Что изучает биохимия Из каких веществ состоит живой организм? (Проблемы правильного питания, витаминология) Превращения веществ в организме. Метаболизм, нарушения обмена веществ Механизмы коррекции нарушений метаболизма (проблемы фармакологии и синтеза новых лекарственных веществ и соединений) Механизмы энергетического обеспечения клеток (гликолиз, окислительное фосфорилирование, фотосинтез) Механизмы передачи генетической информации (медицинская генетика) Механизмы межклеточного обмена. Проблемы молекулярной эндокринологии Механизмы биологической подвижности Проблемы программируемой гибели клеток и связанные с этим проблемы онкологии Проблемы иммунологии (защита от бактерий и вирусов)

Смысл изучения биохимии: - понимание причинно-следственных связей - база для других предметов – физиологии, патофизиологии, фармакологии, гистологии, токсикологии, иммунологии - понимание механизма болезни дает возможность: - Найти пути лечения - Подбирать лекарства, которые помогут именно этому пациенту - Разработка и регистрация новых препаратов

1. Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия: Учебник. - 4-е издание - М.: Медицина, «Биохимия. Руководство к практическим занятиям» под редакцией Н.Н. Чернова. М Сборник тестов по биохимии: Учебное пособие / Под ред. Н.Н. Чернова. - М с. 4. Лекции Дополнительная литература: 1. Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. М.: Гэотар-мед, Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. Под ред. Е.С. Северина. М.: Гэотар-мед, Биохимия с упражнениями и задачами. Под ред. Е.С. Северина. М.: Гэотар-мед, Для студентов, обучающихся по специальности "Стоматология" 4. Биологическая химия. Е.С. Северин и др Электронный учебник Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия Вы можете найти на Дополнительную информацию Вы можете найти на сайте biokhimija.ru/biokhimija.ru/ УЧЕБНИКИ

Ленинджер А., Основы биохимии, тт. 1-3, М.: Мир, 1985 Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В., Биохимия человека, М.: Мир, 1993 Кольман, Рем, Наглядная биохимия, М.: Мир, 2004 ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

БЕЛКИ. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ

Белки - полимерные молекулы, в которых мономерами служат аминокислоты. В составе белков в организме человека встречают только 20 α- аминокислот. Одни и те же аминокислоты присутствуют в различных по структуре и функциям белках. Индивидуальность белковых молекул определяется порядком чередования аминокислот в белке. Аминокислоты можно рассматривать как буквы алфавита, при помощи которых, как в слове, записывается информация. Слово несёт информацию, например о предмете или действии, а последовательность аминокислот в белке несёт информацию о построении пространственной структуры и функции данного белка.

Элементный состав белков практически одинаковый: С (50-54%), Н(8%), О (22%), N (15-17%) и S ( %) или селен (пшеница, астрогал). Все многообразие видов и функций белковых молекул определяется особенностями их химической структуры. Белки – это высокомолекулярные полимеры, мономерами которых служат аминокислоты. Protos – первичный, важнейший. Протеины – это другое название белков. В результате гидролиза (щелочного, кислотного или ферментативного) получается смесь аминокислот. Всего в живой природе обнаружено 300 видов аминокислот, но только 20 из них генетически закодированы и входят в состав белков. Это – протеиногенные аминокислоты. Зеленые растения синтезируют все 20 протеиногенных аминокислот.

Для животных и человека 10 из 20-ти АМК должны поступать с пищей и являются незаменимыми: валин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин, лизин, гистидин, аргинин, метионин и треонин

Строение и свойства аминокислот

Аминокислоты - α-амино производные соответствующих карбоновых кислот

В составе алифатических радикалов АМК могут находиться функциональные группы, придающие им специфические свойства: карбоксильная (-СООН), амино (-NH 2 ), тиольная (-SH), амидная (-CO-NH 2 ), гидроксильная (-ОН) и гуанидиновая группы.

Названия аминокислот можно построить по заместительной номенклатуре, но обычно используют тривиальные названия Тривиальное названиеНазвание аминокислоты по заместительной номенклатуре аланинα-амино-β-тиопропионовая к-та метионинα-амино-γ-тиометилмасляная к-та аспартатα-амино-янтарная к-та глутаматα-амино-глутаровая к-та ……….…………

Свойства радикалов аминокислот

Для записи аминокислотных остатков в молекулах пептидов и белков используют трёхбуквенные сокращения их тривиальных названий, а также однобуквенные символы

Протеиногенные АМК содержат ассиметричный С и относятся к изомерам L-ряда. D-изомеры встречаются редко, в частности, в белках клеточных стенок бактерий и в составе некоторых антибиотиков.

АМИНОКИСЛОТЫ Неполярные: Глицин Аланин Валин лейцин Изолейцин пролин Ароматические: Фенилаланин Тирозин триптофан Незаряженные, но полярные: Серин Треонин Цистеин Метионин* Аспарагин глутамин + заряженные: Лизин Аргинин гистидин - заряженные: аспартат глутамат

Неполярные алифатические АМК

Ароматические АМК

Полярные незаряженные АМК

Положительно заряженные АМК

Отрицательно заряженные АМК

Все 20 аминокислот в белках организма человека можно сгруппировать по способности их радикалов растворяться в воде. Радикалы можно выстроить в непрерывный ряд, начинающийся полностью гидрофобными и заканчивающийся сильно гидрофильными. Растворимость радикалов аминокислот определяется полярностью функциональных групп, входящих в состав молекулы (полярные группы притягивают воду, неполярные её отталкивают).

Аминокислоты с неполярными радикалами К неполярным (гидрофобным) АМК относят радикалы, имеющие алифатические углеводородные цепи (радикалы аланина, валина, лейцина, изолейцина, пролина и метионина) и ароматические кольца (радикалы фенилаланина и триптофана). Радикалы таких аминокислот в воде стремятся друг к другу или к другим гидрофобным молекулам, в результате чего поверхность соприкосновения их с водой уменьшается.

Аминокислоты с полярными незаряженными радикалами Радикалы этих АМК лучше, чем гидрофобные радикалы, растворяются в воде, так как в их состав входят полярные функциональные группы, образующие водородные связи с водой. К ним относят серин, треонин и тирозин, имеющие гидроксильные группы, аспарагин и глутамин, содержащие амидные группы, и цистеин с его тиольной группой. Цистеин и тирозин содержат соответственно тиольную и гидроксильную группы, способные к диссоциации с образованием Н +, но при рН около 7,0, поддерживаемого в клетках, эти группы практически не диссоциируют.

Аминокислоты с полярными отрицательно заряженными радикалами К этой группе относят аспарагиновую и глутаминовую аминокислоты, имеющие в радикале дополнительную карбоксильную группу, при рН около 7,0 диссоциирующую с образованием СОО - и Н +. Следовательно, радикалы данных аминокислот - анионы. Ионизированные формы глутаминовой и аспарагиновой кислот называют соответственно глутаматом и аспартатом.

Наибольшей растворимостью в воде обладают полярные заряженные радикалы аминокислот

Аминокислоты с полярными положительно заряженными радикалами Дополнительную положительно заряженную группу в радикале имеют лизин и аргинин. У лизина вторая аминогруппа, способная присоединять Н +, располагается в ε-положении алифатической цепи, а у аргинина положительный заряд приобретает, гуанидиновая группа. Кроме того, гистидин содержит слабо ионизированную имидазольную группу, поэтому при физиологических колебаниях значений рН (от 6,9 до 7,4) гистидин заряжен либо нейтрально, либо положительно. При увеличении количества протонов в среде имидазольная группа гистидина способна присоединять протон, приобретая положительный заряд, а при увеличении концентрации гидроксильных групп - отдавать протон, теряя положительный заряд радикала. Положительно заряженные радикалы - катионы

Схема классификации АМК Проф. Н.Н. Чернов

Аминокислоты легко растворимы в воде. Все аминокислоты при физиологических значениях рН имеют структуру цвиттериона - биполярного (амфотерного) иона

Добавляя к раствору аминокислоты определенное количество кислоты или щелочи, можно изменить их заряд. При определенном значении pH наступает такое состояние, при котором заряд аминокислоты становится равным нулю. Такое значение pH получило название изоэлектрической точки (pI). При значении pH, равном изоэлектрической точке, аминокислоты не перемещаются в электрическом поле.

