Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Биологическая химия как наука, предмет и задачи, методы исследования

Биохимия это наука о природе и свойствах веществ, входящих в состав живых организмов, путях биосинтеза и использования этих веществ различными организмами в процессе жизнедеятельности.

Цель биохимии состоит в том, чтобы понять, каким образом взаимодействия биомолекул друг с другом порождают описанные выше особенности живого состояния.

Как самостоятельная научная дисциплина и как отдельный предмет преподавания биохимия сложилась в середине ХIХ века на основе органической химии и физиологии, изучавшими с различных сторон вопросы химии жизни. белок декарбоксилирование аминокислота жир

В учебных целях биохимию принято делить на статическую и динамическую. Статическая биохимия изучает количественные соотношения, природу и свойства веществ, образующих живой организм. Этот раздел биохимии в значительной мере базируется на материале органической химии. Динамическая биохимия изучает все химические превращения вещества, происходящие в процессе жизнедеятельности организмов, и сопровождающие эти превращения изменения энергии. Статическая и динамическая биохимии тесно связаны между собой нельзя понять биохимические процессы, идущие в живом организме, не зная его состава и химической природы образующих его веществ.

В зависимости от объекта или направления его исследования различают биохимию человека, биохимию животных, биохимию растений, биохимию микроорганизмов, техническую биохимию, радиационную биохимию и т. п.

2. Белок как основа живой природы. Элементарный состав. Роль в процессах жизнедеятельности

Белки - это азотсодержащие, высокомолекулярные органические соединения, состоящие из аминокислот, соединенных в цепи с помощью пептидных связей и имеющие сложную структурную организацию.

Независимо от источников получения белки содержат при пересчете на сухое вещество (в %): углерода 50-55, кислорода 21-24, азота 15-18, водорода 6,5 - 7,3, серы 0,3 - 2,5 , фосфора 0 -2, золы 0 - 0,5.

Одни и те же аминокислоты присутствуют в различных по структуре и функциям белках. Индивидуальность белковых молекул определяется порядком чередования аминокислот в белке.

Общая формула АК

Функции

С т р о и т е л ь н а я (с т р у к т у р н а я) ф у н к ц и я. Белки образуют основу цитоплазмы любой живой клетки, с липидами создают структуру всех клеточных мембран и органелл.

К а т а л и т и ч е с к а я ф у н к ц и я. Все катализаторы биохимических реакций, называемые ферментами, по своей химической природе являются белками.

Д в и г а т е л ь н а я ф у н к ц и я. Любые формы движения в живой природе (сокращение и расслабление мышц, движение ресничек и жгутиков у простейших) осуществляется белковыми веществами клеток.

Т р а н с п о р т н а я ф у н к ц и я. В крови имеются белки, которые могут связывать и переносить определенные молекулы или ионы из одного органа в другой. В клеточных мембранах присутствует тип белков, способных связывать многие вещества и переносить их через мемрану.

З а щ и т н а я ф у н к ц и я. Многие белки защищают организм от вторжения других организмов или предохраняют его от повреждений. Антитела, образующиеся в организме - это специфические белки, обладающие способностью распознавать проникшие в организм бактерии, чужеродные белки, токсины, а затем обезвреживать их. Белки, участвующие в процессе свертывания крови, предохраняют организм от потери крови при повреждении кровеносных сосудов.

Р е г у л я т о р н а я ф у н к ц и я. Некоторые белки участвуют в регуляции обмена веществ в организме. Одни из регуляторных белков вырабатываются железами внутренней секреции животных и носят название гормонов.

З а п а с н а я (п и щ е в а я) ф у н к ц и я. Семена многих растений образуют запасы белков, потребляемые как питательные вещества на первых стадиях развития зародыша. Пищевые белки имеются в яйце птиц, молоке и т.д.

3. Молекулярная масса белка. Формы белковых молекул. Физ.-хим. свойства

Молекулярная масса белков колеблется от 6 000 до 1 000 000 Дальтон и выше, она зависит от количества аминокислотных остатков в полипептидной цепи (инсулин - 5700Д, Пепсин- 35 000Д, гемоглобин - 65 000Д).

Белки имеют различную форму, но выделяют две основных группы: глобулярные (шарообразные) и фибриллярные (веретенообразные). Глобулярные белки более компактны, в этих белках гидрофильные группы расположены преимущественно снаружи, а гидрофобные - внутри, образуя ядро.

Физико-химические свойства белков:

Структура белка определяет его свойства. Существует несколько групп свойств.

I. Электрохимические свойства белков:

1. белки - амфотерные полиэлектролиты (амфолиты). Это достигается за счет наличия концевых СОО^- и NH₃⁺ групп, а также ионогенных групп боковых радикалов (ГЛУ, АСП, ЛИЗ, АРГ, ГИС)

2. буферность белков (поддержка рН среды).

3. наличие заряда в белковой молекуле. Обусловлено соотношением кислых и основных АК, а также ионизацией бокового радикала. Степень ионизации зависит от рН среды. Так, если среда кислая, то ионизация СООН групп заторможена и белок приобретает «+» заряд. В щелочной среде заторможена ионизация NH₂ групп и белок заряжается «--».

Изоэлектрическое состояние белка наступает, когда заряд белковой молекулы равен 0, а рН среды, при котором белок находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрической точкой (рI). Она определяется соотношением кислых и основных радикалов. У большей части белков цитоплазмы рI меньше 7, т.е. эти белки кислые; у ядерных белков больше 7, т.е. они основные. Наличие заряда используется для разделения белков с помощью электрофореза - движения белков в электрическом поле. Наличие заряда обусловливает устойчивость в растворе. В изоэлектрическом состоянии белки наименее устойчивы и выпадают в осадок.

