Лекции по "Биохимия"

24. Вторичная структура ДНК и РНК, силы, стабилизирующие вторичную структуру НК.Под вторичной структурой нуклеиновых кислот понимают пространственно упорядоченные формы полинуклеотидных цепей. Вторичная структура ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль. Такая пространственная структура удерживается множеством водородных связей, образуемых азотистыми основаниями, направленными внутрь спирали. Водородные связи между другими парами оснований не позволяют им разместиться в структуре двойной спирали. Таким образом, ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А), ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г). Комплементарность оснований определяет комплементарность цепей в молекулах ДНК. Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков. 
Способность ДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию определяется следующими ее свойствами: молекулы ДНК способны к репликации (удвоению), т.е. могут обеспечить возможность синтеза других молекул ДНК, идентичных исходным, поскольку последовательность оснований в одной из цепей двойной спирали контролирует их расположение в другой цепи: ,молекулы ДНК могут направлять совершенно точным и определенным образом синтез белков, специфичных для организмов данного вида. Вторичная структура РНК. В отличие от ДНК, молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеют строго определенной пространственной формы (вторичная структура РНК зависит от их биологических функций). 
Основная роль РНК – непосредственное участие в биосинтезе белка. Известны три вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке, составу, размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль в образовании белковых макромолекул: информационные (матричные) РНК передают закодированную в ДНК информацию о структуре белка от ядра клетки к рибосомам, где и осуществляется синтез белка;транспортные РНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и переносят их в рибосому; молекулы РНК этого типа "узнают" по соответствующим участкам цепи информационной РНК, какие аминокислоты должны участвовать в синтезе белка; рибосомные РНК обеспечивают синтез белка определенного строения, считывая информацию с информационной (матричной) РНК. Силы, стабилизирующие двойную спираль: 1) горизонтальные водородные связи между АО (А = Т, Г ≡ Ц); 2)вертикальные «стейкинг»-взаимодействия между АО; 3) гидрофобные взаимодействия (АО обращены внутрь, к оси спирали, а полярные пентозы и фосфаты — наружу).

25. ВЖК – компоненты омыляемых липидов

Биологически важные жирные кислоты- чаще монокарбоновые с неразветвленной углеродной цепью и четным числом атомов углерода. Они могут быть ненасыщенными. Ненасыщенные карбоновые кислоты содержат одну или несколько двойных связей, имеющих цис-конфигурацию. Ближайшая к карбоксильной группе связь расположена между 9-м и 10-м углеродными атомами. Если двойных связей несколько, то они разделены метиленовой группой. Число С-атомов в природных кислотах от 4 до 22, чаще всего 16 и 18. В организме человека наиболее важны из насыщенных карбоновых кислот- пальметиновая и стеариновая, а из ненасыщенных- олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты.Структурными  компонентами омыляемых липидов являются следующие соединения: кислоты представлены в основном олеиновой, линолевой, и линоленовой кислотами.

