Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Краткий курс лекций по биохимии 260800

.pdf
Скачиваний:
268
Добавлен:
20.04.2015
Размер:
814.02 Кб
Скачать

кислот до СО2 и Н2О в клетке подобно двигателю внутреннего сгорания есть высокоэнергетическая реакция.

Жирные кислоты - это карбоновые кислоты с числом атомов углерода в углеводородной цепи от 4 до 36.

Некоторые природные жирные кислоты

Углеродный

 

Название

Тплавл.

Скелет

Структура

жирн. кислоты

°С

12:0

СН3(СН2)10СOOH

Лауриновая

44,2

14:0

СН3(СН2)12СOOH

Миристиновая

53,9

16:0

СН3(СН2)14СOOH

Пальмитиновая

63,1

18:0

СН3(СН2)16СOOH

Стеариновая

69,6

18:1(

9)

СН3(СН2)7СH=CH (CH2)7COOH

Олеиновая

13,4

18:2 (

9,12)

СН3(СH2)4СН=СHCH2CH=CH(CH2)7СОOH

α-Линолевая

- 5

18:3 ( 9,12,15)

СH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH-

Линоленовая

- 11

 

 

-(CH2)7COOH

 

 

18:4 ( 5,8,11,14)

CH3(CH2)2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH-

Арахидоновая

- 49,5

 

 

-CH2CH=CH(CH2)3COOH

 

 

Положение двойной связи в жирных кислотах обозначается знаком . Двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах имеют цис-конфигурацию.

В позвоночных животных свободные жирные кислоты циркулируют в крови, связанные с сывороточным альбумином. Однако в основном жирные кислоты представлены в виде производных - сложных эфиров и амидов. Самые простейшие липиды, сконструированные из жирных кислот, представляют собой триацилглицеролы (или триглицериды). В большинстве клеток эукариот триацилглицеролы образуют отдельную фазу жировых капелек в водном цитозоле.

Триацилглицеролы обеспечивают запас энергии в организмах. Некоторые люди имеют 15-20 кг триацилглицеролов, сохраняемые в адипоцитах в подкожных областях, эти количества обеспечивают запас энергии на несколько месяцев. Триацилглицеролы служат также изолирующим материалом, защищающим организм от переохлаждения. Большинство продуктов питания содержат триацилглицеролы.

Жирнокислотный состав природных жиров

 

Состав при

 

 

Жирные кислоты

 

комн. t

Насыщенные

 

ненасыщеные

 

(25°C)

 

 

 

 

 

 

 

С4 - С12

С14

 

С16

С18

С16 + С18

Оливковое масло

Жидкое

< 2

< 2

 

13

3

80

Коровье масло

Твердое

11

10

 

26

11

10

 

(размяг.)

 

 

 

 

 

 

Коровий жир

Твердое

< 2

< 2

 

29

21

46

 

(хрупкое)

 

 

 

 

 

 

21

При гидролизе триацилглицеролов образуются мыла.

H2C

 

 

 

O

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

+ -

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

R1

 

H2C

 

OH

 

K O

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

KOH

 

+

+ -

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HC

 

 

 

O

 

 

 

 

HC

OH

 

K O

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

омыление

C

 

OH

 

+ -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

H2

 

 

 

 

 

O

C

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

K O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H2

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

Воска служат источником запасенной энергии и водонепроницаемым покрытием, они представляют сложные эфиры длиноцепочечных насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (имеющих от 14 до 36 атомов углерода) с длиноцепочечными спиртами (имеющими от 16 до 30 углеродных атомов).

Основной компонент пчелиного воска:

O

CH3(CH2)14

O (CH2)29CH3

Характерной особенностью биологических мембран является двойной липидный слой, который служит барьером для проникновения полярных молекул и ионов.