II. Гидрофильные свойства.

Белки хорошо связываются водой, обусловлено наличием полярных гидрофильных групп. Гидрофильность белков обусловлена полярными заряженными и полярными незаряженными группами, расположенными на поверхности их молекул. Полярными заряженными группами в молекуле белка являются радикалы лизина, гистидина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот; полярными незаряженными - радикалы серина, треонина, тирозина, цистеина, аспарагина, глутамина и др. Гидрофильные вещества легко растворяются в воде и водных растворах.

В результате гидратации вокруг заряженных молекул белка образуется электрозаряженный водный слой (гидратная оболочка), состоящая из молекул воды. Вокруг электронейтральных молекул белка гидратная оболочка не образуется.

Гидратная оболочка препятствует агрегации белковых частиц и тем самым способствует устойчивсти раствора белка. Таким образом, заряд и гидратная оболочка являются важными факторами, обусловливающими устойчивость белковых растворов.

III. Растворимость белков.

Чем больше полярных групп содержит белок, тем больше он растворим. Глобулярные белки растворяются лучше. Растворимость белков зависит от 2-х факторов:

- наличия заряда;

- образования гидратной оболочки.

Чтобы осадить белок, необходимо ликвидировать эти 2 фактора. Осаждение белков с помощью нейтральных солей называется высаливание - обратимое осаждение. После удаления высаливающегося фактора белок сохраняет все свои свойства.

IV. Коллоидные свойства.

V. Денатурация.

4. Уровни струк. организации белков. Внутримолекул. связи

Структура белковых молекул отличается значительной сложностью и своеобразной организацией. Различают 4 уровня структурной организации белка.

Первичная структура - это последовательность аминокислот в полипептидной цепи, соединенных пептидными связями (прочные ковалентные).

Вторичная структура - это конфигурация полипептидной цепи в пространстве, образующаяся в результате взаимодействий между функциональными группами, входящими в состав пептидного остова. Отдельные участки полипептидной цепи существуют в виде -спирали, бета- структуры (складчатого листа), нерегулярные вторичные структуры (кольца, изгибы, петли). Большое количество водородных связей.

Третичная структура - это способ укладки полипептидной цепи в пространстве в виде компактной упаковки, за счет связей между радикалами. В поддержании третичной структуры важную роль играют слабые, но многочисленные водородные связи, ионные и гидрофобные взаимодействия, а также сильные дисульфидные (ковал.) связи.

Четвертичная структура - это высший уровень структурной организации, возможный не у всех белков. Под четвертичной структурой понимают способ укладки в пространстве полипептидных цепей и формирование единого в структурном и функциональном отношениях макромолекулярного образования. Четвертичную структуру стабилизируют нековалентные связи, которые возникают между контактными площадками протомеров. Например гемоглобин.

Типы связей между аминокислотами в белке.

Существует 2 группы связей:

1. Ковалентные - обычные прочные химические связи.

Пептидная связь.

Формируется за счет COOH-группы одной аминокислоты и NH₂-группы соседней аминокислоты. Устойчива.

Дисульфидная связь - между остатками цистеина (внутримолекулярная связь).

2. Нековалентные (слабые) - физико-химические взаимодействия родственных структур. В десятки раз слабее обычной химической связи. Водородные - между НО-, СООН-, NH2-группами радикалов АК (возникает между боковыми цепями АКи пептидными связями

Если водородные связи повторяются многократно, то - прочность.

Ионная связь - между СОО--группами глутамата и аспартата и NH3+-группами лизина и аргинина (относится к электростатическим вз-ям).

Гидрофобное взаимодействие -- между остатками алифатических и ароматических АК (отражает взаим-ие неполярных групп)

5. Первичная структура белка, видовая специфичность первич. стр-ры. Зависимость биол-х свойств белка от перв-й стр-ры

Первичная структура - это последовательность аминокислот в полипептидной цепи, соединенных пептидными связями.

Видовая специфичность - каждый вид растений и животных имеет особый, только ему присущий набор белков.

Последовательность и соотношение АК в первичной структуре определяет формирование вторичной, третичной и четвертичной структур.

В организме человека насчитывают около 50 000 индивидуальных белков. Видовая и индивидуальная специфичность набора белков в данном организме определяет особенности его строения и функционирования. Набор белков в дифференцирующихся клетках одного организма определяет морфологические и функциональные особенности каждого типа клеток. Одни и те же АК присутствуют в различных по структуре и функциям белках. Индивидуальность белковых молекул определяется порядком чередования АК в белке.

6. Конформация белковых молекул. Зависимость конформации от первичной структуры

Пептидные цепи содержат десятки, сотни и тысячи аминокислотных остатков, соединенных прочными пептидными связями. За счет внутримолекулярных взаимодействий (нековалентные связи) белки образуют определенную пространственную структуру, называемую "конформация “белков.

Вторичная структура белка - это способ укладки полипептидной цепи в более компактную структуру, при которой происходит взаимодействие пептидных групп с образованием между ними водородных связей. Можно выделить два возможных варианта вторичной структуры: б-спираль (б-структура) и в-складчатый слой (в-структура).

б-Спираль. Данная структура является правозакрученной спиралью, образуется при помощи водородных связей между пептидными группами 1-го и 4-го, 4-го и 7-го, 7-го и 10-го и так далее аминокислотных остатков. Формированию спирали препятствуют пролин и гидроксипролин, которые обуславливают "перелом" цепи, ее резкий изгиб. Высота витка спирали составляет 0,54 нм и соответствует 3,6 аминокислотных остатков.

в-Складчатый слой. В этом способе укладки белковая молекула лежит "змейкой", удаленные отрезки цепи оказываются поблизости друг от друга. В результате пептидные группы ранее удаленных аминокислот белковой цепи способны взаимодействовать при помощи водородных связей. Ориентация реагирующих участков может быть параллельна (когда соседние цепи идут в одном направлении) или антипараллельна (цепи идут в противоположном направлении.

Третичная структура - это укладка полипептидной цепи в глобулу ("клубок"). Наряду с б-спиралью и в-структурой в третичной структуре обнаруживается так называемая неупорядоченная конформация, которая может занимать значительную часть молекулы.

