Предмет биохимии

Биохимия – наука, изучающая химические основы процессов жизнедеятельности, химические компоненты живых клеток, а также реакции и процессы, протекающие с их участием. Предметом медицинской биохимии являются химические процессы, происходящие в организме человека в норме и при патологии.

Основная цель биохимии - изучение молекулярных основ физиологических функций человека в норме с учетом онтогенеза, молекулярных механизмов развития патологических процессов, предупреждения и лечения болезней, биохимических методов диагностики болезней и контроля состояния здоровья человека.

Ряд выдающихся открытий в биохимии и в некоторых ее разделах –молекулярной биологии, энзимологии, биоэнергетике, биохимической генетике и др., - выдвинули ее в раздел фундаментальных научных дисциплин, сделав орудием решения важных биологическх и медицинских проблем.

1. Химия белков

Белки - высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных пептидными связями. Используют также термин «протеины» (от греч. рrotos – первый). Белки получили свое название, когда в тканях животных и растений были обнаружены вещества, схожие с белком куриного яйца.

Белки являются основой структуры и функций живых организмов. Природные белки построены из 20 различных аминокислот. Эти аминокислоты чередуются в разнличной последовательности, поэтому способны образовывать порядка 10¹⁸ разнообразных белков. Белки обеспечивают существование сотен тысяч видов живых организмов - от простейших вирусов до человека. Каждый организм характеризуется уникальным набором белков.

Содержание белков в тканях даже одного организма различается. Так, содержание белков в организме человека в % сухой массы: в мышцах – 80, в мозге – 45, в костях – 20.

Элементный состав белков в пересчете на сухое вещество, %: С - 50-54; Н - 6,5-7,3; О - 21-23; N - 15-17; S - до 0,5. Некоторые белки содержат небольшие количества фосфора, железоа, марганеца, магния, йода и др. Содержание азота в белках относительно постоянно - около 16%, поэтому по белковому азоту можно определять количество белка в биологических объектах.

1.1. Методы выделения и очистки белков

Белки под действием различных факторов (действие химических реагентов, нагревание и др.) легко подвергаются денатурации: происходит разрушение нативной структуры белков, приводящее к потере некоторых природных свойств, например, растворимости, биологической активности. Поэтому для выделения белков используют специальные приемы.

Процесс начинают с гомогенизации биологического материала – измельчения до разрушения клеток и клеточных структур. Используют гомогенизаторы (пестиковые или ножевые), ультразвук, шаровые мельницы, метод попеременного замораживания и оттаивания ткани, метод «азотной бомбы».

Следующий этап - экстракция белков буферными смесями с определенными значениями рН, органическими растворителями. Большинство белков хорошо растворимо в 8-10% растворах солей.

Следующий этап - фракционирование и очистка белков с использованием различных методов.

Высаливание – осаждение белков из раствора при добавлении растворов солей щелочных и щелочноземельных металлов. Метод применяется в клинической практике при анализе белков сыворотки крови. Так проводят разделение глобулинов (выпадают в осадок при 50% насыщении раствора сульфатом аммония) и альбуминов (осаждаются при 100% насыщении).

Электрофорез основан на различной подвижности белков в электрическом поле в зависимости от значений рН и ионной силы раствора. Используется в медицинской практике для анализа состава сыворотки крови, белковых и пептидных смесей.

Ультрацентрифугирование - метод разделения жидких дисперсных сред на компоненты под действием центробежной силы.

Хроматография - физико-химический метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на распределении их компонентов между двумя несмешивающимися фазами – неподвижной (сорбент) и подвижной (элюент). В клинических лабораториях хроматографию применяют для разделения и анализа аминокислот, белков, углеводов, фосфолипидов, стероидов в плазме крови, тканевых экстрактах, моче.

Различают следующие виды хроматографии:

- адсорбционная – компоненты смеси разделяются в зависимости от их сорбируемости на твердом адсорбенте;

- распределительная - твердая фаза является опорой для стационарной жидкой фазы (бумажная хроматография);

- ионообменная - используют ионообменную смолу. Часть белков обменивается с функциональными группами ионообменной смолы и задерживается на колонке, в то время как другие белки элюируются из колонки;

- гель-хроматография или метод молекулярных сит позволяет разделить белки с разной молекулярной массой: небольшие молекулы проникают в поры геля, тогда как большие молекулы остаются снаружи и передвигаются вместе с подвижной фазой через хроматографическую колонку.

Перспективными видами хроматографии являются в настоящее время высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) и газовая хроматография.