Учебно-методический комплекс дисциплины биохимия (наименование дисциплины)

3. Ферменты (2 часа).

Ферменты (от лат. fermentum — брожение, закваска), или энзимы - специфические белки, входящие в состав клеток и катализирующие химические реакции в организме. Характерная особенность ферментов — высокая специфичность действия. На активность ферментов оказывают влияние температура, концентрация водородных ионов, ионная сила, а также ионный состав среды. Активность ферментов может быть снижена под влиянием некоторых веществ — ингибиторов. К ним относятся, например, соли тяжёлых металлов (серебра, ртути и свинца), которые блокируют активные центры ферментов или понижают активность входящих в их состав металлов.

КОФАКТОР – небелковое вещество, которое обязательно должно присутствовать в организме в небольших количествах, чтобы соответствующие ферменты смогли выполнить свои функции. В состав кофактора входят коферменты и ионы металлов (например, ионы натрия и калия).

4. Углеводы (4 часа).

На долю углеводов приходится до 80% сухого вещества некоторых растительных тканей и до 20% некоторых животных тканей. В клетках животных углеводов 1-3 % (в клетках печени до 5 %), в клетках растений до 90 %, где они являются основным строительным и запасающим веществом. Простейшими углеводами, встречающимися в живых организмах, являются моносахариды, имеющие общую формулу (СН2О)n, где n = 3 - 7. Основными моносахаридами живых организмов являются глюкоза, фруктоза, рибоза (входит в состав РНК) и дезоксирибоза (входит в состав ДНК).

Моносахариды могут соединяться друг с другом, образуя гликозидную связь, которая образуется между гидроксильной группой одного моносахарида и альдегидной группой другого моносахарида. Присоединение аналогичным путем дополнительных моносахаридов приводит к образованию олигосахаридов все возрастающей длины (трисахаридов, тетрасахаридов и т.д.) вплоть до очень больших молекул полисахаридов, содержащих сотни и тысячи моносахаридных остатков. Поскольку у каждого моносахарида имеется несколько свободных гидроксильных групп, способных образовывать связь с другим моносахаридом или каким-либо иным соединением, число возможных структур полисахаридов исключительно велико. В живых организмах углеводы выполняют структурную, энергетическую и специальные функции. Основными структурными полисахаридами служат: у растений - целлюлоза и пектины, а у животных и грибов - хитин.

Целлюлоза - самое распространенное органическое соединение на Земле, поскольку из нее построены клеточные стенки растений. В частности, древесина и хлопок почти целиком состоят из целлюлозы. В день на каждого живущего на Земле человека растения синтезируют примерно 50 кг целлюлозы. Целлюлоза - прочное, волокнистое, водонерастворимое вещество, каждая молекула которого состоит из 104 и более остатков глюкозы, соединенных в неразветвленную цепь посредством гликозидных связей. Полимерные цепи целлюлозы сильно вытянуты и соединены друг с другом водородными связями.

Хитин, как и целлюлоза, - линейный неразветвленный полисахарид, однако структурными единицами его служит не глюкоза, а ацетилглюкозамин. Из хитина построены прочные нерастворимые покровы ракообразных и насекомых, а также клеточные стенки грибов. Хитиновый каркас многих ракообразных усилен за счет включений карбоната кальция.

Углеводы служат главным оперативным источником энергии в клетках. В результате последовательного ряда реакций окисления глюкоза и другие моносахариды распадаются до СО2 и Н2О и высвобождающаяся при этом химическая энергия используется клеткой. Для запасания энергии впрок используются полисахариды, построенные из повторяющихся остатков глюкозы, - крахмал (у растений) и гликоген (у животных). Когда необходима энергия, молекулы глюкозы отщепляются от крахмала или гликогена, а при избытке глюкозы ее молекулы присоединяются к полимерным цепям крахмала или гликогена и удлиняют их. Таким образом, резервные полисахариды все время меняют свой размер в зависимости от потребности организма в энергии.

Крахмал представляет собой смесь двух полимеров глюкозы - амилозы и амилопектина.

