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

биохимия краткий курс часть 1

.pdf
Скачиваний:
744
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
2.01 Mб
Скачать

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

И. Э. Егорова, А. И. Суслова, В. И. Бахтаирова

БИОХИМИЯ. КРАТКИЙ КУРС

Часть I

Учебное пособие

Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия

для обучающихся по основным профессиональным образовательным программам высшего образования – программам специалитета по специальности Фармация № 420/05.05-20 от 11.11.2013

Иркутск

ИГМУ

2013

1

УДК612.015.(075.8)

ББК 28.902я73 Е 30

Авторы

И. Э.Егорова – канд. мед.наук, доцент кафедры химии и биохимии ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России,

А. И. Суслова – канд. мед.наук, доцент кафедры химии и биохимии ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России,

В. И. Бахтаирова–канд. мед.наук, доцент,зав. кафедрой химии и биохимии ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России

Рецензенты:

Е. А. Бородин – зав. кафедрой биохимии с курсом органической и неорганической химии ГБОУ ВПО Амурской государственной медицинской академии, д-р мед.наук, профессор А.Б. Салмина – зав.кафедрой биологической химии с курсом медицинской,

фармацевтической и токсикологической химии Красноярского государственного Медицинского университета имени В. Ф. Войно-Ясенецкого, д-р м. н., профессор

Егорова И. Э., Суслова А. И., Бахтаирова В. И.

Е 30 Биохимия. Краткий курс. Часть I:учебное пособие/ И. Э. Егорова, А. И. Суслова, В. И. Бахтаирова ; ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России, Кафедра химии и биохимии – Иркутск: ИГМУ. 2013, – 88 с.

Пособие «Биохимия (часть 1)» предназначено для обучающихся как учебный материал, помогающий более полно усвоить учебную дисциплину «Биологическая химия». В данном пособии отражены следующие разделы: ферменты, витамины, биоокисление и биоэнергетика, обмен углеводов, обмен липидов, обмен белков, азотистые вещества плазмы крови и мочи. В пособии представлен теоретический материал, химизм некоторых биохимических процессов, а также имеются тестовые задания для проверки усвоения темы.

Учебное пособие предназначено для обучающихся по основной профессиональной образовательной программеспециалитетавысшего образования поспециальности «Фармация».

УДК 612.015.(075.8)

ББК 28.902я73

©Егорова И. Э., Суслова А. И., Бахтаирова В. И., 2013 ©ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России, 2013

2

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Список сокращений……………………………………………………............

4

 

Введение………………………………………………………………...............

6

1.1

Строение ферментов…………………………………………………...............

7

1.2

Номенклатура и классификация ферментов………………………….............

9

1.3

Изоферменты и их медицинское значение……………………………............

10

1.4Регуляция активности ферментов…………………………….......................... 11

1.5

Ферменты в медицине и фармации……………………………....................

… 13

1.6.

Тестовые задания................................................................................................

15

2.

Витамины……………………………………………………………..................

17

2.1Водорастворимые витамины………………………………….......................... 18

2.2

Жирорастворимые витамины…………………………………………..............

22

2.3.

Тестовые задания.................................................................................................

24

3.Биоокисление и биоэнергетика………………………………………............... 26

3.1

Цикл Кребса…………………………………………………………..................

28

3.2

Дыхательная цепь………………………………………………………............

30

3.3Свободное окислении: функции, оксидативная модификация……............... 33

3.4.

Тестовые задания................................................................................................

34

4.

Обмен углеводов………………………………………………..........................

36

4.1

Переваривание и всасывание……………………………………......................

36

4.2

Обмен гликогена……………………………………………..............................

38

4.3Распад глюкозы в аэробных и анаэробных условиях………........................... 40

4.4

Глюконеогенез…………………………………………………………..............

44

4.5

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы………………......................

46

4.6

Гомеостаз глюкозы крови………………………………………………...........

46

4.7.

Тестовые задания.................................................................................................

48

5.

Обмен липидов…………………………………………………….....................

50

5.1

Переваривание и всасывание………………………………………..................

50

5.2

Обмен жира……………………………………………………...........................

51

5.3

Обмен жирных кислот…………………………………………….....................

54

5.4

Обмен и роль кетоновых тел…………………………………..........................

58

5.5

Обмен, роль и транспорт холестерина………………………….......................

59

5.6

Патология обмена холестерина…………………………………......................

62

5.7.

Тестовые задания.................................................................................................

63

6.

Обмен белков…………………………………………………………...............

65

6.1

Переваривание и всасывание……………………………………......................

65

6.2

Декарбоксилирование аминокислот..................................................................

67

6.3

Обмен по аминогруппе.......................................................................................

70

6.4

Источники аммиака и его обезвреживание………………………..................

72

6.5

Судьба безазотистого остатка аминокислот………………….........................

74

6.6

Обмен отдельных аминокислот…………………………………......................

75

6.7.

Тестовые задания.................................................................................................

76

7.

Азотистые вещества плазмы крови и мочи………………………...................

79

7.1

Белки плазмы крови. Функции основных фракций………..............................

79

7.2

Пептиды и их значение………………………………………….......................

81

7.3

Остаточный азот ……………………………………………….........................

82

 

3

 

7.4

Азотистые вещества мочи. Аминоацидопатии………………….....................

83

7.5.

Тестовые задания………………………………………….................................

83

 

Эталоны ответов к тестовым заданиям…………………………......................

86

 

Рекомендуемая литература…………………………………….........................

87

4

 

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АКТГ

Адренокортикотропный гормон

АЛТ

Аланинаминотрансфераза

АПБ

Ацилпереносящий белок

АС

Атеросклероз

АСТ

Аспартатаминотрансфераза

АТФ

Аденозилтрифосфат

АФК

Активные формы кислорода

ГАМК

Гамма-аминомасляная кислота

ГНГ

Глюконеогенез

ГТФ

Гуанозилтрифосфат

ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота

ДОАФ

Диоксиацетонфосфат

ДОФА

Диоксифенилаланин

ДЦ

Дыхательная цепь

ЖКТ

Желудочно-кишечный тракт

ИБС

Ишемическая болезнь сердца

ЙТ

Йодтиронины

ЛДГ

Лактатдегидрогеназа

ЛПВП

Липопротеины высокой плотности

ЛПВП

Липопротеины низкой плотности

ЛПОНП

– Липопротеины очень низкой плотности

НАД

Никотинамидадениндинуклеотид

НАДФ

Никотинамидадениндинуклеотидфосфат

НЭЖК

Неэстерифицированные жирные кислоты

ОФ

Окислительное фосфорилирование

ПАБК

Парааминобензойная кислота

ПНЖК

Полиненасыщенные кислоты

ПФП

Пентозофосфатный путь

СТГ

Соматотропный гормон

ТГФК

Тетрагидрофолиевая кислота

ТГЛ

Триглицеридлипаза

УДФ

Уридиндифосфат

УТФ

Уридинтрифосфат

ФАД

Флавинадениндинуклеотид

ФКУ

Фенилкетонурия

ФМН

Флавинмононуклеотид

ХМ

Хиломикроны

ХС

Холестерин

ЦТК

Цикл трикарбоновых кислот

SAM

S-аденозилметионин

 

 

5

ВВЕДЕНИЕ

Введение нового федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования предусматривает формирование у студентов профессиональных компетенций, основанных на комплексном подходе к изучению учебных дисциплин.

Биологическая химия – это наука о химическом составе живой материи и химических процессах, протекающих в живом организме и лежащих в основе его жизнедеятельности.

Биохимия для фармацевтического факультета является базовой дисциплиной, тесно связанной с проблемами химии, биологии, медицины, фармации, т.к.биохимические сведения лежат в основе познания функций организма. Эффективное изучение биохимических закономерностей позволяет усваивать последующие дисциплины и в процессе профессиональной деятельности ориентироваться в особенностях обмена веществ у здорового и больного человека, понимать механизмы действия различных лекарственных веществ и их превращения в организме.

Важной задачей биохимии является исследование функционального значения всех веществ и продуктов их превращения в организме, исследование закономерностей перехода физико-химических процессов, совершающихся в живых телах, в физиологическую функцию.

В предлагаемом учебном пособии рассматриваются материалы по основным разделам биохимии (ферменты, витамины, биоокисление, обмен углеводов, липидов, аминокислот).

Учебное пособие призвано восполнить дефицит необходимой информации, существенно облегчить изучение предмета биологическая химия и расширить знания о научно-практических основах биохимии.

6

1. ФЕРМЕНТЫ

В организме протекает множество химических ферментативных реакций. Совокупность этих реакций объединяют термином метаболизм. Многие из протекающих реакций объединены в метаболические (ферментативные) цепи, в которых продукт реакции, катализируемой первым ферментом, становится субстратом для следующей реакции, катализируемой вторым ферментом, и т.д.

 

E1 Е2

Е3

Е4

А

В

С

D F

На

каждой

из

последовательных стадий метаболического пути

происходит обычно лишь небольшое химическое изменение – удаление или присоединение какого-нибудь атома, молекулы или функциональной группы.

Метаболизм складывается из двух фаз – катаболизма и анаболизма. При катаболизме происходит расщепление сложных органических молекул до промежуточных метаболитов и затем до конечных продуктов (СО2 и воды); при этом происходит освобождение энергии и восстановление коферментов.

В ходе реакций анаболизма из молекул-предшественников с использованием восстановленных коферментов и энергии происходит синтез мономеров и полимеров. Реакции анаболизма и катаболизма протекают параллельно, но регулируются независимо.

Все реакции метаболизма осуществляются ферментами. Ферменты – это биокатализаторы белковой природы. Как и все остальные катализаторы (кислоты, щелочи), ферменты имеют ряд общих с ними свойств: не расходуются при реакциях, ускоряют только возможные реакции, не изменяют направления реакции, не изменяют положения равновесия в обратимых реакциях. Но по сравнению с другими катализаторами ферменты имеют ряд отличий: обладают гораздо большей активностью (ускоряют реакции в 108 – 1011 раз), работают в мягких условиях (температура 37 градусов, рН 7, давление 1 атм.). Ферменты также обладают специфичностью или избирательностью действия. Специфичность бывает абсолютной (при этом фермент катализирует превращение одного субстрата) и относительной (при этом фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих сходное строение и общий тип химической связи). Кроме того, активность ферментов в отличие от небиологических катализаторов регулируется.

Ферменты имеют ряд свойств, которые подтверждающих белковую природу: молекулярная масса ферментов лежит в диапазоне 104 – 106 ДА, для них характерна колоколообразная зависимость скорости реакции от температуры и рН среды, они способны денатурироваться тяжелыми металлами, растворителями, излучениями.

1.1.СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ

Биологические функции фермента связаны с наличием в его структуре активного центра. Вещество, взаимодействующее с ферментом, называется субстратом. Тогда активный центр фермента – это место на его поверхности,

7

где происходит связывание и каталитическое превращение субстрата. В активном центре выделяют участок связывания, который обеспечивает субстратную специфичность, и каталитический участок, который осуществляет химическое превращение субстрата. Однако эти участки не всегда имеют четкое пространственное разделение и иногда могут «перекрываться». Активный центр формируется в третичной структуре и состоит из нескольких аминокислотных остатков, которые оказались сближенными при формировании третичной структуры, в то время как в первичной структуре эти аминокислотные остатки могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние. У большинства ферментов в состав активного центра (помимо аминокислотных остатков) входит еще небелковый компонент – кофактор. Белковая часть молекулы фермента называют апоферментом, а комплекс апофермента и кофактора – холоферментом. В роли кофакторов могут выступать ионы металлов и органические соединения – чаще всего производные витаминов. Их называют коферментами (табл.).

Апофермент обеспечивает специфичность действия и отвечает за выбор типа химического превращения субстрата, а кофермент обычно участвует в переносе функциональных групп. Один и тот же кофермент, взаимодействуя с различными апоферментами, может участвовать в разных превращениях субстрата.

 

 

 

Таблица

 

 

Коферменты

 

 

 

 

 

№№

Кофермент

Витамин

Основная функция

 

 

 

 

 

Тиаминпирофосфат

В1 (тиамин)

Декарбоксилирование -

1

 

 

кетокислот

 

НАД –

 

 

2

никотинамид-

РР (никотинат)

Перенос Н

 

адениндинуклеотид

 

 

 

НАДФ –

–//–

–//–

3

НАД-фосфат

 

 

 

ФМН –

 

–//–

4

флавинмононук-

В2 (рибофлавин)

 

 

леотид

 

 

 

ФАД –

–//–

–//–

5

флавинаденин-

 

 

 

динуклеотид

 

 

 

КоQ

––

–//–

6

(убихинон)

 

 

 

Липоевая кислота

––

–//–

7

 

 

 

 

Пиридоксальфосфат

В6(пиридоксин)

Перенос NH2,

8

 

 

декарбоксилирование

 

 

8

 

 

Кофермент

Витамин

Основная функция

 

Биотин

Н (биотин)

Присоединение СО2

9

 

 

 

 

Тетрагидрофолат

Фолиевая кислота

Перенос С1

10

 

 

 

 

