Биохимия 2009

0

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курский государственный технический университет»

Кафедра «Общей и неорганической химии»

''Утверждаю'' Первый проректор-проректор по учебной работе

__________ Е.А. Кудряшов ''___'' _________ 2009 г.

Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине ''Биохимия''

для студентов специальностей 200401, 080401.

Курск 2009

0

1

УДК 540 Составители: Н.В. Кувардин, Ф.Ф. Ниязи, И.В. Савенкова

Рецензент Кандидат химических наук, доцент Л.А. Егельская

Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине ''Биохимия'' для студентов специальности 190500./Курск.гос.техн.ун-т; сост.: Н.В. Кувардин, Ф.Ф. Ниязи, И.В. Савенкова. Курск, 2009. с.43:ил. 1, табл. 10. Библиогр.: с. 43.

Содержатся краткие теоретические сведения к лабораторным работам, методики выполнения лабораторных работ, контрольные вопросы для самостоятельной работы студентов по дисциплине ''Биохимия''. Предназначены для студентов специальности 200401 – “Товароведение и экспертиза товаров”, 080401 – “Биотехнические и медицинские аппараты и системы”.

Текст печатается в авторской редакции.

Курский государственный технический университет.

1

2

Техника безопасности в лаборатории

1.Перед началом выполнения лабораторной работы студент должен уяснить цель данной работы, и лишь после этого приступить к ее выполнению.

2.Во время проведения работы необходимо соблюдать тишину, строго следить за выполнением правил техники безопасности, поддерживать чистоту и порядок на рабочем месте.

3.В химической лаборатории часть применяемых веществ в той или иной мере токсична, поэтому все работы с такими веществами (например, с концентрированными кислотами, аммиаком и т.д.) следует проводить под тягой.

4.Категорически запрещается пробовать вещества на вкус.

5.Когда требуется определить запах раствора, лёгким движением руки направляют струю воздуха от сосуда к себе.

6.Остатки кислот, растворы, содержащие йод и т.п. сливают в специально предназначенную для этих целей посуду.

7.Реактивы, дистиллированную воду следует расходовать экономно.

8.После окончания лабораторной работы студент должен убрать после себя на рабочем месте.

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Биохимия – наука о молекулярных основах жизни. Она изучает состав, структуру и функции веществ живого организма; особенности их превращений в различных органах и тканях; биохимическую основу и механизм передачи генетической информации, т.е. сущность процесса воспроизводства; регуляцию биохимических процессов.

Живые объекты представляют собой открытые системы или относительно изолированные системы. В обоих случаях это означает, что живые системы участвуют в обмене с окружающей средой веществом, энергией, а так же информацией. Такого рода обмен подчиняется принципу Ле-Шателье и характерен как динамическое равновесие, однако в каждый данный промежуток времени система получает от окружающей среды несколько больше количества вещества и энергии, что и возвращает в неё. Как следствие, реакции живых систем протекают во времени и пространстве. В соответствии со степенью развития эти системы различаются степенью сложности структуры.

БЕЛКИ. Наиболее важными органическими соединениями, входящими в состав живых организмов являются белки. Термином ''белки'' назван большой класс органических высокомолекулярных азотсодержащих соединений, присутствующих в каждой клетке и определяющих её жизнь. Белки, входящие в состав организма человека, отличаются большим разнообразием состава, местом расположения и функциями (функции - структурные, энергетические, транспортные, защитные, регуляторные и т.д.).

Среди основных функций, выполняемых белками, особое место принадлежит каталитической. Практически все химические реакции, протекающие в животной клетке, катализируются специфическими веществами, называемыми ферментами.

Белки характеризуются строго определенным элементарным составом и распадаются при гидролизе до аминокислот. Аминокислоты – это органические кислоты, у которых атом водорода α-углеродного атома замещен на аминогруппу ―NH2. Следовательно, это α - аминокислоты с общей формулой.

R

3

4

|

H ―C―NH2

|

COOH

Следует отметить, что в составе всех аминокислот имеются общие группировки: ―СН2, ―NН2, ―СООН, а боковые цепи аминокислот, или как их называют радикалы (R), различаются. Химическая природа радикалов разнообразна: от атома водорода до циклических соединений. Именно радикалы определяют структурные и функциональные особенности аминокислот.

Постоянно встречающихся в белках аминокислот насчитывается 19. Их названия, химическая структура и сокращенные обозначения приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1

Аминокислоты, постоянно встречающиеся в составе белков

4

5

5

6

6

7

ФЕРМЕНТЫ. Ферменты – это катализаторы белковой природы, ускоряющие протекание химических реакций. Все ферменты разделяются на две большие группы: однокомпонентные, состоящие исключительно из белка (пепсин, амилаза, липаза и др.), и двухкомпонентные, состоящие из белка, называемого апоферментом, и небелковой части, называемой простетической группой. Апофермент двухкомпонентных ферментов называют так же белковым носителем, а простетическую группу – активной группой (кофермент). Коферменты могут быть представлены нуклеозидтрифосфатами, минеральными веществами (цинк, магний и др) – такие ферменты часто называются металлоферментами, активными формами витаминов. Присутствие витаминов в составе ферментов и определяет их биологическое значение.

