- •Курс лекций по биохимии
- •Список сокращений
- •Глава 1 введение в биохимию
- •История развития биохимии
- •Развитие медицинской биохимии в Беларуси
- •Содержание предмета биохимии
- •Разделы и направления биохимии
- •Объекты биохимических исследований
- •Методы биохимии
- •Глава 2 строение и функции белков
- •История изучения белков
- •Аминокислоты и их роль в организме
- •Модифицированные аминокислоты, присутствующие в белках
- •В молекуле коллагена присутствуют:
- •Аминокислоты как лекарственные препараты
- •Пептиды
- •Методы разделения пептидов
- •Автоматический синтез пептидов
- •Биологические функции белков
- •Физико-химические свойства белков
- •Уровни структурной организации белков
- •Предварительные исследования перед определением первичной структуры белка
- •Стадии определения первичной структуры белков и полипептидов
- •Методы определения n-концевых аминокислот
- •Методы определения с-концевых аминокислот
- •Общие закономерности, касающиеся аминокислотной последовательности белков
- •Классификация шаперонов (ш)
- •Роль шаперонов в фолдинге белков
- •Роль шаперонов в защите белков клеток от денатурирующих стрессовых воздействий
- •Болезни, связанные с нарушением фолдинга белков
- •Функционирование белков
- •Активный центр белков и избирательность связывания его с лигандом
- •Характеристика активного центра
- •Глава 3 фермЕнТы. Механизм действия ферментов
- •Отличия ферментов от неорганических катализаторов.
- •Структура молекулы ферментов
- •Кофакторы – ионы металлов
- •Роль металлов в ферментативном катализе
- •Активный центр фермента
- •Механизм действия ферментов
- •Энергетические изменения при химических реакциях
- •Роль активного центра в ферментативном катализе
- •Молекулярные механизмы ферментативного катализа
- •Кислотно-основной катализ
- •Ковалентный катализ
- •Специфичность действия ферментов
- •Специфичность по отношению к реакции
- •Глава 4 регуляция активности ферментов. Медицинская энзимология Способы регуляции активности ферментов:
- •Регуляция количества ферментов
- •Влияние активаторов и ингибиторов на активность ферментов
- •Необратимое ингибирование
- •Обратимое ингибирование
- •Конкурентное ингибирование
- •Лекарственные препараты как конкурентные ингибиторы
- •Антиметаболиты как лекарственные препараты
- •Неконкурентное ингибирование
- •Аллостерическая регуляция
- •Ферменты плазмы крови
- •Энзимопатии
- •Применение ферментов в медицине
- •Энзимодиагностика
- •Применение ферментов в качестве лекарственных средств
- •Глава 5 структура и функции нуклеиновых кислот
- •Структура и функции днк
- •Организация генома человека
- •Виды и особенности структурной организации рнк
- •Гибридизация нуклеиновых кислот
- •Методы изучения структуры нуклеиновых кислот
- •Глава 6 биосинтез нуклеиновых кислот
- •Биосинтез днк
- •Репарация днк
- •Биосинтез рнк
- •Регуляция транскрипции
- •Процессинг рнк
- •Обратная транскрипция
- •Глава 7 биосинтез белка
- •Активация аминокислот
- •Синтез белка у эукариот
- •Посттрансляционные изменения белков
- •Регуляция синтеза белка
- •Ингибиторы матричных биосинтезов
- •Использование днк-технологий в медицине
- •Глава 8 введение в метаболизм
- •Специфические и общие пути катаболизма
- •Метаболиты в норме и при патологии
- •Уровни изучения обмена веществ
- •Глава 9 биологические мембраны
- •Механизмы мембранного транспорта веществ
- •Глава 10 энергетический обмен. Биологическое окисление
- •Структурная организация цепи тканевого дыхания
- •Окислительное фосфорилирование атф
- •Хемиоосмотическая гипотеза Питера Митчелла (1961г.)
- •Строение атф-синтазы
- •Нарушения энергетического обмена
- •Глава 11 типы окисления. Антиоксидантные системы
- •Оксидазный тип окисления
- •Пероксидазный тип окисления
- •Диоксигеназный тип окисления
- •Монооксигеназный тип окисления
- •Активные формы кислорода (свободные радикалы)
- •Перекисное окисление липидов (пол)
- •Антиоксидантные системы организма
- •Глава 12 гормоны – общая характеристика и механизмы действия
- •Классификация гормонов
- •Классификация по месту образования
- •Классификация по механизму действия
- •Основные свойства и особенности действия гормонов
- •Рецепторы гормонов
- •Механизм передачи гормональных сигналов через мембранные рецепторы
- •Аденилатциклазная система.
- •Гуанилатциклазная система.
- •3. Оксид азота.
