Основы физической, коллоидной и биологической химии. Курс лекций
.pdf
ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет
В. В. Родин
ОСНОВЫ
ФИЗИЧЕСКОЙ, КОЛЛОИДНОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ
ХИМИИ
Курс лекций
Издание второе, переработанное и дополненное
Ставрополь «АГРУС»
2012
УДК 54 ББК 24я7
Р60
Рецензенты:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ставропольского НИИ животноводства и кормопроизводства
Л. Н. Чижова;
доктор биологических наук, профессор Ставропольского государственного аграрного университета
А. Н. Квочко
Родин, В. В.
Р60 Основы физической, коллоидной и биологической химии : курс лекций / В. В. Родин ; Ставропольский государственный аграрный университет. – 2-е изд., перераб. и доп. – Ставрополь : АГРУС, 2012. – 124 с.
ISBN 978-5-9596-0577-3
Включаеткраткоесодержаниеосновныхтем, изучаемыхподаннойдисциплине, вопросы для самоконтроля и список рекомендуемой литературы.
Для студентов вузов заочных отделений факультетов ветеринарной медицины и технологического менеджмента.
УДК 54 ББК 24я7
|
© Родин В. В., 2012 |
ISBN 978-5-9596-0577-3 |
© ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный |
аграрный университет, 2012 |
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Список условных сокращений..................................................................................... |
7 |
|
Введение........................................................................................................................ |
9 |
|
1. |
Основы физической химии......................................................................... |
10 |
|
1.1. Энергетика и кинетика химических процессов в организме................... |
10 |
|
1.2. Свойства дисперсных систем и растворов биополимеров....................... |
11 |
|
1.3. Водородный показатель и его биологическое значение........................... |
12 |
|
1.4. Буферные системы....................................................................................... |
14 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
15 |
|
2. |
Основы коллоидной химии......................................................................... |
15 |
|
2.1. Свойства коллоидных систем...................................................................... |
15 |
|
2.2. Коагуляция коллоидов................................................................................. |
17 |
|
2.3. Поверхностное натяжение в жидкостях..................................................... |
18 |
|
2.4. Виды адсорбции........................................................................................... |
19 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
19 |
|
3. |
Биохимия животных...................................................................................... |
20 |
|
3.1. Химия белков и нуклеиновых кислот ........................................................ |
20 |
|
3.2. Классификация аминокислот, их строение и номенклатура.................... |
21 |
|
3.3. Структура белковых молекул...................................................................... |
24 |
|
3.4. Физико-химические свойства белков......................................................... |
26 |
|
3.5. Классификация белков................................................................................. |
27 |
|
3.6. Строение и функции нуклеиновых кислот................................................ |
29 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
32 |
|
4. |
Ферменты, их строение и функции.......................................................... |
32 |
|
4.1. Методы получения и обнаружения ферментов......................................... |
33 |
|
4.2. Химическое строение ферментов............................................................... |
33 |
|
4.3. Строение и функции коферментов............................................................. |
34 |
|
4.4. Кинетика и механизм действия ферментов............................................... |
37 |
|
4.5. Основные (общие) свойства ферментов..................................................... |
38 |
|
4.6. Международная классификация ферментов.............................................. |
39 |
|
4.7. Применение ферментов............................................................................... |
42 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
43 |
|
3
5. |
Витамины........................................................................................................... |
43 |
|
5.1. Причины авитаминозов и гиповитаминозов ............................................ |
43 |
|
5.2. Классификация и характеристика витаминов........................................... |
44 |
|
5.2.1. Жирорастворимые витамины............................................................ |
44 |
|
5.2.2. Водорастворимые витамины............................................................. |
49 |
|
5.3. Биофлавоноиды............................................................................................ |
55 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