АК принимают участие в формировании третичной структуры, образуя связи своими функциональными группами (радикалами), например: 1)водородные - между НО-, СООН-, NH2-группами радикалов АК (возникает между боковыми цепями АКи пептидными связями), 2) дисульфидные - между остатками цистеина (внутримолекулярная связь), 3)гидрофобные - между остатками алифатических и ароматических АК (отражает взаим-ие неполярных групп), 3) ионные - между СОО--группами глутамата и аспартата и NH3+-группами лизина и аргинина (относится к электростатическим вз-ям).

Важное значение в формировании третичной структуры белковой молекулы имеют последовательность аминокислотных остатков полипептидной цепи, размер, форма и полярность радикалов аминокислотных остатков.

Четвертичная структура-объединение неск-хмол-л (глобул) в четном кол-ве (димеры, тетрамеры, гексамеры). ПР.: гемоглобин, а-2, В-2.

7. Способность к специфическим взаимодействиям как основа всех биологических функций белков. Типы природных лигандов

Активный центр белка - это центр связывания белка с лигандом. На поверхности глобулы образуется участок, который может присоединять к себе другие молекулы называемые лигандами. Активный центр белка формируется из боковых групп аминокислот, сближенных на уровне третичной структуры. В линейной последовательности пептидной цепи они могут находиться на расстоянии значительно удаленном друг от друга. Уникальные свойства активного центра зависят не только от химических свойств формирующих его аминокислот, но и от их точной взаимной ориентации в пространстве. Белки проявляют высокую специфичность при взаимодействии с лигандом. Высокая специфичность взаимодействия белка с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры активного центра белка структуре лиганда. Комплементарность - это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих молекул.

В основе функционирования белков лежит их специфическое взаимодействие с лигандами. 50000 индивидуальных белков, содержащих уникальные активные центры, способные связываться только со специфическими лигандами и, благодаря особенностям строения активного центра, проявлять свойственные им функции. Очевидно, в первичной структуре содержится информация о функции белков.

Виды лигандов:

1) Лиганд белка-фермента - субстрат.

2) Лиганд траспортного белка - транспортируемое вещество (гемоглобин-кислород).

3) Лиганд антитела (иммуноглобулина) - антиген.

4) Лиганд рецептора гормона или нейромедиатора - гормон или нейромедиатор.

8. Классификация белков. Принципы. Фибриллярные и глобулярные

Белки можно классифицировать:

· по происхождению (животные, растительные, микробные);

· по форме белковых молекул (глобулярные - округлые или фибриллярные - нитевидные);

· по выполняемым функциям (транспортные, структурные, защитные, регуляторные и др.);

· по структурным признакам и химическому составу белки делятся на две группы: простые и сложные. Простые белки представлены только полипептидной цепью, состоящей из аминокислот. Сложные белки имеют в своем составе белковую часть и небелковый компонент (простетическую группу);

· по кислотно-основным свойствам (кислые, щелочные, нейтральные).

По форме молекул белки делят на глобулярные и фибриллярные.

Глобулярными являются белковые молекулы, у которых свертывание полипептидных цепочек привело к образованию сферической структуры. Среди них встречаются строго шаровидные, эллипсовидные и палочкообразные. Глобулярные (шаровидная первич.структура) белки имеют более компактную структуру, их гидрофобные радикалы в большинстве своём спрятаны в гидрофобное ядро, и они значительно лучше растворимы в жидкостях организма, чем фибриллярные белки (исключение составляют мембранные белки). Например, ферменты, гормоны, транспортные белки - гемоглобин, альбумин. Многие белки в живой природе являются глобулярными.

Фибриллярные белки образуют длинные высокоасимметричные нити. Многие из них выполняют структурную или механическую функцию. Таковы коллаген, кератины, фиброин, эластаза.

Глобулярные белки, как правило, обладают хорошей биологической ценностью -- усваиваются в процессе пищеварения, в то время как многие фибриллярные белки -- нет.

9. Общая характеристика простых белков

В зависимости от химического состава все белковые вещества разделили на две группы: п р о с т ы е белки и с л о ж н ы е белки. Простые белки построены из аминокислот. Сложные белки состоят из какого-либо простого белка и небелкового компонента, называемого простетической группой. Простые белки

Гистоны - тканевые белки многочисленных организмов, связаны с ДНК хроматина. Это белки небольшой молекулярной массы (11-24 тыс.Да). Обл-ет основными свойствами. Гистоны имеют только третичную структуру, сосредоточены в основном в ядрах клеток. В составе гистонов преобладают диаминомонокарбоновые аминокислоты аргинин, лизин. Основная функция гистонов - структурная и регуляторная. Структурная функция состоит в том, что гистоны участвуют в стабилизации пространственной структуры ДНК, а следовательно, хроматина и хромосом. Регуляторная функция заключается в способности блокировать передачу генетической информации от ДНК к РНК.

Протамины - своеобразные биологические заменители гистонов, но отличаются от них составом и структурой. Это самые низкомолекулярные белки (М - 4-12 тыс. Да), обладают резко выраженными основными свойствам из-за большого содержания в них аргинина (80%).

Протамины выполняют как и гистоны, структурную функцию, однако не выполняют регуляторную.

Альбумины и глобулины. (А) и (Г)

А и Г белки, которые есть во всех тканях. Сыворотка крови наиболее богата этими белками.

Альбумины-белки относительно небольшой молекулярной массы (15-70 тыс. Да); они имеют отрицательный заряд и кислые свойства, содержат много глутаминовой аминокислоты. Играют важную роль в поддержании осмотического давления крови.

Характерным свойством альбуминов является их высокая адсорбционная способность. Они адсорбируют полярные и неполярные молекулы, выполняя транспортную роль. Это неспецифические переносчики они транспортируют гормоны, холестерол, билирубин, лекарственные вещества, ионы кальция. Связывание и перенос длинноцепочных жирных кислот - основная физиологическая функция сывороточных альбуминов. Альбумины синтезируются преимущественно в печени и быстро обновляются. Глобулины - белки с большей, чем альбумины молекулярной массой. Глобулины слабокислые или нейтральные белки. В животных организмах глобулины выполняют защитную, транспортную и некоторые другие функции.