26. Жировые числа. Анализ. Жиры не являются индивидуальными веществами, поэтому для их определения мало применимы классич. методы анализа. Для сравнительной оценки чистоты жиров и их идентификации определение т-ры плавления проводят в спец. стандартных условиях. Различают т-ру подъема, при к-рой образец, находящийся в открытом с обоих концов капилляре и помещенный в термостат, начинает подниматься к верху капилляра; т-ру растекания, при к-рой образец, помещенный в U-образный капилляр, начинает течь; т-ру просветления, при к-рой образец становится совершенно прозрачным. Кроме того, определяют т-ры истечения и каплепадения на приборе Уббелоде. Определяется также т. наз. титр жира - т-ра застывания смеси жирных к-т, выделенных из данного жира. Титр жира - характерная величина, на к-рой не сказывается полиморфизм жирных к-т. В количеств. анализе жиров используют особые показатели. Кислотное число характеризует кол-во своб. жирных к-т в жире. Содержание последних выражают также в % олеиновой к-ты, что численно равно половине кислотного числа, а также в градусах Кетстоффера - числе мл 1 н. КОН, необходимых для нейтрализации своб. к-т в 100 г жира. Кол-во мг КОН, необходимое для омыления 1 г жира, наз. эфирным числом, а сумма кислотного и эфирного чисел -числом омыления. Гидроксильное число определяет содержание в жирах гидроксикислот, йодное число - общую ненасыщенность жиров. В отличие от I2, родан присоединяется не ко всем двойным связям полинепредельных к-т: из двух связей линолевой к-ты родан присоединяется только к одной, из трех связей линоленовой - к двум. Сопоставление йодного числа и роданового числа - массы родана в г, присоединяющегося к 100 г жира, позволяет количественно рассчитать соотношение разл. непредельных к-т. Содержание (в %) нелетучих и нерастворимых в воде жирных к-т в сумме с неомыляемыми в-вами определяется числом Генера. Из спектральных методов для анализа жиров применяют УФ спектроскопию (напр., линолевую к-ту определяют при 231-233 нм, элеостеариновую - при 260-280 нм, октадекантетраеновую при 290-320 нм); спектрофотометрию (определение каротиноидов, ксантофилла); ИК спектроскопию(определение транс-изомеров к-т, моно- и диглицеридов, продуктов окисления - гидропероксидов, карбонильных соединений) и др. Для установления состава и строения жиров широко используют также жидкостную (бумажную, колоночную, тонкослойную) и газожидкостную хроматографии. Мировое произ-во жиров 57031 тыс. т/год (1984). Из общего произ-ва растит. жиры составляют 55-60%, жиры наземных животных - 35-40%, морских животных и рыб - 5%. Более 2/3 производимых жиров - пищевые.  

27.  Триацилглицеролы. Строение, функция. Триацилглицеролы-это природные органические соединения, которые являются производными глицерола и жирных кислот. Триацилглицеролы является формой накопления жиров в организме и одним из основных источников энергии; это самые распространенные из природных липидов. Калорийность жиров почти вдвое выше калорийность углеводов, поэтому они откладываются в организме животных как запасная питательное вещество. Жиры также служат для теплоизоляции и обеспечивают плавучесть. Масла зачастую накапливаются в растениях (семена подсолнечника, кокосовой пальмы и др.) В состав ТАГ входит трехатомный спирт глицерол и три жирные кислоты. Жирные кислоты могут быть насыщенные (пальмитиновая, стеариновая) и мононенасыщенные (пальмитолеиновая, олеиновая). По строению можно выделить простые и сложные ТАГ. В простых ТАГ все жирные кислоты одинаковые, например трипальмитат, тристеарат. В сложных ТАГ жирные кислоты отличаются, например, дипальмитоилстеарат, пальмитоилолеилстеарат.  Функции триацилглицеролов:  резервно-знергетическая – у среднего человека запасов подкожного жира хватает на поддержание жизнедеятельности в течение 40 дней полного голодания, теплосберегающая – за счет толщины подкожного жира, составе подкожной и брыжеечной жировой ткани механическая защита тела и внутренних органов. Триацилглицеролами является практически любой жир, используемый в пищу – любые растительные масла, свиной, говяжий и другой животный жир, жир молочных продуктов и сливочное масло. Суточная потребность в нейтральных жирах принята на уровне 80-100 г, растительных масел должно быть не менее 30% от общего количества жира. Однако в связи с изменением образа жизни в развитых странах  (переедание, гиподинамия) в последние годы появилась тенденция к пересмотру рекомендуемых величин в сторону снижения до 30-40 г/сут.