Основные классы запасных и мембранных липидов

Запасные липиды (нейтральные)

|

|

|

|

|

Триацилглицеролы

Глицерин

 

Жирная к-та

 

 

 

 

 

Жирная к-та

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жирная к-та

 

 

 

 

 

Мембранные липиды (полярные)

Фосфолипиды Гликолипиды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глицерофосфолипиды

 

 

 

 

Сфинголипиды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глицерин

 

Жирная к-та

 

 

 

 

 

Сфингозин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жирная к-та

 

 

 

 

 

Жирная к-та

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РО4

 

 

Спирт

 

 

 

 

 

РО4

 

Спирт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сфингозин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жирная к-та

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глюкоза или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

галактоза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидиловой кислоты. В некоторых фосфолипидах жирные кислоты присоединяются через простые эфирные связи.

CH

 

O

 

C

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

H2

 

H2

 

 

 

 

 

 

HC

 

O

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

O

O

Тромбацитарный фактор активации

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

O

 

P

 

OCH2CH2N(CH3)3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O-

 

 

 

 

 

Сфинголипиды будучи производными сфингозина (аминоспирта) являются центрами биологического распознавания на поверхности клетки, так например, они служат детерминантами групп крови человека А, В и О.

Сфингозин

 

 

 

 

Жирная к-та

 

 

Fuc

О-Антиген

 

 

 

 

Glc

Gal

GalNAc

Gal

 

Сфингозин

 

 

 

 

Жирная к-та

 

 

Fuc

А-Антиген

 

 

 

 

Glc

Gal

GalNAc

Gal

GalNAc

Сфингозин

 

 

 

 

Жирная к-та

 

 

Fuc

В-Антиген

 

 

 

 

Glc

Gal

GalNAc

Gal

Gal

Полярные липиды агрегируют в воде с образованием мицелл, бислойных мембран,

липосом.

Мицелла

Бислойная мембрана

Липосома

23

Кроме запасных и мембранных липидов, играющих сравнительно пассивную роль в организмах, встречаются липиды с высокой биологической активностью. Они включают сотни стероидов и большое число изопреноидов. Изопреноидами являются жирорастворимые витамины A, D, E, K.

Липиды не растворимы в воде, их экстрагируют органическими растворителями, фракционируют и детектируют хроматографическими методами.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Температуры плавления жирных кислот и их структурные особенности.

2.Продукты гидролиза липидов.

3.Гидрофобные и гидрофильные компоненты липидов?

4.Свойства липидов и липидных мембран.

5.Методы разделения липидов.

6.Условия хранения липидов.

7.Влияние полярности липидов на их растворимость в воде (на примере триацилглицеролов).

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как называется фермент, участвующий в гидролизе липидов? а) липаза; б) миоксигеноза; в) сахароза;

г) дегидрогеназа.

ВИТАМИНЫ

Витамины - это группа органических веществ, которые синтезируются, как правило, в растениях, в малых количествах они входят в состав тканей животных. При отсутствии витаминов наступают глубокие нарушения в процессах обмена веществ, которые в итоге ведут к тяжелым заболеваниям и гибели организма. Эти заболевания называют авитаминозами, по своим признакам они отличаются друг от друга исходя из природы витамина, недостающего в пище. Традиционно витамины носят буквенные обозначения, часто с цифровыми или буквенными символами. Витамины выявляют в опытах на животных и микроорганизмах, путем перевода их на искусственный строго фиксированный рацион. Витамины по их растворимости делят на растворимые в воде и растворимые в органических растворителях (хлороформе, эфире, бензоле и других). Последняя группа витаминов растворена в жировых тканях организма, их называют жирорастворимыми витаминами.

24

Водорастворимые витамины

К водорастворимым относят витамин С и группу витаминов В. Витамины группы В обычно сопровождают в пищевых продуктах друг друга, они термостабильны.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Он легко разрушается при нагревании, особенно в присутствии О2 и микроколичеств тяжелых металлов, особенно Cu. Отсутствие в пище витамина С вызывает у человека тяжелое заболевание - цингу. Недостаток витамина С понижает устойчивость организма к инфекционным заболеваниям. Аскорбиновая кислота впервые была выделена из надпочечников, где она содержится в значительном количестве (до 0,15%). Установлено химическое строение аскорбиновой кислоты, сейчас ее синтезируют в больших количествах на промышленных предприятиях.

O

HO

 

 

 

O

 

HO

C

 

H

 

 

 

 

HC

CH2OH

 

HO

 

 

L-аскорбиновая кислота

Потребность человека в аскорбиновой кислоте - 50 мг в сутки.

Витамин В1 (тиамин). Отсутствие в пище витамина В1 вызывает тяжелое заболевание, которое носит название бери-бери или полиневрит, что приводит к параличам. Авитаминоз В1 ведет к нарушению сердечной деятельности, отекам, к расстройствам функций желудочно-кишечного тракта.

H3C

 

 

N

NH2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

N

 

C

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H2

 

 

C

 

 

CH2OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тиамин

 

 

 

 

S

 

 

H2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тиамин синтезируется

в растениях.

Из тиамина образуется кофермент

декарбоксилазы, участника обмена углеводов. Суточная потребность человека в витамине В1 - 3 мг.

Витамин В2 (рибофлавин). Данный витамин был выделен из сыворотки молока и сырого яичного белка. Основным признаком недостатка в пище рибофлавина у молодых особей является остановка роста. В2-авитаминоз сопровождается заболеванием глаз, анемией. Особенно богаты рибофлавином дрожжи. Мясные, рыбные продукты, яйца, молоко - его основные источники.

 

CH2(CHOH)3CH2OH

H3C

N

N

O

 

 

 

Рибофлавин

H3C

N

 

NH

 

 

O

25

Потребность человека в витамине В2 - 3 мг в сутки.

Витамин РР (никотиновая кислота). Отсутствие этого витамина ведет к тяжелому заболеванию - пеллагре (дерматиты, расстройство желудочнокишечного тракта). Никотиновая кислота распространена в продуктах питания растительного и животного происхождения, много ее в хлебе из муки грубого помола.

COOH

Никотиновая кислота

N

Суточная потребность человека в витамине РР - 15-25 мг.

Витамин В6 (пиридоксин). Выделен из печени и дрожжей. Его авитаминоз вызывает заболевание типа пеллагры.

Пиридоксин HO

 

CH2OH

CH2OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H3C

 

N

 

Суточная потребность человека в витамине В6

- 1,5 мг.

Хорошо исследованы строение и функции других водорастворимых витаминов: витамина Н (биотин), пантотеновой кислоты, фолиевой кислоты, витамина Р, витамина В12 (цианкобаламин), витамина В15 и других.

Жирорастворимые витамины

К жирорастворимым относятся витамины группы А, витамины группы D, витамины группы Е и витамины группы К.

Витамины группы А. Отсутствие витаминов группы А в пище сопровождается прекращением роста. Авитаминоз витамина А вызывает заболевание глаз. Наиболее обогащены витаминами группы А жиры печени рыб. Суточная потребность человека в витаминах группы А - 1-2 мг.

H C CH

CH3

CH3

3

3

 

CH2OH

Витамин А (пигмент зрения)

Витамины группы D. Отсутствие витаминов группы D вызывает рахит у детей. Витамины этой группы содержатся в дрожжах, коровьем масле, в желтках яиц, в печени. Суточная потребность детей и взрослых в витаминах группы D - 25 мкг.

26

H3CCH3

CH3

CH3

 

CH2

 

HO

Витамин D3

(регулятор Ca и PO43- обмена)

Витамины группы Е (токоферол). Витамины данной группы необходимы для размножения животных, их отсутствие вызывает и ряд других заболеваний. Богаты витаминами группы Е растительные масла, особенно масло из зародышей пшеницы.

 

CH3

 

 

HO

 

 

 

 

 

 

CH3

H3C

O

CH3

3

CH3

 

 

 

CH3

 

 

 

 

Витамин Е

(антиоксидант)

Витамины группы К. Витамины этой группы необходимы для регулирования коагуляции крови, их отсутствие может вызвать внутренне кровоизлияние (геморрагию). Витамины группы К поставляются в организм с пищей растительного происхождения (шпинат, крапива, капуста).

O

CH3 Витамин К1

CH3

O

CH3

CH3

CH3

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Функции витаминов в обмене веществ.

2.Потребность в витаминах человека.

3.Типы авитаминозов?

4.Сохранность жирорастворимых витаминов в организме.

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое «провитамины» а) предшественники жирорастворимых витаминов;

б) предшественники водо-растворимых витаминов; в) витаминоподобные соединения.

27

БИОМЕМБРАНЫ И ТРАНСПОРТ

Первая живая клетка появилась как только образовалась мембрана, которая отделила содержимое клетки от окружающей среды. Мембраны

формируют

внешнюю границу клетки и регулируют транспорт молекул через

эту границу.

Они разделяют

клетку на дискретные компартаменты, чтобы

изолировать

процессы

и

компоненты.

Мембраны

организуют

последовательности сложных

реакций, играют центральную

роль в

накоплении

и хранении энергии, осуществлении межклеточных связей.

Биологическая активность мембран во многом

зависит от их

физических

свойств.

 

 

 

 

 

Мембраны представляют собой достаточно прочные и одновременно эластичные самоизолирующиеся образования, они обладают селективной проницаемостью к полярным растворителям. Их гибкость, эластичность позволяют трансформировать форму в процессе роста клетки и ее движения. Ее способность к изолированности при нарушении целостности клетки обусловлена способностью двух мембран сплавляться.

Мембраны не представляют только пассивный барьер. Они включают массив белков, являющихся промоторами или катализаторами различных

молекулярных

механизмов. Транспортные белки,

встроенные в мембраны,

подобно насосам перемещают

растворы

органических соединений

и

неорганических

ионов

через

мембрану

против

градиента концентраций.

Преобразователи энергии переводят энергию из одной формы в другую. Рецепторы на плазматической мембране воспринимают внеклеточные сигналы, преобразуя их в молекулярные изменения внутри клетки. Мембраны построены

из двух слоев молекул, поэтому они очень тонкие, их

можно рассматривать

как двумерные системы.

 

 

Большое число процессов в клетке связано с мембранами (синтез липидов

и определенных белков, преобразование

энергии

в митохондриях и

хлоропластах). Так как межмолекулярные взаимодействия более вероятны в двумерном пространстве, чем трехмерном, эффективность ферменткатализируемых циклов превращений на мембранах существенно увеличивается.

Белки и полярные липиды составляют основную массу биологических мембран, небольшое количество углеводов представлено в гликопротеинах или

гликолипидах.

Основные компоненты плазматических мембран

Вид

Белок,

Фосфолипид,

Др. липиды

Стерол,

Тип

 

%

%

 

%

стерола

Печень мыши

45

27

-

25

Холестерол

Лист кукурузы

47

26

Галактолипид

7

Цитостерол

Дрожжи

52

7

Триацилглицеролы

4

Эргостерол

E. коли

75

25

Стерилсложные эфиры

0

-

28

Каждая мембрана имеет характерный липидный состав, что подтверждается исследованиями методом электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии детергента - додецилсульфата натрия.

