1Единицы измерения Результаты биохимических исследований выражаются в единицах СИ. Основные единицы системы СИ – метр, килограмм, секунда, моль, литр. Со-держание вещества, молекулярная масса которых известна, выражается вели-. чиной молярной концентрации. Молярная концентрация – это количество мо-лей вещества, находящихся в литре раствора (моль/л). 2Основные функции белков в организме: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Каталитическая: все ферменты, отвечающие за скорость биохимических реакций в клетках и пищеварительном тракте, являются белками. Структурная: в соединительной ткани — коллаген, эластин, кератин; формирование мембран и цитоскелета; построение рибосом. Энергетическая: до 25 % поступающих с пищей белков используются после того, как израсходованы запасы жиров и углеводов. Транспортная: перенос по кровотоку жира, кислорода и углекислого газа, железа. Двигательная: актин и миозин способны сокращать и растягивать мышцы, стимулировать движение ресничек и жгутиков одноклеточных. Дыхательная: гемоглобин, миоглобин, ферменты тканевого дыхания. Регуляторная: многие гормоны участвуют в регуляции и согласовании обмена веществ в различных клетках. Резервная: белки, которые запасаются в качестве источника аминокислот, энергии для развития зародыша у растений и животных. Защита организма: физическая, химическая, иммунная. 3Свойства белков Белки в основном водорастворимые вещества, образующие коллоидный раствор Белки способны к денатурации и гидролизу Обладают амфотерными свойствами Проявляют оптическую активность, т.к. состоят из оптически активных L-аминокислот 4Строение Составные части молекулы аминокислоты — аминогруппа. NH 2, карбоксильная группа. COOH, радикал (различается у всех α-аминокислот), α-атом углерода (в центре). Аминокисло́ ты (аминокарбо́ новые кисло́ ты; АМК) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. найдено на Классификация Аминокислоты обычно делят на 4 класса, опираясь на различия свойств их боковой цепи. Выделяют следующие аминокислоты: (1) Неполярные или гидрофобные; (2) Полярные, но незаряженные; (3) Полярные, положительно заряженные при рН 6; (4) Полярные, отрицательно заряженные при рН 6. 5Величина рН, при которой в водном растворе преобладает цвиттер-ион, т.е. равновесная концентрация «+» и «–» q аминокислот, а также белков, называется изоэлектрической точкой (pI). При достижении такой рН белок становится неподвижным в электрическом поле и выпадает в осадок, что используется в электрофоретических методах анализа белков и аминокислот. 6Гемодиализ — это один из методов внепочечного очищения крови. Он основан на принципе проникновения веществ через полупроницаемую мембрану, что позволяет удалить из крови токсические вещества и продукты метаболизма. Необходимость в гемодиализе возникает при тяжёлых заболеваниях почек или при поступлении в кровь большего количества токсинов, чем здоровые почки могут вывести (например, в случае отравлений). Основные показания к проведению гемодиализа: ● ● ● ● острая и хроническая почечная недостаточность; отравления диализируемыми ядами; передозировка лекарственных препаратов; тяжёлые нарушения электролитного состава крови. Диализ — процесс разделения молекул в растворе по разности их скоростей диффузии через полупроницаемую мембрану. После многократной замены внешнего раствора состав среды по обеим сторонам от мембраны (концентрация солей, pH) будет тот же, что и в окружающем растворе. Это распространенный метод, который применяется для удаления нежелательных небольших молекул (солей, красителей и др.), из более крупных макромолекул (белков, ДНК, полисахаридов). 7Свойства белковых растворов определяются большими размерами молекул, т.е. белки являются коллоидными частицами и образуют коллоидные растворы. К свойствам коллоидных растворов относятся: Рассеивание луча света, проходящего через белковый раствор, и образование светящегося конуса – эффект Тиндаля. Малая скорость диффузии.Высаливание – это обратимое осаждение белков из растворов с помощью высоких концентраций нейтральных солей: сульфата аммония, сульфата магния, хлорида натрия. Механизм высаливания заключается в дегидратации белковой молекулы и снятии заряда. На процесс высаливания влияют: степень гидрофильности белка, его заряд, молекулярная масса. 8Уровни структурной организации белков: 1. 2. 3. 4. Первичная структура — последовательность аминокислотных остатков, которые входят в состав полипептидной цепи. Вторичная структура — молекула белка, сворачиваясь, приобретает спиралевидную (или складчатую) форму в результате формирования водородных связей между группами разных аминокислотных остатков полипептидной цепи. Третичная структура — трехмерная пространственная форма полипептидной цепи, часто имеет вид глобулы (шарика или клубка). Четвертичная структура — результат взаимодействия нескольких макромолекул с третичной структурой, в результате образуется сложный комплекс, содержащий несколько субъединиц (полипептидных цепей). 