Изменение суммарного заряда аминокислот в зависимости от рН среды

При нейтральных значениях рН все кислотные (способные отдавать Н + ) и все основные (способные присоединять Н + ) функциональные группы находятся в диссоциированном состоянии. Поэтому в нейтральной среде аминокислоты, содержащие недиссоциирующий радикал, имеют суммарный нулевой заряд. Аминокислоты, содержащие кислотные функциональные группы, имеют суммарный отрицательный заряд, а аминокислоты, содержащие основные функциональные группы, - положительный заряд. Изменение рН в кислую сторону (т.е. повышение в среде концентрации Н + ) приводит к подавлению диссоциации кислотных групп. В сильно кислой среде все аминокислоты приобретают положительный заряд. Напротив, увеличение концентрации ОН - групп вызывает отщепление Н + от основных функциональных групп, что приводит к уменьшению положительного заряда. В сильно щелочной среде все аминокислоты имеют суммарный отрицательный заряд.

Изменение суммарного заряда аминокислот в зависимости от рН среды

Модифицированные аминокислоты, присутствующие в белках Непосредственно в синтезе белков организма человека принимают участие только 20 перечисленных аминокислот. Однако в некоторых белках имеются нестандартные модифицированные аминокислоты - производные одной из этих 20 аминокислот. Например, в молекуле коллагена (фибриллярного белка межклеточного матрикса) присутствуют гидроксипроизводные лизина и пролина - 5-гидроксилизин и 4-гидроксипролин. Модификации аминокислотных остатков осуществляются уже в составе белков, т.е. только после окончания их синтеза.

Введение дополнительных функциональных групп в структуру аминокислот придаёт белкам свойства, необходимые для выполнения ими специфических функций. Так, гидроксилизин и гидроксипролин содержатся в белке соединительной ткани – коллагене; γ-карбоксиглутаминовая кислота входит в состав белков, участвующих в свёртывании крови, и две близко лежащие карбоксильные группы в их структуре необходимы для связывания белковых факторов с ионами Са 2+. Нарушение карбоксилирования глутамата приводит к снижению свёртываемости крови.

Дийодтирозин является основой структуры гормонов щитовидной железы.

Ряд α-аминокислот выполняет важные функции в обмене веществ, хотя и не входит в состав белков, в частности орнитин, цитруллин, гомосерин, гомоцистеин, цистеинсульфиновая кислота, диоксифенилаланин и др.

Химические реакции, используемые для обнаружения аминокислот Способность аминокислот вступать в те или иные химические реакции определяется наличием в их составе функциональных групп. Так как все аминокислоты, входящие в состав белков, содержат у α-углеродного атома амино- и карбоксильную группы, они могут вступать в характерные (универсальные) для всех аминокислот химические реакции. Наличие каких-либо функциональных групп в радикалах индивидуальных аминокислот определяет их способность вступать в специфичные для данных аминокислот реакции.

Универсальные реакции : -Биуретовая реакция (реакция на наличие пептидной связи в беках и олигопептидах) Сиреневая окраска -Нингидриновая реакция (реакция на наличие α-аминогрупп в свободных аминокислотах, а также в аминокислотных остатках олигопептидов и белков) Красно-фиолетовая окраска Специфические реакции: -Ксантопротеиновая реакция (реакция определяется наличием в белках ароматических аминокислотах). Ярко-желтый осадок -Реакция Фоля (реакция на наличие в составе белков серосодержащей аминокислоты цистеина). Черный осадок Цветные реакции на аминокислоты и белки

Нингидриновая реакция на аминокислоты Для обнаружения и количественного определения аминокислот, находящихся в растворе, можно использовать нингидриновую реакцию. Эта реакция основана на том, что бесцветный нингидрин, реагируя с аминокислотой, конденсируется в виде димера через атом азота, отщепляемый от α-аминогруппы аминокислоты. В результате образуется пигмент красно-фиолетового цвета. Одновременно происходит декарбоксилирование аминокислоты, что приводит к образованию СО 2 и соответствующего альдегида. Нингидриновую реакцию широко используют при изучении первичной структуры белков. Так как интенсивность окраски пропорциональна количеству аминокислот в растворе, её используют для измерения концентрации α-аминокислот.