Тема 1: Определение биохимии как науки
Биохимия и молекулярная биология – дисциплина, располагающаяся на стыке биологических и точных наук, изучающих физические и химические явления. Для изучения биохимии необходимо знание биологии, химии, естествознания, физики (термодинамики).
Биохимия призвана дать правильное объяснение биологическим явлениям с использованием данных физико-химических исследований.
Цель курса «Основы биохимии и молекулярной биологии» – дать фундаментальные знания о строении и свойствах макромолекул, входящих в состав живой материи, их химических превращениях и значении этих превращений для понимания физико-химических основ жизнедеятельности, молекулярных механизмов наследственности и адаптации биохимических процессов в организмах при изменении условий окружающей среды; сформировать у студентов понимание единства метаболических процессов в организме и их регуляции на молекулярном, клеточном и организменном уровнях.
Датой «рождения» молекулярной биологии считается 1953 г., когда физик Фрэнсис Крик и биолог Джеймс Уотсон расшифровали структуру ДНК — двойную спираль. Это замечательное открытие стало основой большинства молекулярно-биологических исследований, а его предпосылками считаются уже упоминавшиеся достижения «фаговой школы» (Эвери и соавт.) и физиков (Бернал, Крауфут). Кроме этого, перемещению интересов биохимиков в область изучения нуклеиновых кислот способствовало постулирование в 1941 г. Дж. Бидлом и Э. Тейтумом принципа «один ген — один фермент», который они сформулировали при изучении биохимических мутаций у хлебной плесени Neurospora crassa.
Особенностью молекулярной биологии является исследование структуры макромолекул и ее связи с функцией. Наиболее наглядно это продемонстрировано на ДНК. Однако молекулярная биология исследует и другие молекулы, в чем можно убедиться, познакомившись с основными достижениями данной науки: расшифрована структура некоторых белков и установлена взаимосвязь ее с функциями этих молекул (М. Перутц, Дж. Кендрью, Ф. Сенгер, К. Анфинсен и др.); определена структура и выявлены механизмы биологических функций нуклеиновых кислот и рибосом (Дж. Уотсон, Ф. Крик, Т. Касперсон, Ж. Браше, С. Вейсс и др.); расшифрован генетический код (М. Ниренберг, Г. Корана, С. Очоа); разработан метод специфического расщепления ДНК с помощью рестрикционных эндонуклеаз — основа современной генетической инженерии (Х. Смит, В. Арбер, Д. Натанс); открыто явление обратной транскрипции (Г. Темин, Д. Балтимор, С.М. Гершензон);открыты механизмы и определены этапы биосинтеза белковых молекул (Ф. Жакоб, Ж. Моно, Ф. Крик) и нуклеиновых кислот (А. Корнберг, С. Очоа); установлена структура вирусов и механизмов их репродукции, разработаны методы генетической инженерии (П. Берг, В. Арбер, Х. Смит); разработаны методы введения чужеродной ДНК в различные клетки с помощью векторов (Г. Бойер, С. Коэн, Д. Хелинский); осуществлен синтез гена (Г. Корана); предложена вирусогенетическая теория возникновения рака (Л.А. Зильбер); установлена последовательность нуклеотидов в тРНК (А.А. Баев); разработан метод секвенирования ДНК (А. Максам, У. Гилберт, Ф. Сенгер).
Таким образом, можно сформулировать определение молекулярной биологии как науки, изучающей функционирование живых организмов сквозь призму химической структуры формирующих их молекул и атомов.
Тема 2.Основные углеводы животных и растений, и содержание в тканях, биологическая роль.
В пище содержатся в основном такие дисахариды, как сахароза, лактоза и мальтоза. Сахароза - дисахарид, состоящий из a-D-глюкозы и В-D-фруктозы, соединённых а,B-1,2- гликозидной связью. Лактоза - молочный сахар- дисахарид; В лактозе аномерная ОН-группа первого углеродного атома остатка D-галактозы В-гликозидной связью с четвёртым углеродным атомом D-глюкозы В-1,4-связь). Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединённых а-1,4-гликозидной связью. Крахмал - наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона. Это резервный полисахарид растений. Крахмал состоит из амилозы и амилопектина. Целлюлоза (клетчатка) - основной структурный полисахарид растений. Целлюлоза - линейный полисахарид гомогликан, построенный из остатков глюкозы, соединённых между собой В-1,4-гликозидными связями.
Гликоген - полисахарид животных и человека. в клетках животных выполняет резервную функцию, но, так как в пище содержится лишь небольшое количество гликогена, он не имеет пищевого значения. Гликоген представляет собой структурный аналог крахмала, но имеет большую степень ветвления. В зависимости от выполняемых ими функций полисахариды можно разделить на 3 основные группы: 1)резервные полисахариды, выполняющие энергетическую функцию. Эти полисахариды служат источником глюкозы, используемым организмом по мере необходимости. 2) структурные полисахариды, обеспечивающие клеткам и органам механическую прочность 3) полисахариды, входящие в состав межклеточного матрикса, принимают участие в образовании тканей, а также в пролиферации и дифференцировке клеток.