Проламины и глютелины

Это группа растительных белков, которые содержатся исключительно в клейковине семян злаковых растений, где выполняют роль запасных белков. Наиболее изучены белки глиадин (пшеница) и зеин (кукуруза).

Протеиноиды

Белки опорных тканей (костей, хрящей, сухожилий, связок ), кератины - белки волос, рогов, копыт, коллагены - белки соединительной ткани, эластин - белок эластических волокон.

Все эти белки относятся к фибриллярным, не гидролизуются в желудочно - кишечном тракте. Коллаген составляет 25-33 % от общего количества белка организма взрослого человека или 6 % от массы тела. Пептидная цепь коллагена содержит около 1000 аминокислотных остатков, из которых каждая 3-я аминокислота - глицин, 20% составляют пролин и гидроксипролин, 10% аланин. Эластин - это основной структурный компонент эластических волокон, которые содержатся в тканях обладающих значительной эластичностью (кровеносные сосуды, связки, легкие). В составе эластина содержится много гидрофобных аминокислот (глицина, валина, аланина, лейцина, пролина).

10. Общая характеристика сложных белков

В состав сложных белков входит белковая часть и какая-либо небелковая (простетическая) группа. В зависимости от химической природы простетической группы различают: хромопротеины, фосфопротеины, липопротеины, гликопротеины, металлопротеины, нуклеопротеины.

1. Хромопротеины. Это белки, простетическая группа которых имеет окраску. К ним относятся многие белки, содержащие металлы. Например, церулоплазмин -- белок, содержащий медь, имеет синюю окраску. Белки, содержащие железо: гемоглобин, миоглобин, цитохромы. Они имеют красную окраску. Присутствие витамина B₂ придает белкам желтый цвет (флавопротеины).

Простетическая группа хромопротеинов связана с гистидином полипептидной цепи координационными связями.

2. Гликопротеины. Это белки, простетическая группа которых содержит углеводы. Углевод соединяется с белковой частью ковалентными связями. В соединении с углеводом участвует OH-группа аминокислоты серина или треонина. Гликопротеины -- это часть белково-углеводных комплексов. Этим белкам принадлежит важная роль в структурной организации клеток и тканей, они выполняют защитные функции. Основная часть внеклеточных белков -- это гликопротеины.

3. Липопротеины. Это белки, простетическая группа которых содержит липиды. Они обеспечивают транспорт липидов в крови, являются компонентами биологических мембран. Связи между белковой частью молекулы и липидом -- гидрофобные или ионные.

4. Нуклеопротеины. Простетическая группа у таких белков -- нуклеиновая кислота. Различают дезоксирибонуклеопротеины (простетическая группа -- ДНК) и рибонуклеопротеины (простетичесая группа -- РНК). Им принадлежит важная роль в хранении, передаче и реализации генетической информации. Между белком и молекулой нуклеиновой кислоты образуются ионные связи.

5. Фосфопротеины. Белки, которые содержат в своем составе фосфорную кислоту. Используются для регуляции процессов жизнедеятельности (фосфорилирование / дефосфорилирование). Между белком и остатком фосфорной кислоты формируются сложноэфирные связи, в образовании которых участвует OH-группа серина.

11. Различия белкового состава органов и тканей в соответствии с различием функций. Изменение белкового состава органов и тканей в онтогенезе и при болезнях

1. Ферменты - специализированные белки, ускоряющие течение химических реакций. Так как ферменты, как и любые белки, имеют активный центр, они специфически связывают определённый лиганд (или группу похожих лигандов) и катализируют определённый тип химического превращения данной молекулы. В настоящее время известно около 2000 различных ферментов, ускоряющих различные химические реакции.

2. Регуляторные белки - группа белковых гормонов, участвующих в поддержании постоянства внутренней среды организма, которые воздействуют на специфические клетки-мишени. Например, гормон инсулин.

3. Рецепторные белки. Сигнальные молекулы (гормоны, нейромеди-аторы) действуют на внутриклеточные процессы через взаимодействие со специфическими белками-рецепторами.

4. Транспортные белки. Многие белки крови участвуют в переносе специфических лигандов из одного органа к другому. Так, белок плазмы крови альбумин переносит жирные кислоты и билирубин (продукт распада гема), а гемоглобин эритроцитов участвует в переносе О₂ от лёгких к тканям. Стероидные гормоны переносятся в крови специфическими транспортными белками. Транспортные белки участвуют также в переносе гидрофильных веществ через гидрофобные мембраны.

5. Структурные белки. Некоторые белки, расположенные определённым образом в тканях, придают им форму, создают опору, определяют механические свойства данной ткани. Главным компонентом хрящей и сухожилий является фибриллярный белок коллаген, имеющий высокую прочность. Эластин благодаря своему уникальному строению обеспечивает определённым тканям свойство растягиваться во всех направлениях (сосуды, лёгкие).

6. Защитные белки. Некоторые белки, в частности иммуноглобулины, обладают способностью узнавать и связывать чужеродные молекулы, вирусные частицы и бактерии, в результате чего происходит их нейтрализация. Защитными свойствами обладают белки свёртывающей системы крови, например фибриноген, тромбин.

7. Сократительные белки. Некоторые белки при выполнении своих функций наделяют клетку способностью либо сокращаться, либо передвигаться. К таким белкам относят актин и миозин - фибриллярные белки, участвующие в сокращении скелетных мышц.

12. Нуклеиновые кислоты, состав, строение, локализация в клетке, биологическая роль

Химический состав нуклеиновых кислот

При нагревании с хлорной кислотой нуклеиновые кислоты распадаются на следующие типы веществ: пуриновые и пиримидиновые азотистые основания, пентозы и ортофосфорную кислоту.

