2. Условно заменимые аминокислоты (синтезируются в организме человека из незаменимых аминокислот) – тирозин (синтезируется из фенилаланина) и цистеин (синтезируется из метионина) 3. Частично заменимые (могут синтезироваться в организме, но в недостаточном количестве, поэтому должны поступать с пищей) – аргинин, гистицин 4. Заменимые аминокислоты (легко синтезируются в клетках) – глицин, аспарагиновая кислота, аспарагин, глутаминовая кислота, глутамин, серин, пролин, аланин 12. Биологические функции белков Функции белков: 1. Структурная – поддерживают форму и стабильность клеток и тканей 2. Каталитическая или ферментативная (ферменты – это специфические белки, играющие роль биологических катализаторов) 3. Транспортная (например, гемоглобин – осуществляет транспорт кислорода и углекислого газа) 4. Защитная – от возбудителей заболеваний наш организм защищает иммунная система, ключевым компонентом которой являются иммуноглобулины, которые по химической структуре являются белками 5. Сократительная и двигательная (например, белки мышечной ткани – миозин и актин) 6. Рецепторная 7. Резервная 13. Классификация белков (по физико-химическим свойствам, функциональным и структурным признакам) 1. По химическому строению: - простые белки – те белки, которые в своём составе содержат только аминокислоты. В качестве наиболее часто встречающихся простых белков можно отметить альбумины, гистоны, протамины. Альбумины и глобулины это глобулярные белки, которые содержатся в плазме крови и выполняют транспортную и регуляторную функции. Основные функции гистонов – структурная (стабилизация пространственной структуры ДНК) и регуляторная (способность блокировать передачу генетической информации от ДНК к РНК). - сложные белки - те белки, которые в своём составе кроме аминокислот содержат еще небелковый компонент (простетическую группу), например, углеводсодержащие белки, металлопротеины, хромопротеины, липопротеины, нуклеопротеины 2. По кислотно-основным свойствам: - кислые белки – в своём составе преимущественно содержат глутамат и аспартат; имеют отрицательный суммарный заряд; рI лежит при рН < 7; к ним относят, например, альбумины - основные белки – в своём составе преимущественно содержат лизин, аргинин и гистидин; имеют положительный суммарный заряд; рI лежит при рН > 7; к ним относят, например, протамины и гистоны - нейтральные белки – имеют нулевой суммарный заряд; рI лежит при рН = 7 |