Биохимия организма человека
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное
Учреждение высшего профессионального
образования
Дальневосточный государственный
технический рыбохозяйственный университет
ФГБОУ ВПО "Дальрыбвтуз"
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Биохимия организма человека
Владивосток
Вопрос № 1
Клетка - структурная и функциональная единица
живых организмов.
Клетка - элементарная единица строения и
жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как
о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная
к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Все живые
организмы либо, как многоклеточные животные, растения и грибы, состоят из
множества клеток, либо, как многие простейшие и бактерии, являются
одноклеточными организмами. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и
жизнедеятельности клеток, получил название цитологии. В последнее время принято
также говорить о биологии клетки, или клеточной биологии.
Клеточная теория
Клеточная теория строения организмов была сформирована в 1839
году немецкими зоологами Т. Шванном и М. Шлейденом и включала в себя три
положения. В 1858 году Рудольф Вирхов дополнил её ещё одним положением, однако
в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо
связаны друг с другом и существуют каждая "сама по себе". Лишь
позднее удалось доказать целостность клеточной системы.
В 1878 году русским учёным И.Д. Чистяковым открыт митоз в
растительных клетках; в 1878 году В. Флемминг и П.И. Перемежко обнаруживают
митоз у животных. В 1882 году В. Флемминг наблюдает мейоз у животных клеток, а
в 1888 году Э. Страсбургер - у растительных.
Клеточная теория является одной из основополагающих идей
современной биологии, она стала неопровержимым доказательством единства всего
живого и фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология
и физиология. Основные положения клеточной теории не потеряли своей
актуальности, однако со времени её создания были дополнены, и теперь она
содержит такие утверждения:
Клетка - элементарная единица строения, функционирования,
размножения и развития всех живых организмов, вне клетки нет жизни.
Клетка - целостная система, содержащая большое количество
связанных друг с другом элементов - органелл.
Клетки различных организмов похожи (гомологичны) по строению
и основным свойствам и имеют общее происхождение.
Увеличение количества клеток происходит путем их деления,
после репликации их ДНК: клетка - от клетки.
Многоклеточный организм - это новая система, сложный ансамбль
из большого количества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей
и органов, связанных между собой с помощью химических факторов: гуморальных и
нервных.
Клетки многоклеточных организмов тотипотентны - любая клетка
многоклеточного организма обладает одинаковым полным фондом генетического
материала этого организма, всеми возможными потенциями для проявления этого
материала, - но отличаются по уровню экспрессии (работы) отдельных генов, что
приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию -
дифференцировке.
Белки относятся к высокомолекулярным соединениям, в состав
которых входят сотни и даже тысячи аминокислотных остатков, объединенных в
макромолекулярную структуру. Молекулярная масса белков колеблется от 6000
(нижний предел) до 1000000 и выше в зависимости от количества отдельных
полипептидных цепей в составе единой молекулярной структуры белка. Такие
полипептидные цепи получили название субъединиц. Их молекулярная масса
варьирует в широких пределах - от 6000 до 100000 и более.
Существуют различные методы определения молекулярной массы
белков. Первые из них были основаны на химическом определении тех элементов или
аминокислот, которые содержатся в белке в минимальном количестве. Примером
такого метода может служить определение молекулярной массы гемоглобина по
содержанию в нем железа. Гемоглобин млекопитающих содержит 0,34 г железа в 100
г белка. Так как атомная масса железа равна 56, то 0,34 г соответствует 0,34:
56 = 1: 165 г*экв. Следовательно, количество белка на 1 г*атом железа (56 г)
равно 165*100 = 16 500. Эта величина, представляющая молекулярную массу
гемоглобина, долгое время считалась истинной молекулярной массой этого белка.
Физико-химические методы дают молекулярную массу гемоглобина в растворе 68 000,
что соответствует частице, состоящей из четырех субъединиц, молекулярная масса
которых и объем определены по содержанию в них железа. Аналогичным путем
минимальная молекулярная масса белка может быть рассчитана по содержанию
аминокислоты, которой в белках минимальное количество.
Другой прием заключается в количественном определении
концевых α-аминогрупп. Например, если 1 г белка
содержит 0,025*10в-3 ммоль концевых а-аминогрупп, то минимальная относительная
молекулярная масса равна 1: (0,025*10в-3) = 40 000.