Пентозы: р и б о з а и д е з о к с и р и б о з а.:

Нуклеиновые кислоты, в зависимости от химической природы входящего в их состав сахара, делят на два типа: р и б о н у к л е и н о в ы е (РНК), и д е з о к с и р и б о н у к л е и н о в ы е (ДНК).

Пуриновые азотистые основания нуклеиновых кислот являются производными: - а д е н и н (А) и г у а н и н (Г):

Пирим-ые азот-тые осн-ния - производные п и р и м и д и н а. Из них в составе нуклеиновых кислот обнаруживают ц и т о з и н (Ц), у р а ц и л (У), т и м и н (Т):

Нуклеиновые кислоты отличаются друг от друга составом азотистых оснований. В состав ДНК входят аденин, гуанин, цитозин, тимин; в состав РНК - аденин, гуанин, цитозин, урацил.

Входящая в состав нуклеиновых кислот ф о с ф о р н а я кислота, придает им свойства кислот.

Стуктурные компоненты нуклеиновых кислот являются нуклеотиды или мононуклеотиды.

Нуклеотиды состоят из трех компонентов: пуринового или пиримидинового основания, пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и фосфорной кислоты. При отщеплении от нуклеотида остатка фосфорной кислоты остается еще более простое соединение - н у к л е о з и д.

Нуклеотиды, содержащие рибозу, называют общим словом рибонуклеотиды, а содержащие дезоксирибозу - дезоксирибонуклеотиды.

Пример хим-го строения нуклеотидов, содержащих аденин (см. ниже):



Для записи нуклеотидов и их компонентов существует схематическая символика (приводим одну из них):

Нуклеиновые кислоты представляют собой п о л и н у к л е о т и д ы. Последовательно расположенные в молекулах нуклеиновых кислот нуклеотиды ковалентно соединены друг с другом при помощи фосфатных “мостиков”. Роль этих мостиков выполняет ф о с ф о д и э ф и р н а я связь между С-31 рибозы или дезоксирибозы одного нуклеотида и С-51 рибозы или дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рис. 2). Связь между нуклеотидами в нуклеиновых кислотах обозначют как 31 51 фосфодиэфирную связь.

Биологическая роль НК: ДНК - основная роль - хранение генетической информации, участие в процессе транскрипции в качестве матрицы для построения молекулы РНК.

Все РНК по функции делятся на: - рРНК (рибосомальные) т роль каркаса для объединения рибосом белков; - мРНК (иРНК) - переносит информацию из ядра в цитоплазму, является матрицей в процессе трансляции белка; - тРНК по своей форме напоминает форму клеверного листа, активирует АК и транспортирует их к месту биосинтеза белков, также участвует в трансляции.

13. Витамины. Понятие, классификация, биологическая роль

Витамины это необходимые для нормальной жизнедеятельности низкомолекулярные органические соединения, синтез которых в организме отсутствует или ограничен.

Классификация витаминов

Все витамины разделяют по растворимости на две группы: жирорастворимые - А, Д, Е, К и водорастворимые - С, Р, В₁, В₂, РР, (В₃) В₅, В₆, В₉₍₁₀₎, В₁₂, Н. Отдельную группу составляют витаминоподобные вещества - холин, инозит, липоевая кислота, прааминобензойная кислота (ПАБК), убихинон (КоQ), пангамовая кислота и т.д.

Согласно системы функциональной классификации витамины делятся на три основные группы

В первую, самую многочисленную, входят витамины, из которых в организме образуются коферменты и простетические группы различных ферментов. К ним относятся витамины В₁ (тиамин), В₂ (рибофлавин), В₆ (пиридоксин), В₁₂ (кобаламин), РР (ниацин), фолиевая кислота, пантотеновая кислота, биотин (витамин Н) и витамин К.

Другую группу образуют витамины-прогормоны, активные формы которых обладают гормональной активностью. К ним относится витамин D, активный метаболит которого, 1,25-диоксивитамин D функционирует как гормон в процессах обмена кальция. К этой же группе следует отнести и витамин А, гормональной формой которого является ретиноевая кислота, играющая важную роль в процессах роста и дифференцировки эпителиальных тканей.

К третьей группе можно отнести витамины-антиоксиданты: аскорбиновую кислоту (витамин С) и витамин Е (токоферолы), входящие в систему антиоксидантной защиты организма от повреждающего действия активных, свободнорадикальных форм кислорода. В эту же группу можно включить также многочисленные каротиноиды, в частности бета-каротин, ликопин, лютеин. Антиоксидантной активностью обладают и многие биофлавоноиды.

Роль витаминов в обмене веществ.

1.витамины - предшественники коферментов и простетических групп ферментов. Напр., В1 - тиамин - входит в состав кофермента декарбоксилаз кетокислот в виде ТПФ (ТДФ), В2 - рибофлавин - входит в состав коферментов дегидрогеназ в форме ФМН и ФАД, РР - никотинамид - входит в состав НАД и НАДФ - коферментов дегидрогеназ;

2. витамины - предшественники гормонов (витамин D3 - предшественник кальцитриола); 3. витамины могут использоваться для синтеза медиаторов (витамин С - для синтеза норадреналина и серотонина);

4. витамины участвуют в образовании гормонов (витамин С - в образовании кортикостероидов);

5. витамины необходимы для синтеза незаменимых АК (витамин В12 - метионин).

14. Источники витаминов для ч-ка. Дозы витаминов, нарушения обмена веществ

Витамины выполняют в организме те или иные каталитические функции и требуются в ничтожных количествах по сравнению с основными питательными веществами (белками, жирами, углеводами и минеральными солями.)

Патологические состояния обусловленные изменением уровня витаминов в организме называют:

Авитаминоз - это патологическое состояние, вызванное отсутствием витамина в организме. Гиповитаминоз - патологическое состояние, вызванное недостатком витамина в организме. Чаще встречаются состояния, обусловленные дефицитом не одного, а нескольких витаминов в организме. Такие состояния называются полигиповитаминозы.

