Тема 1. Введение. Строение и функции белков и аминокислот
Лекция 1. Введение. Признаки живой материи. Разделы и задачи биохимии. Значение биохимии.
Введение.
Предмет и задачи биологической химии.
Важнейшие отличительные признаки живой материи, уровни ее структурной организации.
Основные разделы и направления в биохимии.
Фундаментальное и прикладное значение биохимии.
| Краткое содержание | Конспект |
| 1. Введение |
| Биологическая химия (биохимия – от греч. bios - жизнь) – наука о структуре химических веществ, входящих в состав живой материи, их превращениях и физико-химических процессах, лежащих в основе жизнедеятельности. Биохимия охватывает широкие области клеточной биологии и всю молекулярную биологию. Биохимия – это суперхимия, т.е. химия наиболее высокоорганизованной материи. Основные принципы молекулярной логики клеток: 1. Живая клетка - это способная к самосборке, саморегуляции и самовоспроизведению изотермическая система органических молекул, извлекающая свободную энергию и сырьевые ресурсы из окружающей среды. 2. В клетке осуществляется множество последовательно протекающих органических реакций, ускоряемых органическими катализаторами (ферментами), которые производит сама клетка. 3. Клетка сама себя поддерживает в стационарном динамическом состоянии, далеком от равновесия с окружающей средой. Она функционирует по принципу максимальной экономии компонентов и процессов. 4. Способность клетки к почти точному самовоспроизведению на протяжении многих поколений обеспечивается самовосстанавливающейся системой линейного кодирования. | Соединения, называемые биомолекулами, играют роль строительных блоков при образовании биологических структур; они были отобраны в ходе биологической эволюции благодаря их пригодности к выполнению строго определенных функций в живых клетках. Во всех организмах эти соединения одинаковы. Биомолекулы связаны между собой и взаимодействуют в соответствии с правилами «молекулярной игры» - молекулярной логики живого состояния. Размеры, форма и химические свойства биомолекул позволяют им не только служить строительными блоками при создании сложной структуры клеток, но и участвовать в непрекращающихся процессах превращения энергии и вещества. Биомолекулы следует рассматривать, таким образом, с двух точек зрения - химической и биологической. Размеры некоторых биологических структур | Структура | Размер в длину (нм) | | Алании (аминокислота) | 0,5 | | Глюкоза (сахар) | 0,7 | | Фосфатидилхолин (мембранный липид) | 3,5 | | Миоглобин (белок малых размеров) | 3,6 | | Гемоглобин (белок средних размеров) | 6,8 | | Рибосома E.coli | | | Вирус полиомиелита | | | Миозин (длинный палочковидный белок) | | | Вирус табачной мозаики | | | Митохондрия клетки печени | | | Клетка E.coli | 2 000 | | Хлоропласт из листа шпината | 8 000 | | Клетка печени | | |
Единицы длины, используемые в биологии клетки и биохимии
| Нанометр (нм) | = 10-9 м |
| = 10-6 мм |
| = 10-3 мкм |
| Микрометр (мкм) | = 10-6 м |
| = 10-3 мм |
| = 1000 нм |
| 2. Предмет и задачи биологической химии |
| Предмет биохимии: 1. Неорганические и органические вещества, составляющие основу живых организмов. 2. Химические реакции, происходящие в живом организме. 3. Молекулярные основы патологических процессов в организме человека. 4. Биологически активные соединения, служащие основой диагностики патологических процессов. Задачи биохимии: 1. Выделить из клеток многочисленные соединения, которые там находятся, определить их структуру и установить их функцию. 2. Исследовать суть и значение метаболических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организмов. 3. Выяснить вопрос о происхождении жизни и молекулярной эволюции живых организмов. 4. Как итог –достичь полного понимания на молекулярном уровне природы всех химических процессов, связанных с жизнедеятельностью клеток и целостных организмов во времени. | Направления развития исследований в области биохимии: 1. Дифференцировка клеток высших организмов (эукариот). 2. Организация и механизм функционирования генома. 3. Регуляция действия ферментов и теория энзиматического катализа. 4. Процессы узнавания на молекулярном уровне. 5. Молекулярные основы соматических и наследственных заболеваний человека. 6. Молекулярные основы злокачественного роста. 7. Молекулярные основы иммунитета. 8. Рациональное питание. 9. Молекулярные механизмы памяти. 10. Биосинтез белка. 11. Биологические мембраны и биоэнергетика. |
| 3. Важнейшие отличительные признаки живой материи, уровни ее структурной организации |
| Основные признаки живого организма: 1. Высокий уровень структурной организации (упорядоченность). 2. Способность к эффективному преобразованию и использованию энергии. 3. Обмен с окружающей средой веществом, энергией, информацией (живой организм – открытая система). 4. Саморегуляция химических превращений. 5. Самовоспроизведение (передача наследственной информации). 6. Раздражимость. 7. Питание. 8. Дыхание. | Уровни структурной организации живой материи: 1. Клеточный. 2. Тканевой. 3. Органный. 4. Системы и аппараты органов. 5. Организменный. 6. Популяционно-видовой. 7. Биогеоценотический. 8. Биосферный. |
| 4. Основные разделы и направления в биохимии |
| Основные направления биохимии: – статическая и динамическая биохимии; – биохимия человека; – биохимия животных; – биохимия микроорганизмов; – биохимия растений и пр. | Основные разделы биохимии: · энзимология; · молекулярная биология; · биоэнергетика; · молекулярная медицина; · молекулярная генетика и пр. |
| 5. Фундаментальное и прикладное значение биохимии |
| Биохимия и другие биологические науки 1. Биохимия нуклеиновых кислот лежит в самой основе генетики. 2. Физиология, наука о функционировании организма, очень сильно перекрывается с биохимией. 3. В иммунологии находит применение большое число биохимических методов. 4. Фармакология и фармация базируются на биохимии и физиологии – метаболизм большинства лекарств осуществляется в результате соответствующих ферментативных реакций. 5. Яды влияют на биохимические реакции или процессы – эти вопросы составляют предмет токсикологии. 6. Широкое использование биохимических подходов для изучения различных видов патологии. 7. Биохимические подходы и методы широко используются при изучении зоологии и ботаники. 8. Биохимия – стала общим языком всех биологических и большинства медицинских наук. | Основные достижения в области биохимии: · Определен химический состав клеток, тканей и целого организма. Выделены основные соединения, присутствующие в этих системах, и установлена их структура. · Выяснены – по крайней мере в общих чертах – функции многих простых биомолекул. Установлены также функции наиболее важных сложных биомолекул. Центральное место среди всех этих открытий принадлежит установлению того факта, что ДНК – это генетический материал и содержащаяся в нем информация передается от нее одному из видов РНК (информационной РНК), которая в свою очередь определяет последовательность аминокислот в белках. Поток информации, исходно заключенной в ДНК, удобно представить в виде схемы ДНК→РНК→Белок. · Выделены главные органеллы животных клеток, установлены их основные функции. · Показано, что почти все реакции, протекающие в клетках, катализируются ферментами; многие ферменты получены в чистом виде и изучены, выявлены общие принципы механизмов их действия. · Прослежены метаболические пути синтеза и распада главных простых и сложных биомолекул. Показано, что пути синтеза данного соединения в общем случае отличаются от путей его распада. · Выяснены многие аспекты регуляции метаболизма. · В общих чертах установлено, каким образом клетки запасают и используют энергию. · Выяснены основные особенности строения и функции различных мембран, показано, что основными их компонентами являются белки и липиды. · Накоплено значительное количество данных о механизме действия главных гормонов. · Установлены биохимические основы значительного числа заболеваний. |