Мембраны с различными функциями имеют в своем составе различные белки. Толщина мембран составляет от 5 до 8 нм. Основным структурным элементом мембраны выступает липидный бислой. Мембранные липиды находятся в постоянном движении. Хотя структура липидного бислоя сама по себе устойчива, молекулы индивидуальных фосфолипидов и стеролов имеют большую степень свободы в плоскости мембраны. Они диффундируют так быстро, что молекула индивидуального липида может переместиться, к примеру вокруг эритроцита всего лишь за несколько секунд. Внутренняя часть бислоя может рассматриваться как жидкость, углеводородные цепи жирных кислот находятся в постоянном движении в результате вращения вокруг одинарных С-С связей. Степень жидкостного состояния зависит от состава липидов и температуры. При низких температурах движение липидов замедляется и бислой имеет состояние близкое к паракристаллическому. Температура перехода от паракристаллического состояния к жидкому зависит от состава липидов мембраны. Насыщенные жирные кислоты способствуют образованию паракристаллического состояния. Содержание стеролов также определяет температуру перехода. Жесткие циклические структуры стеролов снижают свободу движения соседних жирнокислотных цепей. С другой стороны при низких температурах они препятствуют компактизации жирнокислотных цепей.

Как микроорганизмы, так и культуры животных клеток регулируют свой липидный состав таким образом, чтобы обеспечивать необходимую жидкую консистенцию в изменяющихся условиях роста.

Жирнокислотный состав клеток Е. коли, выращенных при разных температурах

Жирная кислота

Процент жирной кислоты

 

10°С

20°С

30°С

40°С

Миристиновая (14:0)

4

4

4

8

Пальметиновая (16:0)

18

25

29

48

Пальметолеиновая (16:1)

26

24

23

9

Олеиновая (18:1)

38

34

30

12

Гидроксимиристиновая

13

10

10

8

Отношение: ненасыщенные к-ты / насыщенные к-ты

2,90

2,00

1,60

0,38

Мембранные белки пронизывают липидный бислой, могут быть фиксированы на внешней или внутренней стороне бислоя. Мембранные белки ориентированы асимметрично, они могут быть разделены на две группы: внутренние (неотъемлемые) и внешние (периферические) белки. Периферические белки могут быть отделены от мембраны путем мягких обработок, они в общем случае растворимы в воде. Напротив внутренние мембранные белки требуют для своего отделения действия ряда агентов

29

(детергентов, органических растворителей или денатурантов). 0ни образуют нерастворимые в воде агрегаты.

Каждая живая клетка требует для своего существования поступления из окружения питательных веществ для биосинтеза и получения энергии, она выделяет в окружающую среду вторичные продукты метаболизма. Плазматическая мембрана содержит белки, которые распознают и переносят в клетку такие необходимые вещества, как углеводы, аминокислоты и неорганические ионы. В некоторых случаях эти компоненты поступают в клетку против градиента концентрации, т.е. накачиваются в клетку

посредством биологических транспортных систем.

Типы транспорта

Тип транспорта

Носитель

Создает конц.

Зависит от

Примеры

 

белка

градиент

энергии

 

Простая диффузия

Нет

Нет

Нет

Н2О, О2, N2, CH4

Пассивный транспорт

Да

Нет

Нет

Глюкоза проникает

 

 

 

 

в эритроциты

Активный

 

 

 

Н+АТФаза

транспорт:

Да

Да

Да

Первичный

 

 

 

 

Вторичный

Да

Да

Да

Аминокислоты и

 

 

 

 

сахара

Ионные каналы

Да

Нет

Нет

Na+ канал ацетил-

 

 

 

 

холина

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Структура билипидного слоя плазматической мембраны.

2.Зависимость жирнокислотного состава клетки от темпетратуры.

3.С чем связана проницаемость липидных мембран?

4.Особенности транспорта ионов натрия и калия через плазматические мембраны.

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислить основные органические соединения, из которых построены биологические мембраны клеток.

а) белок; б) углеводы;

в) органические кислоты.

УГЛЕВОДЫ

Углеводы - это наиболее распространенные природные биологические молекулы на Земле. Каждый год растениями и водорослями в результате фотосинтеза более чем 100 млрд. кубических метров СО2 и Н2О превращаются в целлюлозу, хитин и другие продукты. Определенные углеводы (сахар, крахмал) стали определяющими в диете человека во многих странах мира.

30