9 Различают обратимую и необратимую денатурацию. При обратимой денатурации белка его исходная биологическая активность восстанавливается. При необратимой денатурации происходит необратимое . разрушение связей, стабилизирующих структурную организацию молекулы белка, и потеря его нативных свойств Шапероны — это группа уникальных высококонсервативных белков, участвующих в сохранении и восстановлении правильной конформации различных внутриклеточных макромолекул. Они характерны для всех живых организмов. Количество шаперонов резко увеличивается во время стресса, что является ключевым фактором для выживания клеток и всего организма в целом в изменившихся условиях среды. 10СтроениеОсновные группы сложных белков представлены в табл. 1. Белки имеют сложную структурную организацию, включа-ющую четыре уровня: – первичная структура – набор и последовательность аминокислот в полипептидной цепи; – вторичная структура – способ укладки полипептидной цепи (α-спираль или β-структура складчатого слоя); – третичная структура – форма белковой молекулы в трехмер-ном пространстве (глобулярная или фибриллярная); – четвертичная структура (реализуется для некоторых белков) – ассоциация. нБиологическая функция В состав сложных белков – протеидов – помимо аминокислот входят нуклеиновая и фосфорная кислоты, углеводы и другие вещества. Белок является важным компонентом каждой клетки в организме. Также белок используется организмом для создания и восстановления тканей, производства ферментов, гормонов и других химических веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Сло́ жные белки́ (протеиды, холопротеины) — двухкомпонентные белки, в которых помимо пептидных цепей (простого белка) содержится компонент неаминокислотной природы — простетическая группа. При гидролизе сложных белков, кроме аминокислот, освобождается небелковая часть или продукты её распада. 11Муцины — это семейство высокомолекулярных гликопротеинов, содержащих кислые полисахариды.В своей структуре муцины содержат тандемные повторы из таких аминокислот, как пролин, треонин и серин. Именно по двум последним идёт гликозилирование.Биологическая роль муцинов заключается в следующем: 1. 2. Защита от инфекций, обезвоживания, физических и химических повреждений. Роль смазки и способствование прохождению веществ по тракту. По изменению уровня продукции муцинов в эпителиальных клетках различных органов (лёгких, простаты, поджелудочной железы и других) можно судить о развитии скрытых онкологических процессов. 12Казеин — это сложный белок, фосфопротеин, на долю которого приходится до 80 % всех белков молока. Он образуется из предшественника казеиногена и содержит все незаменимые аминокислоты. Особенно богат лейцином, валином, лизином, метионином и триптофаном. Казеин, поступивший с молоком в желудок, под действием ферментов в кислой среде выпадает в осадок, что обеспечивает его задержку в желудке и более полное усвоение. В пищевой промышленности и медицине казеин используется при производстве диетического и лечебно-профилактического питания, в других отраслях — для производства красок, клеёв, искусственных волокон, пластмасс. 13 14 Витамины — это группа органических веществ, которые необходимы для нормального развития и жизнедеятельности организма животных и человека. Биологическая роль витаминов заключается в обеспечении оптимальной скорости протекания биохимических реакций и физиологических процессов за счёт выполнения непосредственно или в составе более сложных соединений каталитических и регуляторных функций. Классификация витаминов основана на их физико-химических свойствах, химической природе и основных биологических эффектах. В зависимости от растворимости в воде и органических растворителях витамины делят на: ● ● жирорастворимые (A, D, E, K, F); водорастворимые (В1, В2, В3, В5, В6, В9, В12, С, Н). 15 Водорастворимые витамины — это комплексы витаминов, биохимические свойства которых позволяют им полностью растворяться в воде и водных средах. К водорастворимым витаминам относятся: витамин С,витамин В1,витамин В2,витамин В3 (РР),витамин В6,витамин В12,фолиевая кислота,пантотеновая кислота,биотин. Основная особенность водорастворимых витаминов заключается в том, что они не накапливаются в организме совсем, либо их запасов хватает на очень продолжительное время. Поэтому передозировка возможна лишь для некоторых из них. Перед применением витаминов рекомендуется проконсультироваться с врачом. 16Витамин С (аскорбиновая кислота) — водорастворимый витамин, содержащийся в овощах, фруктах, ягодах и многих дикорастущих растениях. Роль витамина С в организме: 1. 2. 3. 4. Необходим для осуществления окислительно-восстановительных процессов. Поддерживает в нормальном состоянии кровеносные сосуды, кожу, костную ткань. Стимулирует защитные силы организма, укрепляет иммунную систему. Улучшает усвоение железа. При дефиците витамина С могут отмечаться нарушение общего состояния организма, снижение устойчивости к холоду, повышение восприимчивости к простудным заболеваниям, хрупкость кровеносных сосудов. 