Лекция по биологической химии


НазваниеЛекция по биологической химии
страница1/15
Дата публикации16.03.2013
Размер1.65 Mb.
ТипЛекция
userdocs.ru > Химия > Лекция
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


Министерство здравоохранения Республики Беларусь

УО «Гомельский государственный медицинский университет»
Кафедра биологической химии
Обсуждено на заседании кафедры (МК или ЦУНМС)

Протокол № _________________200__года

ЛЕКЦИЯ
по биологической химии

наименование дисциплины

для студентов _2__ курса лечебного факультета

Тема Предмет и задачи биохимии Краткая история биохимии.
Время 90 мин.
Учебные и воспитательные цели:

Дать представление:

  1. Об истории биохимии.

  2. О строении и классификации аминокислот.

  3. О строении белка и уровнях структурной организации молекулы белка.


ЛИТЕРАТУРА

  1. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 1990. С. 16–64; 1998. С. 19–77.

  2. Николаев А. Я. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1989. С. 5–53.

Дополнительная

  1. Марри Р. и др. Биохимия человека. М.: Мир, 1993. Т. 1. С. 13–50.

  2. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М.: Высшая школа, 1993. С. 13–92.

  3. Ленинджер А. Л. Основы биохимии. М.: Мир, 1985. Т. 1. С. 107–225.

  4. Тюкавкина Н. А., Бауков Ю. И. Биоорганическая химия. М.: Медицина, 1991. С. 313–376.

  5. Албертс Б. и др. Молекулярная биология клетки, М.: Мир, 1994. Т. 1. С. 113–171.


^ МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1. Мультимедийная презентация.
РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№ п/п

Перечень учебных вопросов

Количество выделяемого времени в минутах



История биохимии.

20



Строение и классификация аминокислот.

30



Строение белка. Уровни структурной организации молекулы белка.

40

Всего 90 мин
Введение, краткая история биохимии.

Биохимия - это наука, изучающая качественный и количественный состав, а также пути, способы, закономерности, биологическую и физиологическую роль превращения вещества, энергии и информации в живом организме.

Формирование биологической химии как самостоятельной дисциплины в системе биологических наук было длительным и сложным процессом. Современная биохимия сформировалась на рубеже ХIХ и ХХ вв. в недрах органической химии и физиологии, поэтому в ХIХ в. она называлась физиологической химией. Термин биохимия был предложен в 1858 году австрийским врачом и химиком Винцентом Клетцинским.

История биохимии отражает сложный путь познания человеком окружающего органического мира, истоки которого уходят во времена античности. В те времена гениальные пророческие идеи причудливо переплетались с наивными представлениям об окружающем мире. Так, например, Аристотель полагал, что живые существа образуются из сочетания пассивного, не имеющей жизни, начала - «материи» с активным началом - «формой», которая формирует тело и поддерживает в нем жизнь.

В последующем неоплатоники развивая эти идеи сформулировали понятие о «жизненной силе», «животворящем духе» и т.д., которые в различных модификациях существовали и в средние века. В VII – X веках в Европе с развитием алхимии стал накапливаться материал о составе сложных органических соединений.

Эпоха Возрождения характеризуется динамическим восприятием окружающего мира, которое превратило науку из ритуально-магической в открытую. Наука рассматривала человеческое тело как сложную механическую машину. Наш выдающийся современник, английский философ и историк науки Дж. Бернал так характеризует ту эпоху: «... врачи свободно общались с мастерами-художниками, математиками, астрономами и инженерами. По сути дела, многие из них занимались некоторыми из этих профессий. Так, например, Коперник получил образование и практиковал как врач...».

Именно это привело науку к новой ступени - живое стали оценивать химическими категориями. В XVI - XVII веках получила развитие ятрохимия (врачебная химия), важнейшим представителем которой был Парацельс (1493-1541), считавший, что в основе всех заболеваний лежат нарушения хода химических процессов в организме, поэтому лечить их надо тоже химическими веществами. Ятрохимия много дала практической медицине и способствовала ее сближению с химией.