- •Инозитолтрифосфатная система.
- •Механизм передачи гормонального сигнала через внутриклеточные рецепторы
- •Передача сигналов через рецепторы, сопряженные с ионными каналами
- •Глава 13 особенности действия гормонов Гормоны гипоталамуса и гипофиза
- •Гормоны гипоталамуса и гипофиза
- •Гормоны гипофиза
- •Гормоны щитовидной железы
- •Гиперфункция щитовидной железы
- •Гипофункция щитовидной железы
- •Гормоны поджелудочной железы
- •Биологическое действие
- •Гипофункция поджелудочной железы
- •Гиперфункция поджелудочной железы
- •Глюкагон
- •Регуляция обмена ионов кальция и фосфатов
- •Гиперфункция паращитовидной железы (гиперпаратиреоз)
- •Гипофункция паращитовидных желез (гипопаратиреоз)
- •Гормоны надпочечников Гормоны мозгового вещества надпочечников
- •Биологическое действие
- •Гиперфункция мозгового вещества надпочечников
- •Гормоны коры надпочечников (кортикостероиды)
- •Глюкокортикоиды
- •Биологическое действие
- •Минералокортикоиды
- •Биологическое действие
- •Гиперфункция коры надпочечников
- •Гипофункция коры надпочечников
- •Гормоны половых желёз Мужские половые гормоны
- •Биологическое действие
- •Анаболические стероиды
- •Нарушение андрогенной функции
- •Женские половые гомоны
- •Биологическое действие на половые органы
- •Действие на неполовые органы
- •Нарушения гормональных функций яичников
- •Эйкозаноиды
- •Синтез эйкозаноидов
- •Номенклатура эйкозаноидов
- •Применение гормонов в медицине
- •Глава 14 биохимия питания
- •Углеводы
- •Глава 15 Основы витаминологии
- •Биологические функции витаминов
- •Классификация витаминов
- •Основные характеристики водорастворимых витаминов
- •Основные характеристики жирорастворимых витаминов
- •Обмен витаминов
- •Обеспеченность организма витаминами
- •Гиповитаминозы
- •Гипервитаминозы
- •Методы оценки обеспеченности организма человека витаминами
- •Применение витаминов в клинической практике
- •Поливитаминные препараты
- •Антивитамины
- •Антивитамины
- •Глава 16 углеводы тканей и пищи – обмен и функции
- •Всасывание моносахаридов в кишечнике
- •Транспорт глюкозы из крови в клетки
- •Нарушения переваривания и всасывания углеводов
- •Метаболизм фруктозы
- •Метаболизм галактозы
- •Метаболизм лактозы
- •Глава 17 пути метаболизма глюкозы
- •Гликолиз
- •Гликоген
- •Пентозофосфатный путь (пфп)
- •Глюконеогенез (гнг)
- •Аланин Аланин Аланин
- •Путь глюкуроновой кислоты
- •Глава18 обмен гликогена
- •Синтез гликогена (гликогеногенез)
- •Глюкагон Адреналин
- •Аденилатциклаза Аденилатциклаза
- •Протеинкиназа Протеинкиназа
- •Нарушения обмена гликогена
- •Глава 19 липиды тканей, переваривание и транспорт липидов
- •Глава 20 обмен триацилглицеролов и жирных кислот
- •Регуляция синтеза триацилглицеролов
- •Регуляция мобилизации триацилглицеролов
- •Ожирение
- •Обмен жирных кислот
- •Обмен кетоновых тел
- •Синтез жирных кислот
- •Глава 21 обмен сложных липидов
- •Глава 22 метаболизм холестерола. Биохимия атеросклероза
- •Биохимия атеросклероза
- •Глава 23. Обмен аминокислот. Динамическое состояние белков организма
- •Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте
- •Наследственные нарушения транспорта аминокислот
- •Расщепление белков в тканях
- •Превращение аминокислот микрофлорой кишечника
- •Пути обмена аминокислот в тканях
- •Трансаминирование аминокислот
- •Биологическое значение трансаминирования
- •Дезаминирование аминокислот
- •Окислительное дезаминирование глутамата
- •Непрямое дезаминирование аминокислот
- •Декарбоксилирование аминокислот
- •Биогенные амины
- •Пути катаболизма углеродного скелета аминокислот
- •Глава 24 Образование и обезвреживание nh3 в организме
- •Тканевое обезвреживание аммиака
- •Общее (конечное) обезвреживание аммиака
- •Регуляция синтеза мочевины
- •Нарушения синтеза и выведения мочевины
- •Глава 25 Метаболизм отдельных аминокислот Метаболизм метионина
- •Реакция активации метионина
- •Синтез креатина
- •Метаболизм фенилаланина и тирозина
- •Нарушение обмена фенилаланина и тирозина
- •Глава 26 обмЕн нуклеотидов
- •Биосинтез пуриновых нуклеотидов
- •Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов
- •Распад нуклеиновых кислот в желудочно-кишечном тракте и тканях
- •Нуклеопротеины
- •Нарушения обмена нуклеотидов Ксантинурия
- •Глава 27 регуляция и взаимосвязь метаболизма
- •Аллостерическая регуляция метаболических путей
- •Взаимосвязь метаболизма
- •Глава 28 биохимия печени
- •Роль печени в углеводном обмене
- •5. В печени происходит синтез глюкуроновой кислоты. Роль печени в липидном обмене
- •Роль печени в обмене аминокислот и белков
- •Обезвреживающая функция печени
- •Обезвреживание нормальных метаболитов
- •Обезвреживание ксенобиотиков
- •Катаболизм гемоглобина
- •Катаболизм гема.