17итамины группы B — группа водорастворимых витаминов, играющих большую роль в клеточном метаболизме. Вот некоторые витамины группы B и их функции: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. B1 (тиамин) — предшественник тиаминпирофосфата, который является коферментом транскетолазы, пируватдегидрогеназы и других ферментов метаболизма углеводов и аминокислот. B2 (рибофлавин) — необходим для образования эритроцитов, антител, для регуляции роста и репродуктивной системы в организме. B3 (никотиновая кислота) — в качестве кофактора энзимов никотинамид задействован в метаболизме белков, жиров и углеводов, пуриновом обмене, тканевом дыхании, распаде гликогена. B5 (пантотеновая кислота) — входит в состав коэнзима А, участвующего в цикле Кребса (цикле трикарбоновых кислот) — ключевом этапе многих путей метаболизма белков, жиров, углеводов, а также энергетических процессов. B6 (пиридоксин) — содержится в зерновых ростках, в грецких орехах и фундуке, в шпинате, картофеле, моркови, цветной и белокочанной капусте, помидорах, клубнике, черешне, апельсинах и лимонах, крупах и бобовых, мясных и молочных продуктах, рыбе, печени, яйцах, а также синтезируется в организме кишечной микрофлорой. B7 (биотин) — в малых количествах биотин содержится во всех продуктах, но больше всего этого витамина содержится в печени, почках, дрожжах, бобовых (соя, арахис), цветной капусте, орехах; в меньшей степени он содержится в томатах, шпинате, яйцах (не сырых), в грибах. Здоровая микрофлора кишечника синтезирует биотин в достаточном для организма количестве. B9 (фолиевая кислота) — содержится в зелёных овощах с листьями, в некоторых цитрусовых, в бобовых, в хлебе из муки грубого помола, дрожжах, печени, входит в состав мёда, а также синтезируется в организме кишечной микрофлорой. 18 функции жирорастворимых витаминов: - повышают устойчивость организма к действию неблагоприятных. факторов внешней среды; - принимают активное участие в окислительно-восстановительных ре-. акциях и защите клеточных мембран от активных форм кислорода (vit А, Е); - являются антисклеротическими факторами; - обеспечивают свето - и цветоощущение (vitА); - участвуют в процессах свертывания крови (vit К); - контролируют фосфорно-кальциевый обмен (vit Д); - влияют на онтогенез (vit А, Е).Всасывание жирорастворимых витаминов происходит так же, как и других жиров, зависит от состояния желчевыводящих путей и способности желчи к образованию мицелл, щелочной среды в тонкой кишке, лимфатической системы кишечника. Витамин А – предшественник зрительного пигмента родопсина. Он содержится в провитамине β-каротине, которым богаты свежие овощи и мясо. 19Витамин А участвует в следующих процессах: 1. 2. 3. В окислительно-восстановительных реакциях. В синтезе гликопротеидов (компонентов мембран), регулируя этим барьерную функцию слизистых оболочек и кожи. В синтезе ФАФС, т. е. в образовании хондроитинсульфатов — компонентов структур соединительной ткани (хрящей, костей и др.). Суточная потребность: 1–3 мг. Продукты, богатые витаминами и провитаминами А: ● ● ● ● ● рыбий жир; яичный желток; сливочное масло; печень; морковь (β-каротин). 20 Витамин D — это биологически активные вещества, которые включают холекальциферол, эргокальциферол, ситокальциферол, 2,2-дигидроэргокальциферол и другие. Холекальциферол синтезируется у человека в коже под действием ультрафиолетовых лучей диапазона B, а также поступает в организм человека с пищей. Эргокальциферол может поступать только с пищей. Главное назначение витамина D в организме человека — обеспечение всасывания кальция и фосфора из пищи через стенки тонкого кишечника. 21 Все ферменты– глобулярные белки с третичной или четвертичной структурой. Ферменты могут быть простыми, состоящими только из белка, и сложными. Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой части (белковая часть– апофермент, а добавочная небелковая– кофермент).Роль ферментов в клетке колоссальна. С их помощью химические реакции идут с высокой скоростью, при температуре, подходящей для данного организма. То есть ферменты – это биологические катализаторы, которые облегчают протекание химической реакции и за счет этого увеличивают её скорость. Как катализаторы они не изменяют направление реакции и не расходуются в процессе реакции.Неорганические катализаторы по своей природе – неорганические вещества, а ферменты – белки. В составе неорганических катализаторов нет белка.Ферменты по сравнению с неорганическими катализаторами обладают специфичностью действия к субстрату и наиболее высокой эффективностью. Благодаря ферментам реакция протекает быстрее в миллионы раз.Например, перекись водорода без присутствия катализаторов разлагается довольно медленно. 22высокая чувствительность к изменениям температуры Другое важнейшее свойство ферментов – термолабильность, т.