55 |
|
6. |
Гормоны, их строение и функции............................................................. |
55 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
62 |
|
7. |
Обмен веществ и энергии............................................................................ |
63 |
8. |
Биологическое окисление............................................................................ |
63 |
|
8.1. Ферменты и коферменты биологического окисления.............................. |
63 |
|
8.2. Современное представление о биологическом окислении...................... |
63 |
|
8.3. Типы реакций дегидрирования................................................................... |
64 |
|
8.4. Окислительное фосфорилирование............................................................ |
65 |
|
8.5. Макроэргические фосфорные соединения................................................ |
66 |
|
8.6. Свободное окисление |
|
|
(разобщение окисления и фосфорилирования)......................................... |
67 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
68 |
|
9. |
Обмен белков.................................................................................................... |
68 |
|
9.1. Биологическая ценность кормового белка................................................. |
68 |
|
9.2. Переваривание белков.................................................................................. |
69 |
|
9.3. Гниение белков в толстом кишечнике |
|
|
и обезвреживание продуктов гниения........................................................ |
70 |
|
9.4. Обмен аминокислот в тканях...................................................................... |
71 |
|
9.5. Образование аммиака в тканях и пути его обезвреживания.................... |
72 |
|
9.6. Биосинтез белков.......................................................................................... |
73 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
74 |
|
10. Обмен нуклеиновых кислот...................................................................... |
74 |
|
|
10.1. Биосинтез РНК и ДНК.............................................................................. |
75 |
|
10.2. Биохимия гена |
|
|
и передача генетической информации..................................................... |
77 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
77 |
|
4
11. |
Обмен углеводов........................................................................................... |
78 |
|
11.1. Углеводы растительных и животных организмов ................................ |
78 |
|
11.2. Гетерополисахариды (мукополисахариды) ........................................... |
79 |
|
11.3. Переваривание и всасывание углеводов................................................ |
79 |
|
11.4. Синтез и распад гликогена в печени...................................................... |
80 |
|
11.5. Обмен углеводов в тканях....................................................................... |
81 |
|
11.5.1. Анаэробное окисление................................................................ |
82 |
|
11.5.2. Аэробное окисление.................................................................... |
84 |
|
11.5.3. Пентозофосфатный путь (пентозный цикл) ............................. |
85 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
86 |
|
12. |
Химия и обмен липидов............................................................................. |
87 |
|
12.1. Физико-химические свойства жиров (триглициридов)........................ |
87 |
|
12.2. Химия фосфолипидов............................................................................. |
93 |
|
12.3. Обмен стеринов ....................................................................................... |
95 |
Вопросы для самоконтроля..................................................................................... |
96 |
|
13. |
Взаимосвязь обмена белков, углеводов и липидов.......................... |
97 |
14. |
Водно-минеральный обмен...................................................................... |
98 |
|
14.1. Обмен воды .............................................................................................. |
98 |
|
14.2. Минеральный обмен................................................................................ |
99 |
Вопросы для самоконтроля................................................................................... |
102 |
|
15. |
Биохимия крови......................................................................................... |
102 |
|
15.1. Белки плазмы и сыворотки крови........................................................ |
103 |
|
15.2. Остаточный (небелковый) азот крови.................................................. |
104 |
|
15.3. Строение, синтез и распад гемоглобина (Нb) ..................................... |
104 |
|
15.4. Дыхательные функции крови............................................................... |
106 |
Вопросы для самоконтроля................................................................................... |