- •Желтухи. Дифференциальная диагностика
- •Желтуха новорожденных
- •Биохимические механизмы развития печеночной недостаточности
- •Биохимические методы диагностики поражений печени
- •Глава 29 Водно-электролитный обмен Распределение жидкости в организме
- •Состав жидкостей
- •Растворенные вещества
- •Характеристики жидкостей
- •Вода, биологическая роль, обмен воды
- •Обмен воды
- •Регуляция объема внеклеточной жидкости
- •Роль системы ренин-ангиотензин
- •Активация системы
- •Предсердный натрийуретический фактор
- •Нарушения водно-электролитного обмена и кислотно-основного равновесия
- •Нарушения кислотно-основного равновесия
- •Минеральные компоненты тканей, биологические функции
- •Основные биологические функции
- •Натрий, биологическая роль, обмен, регуляция
- •Калий, биологическая роль, обмен, регуляция
- •Кальций, биологическая роль, обмен, регуляция
- •Фосфор, биологическая роль, обмен, регуляция
- •Эссенциальные микроэлементы
- •Глава № 30 биохимия крови
- •Общая характеристика
- •Функции крови
- •Особенности метаболизма в форменных элементах крови
- •Гемоглобин человека
- •Производные гемоглобина
- •Варианты гемоглобина в онтогенезе
- •Гемоглобинопатии
- •Обмен железа
- •Железодефицитные анемии
- •Белки плазмы крови
- •Характеристика белков сыворотки крови
- •Патологии системы свертывания крови. Гемофилии
- •Диссеминированное внутрисосудистое свертывание (двс-синдром)
- •Глава 31 биохимия почек
- •Особенности биохимических процессов в почечной ткани
- •Глава 32 особенности метаболизма в нервной ткани
- •Функции аксонального плазматического тока
- •Гемато-энцефалический барьер (гэб)
- •Общие особенности метаболизма нервной ткани
- •Обмен свободных аминокислот в головном мозге
- •Нейропептиды
- •Энергетический обмен в нервной ткани
- •Особенности углеводного обмена в ткани головного мозга
- •Липидный обмен в нервной ткани
- •Обмен липидов в нервной ткани имеет следующие особенности
- •Роль медиаторов в передаче нервных импульсов
- •Нейрохимические основы памяти
- •Спинномозговая жидкость (ликвор или цереброспинальная жидкость)
- •Глава 33 биохимия мышечной ткани
- •Белки мышечной ткани
- •Биохимические механизмы сокращения и расслабления мышц
- •Роль ионов кальция в регуляции мышечного сокращения
- •Утомление – состояние организма, возникающее вследствие длительной мышечной нагрузки и характеризующееся временным снижением работоспособности.
- •Глава 34 Биохимия соединительной ткани.
- •Эластин
- •Протеогликаны и гликопротеины
- •Cписок литературы
- •Оглавление
- •Для заметок
- •Курс лекций по биохимии
Глава 10 энергетический обмен. Биологическое окисление
Живые организмы с точки зрения термодинамики – открытые системы. Между системой и окружающей средой возможен обмен энергии, который происходит в соответствии с законами термодинамики. Каждое органическое соединение, поступающее в организм, обладает определенным запасом энергии (Е). Часть этой энергии может быть использована для совершения полезной работы. Такую энергию называют свободной энергией (G). Направление химической реакции определяется значением G. Если эта величина отрицательна, то реакция протекает самопроизвольно. Такие реакции называются экзергоническими. Если G положительно, то реакция будет протекать только при поступлении свободной энергии извне – это эндергонические реакции. В биологических системах термодинамически невыгодные эндергонические реакции могут протекать лишь за счет энергии экзергонических реакций. Такие реакции называют энергетически сопряженными.
Важнейшей функцией многих биологических мембран служит превращение одной формы энергии в другую. Мембраны, обладающие такими функциями, называются энергопреобразующими. Любая мембрана, выполняющая энергетическую функцию, способна к превращению химической энергии окисляемых субстратов или АТФ в электрическую энергию, а именно в трансмембранную разность электрических потенциалов () или в энергию разности концентраций веществ, содержащихся в разделенных мембраной растворах, и наоборот. Среди энергопреобразующих мембран, имеющих наибольшее значение, можно назвать внутреннюю мембрану митохондрий, внешнюю цитоплазматическую мембрану, мембраны лизосом и комплекса Гольджи, саркоплазматический ретикулум. Наружная мембрана митохондрий и ядерная мембрана не может превращать одну форму энергии в другую.
Преобразование энергии в живой клетке описывается следующей общей схемой:
Энергетические ресурсы I работа
где I – трансмембранная разность электрохимических потенциалов иона I. Следовательно, процессы утилизации энергии и совершения за счет нее работы оказываются сопряжены через образование и использование I. Поэтому данный ион может быть назван сопрягающим ионом. Основным сопрягающим ионом в клетке эукариот является Н+, и соответственно Н+ является основной конвертируемой формой запасания энергии. Вторым по значимости сопрягающим ионом является Na+ (Na+). В то время как Сa2+, K+ и Cl не используются для совершения какой-либо работы.
Биологическое окисление – это процесс дегидрирования субстрата с помощью промежуточных переносчиков водорода и его конечного акцептора. Если в роли конечного акцептора выступает кислород, процесс называется аэробным окислением или тканевым дыханием, если конечный акцептор представлен не кислородом – анаэробным окислением. Анаэробное окисление имеет ограниченное значение в организме человека. Основная функция биологического окисления – обеспечение клетки энергией в доступной форме.
Тканевое дыхание – процесс окисления водорода кислородом до воды ферментами цепи тканевого дыхания. Оно протекает по следующей схеме:
Вещество окисляется, если отдает электроны или одновременно электроны и протоны (атомы водорода), или присоединяет кислород. Способность молекулы отдавать электроны другой молекуле определяется окислительно-восстановительным потенциалом (редокс-потенциалом). Любое соединение может отдавать электроны только веществу с более высоким окислительно-восстановительным потенциалом. Окислитель и восстановитель всегда образуют сопряженную пару.
Выделяют 2 типа окисляемых субстратов:
Пиридинзависимые – спиртовые или альдегидные – изоцитрат, α-кетоглутарат, пируват, малат, глутамат, -гидроксиацил-КоА, -гидроксибутират, – в их дегидрировании участвуют НАД-зависимые дегидрогеназы.
Флавинзависимые – являются производными углеводородов – сукцинат, ацил-КоА, глицерол-3-фосфат, холин – при дегидрировании передают водород на ФАД-зависимые дегидрогеназы.
Цепь тканевого дыхания – последовательность переносчиков протонов водорода (Н+) и электронов от окисляемого субстрата на кислород, локализованных на внутренней мембране митохондрий.
Рис. 10.1. Схема ЦТД
Компоненты ЦТД:
НАД-зависимые дегидрогеназы дегидрируют пиридинзависимые субстраты и акцептируют 2ē и один Н+.
ФАД (ФМН) - зависимые дегидрогеназы акцептируют 2 атома водорода (2Н+ и 2ē). ФМН – зависимая дегидрогеназа дегидрирует только НАДН, в то время как ФАД- дегидрогеназы окисляют флавинзависимые субстраты.
Жирорастворимый переносчик убихинон (кофермент Q, КоQ) – свободно перемещается по мембране митохондрий и акцептирует два атома водорода и превращается в КоQH2 (восстановленная форма – убихинол).
Система цитохромов – переносит только электроны. Цитохромы железосодержащие белки, простетическая группа которых по структуре напоминает гем. В отличие от гема атом железа в цитохроме может обратимо переходить из двух – в трехвалентное состояние (Fe3+ + ē Fe2+). Это и обеспечивает участие цитохрома в транспорте электронов. Цитохромы действуют в порядке возрастания их редокс-потенциала и в дыхательной цепи располагаются следующим образом: b - с1 – с – а - а3. Два последних работают в ассоциации как один фермент цитохромоксидаза аа3. Цитохромоксидаза состоит из 6 субъединиц (2 - цитохрома а и 4 - цитохрома а3). В цитохроме а3 кроме железа имеются атомы меди и он передает электроны непосредственно на кислород. Атом кислорода при этом заряжается отрицательно и приобретает способность взаимодействовать с протонами с образованием метаболической воды.
Железосерные белки (FeS) – содержат негемовое железо и участвуют в окислительно-восстановительных процессах, протекающих по одноэлектронному механизму и ассоциированы с флавопротеинами и цитохромом b.