Гликоген - сильно разветвленный полисахарид, так же, как и амилопектин, состоящий из остатков глюкозы. Больше всего гликогена содержится в клетках печени, где на его долю приходится до 7% общего веса органа. В клетках печени гликоген присутствует в виде крупных гранул, состоящих в свою очередь из меньших гранул, каждая из которых образована одной сильно разветвленной молекулой со средней молекулярной массой в несколько миллионов. С этими гранулами прочно связаны ферменты, ответственные за синтез и распад гликогена.

Хотя и целлюлоза, и крахмал, и гликоген состоят из остатков глюкозы, они сильно различаются по своим свойствам из-за различия гликозидных связей, которыми соединены остатки глюкозы в этих молекулах.

Крахмал и гликоген являются запасными питательными веществами и выполняют наряду с глюкозой энергетическую функцию в организме – 1 г углеводов дает 17,6 кДж.

К полисахаридам со специальными функциями относятся очень сложные соединения, биохимические функции которых не всегда известны точно, например, камеди и слизи. Кроме того, углеводы могут ковалентно связываться с белками и липидами, образуя гликопротеины и гликолипиды. Как правило, такие гибридные молекулы входят в состав оболочек клеток, и их олигосахаридная часть участвует в процессах межклеточного узнавания и рецепции сигнальных молекул. Гликопротеины, в которых на долю полисахарида приходится основная часть молекулы - более 95%, называются протеогликаны. Они входят в состав основного вещества, заполняющего пространство между клетками в большинстве тканей, а у бактерий служат структурной основой клеточных стенок.

5. Липиды (2 часа).

Липидами называют природные соединения, которые получают из растительных или животных тканей экстракцией неполярными растворителями (например, эфиром, бензолом или хлороформом) и которые не растворимы в воде. К ним относятся продукты взаимодействия жирных кислот со спиртами (простые липиды), аминоспиртами и др. соединениями (сложные липиды), простагландины и изопреноидные липиды (например, каротиноиды, хлорофилл, витамины Е и К). В зависимости от типа клеток содержание липидов колеблется от 5 до 90 % (в клетках жировой ткани). Это гидрофобные вещества с высокой энергоемкостью (расщепление 1 г жира дает 38,9 кДж).

ЛИПИД (гр. липос —жир) — жироподобное вещество, входящее в состав всех живых клеток и играющее важную роль в физиолого-биохимических процессах.

Триацилглицеролы - простые липиды, представляющие собой эфиры трехосновного спирта глицерола и трех жирных кислот. Основная функция триацилглицеролов в живых организмах - это запасание энергии. Для этого они накапливаются в цитозоле клеток запасающих тканей (например, подкожной клетчатки) в виде мелкодисперсной эмульсии масляных капелек и могут занимать почти весь объем запасающей клетки. В расчете на единицу веса триацилглицеролы запасают вдвое больше энергии, чем углеводы, и, накапливаясь в больших количествах, могут обеспечивать энергетический обмен организма в течение нескольких недель, тогда как в форме гликогена организм может запасти энергию не более чем на сутки. Однако энергия, запасенная в углеводах, становится доступна для использования организмом быстрее, чем запасенная в форме триацилглицеролов. Поэтому полисахариды (крахмал и гликоген) и жиры (триацилглицеролы) работают как оперативная и долговременная системы запасания энергии соответственно. Дополнительно триацилглицеролы могут служить для теплоизоляции и как источник воды: при окислении триацилглицеролов образуется вдвое больше воды, чем из углеводов, и это используется пустынными животными, а толстый подкожный слой жировой клетчатки надежно защищает тюленей, моржей, пингвинов и других полярных теплокровных животных от холода.

Воска - простые липиды, представляющие собой эфиры, образованные насыщенными или ненасыщенными жирными. У позвоночных секретируемые кожными железами воска выполняют функцию защитного покрытия, смазывающего и смягчающего кожу и предохраняющего ее от воды. У водоплавающих птиц выделяемые копчиковой железой воска придают перьевому покрову водоотталкивающие свойства. Примерами животных восков служат также пчелиный воск и спермацет, содержащийся в черепной полости кашалота. Листья многих субтропических растений тоже покрыты защитным слоем воска, который препятствует избыточной трансперации в условиях засушливого климата.

Фосфолипиды - сложные липиды, похожие на триацилглицеролы наличием жирных кислот, связанных с глицеролом.

6. Биохимия мышечного сокращения (4 часа).

Мышцы состоят из отдельных мышечных волокон, каждое из которых представляет собой специализированную мышечную клетку. Её толщина колеблется от 10 до 100 мкм, а длина равна длине мышцы. Мышечная клетка (мышечное волокно) включает продольно расположенные нити - фибриллы диаметром около 1 мкм. В фибриллах чередуются темные и светлые участки - диски. Темные диски отличаются, двойным лучепреломлением и называются А-дисками (анизотропными). Светлые диски не обладают двойным лучепреломле­нием и называются I-дисками (изотропными). В средней части А-диска имеется более светлый участок - Н-зона. В середине I-диска расположена плотная линия Z. Пучок миофибрилл, заключенный между двумя соседними Z-линиями, - саркомер. Каждый из саркомеров включает:

сеть поперечных трубочек, расположенных перпендикулярно к длине волокна и соединяющихся с наружной поверхностью клетки;

саркоплазматический ретикулум, который занимает до 10% объ­ема клетки, и

несколько митохондрий.

Миофибриллы, по данным электронной микроскопии, представля­ют собой агрегаты из толстых филаментов (диаметр - около 14 нм, длина - 1 500 нм), расстояние между которыми составляет около 20-30 нм. Между толстыми филаментами располагаются тонкие филаменты (диаметр - 7-8 нм). Толстые филаменты (миозиновые нити) состоят из молекул миозина. Молекула миозина - палочковидное образование, в котором различается утолщенный конец (головка). Молекула состоит из двух идентичных субъединиц (200 кДа каждая) и четырех легких цепей. Миозину свойственна АТФ-азная активность - высвобождающаяся энергия используется для мышечного сокращения. Тонкие филаменты (актиновые нити) образованы тремя белками (актин, тропонин и тропомиозин). Взаиморасположение их в филаменте таково: актин - основной по массе белок - образует спираль, тропомиозин располагается в желобке этой спирали, молекулы тропонина, имеющие глобулярную структуру, располагаются вдоль спирали на некотором расстоянии друг от друга.

Сокращение мышцы - результат сокращения составляющих ее мышечных клеток (мышечных волокон). Сокращение мышечного волокна - следствие укорочения каждого его саркомера. Укорочение саркомера происходит в результате взаимодействия толстых и тонких филаменгов. В саркомере покоящейся мышцы толстые и тонкие филаменты пространственно разобщены. Тонкие филаменты контактируют с Z-линиями и не достигают центральной части саркомера, оставляя её свободной. Толстые филаменты занимают центр саркомера, не приходя в соприкосновение с Z-линиями. Только в Н-зоне, в пространстве между толстыми филаментами входят топкие. Взаимодействие филаментов сводится к тому, что топкие., прикрепленные к Z-линиям по обе стороны саркомера, движутся навстречу друг другу, внедряясь в пространство между толстыми. Происходит их сближение и укорочение длины саркомера.

Инициация сокращения обеспечивается приходом потенциала действия на концевую пластинку двигательного нерва: высвобождение ацетилхолина → связывание ацетилхолина с постсинаптическими рецепторами → переход потенциала на постсинаптическую пластинку → распространение вдоль сарколеммы и к поперечным трубочкам. Потенциал по сарколемме и трубочкам распространяется благодаря наличию в этих образования Na+K+-АТФазы. В области Z-линии трубочки образуют впячивание внутрь мышечного волокна, охватывая каждую миофибриллу и вступая в контакт с цистернами саркоплазматического ретикулума.

При поступлении сигнала цистерны высвобождают содержащийся в них кальций. Его концентрация в цитозоле быстро увеличивается с 10 до 20 мкм. При такой концентрации все кальцийсвязывающие центры соответствующей субьединицы тропонина оказываются насыщенными.

В покоящейся мышце тропомиозин препятствует- присоединению миозиновой головки к соседнему с ним G-актиновому мономеру. Связывание кальция изменяет пространственную структуру тропонина, увеличивая силу взаимодействия между его субъединицами.

Механизм первичного сближения и последующего скольжения актиновых и миозиновых нитей полностью не расшифрован. Наиболее вероятна гипотеза, известная под названием модель весельной лодки. Согласно этой гипотезе, на миозиновом стержне имеется подвижный шарнир, легко деформируемый (изгибаемый) участок молекулы. При связывании головки миозина с обнажившимся миозинсвязывающим участком молекул актина активируется АТФ-азный центр, АТФ гидролизуется, высвобождая АДФ и фосфат. Это приводит к изменению конформации миозина, выражающемуся в уменьшении угла между головкой и хвостом его молекулы. Этот процесс сокращения зависит от числа миозиновых головок, участ­вующих в перемещении филаментов.

При низкой концентрации АТФ в мышцах потеря эластичности, наблюдающаяся в период сокращения, может сохраняться дольше. Это обусловлено тем, что число головок миозина, связанных с актином, на­растает - отсутствует фактор, присоединение которого снижает сродство миозин-акгин, т.е. АТФ. Локальные судороги мышц при местном нарушении кровообращения и связанной с этим гипоксией - примеры такого состояния. Образование прочных связей между актиновыми и миозиновыми нитями - причина трупного окоченения, обусловленного исчезновением АТФ.

Непосредственный инициатор мышечного сокращения - рост концентрации кальция в цитозоле. Отсутствие нового импульса с двигательного нерва приводит к тому, что концентрация кальция в цитозоле снижается до исходной. В результате этого освобождаются кальцийсвязывающие центры тропонина и восстанавливается его конформация, свойственная состоянию покоя. Иначе говоря, происходят процессы, обратные тем, которые наблюдаются при повышении концентрации кальция в цитозоле, мышца расслабляется.

Сокращение гладких мышц, отличающихся по структуре от поперечно-полосатых, также происходит путем АТФ-зависимого взаимодействия актиновых. и миозиновых волокон. Пусковую роль в сокращении и здесь играет повышение концентрации кальция, с той разницей, что ионы кальция связываются с кальмодулином. Комплекс Са2+-кальмодулин присоединяется к киназе миозина, активируя ее. Активированная киназа фосфорилирует легкие цепи миозина в миофибриллах, что вызывает сокращение. Расслабление мышцы происходит после рас­пада комплекса Са2+-кальмодулин. Его распад приводит к инактивации киназы и восстановлению исходных свойств миозина. Процесс в гладких мышцах протекает заметно медленнее.

Сокращение гладкой мышцы регулируется и другим путем. Киназа, которая активирует миозин, может быть фосфорилирована через аденилатциклазную систему. Отличаясь малым сродством к комплексу Са2+-кальмодулин, фосфорилированная киназа в меньшей степени активируется при повышении концентрации кальция, вызванной потенциалом действия. С этим связан расслабляющий эффект адреналина -активатора аденилатциклазной системы.

Энергообеспечение мышцы отличается некоторыми особенностя­ми. Скорость образования АТФ при окислении углеводов или ацетоацетата достаточна для обеспечения метаболизма в покоящейся мышце. При выполнении специфической функции потребность в АТФ мгновенно увеличивается в 20-200 раз. В этом случае запаса АТФ (около 5 мкмоль/г ткани) достаточно лишь на 0,5 с интенсивной работы. При высокой интенсивности сокращений потребность в АТФ может вырасти и в большей степени - примерно в 1 000 раз. Потребление кислорода существенно отстает от потребления АТФ. Это означает, что поставщиком АТФ становится анаэробное окисление - гликолиз. Усиление гликолиза обеспечивается аденилаткиназой, катализирующей образование АТФ из быстро накапливающейся при работе АДФ:

Повышение концентрации АМФ ведет к ускорению гликолитического распада глюкозы.

В начальный период работы мышца использует АТФ, образующий­ся за счет представленной выше реакции, протекающей справа налево. Это наиболее быстрый путь образования АТФ, обеспечивающий мышцу энергией до тех пор, пока включатся: другие механизмы: мобилиза­ция гликогена, усиленный транспорт в мышцы других субстратов окисления из печени и жировой ткани. В первую очередь используются запасы углеводов, а затем начинают использоваться липиды.