Середина ХVII - конец ХVIII вв является эмпирическим периодом развития органической химии которая по определению великого шведского химика Й. Берцелиуса была химией «растительных и животных веществ». За это время произошло накопление огромного фактического материала, но еще не возникло теоретических, обобщающих представлений. Практические потребности человеческой деятельности (получение из природного сырья лекарств, масел, смол, красителей и т.д.) явились основной причиной, побуждающей к изучению органических соединений.

Совершенствование экспериментальных методов способствовало выделению индивидуальных органических соединений из растений (щавелевая, яблочная, лимонная и др. кислоты) и продуктов жизнедеятельности животных организмов (мочевина, мочевая и гиппуровая кислоты).

Следующий период - аналитический (конец ХVIII - середина ХIХ вв. - ознаменован исследованиями по установлению состава веществ, в результате которых стало очевидно, что все органические соединения содержат углерод. Вот лишь некоторые достижения этого периода:

В 1828 г. Ф. Вёлер впервые синтезировал мочевину, открыв тем самым эпоху органического синтеза.

В 1839 г Ю. Либих установил, что в состав пищи входят белки, жиры и углеводы.

В 1845 г. Г. Кольбе синтезировал уксусную кислоту

В 1854 г М. Бертло синтезировал жиры.

В 1861 г А.М. Бутлеров синтезировал углеводы.

Подводя итоги развития биохимии в ХIХ в. отметим, что основными факторами ее формирования было развитие химии важнейших природных соединений - липидов, углеводов и особенно белков, первые успехи энзимологии, разработка основных положений о многоступенчатости обмена веществ и роли ферментов в этих процессах. Биологическая химия того времени ставила своей главной целью изучение методами химии не суммарных процессов обмена веществ, а превращение в организме каждого отдельного соединения и разработка представлений о всех деталях обменных процессов в совокупности.

Наиболее интенсивно биохимия стала развивать в ХХ веке и особенно в последние десятилетия. В первой половине ХХ в. были сделаны важнейшие открытия, которые позволили построить общую схему обмена веществ, установить природу ферментов и исследовать их важнейшие свойства, значительно расширить знания об основных биологически активных соединениях. В 40-50-е годы интенсивно развивались и усовершенствовались методы биохимических исследований определившие в последующие десятилетия формирование отдельных направлений биохимии ставших самостоятельными науками - биоорганической химии, молекулярной биологии, молекулярной генетики, биотехнологии и др.

В последующем, при рассмотрении отдельных разделов биохимии, мы будем касаться их исторических аспектов, сейчас же кратко рассмотрим основные исторические этапы развития отечественной биологической химии.

История развития отечественной биохимии.

Наши соотечественники внесли большой вклад в развитие биохимии. Так, первый в России учебник физиологической химии издан еще в 1847 г. А.И. Ходневым.

Основоположником отечественной биохимии является профессор Александр Яковлевич Данилевский (1839-1923), который в 1863 г. создал первую кафедру биохимии в Казанском университете, создал первую русскую школу биохимиков. Занимаясь исследованием белков, он впервые постулировал идею пептидной связи в белке, высказал идеи об обратимости действия ферментов, на основе чего впервые осуществил синтез белковоподобных веществ - пластеидов, разработал методы очистки ферментов путем адсорбции с последующей элюцией и т.д.

В 1891 г. М.В. Ненцким (1847-1901) организована первая биохимическая лаборатория в Институте экспериментальной медицины в Петербурге, в которой проводились работы по изучению механизма синтеза мочевины, химического состава гемина и хлорофилла, исследованию обмена белков.

К числу наиболее значимых достижений отечественной биохимии следует отнести открытие в 1880 г. Н.И. Луниным витаминов, создание А.Н. Бахом в 1896 г. теории биологического окисления (активирования кислорода), открытие в 1899г. И.П. Павловым и Н.П. Шеповальниковым проферментов, разработка метода хроматографии М.С. Цветом в 1903 г., создание В.И. Палладиным в 1912 г. теории биологического окисления (активирования водорода) и др.