В основе действия ферментов как биологических катализаторов лежит их способность повышать скорость реакции за счет снижения энергии активации субстрата. (Субстратом называют химическое соединение, подвергающееся ферментативному действию). Сущность процесса состоит в образовании фермент-субстратного комплекса, когда при непосредственном взаимодействии субстрата с активным центром фермента последний определенным образом влияет на субстрат, вызывая перестройку его химических связей и тем самым активизируя его.

ЛИПИДЫ. К классу липидов относятся природные органические соединения, обладающие хорошей растворимостью в органических растворителях (бензоле, бензине, горячем спирте, хлороформе, сероуглероде и т.п.) Одной из главных групп липидов являются жиры, греческое название которых (липос – жир) взято для обозначения класса в целом. Все сходные с жирами по растворимости соединения, входящие в класс липидов, составляют группу липоидов (жироподобных веществ). Таким образом, класс липидов в целом представлен жирами и липоидами.

Липиды можно условно разделить на два вида:

протоплазматические и резервные. Протоплазматические

(конституционные) входят в состав всех органов и тканей. Резервные липиды запасаются в организме и количество их меняется в зависимости от различных факторов. Липиды в

7

8

комплексе с белками составляют основу мембран клеток, благодаря чему они участвуют в регуляции деятельности гормонов, ферментов, процессах биологического окисления, транспорта различных веществ и других функциях.

Физико–химические свойства липидов определяются свойствами входящих в их состав жирных кислот. Так, насыщенные жирные кислоты имеют высокую температуру плавления и соответственно животные жиры, состоящие в основном из этих кислот, плавятся при более высокой температуре. Жиры, в которых преобладают ненасыщенные кислоты (растительные масла), имеют более низкую температуру плавления.

УГЛЕВОДЫ. К классу углеводов относятся органические соединения, элементарный состав которых выражается общей формулой СmH2nOn. Однако среди углеводов встречаются вещества, не соответствующие приведенной формуле, например, рамноза С6Н12О5. Поэтому название ''углеводы'' достаточно условно и не всегда соответствует химической структуре этих веществ.

Во всех без исключения организмах углеводы служат материалом, при окислении которого выделяется энергия, используемая в биохимических реакциях. Промежуточные продукты окисления углеводов служат исходными веществами для синтеза многих других органических соединений. Углеводы непосредственно (или в качестве одного из компонентов) используются для построения субклеточных структур, клеточных оболочек и других образований, выполняющих в организме опорные, защитные и иные функции.

ВИТАМИНЫ. Витамины могут быть охарактеризованы как группа органических веществ, обладающих разнообразным строением и физико-химическими свойствами. Они практически не синтезируются в организме (или образуются в недостаточном количестве) и выполняют каталитические функции непосредственно или в составе специфических биокатализаторов.

Витамины подразделяются на две группы - это водорастворимые и жирорастворимые витамины. К водорастворимым витаминам относятся витамины: В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), с (аскорбиновая кислота). К жирорастворимым витаминам относятся витамины:А (ретинол), D (кальцеферол), Е

8

9

(токоферол), К.

Нарушение обеспеченности организма витаминами может проявиться в виде авитаминоза (практического отсутствия витамина), гиповитаминоза (недостаточного обеспечения витамином) и гипервитаминоза (избыточного накопления витамина).

Витамины участвуют в ферментативных реакциях организма и оказывают сильное воздействие на обмен веществ.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ КАК ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ.

Обмен веществ представляет собой стройный ансамбль многочисленных и тесно увязанных друг с другом химических процессов. Ведущая роль в этом бесчисленном множестве взаимодействий принадлежит белковым телам. Благодаря их каталитической функции осуществляется все это великое множество химических процессов распада и синтеза. С помощью нуклеиновых кислот поддерживается строгая специфичность при биосинтезе макромолекул, т.е. в конечном счете видовая специфичность в строении важнейших биополимеров. Благодаря обмену углеводов и липидов в организме постоянно возобновляются запасы АТФ – универсального донора энергии для химических преобразований. Эти же вещества поставляют простейшие органические молекулы, из которых строятся биополимеры и другие соединения. В результате совершается непрерывный процесс самообновления живой материи.

Так, при распаде различных питательных веществ образуется небольшое число промежуточных продуктов одинаковой структуры, которые составляют единый резерв и затем используются для образования специфичных для данного организма белков, жиров и углеводов (схема 1).

9