106 |
|
16. |
Биохимия мышечной ткани................................................................... |
107 |
|
16.1. Белки мышц............................................................................................ |
108 |
|
16.2. Азотистые экстрактивные вещества мышц......................................... |
108 |
|
16.3. Обмен веществ в работающей мышце................................................. |
109 |
Вопросы для самоконтроля................................................................................... |
111 |
|
17. |
Биохимия нервной ткани........................................................................ |
111 |
Вопросы для самоконтроля................................................................................... |
113 |
|
5
18. |
Биохимия соединительной ткани, |
|
кожи и шерстной продуктивности............................................................... |
114 |
|
|
18.1. Биохимия костной ткани....................................................................... |
114 |
|
18.2. Биохимия кожи и шерсти...................................................................... |
115 |
Вопросы для самоконтроля................................................................................... |
116 |
|
19. |
Биохимия мочи........................................................................................... |
116 |
Вопросы для самоконтроля................................................................................... |
117 |
|
20. |
Биохимия молока и молокообразования........................................... |
117 |
|
20.1. Биосинтез молока.................................................................................. |
117 |
|
20.2. Физико-химические свойства молока.................................................. |
118 |
|
20.3. Молозиво................................................................................................ |
119 |
Вопросы для самоконтроля................................................................................... |
120 |
|
21. |
Биохимия яиц и яичной продуктивности......................................... |
120 |
22. |
Биохимические функции структурных элементов клетки........ |
121 |
Библиографический список ..................................................................................... |
123 |
|
6
|
СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ |
АДГ |
алкогольдегидрогеназа |
АКР |
активные кислородные радикалы |
АКТГ |
адренокортикотронный гормон |
АлТ |
аланинаминотрансфераза |
АМФ |
аденозинмонофосфорная кислота |
АДФ |
аденозиндифосфорная кислота |
АТФ |
аденозинтрифосфорная кислота |
АХЭ |
ацетилхолинэстераза |
в-во |
вещество |
вит. |
витамин |
ВМС |
высокомолекулярные соединения |
в т. ч. |
в том числе |
ГАМК |
гаммааминомасляная кислота |
ГК |
глютаминовая кислота |
Г-3-Ф |
глицеральдегид-3-фосфат |
Гл-6-ф |
глюкозо-6-фосфат |
ГТФ |
гуанозинтрифосфат |
г-Э |
грамм-эквивалент |
Да |
дальтон |
ДАГ |
диацилглицерид |
ДНК |
дезоксирибонуклеиновая кислота |
ЖК |
жирная кислота |
ЖКТ |
желудочно-кишечный тракт |
ж. м. |
живая масса |
ИЭТ |
изоэлектрическая точка |
кДа |
килодальтон (тысяч дальтон) |
КРС |
крупный рогатый скот |
КрФ |
креатинфосфат |
к-та |
кислота |
КФ |
классификация ферментов |
ЛДГ |
лактатдегидрогеназа |
ЛЖК |
летучие жирные кислоты |
ЛПНП |
липопротеины низкой плотности |
ЛПВП |
липопротеины высокой плотности |
ЛТПФ |
липотиаминпирофосфат |
Ммолекулярная масса
7
МДГ |
малатдегидрогеназа |
МКБ |
молочнокислые бактерии |
НАД |
никотинамидадениндинуклеотид |
НАДФ |
никотинамидадениндинуклеотидфосфат |
Нв |
гемоглобин |
ОВР |
окислительно-восстановительные реакции |
ПАВ |
поверхностно-активные вещества |
ПВК |
пировиноградная кислота |
ПТГ |
паратгормон |
ПФП |
пентозофосфатный путь |
Р-Р |
пирофосфат |
р-р |
раствор |
РНК |
рибонуклеиновая кислота |
мРНК |
матричная РНК |
рРНК |
рибосомальная РНК |
тРНК |
транспортная РНК |
СТГ |
соматотропный гормон |
ТТГ |
тиреотропный гормон |
ТТФ |
тимидинтрифосфорная кислота |
ТХУ |
трихлоруксусная кислота |
УДФГК |
уридиндифосфоглюкуроновая кислота |
УТФ |
уридинтрифосфорная кислота |
ФАФС |
3-фосфоаденозил-5-фосфосульфат |
ФАД |
флавинадениндинуклеотид |
физр-р |
физиологический раствор |
ФМН |
флавинмононуклеотид |
Фн |
фосфорная кислота |
ФФн |
пирофосфорная кислота |
Фр-6-ф |
фруктозо-6-фосфат |
Фр-1-ф |
фруктозо-1-фосфат |
Фр-1,6-бф |
фруктозо-1,6-бифосфат |
хим. |
химический |
ЦНС |
центральная нервная система |
цАМФ |
циклический аденозинмонофосфат |
ЦТК |
цикл трикарбоновых кислот |
ЦТФ |
цитидинтрифосфат |
ЩУК |
щавелевоуксусная кислота |
ЩФ |
щелочная фосфатаза |
ЭДС |
электродвижущая сила |
8
ВВЕДЕНИЕ
Современные тенденции в образовательном процессе предусматривают повышение роли самостоятельной подготовки студентов. В связи с этим значительно сократилось время, выделяемое для чтения лекций и проведения лабораторно-практических занятий по биохимии и физколлоидной химии на факультетах ветеринарной медицины и технологического менеджмента.