Советский этап развития биохимии связан с именем Алексея Николаевича Баха (1859-1946), который организовал в 1921 г. в Москве Научно-исследовательский биохимический институт Наркомздрава, а в 1935 г. он возглавил переведенный из Ленинграда в Москву Институт биохимии АН СССР, названный впоследствии его именем. На протяжении многих лет Институт биохимии АН СССР им. А.Н. Баха возглавлял акад. А.И. Опарин - автор первой теории происхождения жизни на Земле. На базе этого института в 1959 г. создан Институт молекулярной биологии АН СССР получивший впоследствии имя его основателя - акад. В.А. Энгельгардта - автора классических работ по окислительному фосфорилированию, механохимии мышц, углеводному обмену и др.

Отечественная наука по праву гордится пионерскими работами акад. Ю.А. Овчинникова в области мембранной биологии, акад. А.С. Спирина по молекулярным механизмам биосинтеза белка, акад. В.П. Скулачева по биоэнергетике.

Широко за рубежами нашего отечества известны работы по биохимии витаминов белорусской школы биохимиков, возглавляемой акад. Ю.М. Островским. Большим авторитетом в стране и за рубежом пользуются работы украинских биохимиков в области нейрохимии и биохимии витаминов (акад. А.В. Палладин), биохимии белкового, липидного обмена, возрастной биохимии.

Предмет и задачи биохимии. Методы биохимических исследований.

Биологическая химия решает большое число задач. Поскольку в основе жизнедеятельности здорового организма лежит сложнейшая совокупность биохимических реакций, то при патологии нормальное течение биохимических реакций, как правило, нарушается. В связи с чем возникает необходимость исследовать состояние обмена веществ не только в норме, но и при патологии.

Задача врача заключается в том, чтобы предотвратить развитие патологического процесса в организме и ее решение возможно лишь при своевременной и правильной диагностике, назначении адекватного лечения, которое возможно лишь в том случае, если врач понимает сущность происходящего в организме. При назначении в процессе лечения различных медикаментов, которые включаются в метаболические процессы, необходимо четко представлять механизм их действия и предвидеть возможные последствия этого лечения.

1. Познание молекулярных механизмов физиологических, генетических и иммунологических процессов жизнедеятельности в норме и при патологии и действии на организм различных факторов.

2. Совершенствование методов профилактики, диагностики и лечения заболеваний.

3. Разработка новых лекарственных средств, нормализующих обменные процессы.

4. Разработка научных основ, рационального, сбалансированного питания, здорового образа жизни.

5. Разработка научных основ Исторически сложились три направления биохимии:

1. Статическая биохимия - исследует качественные и количественный химический состав живых организмов.

2. Динамическая биохимия - изучает совокупность превращений веществ, энергии и информации в живом организме.

3. Функциональная биохимия - изучает химическую основу функций тканей, органов, систем органов и межорганных взаимоотношений.

Совершенно очевидно, что это деление весьма условно, поскольку все эти направления взаимно проникают друг в друга и лишь в совокупности они дают возможность приблизиться к пониманию сущности живого организма.

В зависимости от объекта исследования или направления исследования биохимию подразделяют на такие разделы как:

- общая биохимия которая изучает общие вопросы химических основ жизнедеятельности различных организмов

- бионеорганическая химия изучающая роль и значение в процессе жизнедеятельности комплексов неорганических ионов с органическими соединениями

- биоорганическая химия исследующая физико-химические основы функционирования живых систем

- биохимия человека и животных, (растений, микроорганизмов)

- техническая биохимия, изучающая состав пищевых продуктов, химическую основу технологических процессов их хранения, переработки и т.д.

- сравнительная (эволюционная) биохимия которая исследует биохимические процессы в сравнительном (эволюционном) аспекте

- радиационная биохимия изучает биохимические основы радиационного повреждения и способы его профилактики в живой организме

- медицинская (клиническая) биохимия исследует биохимические основы патологических процессов.

В недрах биохимии на стыке биологии, медицины, химии, физики, математики, кибернетики сформировалась новая наука - физико-химическая биология, объединяющая цели и задачи всех вышеназванных направлений биохимии.
Основные методические подходы к изучению метаболизма

Метод

Характеристика (пример)

Исследование на уровне

целого организма

1. удаление органа (гепатэктомия)

2. изменение диеты (голодание, усиленное питание)

3. прием лекарств

4. введение токсинов

5. наблюдение за животными со специфическими заболеваниями (сахарный диабет)

6. использование сложным методов (ЯМР-спектроскопия и др.)