28. Заменимые и  незаменимые аминокислоты. 10 аминокислот, в норме присутствующие в белках животного происхождения, могут быть синтезированы в клетках, в то время как другие 10 не синтезируются или синтезируются в слишком маленьких количествах, не обеспечивающих потребности организма. Группа аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме, получила название незаменимых аминокислот. Использование термина «незаменимые аминокислоты» не означает, что другие 10 аминокислот не нужны для образования белка. Этот термин подчеркивает только то, что незаменимые аминокислоты должны обязательно входить в состав продуктов, включенных в пищевой рацион.  Незаменимые аминокислоты: 1.Лизин входит в состав практически любых белков. Лизин также понижает уровень триглицеридов в сыворотке крови. Эта аминокислота оказывает противовирусное действие, особенно в отношении вирусов, вызывающих герпес и острые респираторные инфекции. Хорошо сочетается с витаминомС и биофлавоноидами. 
2. Метионин оказывает выраженное антиоксидантное действие, так как является хорошим источником серы, инактивирующей свободные радикалы. Помогает переработке жиров, предотвращая их отложение в печени и стенках артерий. Синтез таурина и цистеина зависит от количества метионина в организме. Метионин в организме переходит в цистеин, который является предшественником глутатиона. 3.Треонин поддерживает липотропную функцию печени совместно с метионином и аспартамом. Треонин играет важную роль в образовании коллагена и эластина. Он повышает иммунитет, участвует в производстве антител. 4. Фенилаланин принимает активное участие в синтезе белков, повышает умственную активность, память. Из фенилаланина может образовываться тирозин, который используется для синтеза нейротрансмиттеров (передатчиков нервных импульсов), способствующих улучшению умственного восприятия, усиливая выработку гормонов щитовидной железы, также обладающих антидепрессантными свойствами. 5.Триптофан необходим для производства витамина B3 (ниацина) и серотонина-важнейшего нейромедиатора, передающего нервные импульсы.  6. Валин необходим для восстановления поврежденных тканей и метаболических процессов в мышцах при тяжелых нагрузках и для поддержания нормального обмена азота в организме, оказывает стимулирующее действие. 7. Лейцин, несколько понижает уровень сахара в крови и стимулирует выделение гормона роста. 8. Изолейцин необходим для образования гемоглобина, стабилизирует уровень сахара в крови, восстанавливает мышечные ткани, ускоряет процесс выработки энергии. Заменимые аминокислоты(синтезируемые в организме человека):  
1. Аланин нормализует метаболизм углеводов. Является составной частью таких незаменимых нутриентов как пантотеновая кислота и коэнзим А. 2.Аргинин замедляет рост опухолей, в том числе раковых, за счет стимуляции иммунной системы организма. Он способствует поддержанию оптимального азотного баланса в организме, так как участвует в транспортировке и обезвреживании избыточного азота в организме. Стимулирует выработку гормона роста, что вызывает некоторое уменьшение запасов жира в организме. 3. Аспарагиновая кислота в организме присутствует в составе белков и в свободном виде. Играет важную роль в обмене азотистых веществ. Участвует в образовании пиримидиновых оснований мочевины. 4. Гистидин усиливает секрецию соляной кислоты и пепсина в желудке. Стимулирует образование гемоглобина и кроветворение в целом. 
5. Глицин (аминоуксусная кислота) является центральным нейромедиатором тормозного типа действия, оказывает седативное действие, улучшает метаболические процессы в тканях мозга, ослабляет влечение к алкоголю, оказывает положительное влияние при мышечных дистрофиях, уменьшает повышенную раздражительность, нормализует сон. 6. Глутаминовая кислота (глутамин) обладает уникальным свойством присоединять дополнительный атом азота, тем самым, являясь организатором синтеза различных белков (перенос азота), либо связывая избыток азота (в том числе аммиак), который может вызывать нарушение работы различных органов, но, прежде всего мозга и печени. 7. Пролин участвует в синтезе коллагена, восстанавливает структуру соединительной ткани (в том числе опорно-двигательного аппарата, паренхиматозных органов, сердца). 8.Тирозин является предшественником нейромедиаторов норадреналина и дофамина. Тиреоидные гормоны образуются при присоединении к тирозину атомов йода. Тирозин может синтезироваться из фенилаланина в организме человека. 9.Цистеин - серосодержащая аминокислота играет важную роль в процессах формирования тканей кожи. Имеет значение для дезинтоксикационных процессов. 
Цистеин входит в состав и других белков организма, в том числе некоторых пищеварительных ферментов. Цистеин является предшественником глютатиона - вещества, оказывающего защитное действие на клетки печени и головного мозга от повреждения алкоголем, некоторых лекарственных препаратов и токсических веществ, в том числе содержащихся в сигаретном дыме. 
Эта аминокислота образуется в организме из метионина, при обязательном присутствии витамина B6. 
10.Карнитин  Основная его функция - транспортировать жирные кислоты в клеточные "фабрики энергии" - митохондрии, где происходит переработка жиров в энергию, необходимую организму. Не усиливая скорости распада жировой ткани, карнитин повышает утилизацию липидов с целью энергообеспечения и, в результате, замедляет скорость синтеза молекул жирных кислот в подкожно-жировых депо.

29. Полисахариды. Основные  представители и их характеристика.  Полисахариды – это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов. Эти вещества составляют основную массу органической материи в биосфере Земли. В живой природе они выполняют важные биологические функции, выступая в качестве: структурных компонентов клеток и тканей, энергетического резерва, защитных веществ. Полисахариды являются продуктом реакции поликонденсации моносахаридов.  Основные представители полисахаридов – крахмал и целлюлоза – построены из остатков одного моносахарида – глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C6H10O5)n, но совершенно различные свойства. Это обьясняется особенностями их пространственного строения.Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы. К важнейшим полисахаридам относится также гликоген (C6H10O5)n, образующийся в организмах человека и животных в результате биохимических превращений из растительных углеводов. Как и крахмал, гликоген состоит из остатков α-глюкозы и выполняет подобные функции (поэтому часто называется животным крахмалом). Из химических свойств полисахаридов наибольшее значение имеют реакции гидролиза и образование производных за счёт реакций макромолекул по спиртовым ОН-группам. Гидролиз полисахаридов происходит в разбавленных растворах минеральных кислот (или под действием ферментов). При этом в макромолекулах разрываются связи, соединяющие моносахаридные звенья - гликозидные связи (аналогично гидролизу дисахаридов). Реакция гидролиза полисахаридов является обратной процессу их образования из моносахаридов. Полный гидролиз полисахаридов приводит к образованию моносахаридов (целюллоза, крахмал и гликоген гидролизуются до глюкозы): (C6H10O5)n + nH2O (H+)   nC6H12O6.При неполном гидролизе образуются олигосахариды (в том числе, дисахариды). 
Способность полисахаридов к гидролизу увеличивается в ряду:  целлюлоза < крахмал < гликоген. Гидролиз крахмала и целлюлозы до глюкозы ("осахаривание") и ее брожение используются в производстве этанола, молочной, масляной и лимонной кислот, ацетона, бутанола. Образование производных (главным образом, сложных и простых эфиров) полисахаридов происходит в результате реакций по спиртовым ОН-группам,содержащимся в каждом структурном звене (3 группы ОН на одно моносахаридное звено):   [C6H7O2(OH)3]n.Такая химическая модификация полимеров не сопровождаеся существенным изменением степени полимеризации макромолекул.

