Биохимия

Содержание

Слайд 2

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Кафедра биохимии Гомельского государственного медицинского университета

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Кафедра биохимии Гомельского государственного медицинского университета

Грицук Александр Иванович

– заведующий кафедрой биохимии, д. м. н., профессор.
Свергун Валентина Тимофеевна – доцент, к. б. н.
Коваль Александр Николаевич – доцент, к. б. н.
Сергеенко Сергей Михайлович – ассистент.
Шершнева Екатерина Михайловна – ассистент.
Яськова Надежда Сергеевна – аспирант.
Громыко Марина Владимировна – лаборант 2-й кат.
Безрукова Елена Владимировна – лаборант.
Бордиенко Светлана Олеговна – лаборант 2-й кат.
Даргель Ирина Витальневна – лаборант.
Слайд 3

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Структура курса 1-е полугодие Введение в

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Структура курса

1-е полугодие
Введение в биохимию (1 пр. зан.)
Энзимология

и биоэнергетика (5 пр. зан., + контр.)
Биохимия углеводов (4 пр. зан. + контр.)
Биохимия липидов (3 пр. зан. + контр.)
Зачетное занятие семестра.

2-е полугодие
Биохимия белков и нуклеиновых кислот. Биохимия витаминов и гормонов. (8 пр. зан. + контр.)
Биохимия крови, печени, почек. Биохимия мышечной, нервной и соединительной тканей (7 пр. зан. + контр.)
Зачетное занятие семестра.

Слайд 4

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Лекция 1 Введение в биохимию. Значение биохимии для врача. Химия белка.

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Лекция 1

Введение в биохимию. Значение биохимии для врача.

Химия белка.
Слайд 5

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Введение в биохимию Биохимия - это

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Введение в биохимию

Биохимия - это наука, изучающая качественный

и количественный состав, а также пути, способы, закономерности, биологическую и физиологическую роль превращения вещества, энергии и информации в живом организме.
Термин «биохимия» впервые применил в 1858 г. австрийский врач и химик Винцент Клетцинскй в своей книге «Компендиум по биохимии».
В то же время использовался другой термин – физиологическая химия.
Окончательно термин «биохимия» был введен Карлом Нейбергом в 1903 г.
Слайд 6

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) История биохимии Представления античных философов (Аристотель,

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

История биохимии

Представления античных философов (Аристотель, Платон)
VI-X вв. –

развитие в Европе алхимии
XVI-XVII вв. – ятрохимия (Парацельс), виталистические взгляды
Середина XVII – конец XVIII вв. – эмпирический период
конец ХVIII – середина ХIХ вв. – аналитический период
1828 г. - Ф. Велер впервые синтезировал мочевину
1839 г. – Ю. Либих установил, что в состав пищи входят белки, жиры и углеводы.
1845 г. - Г. Кольбе синтезировал уксусную кислоту
1847 г. – А.И. Ходнев издал первый учебник по физиологической химии
1854 г. - М. Бертло синтезировал жиры.
1861 г. - А.М. Бутлеров синтезировал углеводы.
1864 г.- А.Я. Данилевский основал первую кафедра физиологической химии при Казанском университете.
XX в. – современный период
20-30-е годы – развитие биохимии углеводов и липидов
30-е годы – развитие биохимии гормонов и витаминов.
40-50 годы – биохимия нуклеиновых кислот и белков.
Слайд 7

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) История развития отечественной биохимии (Россия). 1847

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

История развития отечественной биохимии (Россия).

1847 г. – А.И.

Ходнев – первый учебник по физиологической химии
1864 г. – А.Я. Данилевский – первая кафедра физиологической химии при Казанском университете.
1891 г. – М.В. Ненцкий – первая биохимическая лаборатория в Институте экспериментальной медицины (Петербург).
1880 г. – Н.И. Лунин – открытие витаминов.
28 апреля 1883 г. в Санкт-Петербурге было основано первое в мире биохимическое (биолого-химическое) общество, основателями которого было 16 человек: Н.Н. Лунин, Э. Эйхвальд, В. Анреп, К. Дегио, И. Биль, А. Пель, Р. Штерн, Фр. Лесгафт и др.
1896 г. – А.Н. Бах – создание теории перекисного окисления.
1899 г. – И.П. Павлов, Н.П. Шеповальников – открытие проферментов.
1903 г. – М.С. Цвет – открытие метода хроматографии
1912 г. – В.И. Палладин – создание теории биологического окисления.
Слайд 8

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Выдающиеся представители отечественной биохимии (Россия) Российская

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Выдающиеся представители отечественной биохимии (Россия)

Российская школа биохимиков
А.Н. Бах


1921 г. организовал в Москве Научно-исследовательский биохимический институт Наркомздрава.
1935 г. – А.Н. Бах - возглавил в Москве Институт биохимии АН СССР, названный впоследствии его именем.
А.И. Опарин - автор первой теории происхождения жизни.
Акад. В.А. Энгельгардт
В 1959 г. – основал Институт молекулярной биологии АН СССР
Автор классических работ по окислительному фосфорилированию, механохимии мышц, углеводному обмену и др.
Акад. Ю.А. Овчинников – работы в области мембранной биологии.
Акад. А.С. Спирин – работы по молекулярным механизмам биосинтеза белка.
Акад. В.П. Скулачев – работы по биоэнергетике.
Слайд 9

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Выдающиеся представители отечественной биохимии (продолжение) Белорусская

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Выдающиеся представители отечественной биохимии (продолжение)

Белорусская школа биохимиков
Акад. Ю.М.

Островский – работы в области витаминов (Институт биохимии АН РБ, г. Гродно).
Украинская школа биохимиков
Акад. А.В. Палладин – работы в области нейрохимии и витаминов,
Работы в области биохимии белкового, липидного обмена, возрастной биохимии.
Слайд 10

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Предмет и задачи биохимии. Познание молекулярных

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Предмет и задачи биохимии.

Познание молекулярных механизмов физиологических, генетических

и иммунологических процессов жизнедеятельности в норме и при патологии и действии на организм различных факторов.
Совершенствование методов профилактики, диагностики и лечения заболеваний.
Разработка новых лекарственных средств, нормализующих обменные процессы.
Разработка научных основ, рационального, сбалансированного питания, здорового образа жизни.
Слайд 11

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Разделы биохимии Статическая биохимия - исследует

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Разделы биохимии

Статическая биохимия - исследует качественные и количественный

химический состав живых организмов.
Динамическая биохимия - изучает совокупность превращений веществ, энергии и информации в живом организме.
Функциональная биохимия - изучает химическую основу функций тканей, органов, систем органов и межорганных взаимоотношений.
Слайд 12

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Разделы биохимии по объекту исследования общая

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Разделы биохимии по объекту исследования

общая биохимия
изучает общие

вопросы химических основ жизнедеятельности различных организмов
бионеорганическая химия
изучает роль и значение в процессе жизнедеятельности комплексов неорганических ионов с органическими соединениями
биоорганическая химия
исследует физико-химические основы функционирования живых систем
биохимия человека и животных, (растений, микроорганизмов)
Слайд 13

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Разделы биохимии по объекту исследования (продолжение)

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Разделы биохимии по объекту исследования (продолжение)

техническая биохимия
изучает

состав пищевых продуктов, химическую основу технологических процессов их хранения, переработки и т.д.
сравнительная (эволюционная) биохимия
исследует биохимические процессы в сравнительном (эволюционном) аспекте
радиационная биохимия
изучает биохимические основы радиационного повреждения и способы его профилактики в живой организме
медицинская (клиническая) биохимия
исследует биохимические основы патологических процессов
физико-химическая биология
объединяет цели и задачи всех вышеназванных направлений биохимии
Слайд 14

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Методы биохимических исследований. Исследование на уровне

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Методы биохимических исследований.

Исследование на уровне целого организма
удаление органа

(гепатэктомия)
изменение диеты (голодание, усиленное питание)
прием лекарств
введение токсинов
наблюдение за животными со специфическими заболеваниями (сахарный диабет)
использование сложным методов (ЯМР-спектроскопия и др.)
Перфузия изолированных органов
наиболее пригодны сердце, печень, почки
Инкубация тканевых срезов
чаще используются срезы печени
Инкубация целых клеток
наиболее пригодны клетки крови и печени
Слайд 15

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Методы биохимических исследований (продолжение) Изучение гомогенатов

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Методы биохимических исследований (продолжение)

Изучение гомогенатов
работа с бесклеточными препаратами
можно

удалять или добавлять различные вещества и наблюдать за результатами
можно фракционировать различные органеллы путем дифференциального центрифугирования
Исследование изолированных органелл
широко используются митохондрии, микросомы, рибосомы и др.
Субфракционирование изолированных органелл
например митохондрий для выделение комплексов дыхательной цепи
Выделение и характеристика ферментов и метаболитов
обязательно при описании любой химической реакции и метаболического пути
Клонирование генов, кодирующих ферменты и др. белки
исследование особенностей структуры и регуляции гена и первичной структуры белка, кодируемой этим геном
Слайд 16

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Химия белка Белки - высокомолекулярные соединения

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Химия белка

Белки - высокомолекулярные соединения (ВМС), полипептиды, образованные

путем сополимеризации 20 протеиногенных аминокислот (АК)

Пример: Фосфолипаза C, PLC (E.C.3.1.4.11)

Слайд 17

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) 20 протеиногенных аминокислот Глицин (гли) Гистидин

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

20 протеиногенных аминокислот

Глицин (гли)
Гистидин (гис)
Аланин (ала)
Серин (сер)
Валин (вал)
Треонин

(тре)
Лейцин (лей)
Цистеин (цис)
Изолейцин (иле)
Метионин (мет)
Пролин (про)
Аспарагин (асп)
Аспарагиновая кислота (асп)
Глутамин (глу)
Глутаминовая кислота (глу)
Фенилаланин (фен)
Лизин (лиз)
Тирозин (тир)
Аргинин (арг)
Триптофан (трп)

Эти аминокислоты можно групппировать по различным свойствам их радикалов, например, полярности:
Неполярные (гидрофобные)
Полярные (гидрофильные)
Нейтральные (незаряженные)
Заряженные
Отрицательно (ала, глу)
Положительно (арг, гис, про)
В зависимости от структуры радикала можно выделить также:
Циклические
Ароматические
Неароматические (гетероциклические)
Ациклические
Алифатические
Серосодержащие (мет, цис)
Иминокислота (про)
По физиологической значимости
Заменимые
Незаменимые

Слайд 18

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Отрицательно заряженные аминокислоты Асп Asp, D

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Отрицательно заряженные аминокислоты

Асп Asp, D

Глу Glu, E

Аспарагиновая кислота

Глутаминовая кислота

Слайд 19

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Положительно заряженные аминокислоты Аргинин Гистидин Лизин

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Положительно заряженные аминокислоты

Аргинин

Гистидин

Лизин

Арг Arg, R

Гис His, H

Лиз Lys, K

Слайд 20

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Полярные аминокислоты, которые могут приобретать отрицательный

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Полярные аминокислоты, которые могут приобретать отрицательный заряд

Цистеин

Тирозин

Цис Cys, C

Тир Tyr,

Y
Слайд 21

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Объемные модели 11 полярных аминокислот Асп

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Объемные модели 11 полярных аминокислот

Асп

Глу

Тир

Цис

Арг

Лиз

Гис

Сер

Асн

Глн

Слайд 22

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Гидрофобные аминокислоты (5 алифатических) Гли Ала Вал Лей Иле

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Гидрофобные аминокислоты (5 алифатических)

Гли

Ала

Вал

Лей

Иле

Слайд 23

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Гидрофобные аминокислоты (4 оставшихся) Фенилаланин –

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Гидрофобные аминокислоты (4 оставшихся)

Фенилаланин – вместе с Тир

и Трп образует группу ароматических АК
Метионин – вместе с Цис составляет группу серосодержащих АК
Пролин – единственная иминокислота.

Фен

Трп

Мет

Про

Слайд 24

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) История химии белка 1728 г. –

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

История химии белка

1728 г. – Якоп Баккари, выделил

белковый препарат (клейковину) из пшеничной муки
1793 г. - Й. Жакен – впервые употребил термин «белок»
1-я половина ХIХ в – открытие явления ферментативного катализа
2-я половина ХIХ в. – выяснение полимерной природы белков (Ф. Гоппе-Зайлер, А. Хеннингер, А. Вюрц, Р. Харт)
появление структурных гипотез строения белка (П. Шютценберже, А.Я. Данилевский, А. Коссель)
1891 г. - А.П. Сабанеев - определение криоскопическим методов молекулярной массы альбумина
1905 г. – Э.Рейд – определение методом осмотического давления молекулярной массы гемоглобина
Слайд 25

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Эвристическая идея Э. Фишера Белки состоят

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Эвристическая идея Э. Фишера

Белки состоят только из α-АК.
(Из

всей массы продуктов расщепления белков аминокислоты являются главными составляющими, а все остальные соединения относятся к вторичным продуктам).
АК, входящие в состав белков, относятся к L ряду.
Белковая молекула представляет собой линейный полимер.
α-АК образуют линейный полимер путем образования пептидной связи между карбоксильной группой одной АК и аминогруппой другой.
Слайд 26

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Структурная организация белковой молекулы Выделяют четыре

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Структурная организация белковой молекулы

Выделяют четыре уровня структурной организации

белковой молекулы (классификация К. Линдерштрема-Ланга):
Первичная
Вторичная
Третичная
Четвертичная
Слайд 27

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Первичная (одномерная, линейная) структура порядок или

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Первичная (одномерная, линейная) структура

порядок или последовательность расположения аминокислотных

остатков в пептидной цепи (включая -S-S- связи), ее химическое строение.
Слайд 28

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Пример: пептид ангиотензин-2, повышающий давление H2N-asp-arg-val-tyr-ile-his-pro-phe-COOH

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Пример: пептид ангиотензин-2, повышающий давление

H2N-asp-arg-val-tyr-ile-his-pro-phe-COOH

Слайд 29

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Особенности пептидной связи Наличие плоской (компланарной)

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Особенности пептидной связи

Наличие плоской (компланарной) сопряженной системы в

пептидном звене затрудняет вращение вокруг связи С-N

вал

тир

Слайд 30

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Особенности пептидной связи (продолжение) Атомы, связанные

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Особенности пептидной связи (продолжение)

Атомы, связанные с пептидной группой,

располагаются по разные стороны плоскости в более выгодном транс-положении. Боковые группы остатков АК в этом случае наиболее удалены друг от друга.

вал

тир

Слайд 31

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Мезомерия пептидной связи Кето- (лактимная) Енол- (лактамная)

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Мезомерия пептидной связи

Кето- (лактимная)

Енол- (лактамная)

Слайд 32

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Конформация полипептидной цепи Пептидная связь является

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Конформация полипептидной цепи

Пептидная связь является практически плоской. Поэтому

вращение осуществляется по другим связям.
Угол φ («фи») характеризует поворот вокруг связи N-Cα, т.е. предшествующей пептидной связи.
Угол ψ («пси») – поворот вокруг связи Cα-C, т. е. следующей за пептидной связью.
Слайд 33

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Примеры белковых молекул Иммуноглобулин Кальцийсвязывающий белок

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Примеры белковых молекул

Иммуноглобулин

Кальцийсвязывающий белок

Слайд 34

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Динамика белковой молекулы

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Динамика белковой молекулы

Слайд 35

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Вторичная (двухмерная, пространственная) структура α-спираль Бета-структура (β–складчатый слой)

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Вторичная (двухмерная, пространственная) структура

α-спираль

Бета-структура (β–складчатый слой)

Слайд 36

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Характеристика альфа-спирали Высота витка 0,54 нм

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Характеристика альфа-спирали

Высота витка 0,54 нм (3,6 остатков АК,

13 атомов),
Диаметр 0,50 нм,
Стабилизируется водородными связями между CO-группой n-го и NH2-группой n+4-го остатка.