Избыточное поступление витаминов и их накопление в организме может привести к развитию гипервитаминоза.

Витамин С. Суточная потребность витамина С 100-150 мг. Она возрастает при инфекционных заболеваниях, стрессовых состояниях, лактации, беременности - до 300 мг/сут.Источники витамина С: овощи, фрукты, зеленые растения; главные - черная смородина, шиповник, грецкий орех, цитрусовые. В России основным источником его является картофель (10 мг/100 г) и квашенная капуста.

Витамин В1. Суточная потребность витамина В1 2-3 мг. Потребность возрастает при углеводной пище (0,5 мг витамина на каждые 1000 ккал). Источники тиамина: дрожжи, хлеб грубого помола, каши, крупы (овсяная, гречневая, фасоль).

Витамин В2. Рибофлавин. Суточная потребность 2-4 мг. Источники: дрожжи, печень; хлеб грубого помола, соя, яйца, молоко.

Витамин РР. Антипеллагрический витамин. Суточная потребность витамина РР 20-25 мг. Источники: дрожжи, печень, грибы, соя, бобы, мясо, мука пшеничная грубого помола.

Витамин В6. Антидерматитный витамин. Суточная потребность в витамине В6 2-3 мг. Источники: печень, дрожжи, хлеб грубого помола, горох.

Витамин В9, В10, В_С (фолиевая кислота). Суточная потребность фолиевой к-ты 0,2 мг. Источники: зеленые растения (шпинат, капуста), фасоль, печень, молоко, яйца; плюс синтезируется микрофлорой кишечника.

Витамин В12. Кобаламин. Антианемический витамин. Суточная потребность в кобаламине 0,003 мг. Источники: печень, рыба, яйца, молоко, + синтезируется микрофлорой.

Витамин В3. Суточная потребность 10 мг. Этот витамин широко распространен, содержится в печени, яйцах. овсяных хлопьях, дрожжах. Также синтезируется микрофлорой кишечника.

Витамин Н (биотин). Суточная потребность витамина Н 0,010 мг. Источники: печень, яйца, молоко. Авитаминоз бывает при употреблении сырых яиц, содержащих авидин (антивитамин Н).

Витамины группы А. Витамин A₁ (ретинол, антиксерофтальмический).

Суточная потребность витамина А 1,0 - 2,5 мг, а провитамина А (каротина) 2,0 - 4,0 мг. Источники: - животные жиры (рыбий жир, печень, яичный желток, сливочное масло); - каротин растительного происхождения (морковь, свекла, томаты, зеленый горошек).

Витамин Д (антирахитический витамин). Суточная потребность вит. D 0,012-0,025 мг.Источники витамина D: яичный желток, рыбий жир, сливочное масло (лучше летнее), печень, молоко.

Витамины группы Е (, , -токоферолы). Суточная потребность витамина Е 20-25 мг. Источники витамина Е: растительные масла, а также печень, желток яиц, проросшие зерна; масло облепихи.

Витамины группы К. Антигеморрагический витамин.

Витамин К поступает в организм с зелеными растениями (шпинат, крапива), жирами, а также синтезируется микрофлорой кишечника.

15.Общая хар-ка водо- и жирорастворимых витаминов

Водорастворимые витамины

Витамин С. Аскорбиновая кислота, антискорбутный витамин (скорбут = цинга).

Роль витамина С в обмене веществ: главное - 1. участвует в реакциях гидроксилирования, что требуется для "сшивок" молекул коллагена в соединительной ткани;

Гиповитаминоз С проявляется поражением соединительной ткани - повышенная хрупкость сосудов, пипехии (точечные кровоизлияния на коже), кровоточивость десен.

Авитаминоз С - цинга (скорбут): кровоизлияния во внутренние органы, более выраженные повреждения соединительной ткани.

Витамин В1. Тиамин, антиневритный витамин.

Роль витамина В1 в обмене веществ

1. из него образуется ТПФ (тиаминпирофосфат) - кофермента декарбоксилаз кетокислот; 2. участвует в передаче нервного импульса.

Гиповитаминоз В1: накопление ПВК и альфа-КГ в крови из-за нарушения их превращений, поражение нервной ткани из-за недостатка глюкозы.Авитаминоз В1 - болезнь бери-бери: полиневриты, отеки, сердечно-сосудистая недостаточность (иногда до некрозов), нарушения секреции и моторики ЖКТ (атония кишечника). Чаще развивается при хроническом алкоголизме, когда витамин В1 не всасывается.

Витамин В2. Рибофлавин.

Участвовует в о/в реакциях в виде коферментов (ФМН, ФАД):

Авитаминоз В2: поражение эпителия слизистых, кожи, глаз; сухость слизистых губ, полости рта, трещины губ; дерматиты, сухость конъюнктивы, переходящая в конъюнктивиты, кератиты, васкуляризация глазных яблок.

Витамин РР. Антипеллагрический витамин. Витамеры: никотиновая к-та, никотинамид, ниацин.

Роль витамина РР в обмене веществ. Используется для синтеза НАД и НАДФ - коферментов дегидрогеназ.

Гиповитаминоз РР: усталость, слабость. Более выраженный - пеллагра: диарея, дерматиты, деменция (слабоумие).

Витамин В6. Антидерматитный витамин.

Роль витамина В6 в обмене веществ -нужен для обмена аминокислот.

Гиповитаминоз В6: анемия из-за нарушения обмена АК, плюс дерматиты, стоматиты, глосситы, конъюнктивиты.

Витамин В9, В10, В_С (фолиевая кислота)

Фолиевая кислота, фолацин. Антианемический витамин.

Роль фолиевой кислоты в обмене веществ - нужна для обмена белков и нуклеиновых кислот.

Гиповитаминоз фолиевой кислоты: анемия, затем диарея.

Витамин В12. Кобаламин. Антианемический витамин. Имеет красный цвет. На свету разлагается.

Роль кобаламина в обмене веществ - нужен для обмена белков и нуклеиновых кислот.

Недостаток кобаламина: анемия, поражение нервной системы, снижение кислотности желудочного сока.

Витамин В3. Пантотеновая кислота.

Роль в обмене веществ - необходим для обмена Б, Ж, У.

Авитаминоз - представлен разными формами; характерны дерматиты, поражения слизистой оболочки внутренних органов, поражение ЖВС (надпочечники, тимус), поражение нервной ткани.

Витамин Н (биотин). Антисеборейный витамин. Структура: тиофен, соединеный с мочевиной+ боковая цепь (валериановая кислота).

Роль биотина в обмене веществ - кофермент карбоксилирования (превращение ацетил-КоА в малонил-КоА в синтезе ВЖК) и кофермент транскарбоксилирования в синтезе пуриновых оснований.

Авитаминоз Н - себорея: покраснение и шелушение сальной кожи на волосистой части головы.

Витаминоподобные вещества

Парааминобензойная кислота - входит в состав фолиевой кислоты, участвует в пигментации.

Холин. Относится к витаминоподобным веществам - входит в состав сложных липидов (фосфатидилхолин); источник метильных групп при синтезе различных соединений.

Жирорастворимые витамины

Витамины группы А. (ретинол) участвует в светочувствительных процессах зрения, то наиболее ранним признаком недостаточности является нарушение адаптации зрения в сумерках, темноте.

Витамин Д (антирахитический витамин). Существуют два витамера:

Роль витамина D в обмене веществ:

подвергается в организме превращению в гормон кальцитриол.

Функции кальцитриола

1. регулирует всасывание кальция и фосфора в кишечнике; 2. в костях способствует минерализации ткани, поддержанию нормальной концентрации кальция и фосфора в межклеточном пространстве.

Авитаминоз D - рахит.

3. Витамины группы Е (, , -токоферолы).

Роль витамина Е в обмене веществ. 1. регулирует интенсивность свободно-радикальных реакций. 2. повышает активность витамина А.

4. Витамины группы К. Антигеморрагический витамин. Роль витамина К в обмене веществ - кофактор карбоксилирования глутаминовой кислоты (ГЛУ) в белке крови протромбине для его превращения в тромбин.

16. Использование витаминов с лечебной целью. Понятие о совместимости витаминов. Антивитамины, использование с лечебной целью

Ретинол (витамин А). Применяется для лечения ксерофтальмии и других заболеваний глаз, поражений кожи (дискератозы, ожоги, экземы и др.), в комплексной терапии гепатитов, циррозов, язвенных поражений желудочно-кишечного тракта, хронических бронхо-легочных заболеваний, при нарушении развития костной ткани (вместе с витамином D).

Эргокальциферол (витамин D). В клинической практике нашли наибольшее применение эргокальциферол (витамин D₂) и холекальциферол (витамин D₃). Назначают его для профилактики и лечения рахита, остеомаляции, при замедленном сращении костной ткани, расстройствах функции паращитовидной железы с гипокальциемией, псориазе, волчанке кожи и слизистых оболочек, тяжелых энтероколитах, а также с целью кальцификации туберкулезных очагов и др.

Витамин Е (токоферол). Назначают витамин Е при мышечных дистрофиях, ишемической болезни сердца, нарушении функции половых желез, дерматитах. В последние года в связи с выявленным участием процессов свободнорадикального окисления липидов в патогенезе многих хронических неинфекционных заболеваний, широко используют антиоксидантные свойства витамина Е.

Витамин К (K₁, K₂ и K₃-менадион, натрия бисульфат или викасол). Используют витамин К при повышенной кровоточивости, передозировке антикоагулянтов, подготовке к оперативному вмешательству, септических процессах, лучевой болезни и др.

Тиамин (витамин В₁). С лечебной целью тиамин назначают при гипо- и авитаминозе, полиневритах, невралгиях, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, при болевом шоке, алкоголизме, инфекциях и интоксикациях.

Рибофлавин (витамин B₂). Препараты витамина B₂ широко используются в офтальмологической практике, при гипоксиях различного генеза, при острых и хронических гепатитах и др.

Пиридоксин (витамин B₆) показан при невралгии и неврите тройничного нерва, глоссалгии, гингивите, стоматите, хейлите, десквамативном глоссите, красном плоском лишае, пародонтозе (особенно на фоне язвенной болезни желудка, хронического гепатита, при назначении антибиотиков и др.), для стимуляции процесса регенерации при длительно незаживающих афтах и язвах, в комплексной терапии множественного кариеса.

Никотиновая кислота (витамин РР, витамин B₃ , никотинамид) Никотиновая кислота широко применяется в медицинской практике для терапии сердечной недостаточности, атеросклероза, гастрита, энтерита, длительно незаживающих ран.

Аскорбиновую кислоту (витамин С) применяют при гипо- и авитаминозах С, инфекциях, интоксикациях, воспалительных, аллергических процессах, в послеоперационном периоде, при лучевой болезни, атеросклерозе, беременности, лактации, умственном и физическом напряжении, заболеваниях печени, желудка, почек и т.д.

Рутозид (витамин Р, рутин) в медицинской практике может быть применен при аллергических и воспалительных процессах, ревматизме, капилляротоксикозах, гипертонической болезни, лучевой болезни, хронических заболеваниях печени и др.

Цианокобаламин (витамин B₁₂) назначают его и гипо- и авитаминозах, анемиях различного генеза, заболеваниях печени, желудка, кожи, невритах, невралгиях, отравлениях.

Фолиевая кислота способствует редупликации ДНК, кроветворению, участвует в синтезе макроэргов, пуриновых и пиримидиновых оснований, обмене гистидина, глицина, серина, глутаминовой и других аминокислот.