30. Неомыляемые  липиды. Представители. К этой группе соединений относятся вещества, извлекаемые из природных источников (тканей растений и животных) органическими растворителями, но не распадающиеся на более мелкие молекулы при кислотном и щелочном гидролизе. По одной из классификаций эта группа соединений попадает вместе со сфинголипидами в класс липидов, не содержащих глицерин, однако структуры неомыляемых липидов не имеют ничего общего со структурами сфинголипидов. Неомыляемые липиды представляют собой группу нейтральных веществ, которую можно разделить, сообразуясь с особенностями структуры, на терпеноиды и стероиды. К неомыляемым относятся углеводороды (в частности терпены), производные  углеводородов (высшие спирты, кетоны, высшие карбоновые кислоты, стероиды)  и многие другие вещества.  Многие из неомыляемых липидов являются: низкомолекулярными регуляторами (тромбоксаны, лейкотриены, простагландины, простациклин), витаминами (все жирорастворимые витамины D, E, F, K, A), гормонами (стероидные половые гормоны, глюкокортикоиды и  минералокортикоиды), растительными гормонами (гиббереллины, абсцизовая кислота, этилен),  пигментами (каротин, ликопин), пахнущими веществами (гераниол, гераниаль, ментол, мирцен), феромонами (цитраль, грандизол) и т.д.

2часть) 1.Ферменты-протеиды.Понятие апофермента,кофактора,холофермента.Ферменты – белковые вещества,ускоряющие скорость химических реакций в живых организмах.Известно,что вещества,ускоряющие течение химических реакций называются катализаторами,но по аналогии с этим ферменты  считаются биологическими катализаторами,поскольку они действуют в живой материи. По строению все ферменты можно разделить на однокомпонентные (простые, или ферменты-протеины) и двухкомпонентные (сложные, или ферменты-протеиды). Ферменты-протеины построены по типу простых белков – состоят только из аминокислот. Ферменты-протеиды состоят из белковой части – апофермента и небелковой части – кофактора. Апофермент обуславливает субстратную специфичность, т.е. играет роль субстратного участка АЦ, а кофермент играет роль каталитического участка АЦ, т.е. обуславливает специфичность действия.Апофермент и кофакторы порознь мало активны или вообще неактивны как катализаторы;объединение их вместе дает активную молекулу фермента,которая называется полным ферментом или холоферментом. В роли кофактора могут выступать ионы металлов или сложные органические соединения. Иногда для каталитической активности необходимо наличие тех и других. Известны сотни ферментов, для функционирования которых требуются кофакторы. Однако количество металла и коферментов в организме ограничено.Кофакторы обычно термостабильны, тогда как большинство ферментов при нагревании инактивируется. Кофакторы с ферментом связываются с разной степенью сродства. Чаще всего кофактор можно отделить от ферментного белка путем диализа или каким-либо другим способом. Но существуют кофакторы весьма прочно связанные с белком и отделяющиеся лишь при денатурации фермента. Пример, супероксиддисмутаза -фермент, который содержит ионы 2-х металлов: по одному иону Cu2+ и Zn2+ в каждой из ее двух субъединиц; металлы трудно отделяются без нарушения конформации (белка) фермента. Причем апофермент может снова взаимодействовать с обоими метталами, при этом регенерируется холофермент.Ионы металлов как кофакторы.Кофакторами ферментов могут быть различные ионы металлов, например, Cu2+, Cu3+ , Zn2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+. K+, Na+. Ионы металлов как кофакторы ферментов могут выполнять одну из возможных функций:1) могут служить мостиком, связывающим фермент с субстратом в результате образования координационного комплекса.2) могут выполнять каталитическую функцию. Пример, каталаза, которая катализирует разложение перекиси водорода, атом железа играет роль каталитического центра.3) Металлы могут участвовать в поддержании нативной конформации фермента. В этом случае их часто называют активаторами.Органические соединения - как кофакторы .Сложные органические соединения, играющие роль кофактора фермента, принято называть коферментами. Коферменты принимают непосредственное участие в ферментативной реакции часто как переносчики химических групп. Коферменты определяют природу катализируемой ферментом реакции.Кофермент присоединен к белковой части (апоферменту) либо ковалентно, либо при участии целого ряда более слабых сил (водородная связь, гидрофобные взаимодействия, ион-ионные взаимодействия и т.д.)