Модуль 1. статическая биохимия
ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ
БИОХИМИЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ НАПРАВЛЕНИЯ БИОЛОГИЯ
КРАСНОЯРСК, 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
| Введение……………………………………………………………. | |
| Модуль I. Статическая биохимия………………………………. | |
| Лекция 1. Строение, свойства, биологическая роль моно- и олигосахаридов……………………………………………………... | |
| Лекция 2. Строение, свойства, биологическая роль гомо- и гетерополисахаридов………………………………………………. | |
| Лекция 3. Строение, свойства, биологическая роль простых липидов………………………………………………....................... | |
| Лекция 4. Строение, свойства, биологическая роль сложных липидов……………………………………………………………... | |
| Лекция 5. Аминокислотный состав белков……………………… | |
| Лекция 6. Уровни структурной организации белков…………… | |
| Лекция 7. Физико-химические свойства белков………………… | |
| Лекция 8. Классификация белков. Простые и сложные белки… | |
| Лекция 9. Сложные белки………………………………………… | |
| Лекция 10. Строение, свойства, биологическая роль нуклеотидов………………………………………………………… | |
| Лекция 11. Строение, свойства, биологическая роль нуклеиновых кислот……………………………………………….. | |
| Лекция 12. Витамины – биологическая роль, классификация. Водорастворимые витамины………………………………………. | |
| Лекция 13. Жирорастворимые витамины……………………….. | |
| Лекция 14. Ферменты − строение, свойства, механизм действия. | |
| Лекция 15. Регуляция ферментативной активности. Классификация ферментов.………………………………………. | |
| Модуль II. Динамическая биохимия…………………………… | |
| Лекция 16. Обмен веществ и энергии в живых системах. Расщепление углеводов в пищеварительном тракте…………….. | |
| Лекция 17. Анаэробный катаболизм углеводов…………………. | |
| Лекция 18. Аэробный катаболизм углеводов (часть I)…………. | |
| Лекция 19. Аэробный катаболизм углеводов (часть II)………… | |
| Лекция 20. Биосинтез углеводов…………………………………. | |
| Лекция 21. Расщепление пищевых и тканевых липидов……….. | |
| Лекция 22. Катаболизм жирных кислот…………………………. | |
| Лекция 23. Биосинтез жирных кислот и триацилглицеролов….. | |
| Лекция 24. Биосинтез холестерина и желчных кислот…………. | |
| Лекция 25. Биологическое окисление……………………………. | |
| Лекция 26. Субстратное и окислительное фосфорилирование. Дыхательная цепь………………………………………………….. | |
| Лекция 27. Механизмы образования и использования АТР в живых системах…………………………………….......................... | |
| Лекция 28. Интеграция клеточного обмена……………………... | |
| Модуль III. Молекулярная биология………………...……….... | |
| Лекция 29. Репликация ДНК...……………………………………. | |
| Лекция 30. Транскрипция (биосинтез РНК)……………………... | |
| Лекция 31. Трансляция (биосинтез белка)………………………. | |
| Библиографический список……………………………………... |
ВВЕДЕНИЕ
Биохимия, или биологическая химия,– это наука, которая изучает состав, строение, свойства веществ живой природы, а также их превращения в процессе жизнедеятельности живых объектов с целью познания молекулярных основ жизни.
Термин биохимия был введен Карлом Нейбергом в 1903 г. Название этой науки свидетельствует о том, что она связана как с биологией, так и с химией: биохимия – это химия, поскольку она изучает строение, состав, свойства и превращение веществ, а биологическая потому, что изучает только те вещества, которые встречаются и подвергаются превращениям в живой природе.
В зависимости от подхода к изучению живой материи биохимию делят на статическую, динамическую и функциональную. Статическая изучает химический состав организмов – состав, строение, количественное содержание в тех или иных биологических объектах. Динамическая изучает превращения химических соединений и взаимосвязанных с ними превращений энергии в процессе жизнедеятельности живых организмов. Функциональная выясняет взаимосвязь между строением химических соединений и процессами их превращений с одной стороны и функцией субклеточных структур, специализированных клеток, тканей или органов, включающих в состав упомянутые вещества – с другой. Деление это в значительной мере условно и три раздела тесно переплетаются друг с другом.
В зависимости от объекта или направления исследований современная биохимия распадается на следующие самостоятельные разделы: 1) общая биохимия; 2) биоорганическая химия; 3) биохимия животных; 4) биохимия растений; 5) биохимия микроорганизмов; 6) медицинская биохимия; 7) ветеринарная биохимия; 8) техническая биохимия; 9) эволюционная биохимия; 10) радиационная биохимия; 11) космическая биохимия; 12) энзимология; 13)
молекулярная биология.
В развитии биохимии выделяют три периода. Донаучная биохимия – период накопления практических знаний (сыроварение, приготовление вин, выделка кож, выпечка хлеба т др.), длящийся с древних времен до середины XIX столетия.
Классическая биохимия – период выделения из физиологии в качестве самостоятельной науки (вторая половина XIX века). Ее возникновение связано со стремлением объяснить физиологические процессы с помощью химических реакций. Исследования физиологических процессов в этот период осуществлялись на организменном, тканевом и клеточном уровнях. Важнейшее достижениие – установление общего плана строения главных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и основных путей химических превращений веществ в живых организмах.
Современная биохимия возникла на базе классической во второй половине XX века в связи с переходом биохимических исследований на качественно новый уровень – молекулярный. Этому способствовало в первую очередь применение новых физико-химических методов (рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, газовая, жидкостная хроматография, метод меченых атомов, ИК- и УФ-спекрофотометрия, флюоресцентный, биолюминесцентный анализ, электрофорез, масс-спектрометрия, ультрацентрифугирование, ЯМР, ЭПР и др.).
Выдающиеся достижения этого периода – открытие двухцепочечной спирали ДНК, расшифровка генетического кода, определение трехмерной структуры ряда белков, описание основных путей метаболизма углеводов, липидов и белков, механизма образования АТР в клетках, разработка методов определения первичной структуры белков и нуклеиновых кислот, синтез гена и др.
В свою очередь это привело к возникновению нового направления современной биохимии – молекулярной биологии, которое интегрировало усилия биологов, биохимиков, химиков и физиков в области изучения молекулярных основ эволюции, дифференцировки, биоразнообразия, развития и старения, канцерогенеза, иммунитета и др.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что биохимия и молекулярная биология в целом изучает химические и физико-химические процессы, лежащие в основе развития и функционирования живых систем всех уровней организации.
Объединение биохимии и молекулярной биологии в одном курсе лекций оправдано. Предметы их изучения очень близки, а последние достижения и история развития современной биохимии и молекулярной биологии не позволяют однозначно ответить на вопрос о том, где заканчивается сфера интересов одной и начинается сфера интересов другой науки. С развитием методов генетической и белковой инженерии, биоинформатики биохимия и молекулярная биология идут параллельным курсом, дополняя и обогащая друг друга.
Биохимия и молекулярная биология переживают сегодня этап стремительного развития. Достижения именно этих и некоторых смежных наук позволили человеку вплотную приблизиться к возможности реконструкции геномов, воспроизведению по сути, любых организмов с заданными свойствами.
Курс лекций состоит из трех модулей, два из которых – статическая и динамическая биохимия рассматривают вопросы, касающиеся строения, свойств и метаболизма основных органических соединений, встречающихся в биообъектах. В третьем модуле охарактеризованы закономерности воспроизведения наследственной информации и механизмы экспрессии генов.
Модуль 1. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
ЛЕКЦИЯ 1