Практическое занятие №2

Практическое занятие №1.

Задание к занятию №1.

Тема: Введение в предмет. Физико-химические свойства белков.

Актуальность темы.

Биохимия - фундаментальная теоретическая медицинская наука, занимающаяся изучением химических реакций и процессов, протекающих в живых организмах. Успешное развитие биохимии позволяет решить проблемы сохранения здоровья человека, выяснить причины различных болезней и изыскать пути их эффективного лечения.

Особая роль в жизнедеятельности живых организмов принадлежит белкам. От родителей детям передается генетическая информация о специфической структуре и функциях всех белков данного организма. Синтезированные белки выполняют многообразные функции: ускоряют химические реакции, выполняют транспортную, структурную, защитную функции, участвуют в передаче сигналов от одних клеток другим и таким образом реализуют наследственную информацию.

Учебные и воспитательные цели:

- Общая цель занятия:

1. Привить знания о строении и биологической роли белков и умение применять их в практической медицине.

2. Научить использовать знания о физико-химических свойствах белков для определения наличия белка в биологических жидкостях.

- Частные цели занятия:

1. Уметь определять наличие белка в биологических жидкостях.

2. Овладеть методиками проведения высаливания и денатурации белков.

Входной контроль знаний

1.1. Тестирование.

1.2. Устный опрос.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Что такое биохимия, цели и задачи, стоящие перед ней. Место биохимии среди других наук. Значение

биохимии в практической деятельности врача.

2.2. Методы исследований, применяемые в медицине.

2.3. Белки - составная часть всех живых организмов. Биологическая роль белков, незаменимость в питании.

2.4. Физико-химические свойства белков: молекулярная масса, изоэлектрическая точка, растворимость, осаждаемость.

2.5. Понятие о высаливании, высаливающие факторы, механизм, обратимость, применение в медицине.

2.6. Понятие о денатурации, факторы, вызывающие денатурацию, механизм, обратимость, применение реакций осаждения белка для его обнаружения в биологических жидкостях.

2.7. Аминокислоты - структурные компоненты белков.

2.8. Цветные реакции на белки и аминокислоты.

3. Лабораторно-практические работы:

3.1. Обнаружить наличие белка с помощью качественной цветной реакции на белки (биуретовая реакция).

3.2. Провести высаливание белков.

3.3. Провести денатурацию белка.

Выходной контроль

4.1.Ситуационные задачи.

5. Литература:

1. Материал лекций.

2. Николаев А.Я., Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1989, С.5-52.

3. Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М., Медицина, 1990 С.13-42.

4. Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М., Медицина, 2004, С.15-49.

5.Кушманова О.Д., Иванченко О.М. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. М.:

Медицина, 1983, №1(биуретовая реакция), №5, №6.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Что такое биохимия, цели и задачи, стоящие перед ней. Место биохимии среди других наук.

Значение биохимии в практической деятельности врача.

Биологическая химия - наука, изучающая природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью органов и тканей в условиях нормальной жизнедеятельности и патологии.

Главной целью биологической химии является формирование системных знаний о закономерностях и химическом строении основных веществ организма и молекулярных основах биохимических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма в норме и патологии.

Исторически сложились три этапа развития биохимии. Статическая биохимия изучает состав, структуру и свойства выделяемых биологических соединений.

Главная задача биохимии состоит в том, чтобы достичь полного понимания на молекулярном уровне природы химических процессов, связанных с жизнедеятельностью клеток. Для её решения необходимо выделить из клеток многочисленные соединения, определить их структуру и установить их функции. (В качестве примера можно указать на многочисленные исследования, направленные на выяснение основ мышечного сокращения и ряда сходных процессов.) В итоге удалось выяснить ряд аспектов молекулярных основ мышечного сокращения.

Динамическая биохимия исследует превращения веществ в организме и значение этих превращений для процессов жизнедеятельности.

Функциональный этап связан с изучением связи химических процессов с физиологическими функциями.

2.2. Методы исследований, применяемые в медицине.

Между биохимией и медициной имеется широкая двусторонняя связь. Благодаря биохимическим исследованиям удалось ответить на многие вопросы, связанные с развитием заболеваний, а изучение причин и хода развития некоторых заболеваний привело к созданию новых областей биохимии.

Примерная последовательность при выделении из биологического материала такова:

Этапы исследования:

1.Гомогенизация;

2.Ультрацентрифугирование;

3. Экстракция;

4.Анализ (реэкстракция, термообработка, диализ, седиментация, электрофорез, изоэлектрическое фокусирование в градиенте рН, хроматография).

Объект исследования:

Орган, клетка, ткань

Гомогенат

Субклеточные структуры (ядра, митохондрии, лизосомы и т. д.)

Экстракт

Молекулярные биоструктуры

С различными отдельными методами исследования мы будем более подробно знакомиться по мере изучения определённых тем.

2.3. Белки - составная часть всех живых организмов. Биологическая роль белков, незаменимость в питании.