При использовании физико-химических методов определения
молекулярной массы белков важно знать, что результат зависит не только от
массы, но и от электрического заряда и формы молекулы белка, особенно при
изменении скорости диффузии белка, скорости седиментации в гравитационном поле.
В этом случае хорошие результаты получаются только для молекул, форма которых
близка к сферической. Скорость диффузии и седиментации вытянутых молекул
существенно уменьшается с увеличением коэффициента трения; в концентрированных
растворах белков такие молекулы подвержены более интенсивным сцеплениям. При
применении динамических методов на результатах сказывается гидратация частиц,
обусловливающая увеличение эффективных размеров молекул белков и замедляющая их
движение в растворителе. В связи с этим при определении молекулярных масс
белков предпочтительнее статические методы, когда белковый раствор находится в
состоянии равновесия, например путем измерения осмотического давления или
градиента концентрации в гравитационном поле ультрацентрифуги. Для исключения
влияния межмолекулярных сил определение молекулярной массы белков можно
проводить при различных концентрациях белка с последующей экстраполяцией к
бесконечному разбавлению, т.е. к C = 0.
Значение рН, при котором белок приобретает
суммарный нулевой заряд, называют"изоэлектрическая точка" и
обозначают как pI. В изоэлектрической точке количество положительно и
отрицательно заряженных групп белка одинаково, т.е. белок находится в
изоэлектрическом состоянии.
Так как большинство белков в клетке имеет
в своём составе больше анионогенных групп (-СОО-), то
изоэлектрическая точка этих белков лежит в слабокислой среде. Изоэлектрическая
точка белков, в составе которых преобладают катионогенные группы, находится в
щелочной среде. Наиболее яркий пример таких внутриклеточных белков, содержащих
много аргинина и лизина, - гистоны, входящие в состав хроматина.
Белки, имеющие суммарный положительный или
отрицательный заряд, лучше растворимы, чем белки, находящиеся в
изоэлектрической точке. Суммарный заряд увеличивает количество диполей воды,
способных связываться с белковой молекулой, и препятствует контакту одноимённо
заряженных молекул, в результате растворимость белков увеличивается. Заряженные
белки могут двигаться в электрическом поле: анионные белки, имеющие
отрицательный заряд, будут двигаться к положительно заряженному аноду (+), а
катионные белки - к отрицательно заряженному катоду (-). Белки, находящиеся в
изоэлектрическом состоянии, не перемещаются в электрическом поле.
Изоэлектрическим состоянием белка называется состояние белковой
молекулы, при котором ее положительные и отрицательные заряды взаимно
скомпенсированы. Молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно считать
нейтральной, хотя в ней имеются ионизированные группы.
Протамины - положительно заряженные ядерные белки с молекулярной
массой 10-12кDa, примерно на 80% состоят из щелочных аминокислот, что дает им
возможность взаимодействовать с нуклеиновыми аминокислотами посредством ионных
связей. Изоэлектрическая точка их водных растворов находится в щелочной среде.
Глобулины - глобулины крови имеют низкую растворимость в
воде и молекулярную массу порядка 150 кDа. Изоэлектрическая точка их водных
растворов находится в кислой среде.
Вопрос № 3
Классификация белков по степени сложности.
Металлопротеиды. Состав, строение, биологическая роль.
По составу белки делят на простые (протеины), состоящие только из
аминокислотных остатков, и сложные. Сложные (протеиды) могут включать ионы
<#"867893.files/image001.gif">
ЛИГАЗЫ (синтетазы), класс ферментов, катализирующих
присоединение друг к другу двух молекул; р-ция сопряжена с расщеплением
пирофосфатной связи в молекуле нуклеозидтрифосфата (НТФ) - обычно АТФ, реже
гуанозин-или цитозинтрифосфата. Классы лигаз (их пять) сформированы по типам
связей, к-рые образуются в результате р-ции, а подклассы - по типам субстратов.
К лигазам, катализирующим р-ции, в к-рых образуются связи С-О, относятся
аминоацил-тРНК-синтетазы, катализирующие ацилирование транспортных РНК
соответствующими аминокислотами. Образование связи С-S катализируют ферменты,
участвующие в синтезе ацильных производных кофермента А (см. Пантотеновая
кислота). К ферментам, участвующим в образовании связи С-N, относятся амидсинтетазы
(катализируют образование амидов из к-т и NH3 или аминов, напр.