Два продукта, образующиеся в мышцах и поступающие в кровь, креатин и креатинин, имеют определенное диагностическое значение. Креатин, как показано выше, образуется за счет ферментативного дефосфорилирования креатинфосфата. Креатинин образуется в результате неферментативного дефосфорилирования креатинфосфата. Количество креатина, поступающего в кровь и выводящего с мочой, зависит от со­отношения между скоростью образования и скоростью превращения креатинфосфата в креатин. При болезнях мышц выделение креатина возрастает, а креатинина снижается. Видимо, это обусловлено замедленным: фосфорилированием креатина.

Определение креатинина в моче представляет интерес в связи со следующим. В норме суточное выделение креатинина пропорцио­нально мышечной массе и величина постоянная. Креатинин не реабсорбируется в отличие от многих низкомолекулярных соединений, поэтому его экскреция с мочой отражает состояние клубочковой фильтрации. По выделению креатинина можно рассчитать объем фильтрации и объем реабсорбции в почках. При заболевании почек с нарушением филы-рации уменьшается выделение креатина, в то время как содержание его в крови увеличивается.

  1. Учебно-методический комплекс для студентов дневной и заочной формы обучения по специальности 260504 «Технология бродильных производств и виноделие»

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-методический комплекс включает следующие разделы: содержание дисциплины «Пищевая химия», конспект лекций по изучаемому курсу, методические указания для выполнения лабораторных работ, методические указания для выполнения контрольных
  2. Учебно-методический комплекс Для студентов специальности 060101 «Лечебное дело» (3)

    Учебно-методический комплекс
    Гигиена с основами экологии, ВГ для студентов, обучающихся по специальности 060101 «Лечебное дело». Нальчик.: КБГУ, кафедра «Общей врачебной практики, геронтологии, общественного здоровья и здравоохранения», 2009.
  3. Учебно-методический комплекс Для студентов специальности 060105 «Стоматология» (4)

    Учебно-методический комплекс
    Гигиена с основами экологии, ВГ для студентов, обучающихся по специальности 060105 «Стоматология». Нальчик.: КБГУ, кафедра «Общей врачебной практики, геронтологии, общественного здоровья и здравоохранения», 2009.
  4. Учебно-методический комплекс Для студентов специальности 060101 «лечебное дело» Нальчик 2011

    Учебно-методический комплекс
    История медицины (для студентов, обучающихся по специальности 060101 «лечебное дело»). – Нальчик.: КБГУ, кафедра «Общей врачебной практики, геронтологии, общественного здоровья и здравоохранения», 2011.
  5. Учебно-методический комплекс по дисциплине Методика преподавания биологии Специальность

    Учебно-методический комплекс
    На основе логико-биологического, методологического и дидактического анализа содержания школьных дисциплин биолого-экологического цикла раскрыть особенности адаптации их содержания для учебных целей, рассмотреть важнейшие положения
  6. Учебно-методический комплекс дисциплины биохимия (наименование дисциплины) (2)

    Учебно-методический комплекс
    Строение и свойства химических соединений, входящих в состав организма человека и поступающих с пищей; преобразования веществ и энергии, лежащие в основе физиологических функций, их регуляция; биохимические процессы при мышечной деятельности,
  7. Учебно-методический комплекс по дисциплине биохимия (название) Специальности 011600 «Биология»

    Учебно-методический комплекс
    Строение и принципы жизнедеятельности клетки, единство и разнообразие клеточных типов, воспроизведение и специализация; ткани, их происхождение в индивидуальном и историческом развитии; субклеточные компоненты, их биохимические характеристики; структура
  8. Учебно-методический комплекс по дисциплине опд. Ф. 02. 1 “Физиология растений” составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности Шифр 020200. 62. “ Бакалавр”

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-методический комплекс по дисциплине ОПД.Ф.02.1 “Физиология растений” составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности
  9. Учебно-методический комплекс дисциплины «Биологическая химия» вузовского компонента цикла дс. 10 032500. 01 «География с дополнительной специальностью биология»

    Учебно-методический комплекс
    Курс биологической химии изучает химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью органов и тканей.

Другие похожие документы..