КоА –

Пантотеновая

Перенос ацилов

11

кофермент

кислота

 

 

ацилирования

 

 

 

Кобаламины

В12(кобаламины)

Перенос С1, изомеризация

12

 

 

 

 

ГЕМ

––

Перенос электронов

13

 

 

 

 

Нафтогидрохиноны

К

-карбоксилирование

14

 

(нафтогидрохиноны)

глутамата

Любая ферментативная реакция протекает в два этапа. Сначала в активном центре субстрат при помощи нековалентных связей взаимодействует с ферментом, формируя фермент-субстратный комплекс. В каталитическом участке субстрат претерпевает химическое превращение в продукт, который затем освобождается из активного центра фермента. Схематично процесс катализа можно представить следующим уравнением:

Е + S ES EP E + Р

(где Е– фермент, S – субстрат, Р – продукт)

1.2.НОМЕНКЛАТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

Рабочее название ферментов имеет суффикс «аза», присоединенный к названию субстрата, например, липаза, сахараза. Этот суффикс может быть также присоединен к названию химического превращения определенного субстрата, например, лактатдегидрогеназа. Однако в употреблении сохранилось небольшое количество тривиальных, исторически закрепленных названий ферментов, которые не дают представления ни о субстрате, ни о типе химического превращения, например, трипсин, пепсин.

Согласно систематической номенклатуре все ферменты делятся на 6 классов в зависимости от типа катализируемой химической реакции. В каждом классе есть многочисленные подклассы и подподклассы. Каждый класс имеет порядковый номер, строго за ним закрепленный.

1 класс – оксидоредуктазы. Катализируют различные окислительновосстановительные реакции. Сюда входят подклассы дегидрогеназ (отщепляющих атомы водорода), редуктаз (присоединяющих атомы водорода), оксигеназ (внедряющих кислород в субстрат) и др.

2 класс – трансферазы. Катализируют перенос функциональных групп от одного субстрата на другой. Сюда относят аминотрансферазы (переносят

9

аминогруппу), метилтрансферазы (метильную группу), киназы (переносят остаток фосфорной кислоты от АТФ).

3 класс – гидролазы. Катализируют реакции гидролиза (расщепления ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва). Сюда относят эстеразы, гликозидазы, пептидазы.

4 класс – лиазы. Отщепляют от субстратов негидролитическим путем определенную группу, например, декарбоксилазы, альдолазы.

5 класс – изомеразы. Катализируют различные внутримолекулярные превращения (изомеразы, мутазы – в том случае, когда изомеризация состоит во внутримолекулярном переносе какой-либо группы).

6 класс – лигазы (синтетазы).Катализируют реакции присоединения друг к другу двух молекул с образованием ковалентной связи, этот процесс сопряжен с затратой энергии АТФ (РНК-полимераза).

1.3.ИЗОФЕРМЕНТЫ И ИХ МЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Изоферменты – это ферменты, катализирующие одну и ту же реакцию, но различающиеся по первичной структуре белка. По структуре изоферменты всегда являются олигомерными белками и состоят из негомологичных протомеров. Эти протомеры кодируются разными генами. Причем та или иная ткань преимущественно синтезирует определенные виды протомеров. В результате определенной комбинации формируются ферменты с различной структурой – изоферменты. Они различаются по молекулярной массе, заряду, кинетике (максимальной скорости и константе Михаэлиса), иммунологическим и другим свойствам. Давно открыты и хорошо изучены изоферменты лактатдегидрогеназы(ЛДГ). Молекула ЛДГ состоит из 4-х протомеров двух разных типов: М (Muscle – мышца) и Н (Heart – сердце). Комбинация этих субъединиц образует 5 изоферментов ЛДГ:

Н НННННН М ММ

Н НН М ММММММ

ЛДГ1 ЛДГ2 ЛДГ3 ЛДГ4 ЛДГ5

Изоферменты ЛДГ различаются по электрофоретической подвижности. Это позволило установить их тканевую принадлежность. ЛДГ1 имеет самую высокую активность в сердечной мышце, ЛДГ5 – в печени и скелетных мышцах, другие изоформы активны в других органах.

Медицинское значение. Активность ЛДГ в плазме крови повышается при острых поражениях сердца, печени, почек и др. органов, а также при различных анемиях. Диагностическое значение имеет определение не суммарной активности всех типов ЛДГ, а изоферментов, так как только они являются органоспецифичными. Например, при инфаркте миокарда в крови резко возрастает ЛДГ1, при гепатитах – ЛДГ5.

10