0,54 нм

0,50 нм

Слайд 37

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Характеристика бета-структуры Вытянутые полипептидные цепи удерживаются

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Характеристика бета-структуры

Вытянутые полипептидные цепи удерживаются между собой водородными

связями пептидных групп.
Водородные связи лежат в плоскости складок.
Радикалы АК – выше и ниже плоскости.
Могут быть параллельными и антипараллельными.

Параллельные цепи

Антипараллельные цепи

Петля

Слайд 38

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Другие разновидности вторичной структуры Кроме α-спирали

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Другие разновидности вторичной структуры

Кроме α-спирали известны также
310-спираль

(на один виток 3 остатка АК, или 10 атомов) – более закручена,
π-спираль (один виток из 4,4 АК, или 16 атомов) – более рыхлая,
αII-спираль (один виток – 4 АК, или 14 атомов) – рыхлая.
Спираль коллагена – ломаная, левозакрученная, растянутая.
В коллагене 1/3 АК глицин, 1/5 – пролин и оксипролин, редко - оксилизин.
Могут также встречаться
петли (в местах изменения направления складчатых структур),
неупорядоченные участки полипептидной цепи.
Слайд 39

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Соотношение структур в белках α-белки: миоглобин,

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Соотношение структур в белках

α-белки:
миоглобин, гемоглобин, парамиозин, α-кератин.
β-белки:
конканаваллин

A (растительные лектины), супероксиддисмутаза, фиброин шелка, паутины.
α+β-белки (одна часть пептидной цепи представлена α-спиралями, другая – β-структурами) – редкие:
термолизин (бакт.),
α/β-белки (α- и β- структуры чередуются) – наиболее часто:
фосфоглицераткиназа, флаводоксин.
без α,β (практически не имеют спиральных и складчатых структур):
ферредоксин (бакт.)
Слайд 40

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Третичная структура Третичная структура – это

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Третичная структура

Третичная структура – это общее расположение в

пространстве частей полипептидной молекулы.
третичная структура удерживается за счет
ковалентных связей, сильных (дисульфидные, псевдопептидные),
нековалентных, слабых (электростатические, водородные связи, гидрофобные взаимодействия).
Процесс укладки белковой молекулы (фолдинг белка) контролируется специфическими белками – шаперонами и шаперонинами (белки теплового шока).

ONCOGENE PROTEIN
(C-H-RAS P21 PROTEIN)

Слайд 41

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Доменная организация белка Домен - обособленная

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Доменная организация белка

Домен - обособленная область молекулы белка,

обладающая структурной и функциональной автономией.
В иммуноглобулине G1 (IgG1), различают 12 доменов:
2 легкие цепи по 2 домена (VL, CL)
2 тяжелые цепи по 4 домена (VH, CH1, CH2, CH3).

HUMAN IGG1

Слайд 42

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Четвертичная структура белка Четвертичная структура –

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Четвертичная структура белка

Четвертичная структура – комплекс отдельных полипептидных

цепей (субъединиц, или мономеров);
Удерживается водородными связями и гидрофобными взаимодействиями.

Гемоглобин A – тетрамерный белок

Слайд 43

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Пятый уровень органицации белковой молекулы Иногда

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Пятый уровень органицации белковой молекулы

Иногда выделяют и пятый

уровень – метаболон, т. е. совокупность ферментов, катализирующих определенный метаболический путь (например, цикл Кребса).
Слайд 44

09/02/2023 Коваль А. Н. (С) Форма, размеры и масса белковых молекул

09/02/2023

Коваль А. Н. (С)

Форма, размеры и масса белковых молекул

По форме:
Глобулярные (альбумин,

рибонуклеаза, миоглобин, гемоглобин).
шарообразные, эллипсоидные, вытянутые.
Фибриллярные (кератины, фиброин, коллаген, F-актин, тропомиозин).
нитевидные.
По размерам - от 2,5 до 300 нм.
По массе – от 13 000 до 500 000 Да (дальтон).