Рекомендуемые учебники по дисциплине «Биохимия животных» большие по объему, и студентам тяжело выделить основные положения. В особо сложном положении оказались студенты, обучающиеся по заочной и сокращенной формам обучения.
В связи с этим мы подготовили краткий конспект лекций по дисциплине «Биохимия и физколлоидная химия», которые читаются в Ставропольском государственном аграрном университете на факультетах ветеринарной медицины и технологического менеджмента. В тексте лекций используются как общепринятые сокращения, такие как АТФ – аденозинтрифосфорная кислота, р-р – раствор, так и сокращения часто используемых нами слов, например, вит. – витамин, хим. – химический, в-во – вещество и др.
Нами специально разработаны некоторые сокращённые схемы биохимических процессов, такие как биосинтез мочевины, пентозно-фосфатный путь окисления глюкозы, которые должны облегчить понимание студентами довольно сложных биохимических процессов. Более детально разобраться в сложных вопросах помогут учебники «Биохимия животных» и «Физколлоидная химия».
Автор будет благодарен всем читателям, приславшим свои замечанияипредложенияпоадресу: 355017, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12. Ставропольский государственный аграрный университет. Кафедра терапии и фармакологии.
9
1. ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Физическая химия – это наука, изучающая химические явления физическими методами.
Использованиезнанийпофизическойиколлоиднойхимиидаёт возможностьветврачуитехнологическомуменеджеруэффективно влиять на обменные процессы в организме животных, совершенствовать технологические процессы производства и переработки сельхозпродукции, осмысленно решать экологические проблемы.
1.1.ЭНЕРГЕТИКА И КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ВОРГАНИЗМЕ
Преобразование энергии в живых организмах в основном описывается двумя законами термодинамики:
I. Энергия не появляется и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую, а общее количество энергии системы и среды остается неизменным.
II. Все физические или химические процессы протекают спонтанноприусловиинеобратимогопереходаполезнойэнергиивхаотическую, неупорядочную форму.
Мерой неупорядочности служит величина, которая называется энтропией (S). Это величина, которая характеризует меру необратимости процесса и зависит от температуры и давления.
Термохимия изучает тепловые процессы при химических реакциях и их закономерности. Все химические реакции в клетках подчиняются законам сохранения массы и энергии.
Первый принцип термохимии (П. Лаплас, А. Лавуазье) – коли-
чествотеплоты, котороенеобходимодляразложениясложноговещества, равноколичествутеплоты, поглощеннойприегообразовании.
Второй принцип термохимии (Г. Гесс) – тепловой эффект хи-
мических реакций, протекающих при постоянном объеме и давлении, зависит только от начального и конечного состояний реагирующих в-в и не зависит от пути, по которым реакция протекает.
При окислении питательных в-в в организме животного или в калориметрахобразуетсяодноитожеколичествотеплоты. Так, при окислении в тканях или сгорании 1 г жира выделяется 38,9 кДж, а 1 г углеводов или белков – 17,2 кДж.
10