е. высокая чувствительность к изменениям температуры. Так как ферменты являются белками, то для большинства из них температура свыше 70 градусов Со приводит к денатурации и потере активности. При увеличении температуры до 10 градусов Со реакция ускоряется в два - три раза, а при температурах близких к нулю градусов Со скорость ферментативных реакций замедляется до минимума.Механизм влияния pH среды на активность ферментов заключается в том, что изменение этого показателя приводит к изменению степени ионизации амино - (NH 3) и карбосильных (СОО-) групп в молекуле фермента. В результате белковая молекула фермента подвергается конформационным перестройкам, что сказывается на взаимоотношения между ферментом и субстратом. Повышение температуры неоднозначно влияет на активность фермента. 23 Активность фермента измеряется количеством субстрата, преобразованного в продукт в единицу времени, и выражается в Международных единицах (МЕ) или единицах действия (ЕД). МЕ - это такое количество фермента, которое при заданных условиях катализирует превращение одного микромоля субстрата за 1 мин (или одного микроэквивалента затронутых реакцией групп в тех случаях, когда атакуется более одной группы в каждой молекуле субстрата).Активность ферментов зависит от следующих факторов: ● ● ● ● ● ● ● ● природа фермента и субстрата, их концентрации; межсубъединичные взаимодействия белковых глобул; состав раствора, природа растворителя, ионная сила раствора; рН среды; присутствие ингибиторов и активаторов; температура; давление; УФ-облучение и другие физические факторы. Например, с повышением температуры среды активность ферментов возрастает, однако при температуре выше 50 °С наблюдается снижение активности фермента из-за разрушения нативной структуры белковой глобулы. 24 пецифичность действия ферментов — это избирательность фермента по отношению к субстрату (или субстратам). Различают несколько видов специфичности: 1. 2. 3. Абсолютная субстратная специфичность. Фермент катализирует превращение только одного субстрата. Например, фермент уреаза катализирует гидролиз только мочевины. Групповая субстратная специфичность. Фермент катализирует превращение группы субстратов сходной химической структуры. Например, фермент алкогольдегидрогеназа катализирует превращение этанола и других алифатических спиртов, но с разной скоростью. Стереохимическая субстратная специфичность. Фермент катализирует превращение только одного стереоизомера субстрата. Например, фермент фумаратгидратаза катализирует присоединение молекулы воды к кратной связи фумаровой кислоты, но не к её стереоизомеру — малеиновой 25 Изоферменты, или изоэнзимы — это различные по аминокислотной последовательности изоформы или изотипы одного и того же фермента, существующие в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах. Изоферменты, как правило, высоко гомологичны по аминокислотной последовательности и/или подобны по пространственной конфигурации. Особенно консервативны в сохранении строения активные центры молекул изоферментов. 26Иммобилизованными ферментами называются ферменты, искусственно связанные с нерастворимым в воде носителем, но сохраняющие свои каталитические свойства. При этом нерастворимый носитель представляет собой частицу (гранулу, нить, пространственную конструкцию с развитой поверхностью) размер которой на много порядков больше размера самой крупной молекулы фермента.Ферменты в медицинской практике находят применение в качестве диагностических (энзимодиагностика) и терапевтических (энзимотерапия) средств. Кроме того, ферменты используют в качестве специфических реактивов для определения ряда веществ. Так, глюкозооксидазу применяют для количественного определения глюкозы в моче и крови. Фермент уреазу используют для определения содержания количества мочевины в крови и моче. 27ингибированием принято называть уменьшение активности ферментов посредством использования различных соединений. Соответственно, вещество, обеспечивающее специфичное снижение активности белковых молекул, получило название ингибитора. Ингибиторы ферментов могут связываться обратимо или необратимо. Необратимые ингибиторы образуют химическую связь с ферментом таким образом, что фермент ингибируется до тех пор, пока химическая связь не будет разорвана. Напротив, обратимые ингибиторы связываются нековалентно и могут спонтанно покидать фермент, позволяя ему возобновить свою функцию.Конкурентное ингибирование вызывается веществами, которые имеют структуру, похожую на структуру субстрата. Они могут связываться с активным центром фермента, что препятствует образованию фермент-субстратного комплекса. В результате уменьшается количество молекул фермента, способных соединяться с субстратом, и скорость катализа повышается. Неконкурентное ингибирование вызывается веществами, которые не имеют структурного сходства с субстратом. Они связываются не с активным центром, а с другим участком молекулы фермента — аллостерическим или регуляторным центром, изменяя его конформацию. При этом происходит сопряженное изменение конформации активного центра, приводящее к затруднению взаимодействия фермента с субстратом реакции.