Перфузия изолированных органов

наиболее пригодны сердце, печень, почки

Инкубация тканевых срезов

чаще используются срезы печени

Инкубация целых клеток

наиболее пригодны клетки крови и печени

Изучение гомогенатов

1. работа с бесклеточными препаратами

2. можно удалять или добавлять различные вещества и наблюдать за результатами

3. можно фракционировать различные органеллы путем дифференциального центрифугирования

Исследование изолированных органелл

широко используются митохондрии, микросомы, рибосомы и др.

Субфракционирование изолированных органелл

например митохондрий для выделение комплексов дыхательной цепи

Выделение и характеристика ферментов и метаболитов

обязательно при описании любой химической реакции и метаболического пути

Клонирование генов, кодирующих ферменты и др. белков

исследование особенностей структуры и регуляции гена и первичной структуры белка, кодируемой этим геном


Строение белка. Уровни структурной организации молекулы белка.
Белки – высокомолекулярные соединения (ВМС), полипептиды, образованные путем сополимеризации 20 протеиногенных аминокислот (АК).

Белок - основа жизни, главная молекула жизни. Если ДНК является своеобразным информационным чертежом (програмным обеспечением) организма, то белок - это и материал и средство (аппаратное обеспечение), при помощи которого по этому чертежу построен организм. С химической точки зрения белки являются самыми сложными из известных молекул. С современных позиций белок представляет собой машину - жесткий автомат, являющийся пределом делимости живого.



На пути дезинтеграции организма: белок является последней стадией, при которой еще сохраняются свойства живого, т.к. потеря его структурной организации (денатурация) сопровождается исчезновением всех признаков жизни.
История химии белка

История химии белка начинается с выделения Якопом Баккари в 1728 году первого препарата белковой природы из пшеничной муки названного им клейковиной. Химия того времени была преимущественно неорганической и биологические вещества редко становились объектом исследования, поэтому лишь к началу ХIХ века расширился список исследуемых белковых веществ.

Термин «белок» как название группы родственных веществ был впервые употреблен Й. Жакеном в 1793 г. С начала ХIХ века исследуются не только общие свойства белков (способность к коагуляции и осаждению (высаливанию), клейкость, эластичностью, вязкость, набухание и др.), но и некоторые химические свойства.

Введение в химическую науку А.Лавуазье количественного метода ускорило исследование элементного состава белка. Первые работы посвященные количественному определению элементного состава растительных и животных белков подтвердили предположение об их химическом единстве, которое было получено ранее на основании описательного изучения этих веществ.

В первой половине ХIХ века были сделаны робкие и малоудачные попытки химического обоснования жизненных процессов и открытое к тому времени явление ферментативного катализа никак не ассоциировалось с функцией белков.

Исследованиями второй половины ХIХ века, на основании экспериментов по гидролитическому, главным образом ферментативному расщеплению, установлено, что белки являются полимерами (Ф. Гоппе-Зайлер, А. Хеннингер, А. Вюрц, Р. Харт). Создание теории химического строения молекул к тому времени определило появление структурных гипотез строения белка (П. Шютценберже, А.Я. Данилевский, А. Коссель), согласно которым роль главным структурным элементом белковой молекулы отводилась АК. Эти работы способствовали открытию ряда новых АК, разработке методов цветных качественных реакций на белки. Кроме того впервые предпринято физиологическое изучение белков, предложены различные схемы расщепления белков в организме под действием пищеварительных ферментов. Рассмотрена роль пепсина и трипсина в переваривании белка.

Блестящие работы М. Бертло и Э. Фишера по синтезу соответственно липидов и углеводов стимулировали исследования в области синтеза белков, однако они не имели успеха, поскольку не было реального представления о химической природе белков.