Белки - высокомолекулярные азотосодержащие вещества, построенные из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Белки - носители жизни, они наделены множеством уникальных функций, присущих только им: пластической, регуляторной, каталитической, рецепторной, защитной и др. Эти функции не могут быть заменены ни углеводами, ни жирами. Их незаменимость в питании определяется ещё и биологической ценностью.

2.4. Физико-химические свойства белков: молекулярная масса, изоэлектрическая точка, растворимость, осаждаемость.

Аминокислотный состав и пространственная организация каждого белка в отдельности различны. Они обладают амфотерными, буферными, коллоидными и осмотическими свойствами.

Молекулярная масса белков колеблется от 6000(нижний предел) до 1000000 и выше в зависимости от количества полипептидных цепей в составе единой молекулярной структуры белка.

Изоэлектрическая точка большинства белков животных тканей лежит в пределах от 5,5 до 7,0. В изоэлектрической точке суммарный заряд белков равен нулю и белки не перемещаются в электрическом поле, наименее устойчивы в растворе и легко выпадают в осадок.

Растворимость различных белков колеблется в широких пределах, что зависит от структуры белка (полярные аминокислоты придают большую растворимость). Альбумины растворимы в воде и слабых растворах солей, протамины - в 60-80-% спирте, а коллаген и кератины нерастворимы в большинстве растворителей.

Стабильность растворам белков придают заряд белковой молекулы и гидратная оболочка. Между зарядом белка и гидратацией существует тесная связь: чем больше полярных аминокислот в белке, тем больше связывается воды. Некоторые белки гидратируются сильнее, а растворяются хуже. Например, коллаген связывает воды больше, чем многие хорошо растворимые глобулярные белки, но не растворим в воде.

2.5. Понятие о высаливании, высаливающие факторы, механизм, обратимость, применение в медицине.

Процесс осаждения белков нейтральными солями (высокие концентрации солей щелочных и щелочноземельных металлов) называется высаливанием. Механизм состоит в том, что добавляемые анионы и катионы солевого раствора снимают гидратную оболочку белков и заряд, являющие факторами устойчивости.

Характерной особенностью белков, полученных высаливанием, является сохранение ими нативных биологических свойств после удаления соли. Высаливание белков является обратимой реакцией, так как осадок белка может вновь раствориться после уменьшения концентрации солей путем диализа или разведением водой.

В медицинской практике для высаливания чаще всего применяют сульфат аммония или натрия (высокие концентрации). Альбумины осаждаются при 100% насыщении (NH₄)₂SO₄. Глобулины – в полунасыщенном растворе (NH₄)₂SO₄.

Высаливание широко используется для разделения и очистки белков в научно-исследовательской работе и медицинской практике.

2.6. Понятие о денатурации, факторы, вызывающие денатурацию, механизм, обратимость, применение

реакций осаждения белка для его обнаружения в биологических жидкостях.

Разрушение структуры белка и потеря им своих нативных свойств (биологических, физико-химических) называется денатурацией. Осажденный денатурированный белок, в отличие от белка, осажденного путём высаливания, утрачивает свои нативные свойства. Денатурирующие факторы делятся на:

1) физические (температура, радиация, ультрафиолетовое излучение)

2) механические (вибрация и т.д.)

3) химические (концентрированные кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов и т.д.)

При непродолжительном действии и быстром удалении денатурирующих агентов возможна ренатурация белка с полным восстановлением исходной трехмерной структуры и нативных свойств его молекулы.

Денатурация используется для определения белка в моче при заболеваниях почек (пиелонефрите), мочевого пузыря (цистите), предстательной железы (простатите), а также при отравлении солями тяжелых металлов.

2.7. Аминокислоты - структурные компоненты белков.

Установлено, что при гидролизе чистого белка, не содержащего примесей, освобождается 20 различных

α- аминокислот. α- Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, у которых один водородный атом, у α- углерода, замещен на аминогруппу (-NH₂), например:

α

R – CH - COOH

I

NH₂

Все встречающиеся в природе аминокислоты обладают общим свойством – амфотерностью, т.е. каждая

аминокислота содержит как минимум одну кислотную и одну основную группы. Аминокислоты будут отличаться друг от друга химической природой радикала R, не участвующего в образовании пептидной связи при синтезе белка. Все разнообразие особенностей структуры и функции белковых молекул связано с химической природой и физико-химическими свойствами радикалов аминокислот. Именно благодаря им белки наделены рядом уникальных функций, не свойственных другим биополимерам, и обладают химической индивидуальностью.

2.8. Цветные реакции на белки и аминокислоты.

Существует два типа цветных реакций: 1) универсальные - биуретовая (на пептидную связь) и нингидриновая (на α-NH₂-группу аминокислот); 2) специфические – только на определенные аминокислотные радикалы, например реакция Фоля (на аминокислоты, содержащие серу), реакция Миллона (на тирозин), ксантопротеиновая реакция (на ароматические аминокислоты) и др.

Практическое занятие №2.

Задание к занятию №2.