глутаминсинтетаза), пептидсинтетазы (катализируют образование пептидной связи,
напр. L-глутамилцистеинсинтетаза), цикло-лигазы (катализируют образование
гетероциклов, содержащих в кольце атом N, напр. фосфорибозиламиноимидазол -
синтетаза) и нек-рые другие. Р-ции, в результате к-рых образуется связь С-С,
катализируют карбоксилирующие ферменты, содержащие в качестве кофактора биотин,
напр. пируваткарбоксилаза. Ряд лигаз (напр., полидезоксирибонуклеотид-синтетаза)
катализирует образование фосфодиэфирных связей в нуклеиновых к-тах (т. наз.
репарирующие ферменты). В сопряженной р-ции гидролиз пирофосфатной связи может
осуществляться между a - и b - или b - и g-фосфатными группами: В р-ции X и Y -
субстраты, НДФ и НМФ - соотв. нуклеозиддифосфат и нуклеозидмонофосфат, Ф и ПФ -
соотв. фосфорная и пирофосфорная к-ты. Для лигаз, у к-рых в сопряженной р-ции
АТФ гидролизуется до аденозинмонофосфата (АМФ) и пирофосфата, предложен
механизм, согласно к-рому в качестве интермедиата образуется ацил-АМФ; в этом
случае АТФ реагирует непосредственно с субстратом X или Y. Нек-рые лигазы
(напр., L-глутамилцистеинсинтетаза) функционируют по механизму трехстадийного
переноса, для к-рого характерно образование ковалентного промежут. производного
фермента:
Е + АТФ: Е-Ф + АДФ;
Е-Ф + X: Е-X + Ф;
Е-X + У: X-У + Е
Е - фермент, АДФ - аденозиндифосфат. Катализируемые лигазами
р-ции играют важную роль в биосинтезе и функционировании всех организмов.
Пировиноградная кислота (пировиноградная кислота -
химическое соединение с формулой СН3СОСООН, органическая кетокислота). -
важнейший промежуточный продукт, образующийся при брожении и дыхании, - также
тесно связана с белковым обменом: взаимодействуя с NH3 и соответствующим ферментом,
она даёт важную аминокислоту a-аланин. Теснейшая связь процессов брожения и
дыхания с обменом липидов в организме проявляется в том, что фосфоглицериновый
альдегид, образующийся на первых этапах диссимиляции углеводов, является
исходным веществом для синтеза глицерина. С др. стороны, в результате окисления
пировиноградной кислоты получаются остатки уксусной кислоты, из которых
синтезируются высокомолекулярные жирные кислоты и разнообразные изопреноиды
(терпены, каротиноиды, стероиды). Т.о., процессы брожения и дыхания приводят к
образованию соединений, необходимых для синтеза жиров и др. веществ.
Карбоксилирование, непосредственное
введение карбоксильной группы - СООН в органические соединения действием CO2.
Вопрос № 8
Стероидные гормоны. Мужские половые гормоны.
Строение и биологическая роль гормонов.
Под действием мужских половых гормонов (андрогенов -
тестостерон, дигидротестостерон) происходит формирование мужских половых
признаков и поддержание функции размножения:
· формирование и рост придатков яичек,
семенных пузырьков, предстательной железы, полового члена;
· проявление вторичных половых признаков;
· оволосение по мужскому типу (усы, борода,
волосы на туловище и конечностях, оволосение в виде ромба на лобке);
· увеличивается гортань;
· утолщаются голосовые связки (тембр голоса
при этом снижается);
· проявление нормального полового влечения
(либидо);
· стимулирующее действие на рост мышц и рост
всего тела.
ГОРМОНЫ (от греч. hormao - возбуждаю, привожу в
движение), биологически активные вещества, вырабатываемые в организме
специализированными клетками или органами (железами внутренней секреции) и
оказывающие целенаправленное влияние на деятельность других органов и тканей.
Позвоночные животные и человек имеют развитую систему таких желез (гипофиз,
надпочечники, половые, щитовидная и др.), которые посредством гормонов,
выделяемых в кровь, участвуют в регуляции всех жизненно важных процессов -
роста, развития, размножения, обмена веществ. Развитые эндокринные железы есть
и у высокоорганизованных беспозвоночных - головоногих моллюсков, насекомых,
ракообразных. Секретируемые ими гормоны контролируют рост, линьку, метаморфоз,
половое размножение и др. Каждый из гормонов влияет на организм в сложном
взаимодействии с другими гормонами; в целом гормональная система совместно с
нервной системой обеспечивает деятельность организма как единого целого.
Химическая природа гормонов различна - белки, пептиды, производные аминокислот,
стероиды. Гормоны, используемые в медицине, получают химическим синтезом или
выделяют из соответствующих органов животных.
Химическая структура
Исходя из химического строения, гормоны делят на три группы.
К первой группе относят пептидные и белковые гормоны. Пептидами являются,
например, окситоцин, вазопрессин. Среди белковых гормонов имеются как простые
белки (инсулин, глюкагон, соматотропин, пролактин и др.), так и сложные -
гликопротеины (фоллитропин, лютропин). Вторая группа - амины - объединяет гормоны,
близкие по структуре аминокислотам - тирозину и триптофану (тиреоидные гормоны,
адреналин, норадреналин). Третью группу составляют стероидные гормоны, которые
являются производными холестерина. Среди стероидных гормонов - все половые
гормоны и гормоны коры надпочечников - кортикостероиды.
Биологическая роль гормонов.
Гормоны контролируют основные процессы жизнедеятельности
организма на всех этапах его развития с момента зарождения. Они влияют на все
виды обмена веществ в организме, активность генов, рост и дифференцировку
тканей, формирование пола и размножение, адаптацию к меняющимся условиям среды,
поддержание постоянства внутренней среды организма (гомеостаз), поведение и
многие другие процессы. Совокупность регулирующего воздействия различных гормонов
на функции организма называется гормональной регуляцией.
Вопрос № 9
Вода в живом организме. Состояние воды в живых
тканях, ее функции. Эндогенная вода.
Человеческий организм состоит из 70-80% воды, в некоторых
растениях воды содержится до 90% и более. Такое высокое содержание воды в живом
организме невольно наводит на мысль о более значимой ее роли, нежели простой
нейтральный растворитель или некая нейтральная среда.
Питательные вещества попадают в нашу кровь через стенки
пищеварительного канала. Через эти стенки могут проникать только вещества,
растворённые в воде, только жидкости. Если бы кусок сахара не растворился в
слюне и в желудочном соке, сахар не попал бы в кровь. Белок яйца, крахмал хлеба
и картофеля не растворяются в воде, но желудочный и кишечный соки содержат
особые вещества - ферменты, которые расщепляют белок и крахмал и переводят в
вещества растворимые. Это расщепление идёт только в воде. Кровь, состоящая на
четыре пятых из воды, разносит питательные вещества по всему организму. В
каждой клетке организма идут свои процессы, и эти процессы неизменно связаны с
присутствием в клетке воды. Таким образом, вода нужна для нашего организма как
растворитель питательных веществ и как среда, в которой протекают различные
процессы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Выделяясь потовыми железами и
испаряясь с поверхности кожи, вода регулирует температуру нашего тела. Кроме
того вода необходима для выведения из организма различных вредных веществ,
образующихся в результате обмена.
Таким образом мы видим, что вода в живом организме, как и в
природе, не находится в покое. Всё новые и новые количества её поступают в
организм с пищей и такие же количества выделяются.
Эндогенная вода (внутренняя) вырабатывается при
метаболизме белков, жиров и углеводов (образуется примерно 10-16 г воды на
каждые 100 ккал утилизированной энергии).
Эндогенная вода - это метаболическая вода.
Метаболическая вода - это вода, образующаяся
в организме в процессе обмена веществ.
Углеводы (сахара, сахариды) - органические вещества,
содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса
соединений происходит от слов "гидраты углерода", оно было впервые предложено
К. Шмидтом в 1844 году. Появление такого названия связано с тем, что первые из
известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx (H2O) y, формально
являясь соединениями углерода и воды.
Углеводы - весьма обширный класс органических соединений,
среди них встречаются вещества с сильно различающимися свойствами. Это
позволяет углеводам выполнять разнообразные функции в живых организмах.
Соединения этого класса составляют около 80 % сухой массы растений и 2-3 %
массы животных.
Углеводы являются основным источником энергии для нашего
организма. Углеводы - это органические вещества, в состав которых входят
преимущественно углерод, водород и кислород. Но в основном энергетическую
функцию несут глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал и гликоген.
Классификация углеводов:
· Моносахариды и олигосахариды - простые
углеводы. Олигосахариды: глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза. Дисахариды:
сахароза (собственно, сахар), лактоза (молочный сахар), мальтоза, лактулоза,
изомальтоза.
· Полисахариды - углеводы, состоящие из
нескольких молекул глюкозы, соединённых вместе. Вызывают меньший скачок уровня
сахара крови. К ним относятся: декстрин, целлюлоза, крахмал (это полисахарид,
содержащийся в овощах, зерновых, в бобовых), гликоген (животный полисахарид) и
др. Полисахариды ещё называют - сложные углеводы.
· Клетчатка - так же является группой
полисахаридов. Продукты, богатые клетчаткой: овощи, фрукты, цельные зёрна,
бобовые. Употребление клетчатки 25-30 гр. в сутки является необходимым условием
полноценного рационального питания.
Классификация углеводов по гликемическому
индексу (ГИ) - деление: углеводов с высоким ГИ и низким ГИ.
Углеводы морской фауны-водоросли.
Вопрос № 11
Жирные кислоты, входящие в состав растительных и
животных жиров.
Жирные кислоты - алифатические одноосновные карбоновые
кислоты с открытой цепью, содержащиеся в этерифицированной форме в жирах,
маслах и восках растительного и животного происхождения. Жирные кислоты, как
правило, содержат неразветвленную цепь из четного числа атомов углерода (С4-24,
включая карбоксильный углерод) и могут быть как насыщенными, так и
ненасыщенными.
Жирные кислоты могут быть насыщенными (только с одинарными
связями между атомами углерода), мононенасыщенными (с одной двойной связью
между атомами углерода) и полиненасыщенными (с двумя и более двойными связями,
находящимися, как правило, через CH2-группу). Они различаются по количеству
углеродных атомов в цепи, а также, в случае ненасыщенных кислот, по положению,
конфигурации (как правило цис-) и количеству двойных связей. Жирные кислоты
можно условно поделить на низшие (до семи атомов углерода), средние (восемь -
двенадцать атомов углерода) и высшие (более двенадцати атомов углерода). Исходя
из исторического названия данные вещества должны быть компонентами жиров. На
сегодня это не так; термин "жирные кислоты" подразумевает под собой
более широкую группу веществ.
Карбоновые кислоты начиная с масляной кислоты (С4) считаются
жирными, в то время как жирные кислоты, полученные непосредственно из животных
жиров, имеют в основном восемь и больше атомов углерода (каприловая кислота).
Число атомов углерода в натуральных жирных кислотах в основном чётное, что
обусловлено их биосинтезом с участием ацетил-кофермента А.
Большая группа жирных кислот (более 400 различных структур,
хотя только 10-12 распространены) находятся в растительных маслах семян.
Наблюдается высокое процентное содержание редких жирных кислот в семенах
определённых семейств растений.
Под незаменимыми понимаются те жирные кислоты, которые не
могут быть синтезированы в организме. Для человека незаменимыми являются
кислоты, содержащие по крайней мере одну двойную связь на расстоянии более
девяти атомов углерода от карбоксильной группы.
Расщепление
Жирные кислоты в виде триглицеридов накапливаются в жировых
тканях. При потребности под действием таких веществ как адреналин,
норадреналин, глюкагон и адренокортикотропина запускается процесс липолиза.
Освобождённые жирные кислоты выделяются в кровоток, по которому попадают к
нуждающимся в энергии клеткам, где сперва при участии АТФ происходит связывание
(активация) с коферментом А (КоА). При этом АТФ гидролизуется до АМФ с
освобождением двух молекул неорганического фосфата (Pi).
R-COOH + КоА-SH + АТФ → R-CO-S-КоА
+ 2Pi + H+ + АМФ
Синтез
В растительном и животном организме жирные кислоты
образуются, как продукты углеводного и жирового обмена. Синтез жирных кислот
осуществляется в противоположность расщеплению в цитозоле.
2. Т.Т.
Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия / Под ред. акад. АМН СССР С.С.
Дебова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1990. (Учебная литература
для студентов медицинских институтов). - 100 000 экз.
. Кухта
В.К., Морозкина Т.С., Олецкий Э.И., Таганович А.Д. Биологическая химия. - М.:
Асар, Бином, 2008. - 688 с.