Более глубокое проникновение в биологию методов химии, физики и физической химии (высаливание, кристаллизация, диализ и др.) в конце ХIХ века, становление современной биофизики, существенно продвинуло исследование белков. Первыми важными достижениями в этой области было определение криоскопическим методов молекулярной массы альбумина яйца (А.П. Сабанеев 1891), методом осмотического давления молекулярной массы гемоглобина (Э.Рейд, 1905). Хотя результаты этих исследований были далеки от истины, тем не менее, они подготовили новый этап в изучении белков, связанный главным образом с именем немецкого ученого Эмиля Фишера (1852 - 1919).

Э. Фишер предложил эвристическую идею, включившую в себя четыре постулата:

1. Белки состоят только из -АК. Из всей массы продуктов расщепления белков аминокислоты являются главными составляющими, а все остальные соединения относятся к вторичным продуктам.

2. АК входящие в состав белков относятся к L ряду.

3. Белковая молекула представляет собой линейный полимер.

4. -АК образуют линейный полимер путем образования пептидной связи между карбоксильной группой одной АК и аминогруппой - другой.

Данные постулаты легли в основу обширной программы исследования, реализация которой привела к синтезу Э. Фишером 125 пептидов, представленных, главным образом, полимерами состоящими из 5- 18 остатков. Эти работы на протяжении двух десятилетий после смерти Э. Фишера никто не мог воспроизвести, а его коллекцию очень долго использовали особенно физики в рентгеноструктурных исследованиях пептидов.

На протяжении более 30 лет теория Фишера подвергалась многократным ревизиям и проверкам, в связи с чем предлагались альтернативные теории основанные на идее циклического строения пептидов.

Представления о полипептидном строении белков прочно утвердилось лишь только к 40-м годам. Этому в немалой степени способствовало развитие химии макромолекул (Г. Штаудингер) и возникновением квантовой механики, обосновавших, казавшихся неверояным возможность образования компактных детерминированных структур из нитевидных полимерных белковых цепей. Эти обстоятельства, а также развитие рентгеноструктурного метода анализа, по существу, подготовили почву для исследования пространственного строения белков.

В 1952 г. К. Линдерштрем-Ланг предложил первую классификацию белков основанную на принципе пространственной организации белковой молекулы. Хотя эта классификация является общепринятой, необходимо отметить, что, по существу, есть два типа структур: линейная и пространственная.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Лекция по биологической химии icon«Биологическая химия»
Предмет биологической химии, ее значение для биологии, медицины, ветеринарии, сельскохозяйственного производства, ветеринарной биотехнологии...
Лекция по биологической химии iconЛекция по биологической химии
Понятия «ферменты»: особенностях ферментативного катализа. О строении и структуре ферментов
Лекция по биологической химии iconБиохимия лабораторный практикум
Разработана: докт мед наук, профессор Т. П. Бондарь кафедры Физико-химические основы медицины, лабораторной диагностики и фармакологии;...
Лекция по биологической химии iconУчебно-методическое пособие к практическим занятиям по биологической химии
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов лечебного и медико-профиоактического факультетов медицинских вузов, выполняющих...
Лекция по биологической химии iconМетодические указания для самостоятельной подготовки студентов медицинских...
Методические указания для самостоятельной подготовки сту-дентов медицинских факультетов к практическим занятиям по биологической...
Лекция по биологической химии iconМетодические указания для самостоятельной подготовки студентов медицинских...
Методические указания для самостоятельной подготовки сту-дентов медицинских факультетов к практическим занятиям по биологической...
Лекция по биологической химии iconЗанятие 1 Аминокислоты и белки
Предмет и задачи биологической и клинической химии. Понятие о биохимических реакциях
Лекция по биологической химии iconВопросы к экзамену по Биологической химии для студентов 2 курса медицинского...
Предмет, задачи, методы и место биохимии среди других медицинских и биологических дисциплин
Лекция по биологической химии iconМетодические указания по биоорганической химии для студентов к занятию...
Проекционные формулы Фишера. Относительная и абсолютная конфигурация. D и L система стереохимической номенклатуры
Лекция по биологической химии iconТезисы доклада
Уважаемые коллеги! Приглашаем Вас принять участие в работе VIII международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница