- •Глава 1
- •1.1. Для чего нужна физиология животных
- •1.2. Физиология и медицина
- •1.3. Физиология и познание
- •1.4. Основные концепции физиологии
- •1.4.1. В основе любой функции лежит структура
- •1.4.2. Генетика и физиология
- •1.4.3. Принцип гомеостаза
- •1.5. Физиологическая литература
- •1.6. Резюме
- •1.7. Вопросы для повторения
- •Глава 2 Физические и химические концепции
- •2.1. Атомы, связи и молекулы
- •2.2. Свойства н, о, n и с как основа для возникновения жизни
- •2.3. Вода.
- •2.3.1. Молекула воды
- •2.3.2. Свойства воды
- •2.3.3. Вода как растворитель
- •2.4. Растворы и их коллигативные свойства
- •2.5. Растворы электролитов
- •2.5.1. Ионизация воды
- •2.5.2. Кислоты и основания
- •2.5.3. Биологическая роль рН
- •2.5.4. Уравнение Гендерсона–Хассельбаха
- •2.5.5. Буферные системы
- •2.6. Электрический ток в водных растворах
- •2.7. Ионная избирательность
- •2.8. Биологические молекулы
- •2.8.1. Липиды
- •2.8.2. Углеводы
- •2.8.3. Белки
- •2.8.4. Нуклеиновые кислоты
- •2.9. Резюме
- •2.10. Вопросы для повторения
- •4. Почему кислород играет столь важную роль в биологии?
- •Глава 3
- •3.1. Энергия: понятия и определения
- •3.2. Перенос химической энергии в системе сопряженных реакций
- •3.3. Атр и высокоэнергетическая фосфатная группа
- •3.4. Температура и скорость реакции
- •3.5. Ферменты
- •3.5.1. Специфичность фермента
- •3.5.2. Каталитическая активность
- •3.5.3. Температура и скорость реакции
- •3.5.4. Чувствительность к рН
- •3.5.5. Регуляция ферментативной активности
- •3.5.6. Кофакторы
- •3.5.7. Кинетика ферментативных реакций
- •3.5.8. Сродство между ферментом и субстратом
- •3.5.9. Подавление активности ферментов
- •3.6. Механизмы регуляции метаболизма
- •3.6.1. Генетическая регуляция синтеза ферментов
- •3.6.2. Метаболическое ингибирование по типу обратной связи
- •3.6.3. Активация ферментов
- •3.7. Образование атр в процессе метаболизма
- •3.8. Окисление, фосфорилирование и перенос энергии
- •3.8.1. Электронпереносящие коферменты
- •3.9. Цепь переноса электронов
- •3.10. Гликолиз
- •3.11. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)
- •3.12. Эффективность энергетического метаболизма
- •3.13. Кислородная задолженность
- •3.14. Резюме
- •3.15. Вопросы для повторения
- •Глава 4
- •4.1. Состав мембран
- •4.2. Организация мембран
- •4.2.1. Простые модели бислоев
- •4.2.2. Жидкостно–мозаичная модель
- •4.2.3. Субъединичная модель
- •4.3. Физические основы проницаемости мембран
- •4.3.1. Диффузия
- •4.3.2. Трансмембранный поток
- •4.3.3. Осмос
- •4.3.4. Осмолярность и тоничность
- •4.3.5. Влияние электрических сил на распределение ионов
- •4.3.6. Доннановское равновесие
- •4.4. Осмотические свойства клеток
- •4.4.1. Стационарное состояние
- •4.4.2. Объем клеток
- •4.5. Механизмы пассивного транспорта
- •4.5.1. Простая диффузия через липидный бислой
- •4.5.2. Диффузия через мембранные каналы
- •4.5.3. Облегченная диффузия
- •4.6. Активный транспорт
- •4.7. Ионные градиенты как источники энергии в клетке
- •4.7.1. Симпорт (котранспорт)
- •4.7.2. Антипорт (контртранспорт)
- •4.8. Селективность мембран
- •4.8.1. Селективность к электролитам
- •4.8.2. Селективность к неэлектролитам
- •4.9. Эндоцитоз и экзоцитоз
- •4.10. Межклеточные контакты
- •4.10.1. Щелевые контакты
- •4.10.2. Плотные контакты
- •4.11. Эпителиальный транспорт
- •4.11.2. Транспорт воды
- •4.12. Резюме
- •4.13. Вопросы для повторения
- •Глава 5 Ионы и возбуждение
- •5.1. Мембранная теория возбуждения
- •5.2. Пассивные электрические свойства клеточных мембран
- •5.2.1. Проводимость мембраны
- •5.2.2. Емкость мембраны
- •5.2.3. Электротонический потенциал
- •5.3. Электрохимический потенциал
- •5.3.1. Уравнение Нернста
- •5.4. Потенциал покоя
- •5.4.1. Роль ионных градиентов и ионных каналов
- •5.4.2. Роль активного транспорта
- •5.5. Активные электрические процессы
- •5.6. Ионные основы потенциала действия
- •5.6.1. Общие свойства потенциала действия
- •5.6.2. Натриевая гипотеза
- •5.6.3. Натриевые каналы
- •5.6.4. Цикл Ходжкина
- •5.6.5. Калиевый ток
- •5.6.6. Ионные механизмы потенциала действия: краткая сводка
- •5.6.7. Изменение концентрации ионов во время возбуждения
- •5.7. Другие электровозбудимые каналы
- •5.8. Пейсмекерные потенциалы
- •5.9. Резюме
- •5.10. Вопросы для повторения
- •Глава 6 Распространение и передача нервных импульсов
- •6.1. Нервные клетки
- •6.1.1. Два основных типа электрических сигналов в нервных клетках
- •6.2. Пассивное распространение электрических сигналов
- •6.3. Распространение нервных импульсов
- •6.3.1. Скорость распространения нервных импульсов
- •6.3.2. Сальтаторное проведение
- •6.4. Представление о синапсах
- •6.5. Передача возбуждения в электрических синапсах
- •6.6. Передача сигналов в химических синапсах
- •6.6.1. Строение химических синапсов
- •6.6.2. Синаптические потенциалы
- •6.6.3. Синаптические токи
- •6.6.4. Потенциал реверсии
- •6.6.5. Постсинаптическое торможение
- •6.6.6. Пресинаптическое торможение
- •6.7. Постсинаптические рецепторы и каналы
- •6.8. Выделение медиаторов пресинаптическими окончаниями
- •6.8.1. Квантовое выделение медиаторов
- •6.8.2. Электросекреторное сопряжение
- •6.9. Синаптическая интеграция
- •6.9.1. Суммация
- •6.10. Функциональная пластичность синапсов
- •6.10.1. Гомосинаптическая модуляция
- •6.10.1.1. Облегчение
- •6.10.1.2. Посттетаническая потенциация
- •6.10.2. Гетеросинаптическая модуляция
- •6.11. Медиаторы
- •6.11.1. Биогенные амины
- •6.11.2. Аминокислоты
- •6.11.3. Нейропептиды
- •6.11.4. Эндогенные опиоиды
- •Подставив в это равенство выражения (1) и (2), получим
- •6.12. Резюме
- •6.13. Вопросы для повторения
3.5. Ферменты
Биологические катализаторы были впервые выделены из живых клеток в 1897 г. братьями Эдуардом и Гансом Бухнерами, которые получили их из водного экстракта дрожжей. Эти вещества повышали скорость спиртового брожения и инактивировались при повышении температуры, тогда как субстраты были невосприимчивы к тепловому воздействию. Это открытие явилось первым указанием на то, что ферментами могут быть молекулы белка. Далее было установлено, что все без исключения ферменты – это белковые молекулы с очень специфическими для каждой разновидности фермента аминокислотными составом и последовательностью. Все эти молекулы, или по крайней мере их участки, обладающие ферментативной активностью, имеют глобулярную конформацию (рис. 3–13). Каждая клетка содержит буквально тысячи разновидностей ферментов, и они катализируют не меньшее число реакций. В работах по молекулярной генетике было показано, что ферменты представляют собой первичные продукты генов и играют чрезвычайно важную роль, регулируя все процессы, связанные с синтезом и метаболизмом в клетке. Задавая заранее структуру каждой молекулы фермента, синтезируемой в клетке, генетический аппарат косвенно несет ответственность за все происходящие там ферментативные реакции.
|
Рис. 3.13. Характерная для ферментов глобулярная структура иллюстрируется здесь на примере реконструированной молекулы рибонуклеазы из тканей быка. Изображен связанный с активным центром фосфат–ион. (Barry, Barry, 1969.) Дисулъфидные связи соединяют остатки цистеина, отстоящие далеко друг от друга вдоль полипептидной цепи, и играют, таким образом, важную роль в стабилизации третичной структуры фермента |
Каталитическую эффективность (т. е. активность) фермента измеряют числом оборотов, представляющим собой число молекул субстрата, с которым успевает прореагировать одна молекула фермента за одну секунду с последующим высвобождением продукта реакции. Многим ферментам для их функционирования требуется кофактор (см. ниже) –ион или малая молекула небелковой природы, – который связывается с белковой молекулой, образуя совместно каталитически активный комплекс. Если концентрация кофактора в клетке не является избыточной, активность фермента можно регулировать, изменяя концентрацию кофактора. Другие ферменты, напротив, не проявляют каталитической активности, пока не диссоциирует связанная с ними молекула ингибитора.
3.5.1. Специфичность фермента
Каждый фермент в той или иной степени специфичен к какому–то определенному субстрату (молекуле реагента). Некоторые ферменты обладают повышенным сродством к определенному типу связей и могут, таким образом, взаимодействовать с молекулами самых разных субстратов, у которых есть такие связи. Например, реакция, катализируемая протеолитическими ферментами, представляет собой гидролиз пептидных связей. Протеолитический фермент трипсин, обнаруженный в пищеварительном тракте, катализирует реакцию гидролиза любой пептидной связи, карбонильная группа которой принадлежит остатку аргинина или лизина, независимо от того, где расположены эти связи в полипептидной цепи (рис. 3–14).
|
Рис. 3.14. Специфичность фермента трипсина, который избирательно гидролизует связь C – N внутри пептидной связи, соединяющей два остатка лизина, или два остатка аргинина, или остатки лизина и аргинина. (Baker, Allen, 1965.)
|
Другой присутствующий в кишечнике протеолитический фермент – карбоксипептидаза –катализирует исключительно гидролиз пептидной связи, соединяющей последний и предпоследний аминокислотные остатки в полипептидной цепи. Большинство ферментов проявляет гораздо большую специфичность по отношению к своим субстратам. Например, фермент сахараза катализирует только гидролиз сахарозы с образованием глюкозы и фруктозы. Другие дисахариды, например лактоза или мальтоза, не являются субстратом для этого фермента, но гидролизуются другими ферментами, которые к ним специфичны (лактазой и мальтазой в приведенном выше примере). Многие ферменты способны различать оптические изомеры – молекулы, идентичные по химическому составу и структуре и являющиеся зеркальным отражением одна другой. Например, фермент L–аминооксидаза катализирует окисление L–изомера –кетокислоты, но совершенно неспособен катализировать превращение D–изомера.