При приеме витаминных препаратов необходимо учитывать такое явление, как совместимость витаминов. Различные сочетания витаминов могут привести к разнообразным эффектам, как положительным, так и отрицательным. Витамины могут как усиливать действие друг друга, так и ослаблять. Например, если принимать одновременно витамины С и Р, то действие витамина С усиливается. Витамин F благотворно влияет на усвоение организмом ретинола, витаминов группы В, D и токоферола. Витамин А препятствует окислению витамина С под действием кислорода воздуха. Витамин Е усиливает действие витамина А. Витамин Р улучшает усвоение витамина С.

Примером отрицательного воздействия витаминов друг на друга, может служить плохая усвояемость витамина В12 в присутствии аскорбиновой кислоты. В12 может усугубить аллергические проявления, вызванные витамином В1. Нельзя вводить витамин B₁ в одном шприце с витаминами B₆ и B₁₂, так как витамин B₁₂ усиливает аллергизирующее действие витамина B₁ , а витаминB₆ затрудняет превращение тиамина в активную форму.

Антивитамины являются антагонистами витаминов: Часто эти вещества очень близки по структуре к соответствующим витаминам, и тогда в основе их действия лежит «конкурентное» вытеснение антивитамином соответствующего витамина из его комплекса в ферментной системе. В результате образуется «недеятельный» фермент, нарушается обмен и возникает тяжелое заболевание. Например, сульфаниламиды являются антивитаминами парааминобензойной кислоты. Антивитамином витамина B₁ является пиритиамин.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО Витамины (общая таб.)

Витамин	Функции	Гиповитаминоз
А	Ретинол в-каротин	Зрительные пигменты в сетчатке; регуляция экспрессии генов и клеточной дифференцировки	«Куриная слепота», ксерофталмия; кератинизация кожи, ксеростомия, гипоплазия эмали
Д	Кальциферол	Поддержание баланса Са2+; стимуляция всасывания Са2+ в кишечнике и реабсорбции в почках; регуляция экспрессии генов и клеточной дифференцировки	Рахит = плохая минерализация костной ткани; остеомаляция = деминерализация кости, гипоплазия эмали и патологическая стираемость зубов
Е	Токоферолы токотриенолы	Антиоксидант, особенно в клеточных мембранах; роль в передаче клеточного сигнала	Чрезвычайно редко -- выраженные неврологические расстройства
К	Филлохинон менахиноны	Кофермент в образовании -карбоксиглутамата в составе ферментов свертывания крови и матрикса кости	Нарушение свертывания крови, геморрагический синдром, нарушение минерализации тканей зуба и кости
В1	Тиамин	Кофермент пируват и -кетоглутарат дегидрогеназ, транскетолазы; участвует в проведении нервного импульса, регулируя Сl--каналы	Поражение периферической нервной системы (бери-бери) или ц. н. с. (синдром Вернике-Корсакова)
В2	Рибофлавин	Кофермент в окислительно-восстановительных реакциях; простетическая группа флавопротеинов	Повреждение уголков рта, губ и языка, себорейный дерматит
РР	Ниацин, никотиновая кислота, никотинамид	Кофермент в окислительно-восстановительных реакциях, составной компонент НАД+ и НАДФ+; роль в регуляции внутриклеточного Са2+ и проведении сигнала в клетку	Пеллагра -- синдром 3-х «Д»
В6	Пиридоксин пиридоксаль пиридоксамин	Кофермент в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот, гликоген фосфорилазы; модуляция действия стероидных гормонов	Нарушение метаболизма аминокислот, судороги
Фолиевая кислота	Кофермент в транспорте одноуглеродных фрагментов	Мегалобластическая анемия
В12	Кобаламин	Кофермент в транспорте одноуглеродных фрагментов и метаболизме фолиевой кислоты	Пернициозная анемия = мегалобластическая анемия и дегенерация спинного мозга
Пантотеновая кислота	Функциональная часть КоА и ацилпереносящего белка в составе ацилсинтетазы	Поражение периферической нервной системы («синдром жжения стоп»)
Н	Биотин	Кофермент в реакциях карбоксилирования (глюконеогенез, синтез жирных кислот); роль в регуляции клеточного цикла	Нарушение липидного и углеводного обменов, дерматит
С	Аскорбиновая кислота	Кофермент в гидроксилировании пролина и лизина (синтез коллагена); антиоксидант; усиливает всасывание железа	Цинга (плохое заживление, потеря цемента зубов, подкожные кровоизлияния)

17. Витамин D (кальциферол, антирахитический)

Источники: Имеется два источника поступления витамина D: печень, дрожжи, жирномолочные продукты (сливочное масло, сливки, сметана), желток яиц, образуется в коже при ультрафиолетовом облучении из 7-дегидрохолестерола в количестве 0,5-1,0 мкг/сут.

Суточная потребность: Для детей - 12-25 мкг или 500-1000 МЕ, у взрослых потребность гораздо меньше.

Строение: Витамин представлен двумя формами - эргокальциферол и холекальциферол.

После всасывания в кишечнике или после синтеза в коже витамин попадает в печень, затем к почкам. Образуется кальцитриол. Реакция гидроксилирования в почках стимулируется паратгормоном, пролактином, соматотропным гормоном и подавляется высокими концентрациями фосфатов и кальция.

Гиповитаминоз. Часто встречается при пищевой недостаточности у детей, при недостаточной инсоляции у людей, не выходящих на улицу или при национальных особенностях одежды. Также причиной гиповитаминоза может быть снижение гидроксилирования кальциферола (заболевания печени и почек) и нарушение всасывания и переваривания липидов (целиакия, холестаз).

Клиническая картина: У детей от 2 до 24 месяцев проявляется в виде рахита, при котором, несмотря на поступление с пищей, кальций не усваивается в кишечнике, а в почках теряется. Это ведет к снижению концентрации кальция в плазме крови, нарушению минерализации костной ткани и, как следствие, к остеомаляции (размягчение кости). Остеомаляция проявляется деформацией костей черепа (бугристость головы), грудной клетки (куриная грудь), искривление голени, рахитические четки на ребрах, увеличение живота из_за гипотонии мышц, замедляется прорезывание зубов и зарастание родничков.