Элементарная биохимия
Мура, Д. Филлипса, Дж. Нортропа, М. М. Шемякина, Ф. Штрауба и др.
Блестящие работы Чаргаффа, Дж. Уотсона и Ф. Крика завершаются
выяснением структуры ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Устанавливается
двухспиральная структура ДНК и роль ее в передаче наследственной
информации. Осуществляется синтез ДНК и РНК. Решается (1962 и последующие
годы) одна из центральных проблем современной биохимии – расшифровывается
РНК – аминокислотный код. Вводится понятие о молекулярных болезнях,
связанных с определенными дефектами в структуре ДНК хромосомного аппарата
клетки.
Ранее классическими исследованиями И. П. Павлова и его школы
раскрываются основные физиологические и биохимические механизмы работы
пищеварительных желез. Устанавливается существование заменимых и
незаменимых аминокислот, разрабатываются нормы белка в питании. Детальному
изучению подвергаются особенности процесса азотистого обмена у растений.
Особое место заняло изучение нарушений азотистого обмена у животных и
человека при белковой недостаточности. Детально исследуются продукты
распада гемоглобина, расшифровываются пути образования гема.
Выдающиеся успехи достигнуты в расшифровке структуры важнейших
углеводов и механизмов углеводного обмена. Подробно выяснено превращение
углеводов в пищеварительном тракте под влиянием пищеварительных ферментов и
кишечных микроорганизмов. Выясняются биохимические механизмы нарушения
углеводного обмена (диабет, галактоземия, гликогенозы и др.), связанные с
наследственными дефектами соответствующих ферментативных систем.
Достигнуты успехи в расшифровке структуры липидов: фосфолипидов,
цереброзидов, ганглеозидов. Создается теория (-окисления жирных кислот.
Разработаны современные представления о путях окисления и синтеза жирных
кислот и сложных липидов. Значительный прогресс достигнут при изучении
механизма биологического окисления, тканевого дыхания. Разработаны методы
количественного определения целого ряда биохимических компонентов крови и
тканей.
В. А. Энгельгардтом, а также Липманном было введено понятие о «богатых
энергией» фосфорных соединениях, в частности АТФ, в макроэргических связях
которых аккумулируется значительная часть энергии, освобождающейся при
тканевом дыхании.
20 век ознаменовался расшифровкой химического строения всех известных
в настоящее время витаминов. Вводятся международные единицы витаминов,
устанавливаются потребности в витаминах человека и животных, создается
витаминная промышленность.
Не менее значительные успехи достигнуты в области биохимии гормонов.
Получены первые данные о механизме действия гормонов на обмен веществ.
Расшифрован механизм регуляции функций эндокринных желёз по принципу
обратной связи.
Возникает новое направление в биохимии – нейрохимия. Установлены
особенности в химическом составе нервной ткани. Вводятся в медицинскую
практику различные психофармакологические вещества, открывающие новые
возможности в лечении нервных заболеваний. Широко используются, особенно
в сельском хозяйстве ингибиторы холинэстеразы (медиатора, действующего на
нервные окончания) для борьбы с насекомыми-вредителями.
Важные результаты получены при изучении состава и свойств крови:
изучена дыхательная функция крови в норме и при ряде патологических
состояний; выяснен механизм переноса кислорода от лёгких к тканям и
углекислоты от тканей к лёгким; уточнены и расшифрованы представления о
механизме свёртывания крови, изучены факторы, при врождённом отсутствии
которых в крови наблюдаются различные формы гемофилии.
В развитии современной биохимии важную роль сыграла разработка ряда
специальных методов исследования: изотопной индикации, дифференциального
центрифугирования, спектрофотометрии, электронного парамагнитного резонанса
и др.[7]
Характеристика основных разделов элементарной биохимии.
Белки[8]
В настоящее время установлено, что в живой природе не существует
небелковых организмов.
Белки – это высокомолекулярные полимерные соединения, образующие при
гидролизе аминокислоты. В организме животных белков содержится до 40-50 % и
более на сухую массу, у растений до 20-35%.Разнообразны и очень важны
функции белков.
Строительная, структурная функция. Белки образуют основу протоплазмы
любой живой клетки, в комплексе с липидами они являются основным
структурным материалом всех клеточных мембран, всех органелл.
Каталитическая функция. Практически все биохимические реакции
катализируются белками-ферментами.
Двигательная функция. Любые формы движения в живой природе (работа
мышц, движение ресничек и жгутиков у простейших) осуществляются белковыми
структурами клеток.
Транспортная функция. Белок крови гемоглобин транспортирует кислород
от легких к тканям и органам. Есть белки крови, транспортирующие липиды,
железо, стероидные гормоны. Перенос многих веществ через клеточные мембраны
осуществляют особые белки-переносчики.
Защитная функция. Важнейшие факторы иммунитета – антитела и система
комплемента являются белками. Процесс свертывания крови, защищающий
организм от чрезмерной кровопотери происходит с участием белков
фибриногена, тромбина и других факторов свертывания, тоже являющихся
белками. Внутренние стенки пищевода, желудка выстланы защитным слоем
слизистых белков – муцинов. Основу кожи, предохраняющей тело от многих
внешних воздействий, составляет белок коллаген.
Гормональная функция. Ряд гормонов по своему строению относится к
белкам (инсулин) или пептидам (АКТГ, окситоцин, вазопрессин).
Опорная функция. Сухожилия, суставные сочленения, кости скелета
образованы в значительной степени белками.
Запасная функция. Белки способны образовывать запасные отложения
(овальбумин яиц, казеин молока, многие белки семян).
Белки имеют большое народнохозяйственное значение. Белки являются
основными компонентами пищи человека и животных. Многие заболевания связаны
с хроническим белковым голоданием. Технология многих производств основана
на переработке белков, Изменении их свойств.
Структурными элементами белков являются аминокислоты.
Аминокислоты можно рассматривать как производные карбоновых кислот, в
которых один из водородов углеродной цепи замещен на группу NH2.
Строение белковой молекулы. Аминокислоты соединяются друг с другом
ковалентной пептидной или амидной связью. Образование ее происходит за счет
аминогруппы (NH2)одной аминокислоты и карбоксильной (СООН) группы другой с
выделением молекулы воды.
Структура молекулы белка имеет четыре уровня. Первичная структура
белковой молекулы это порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи.
Вторичная структура – это упорядоченное пространственное расположение
отдельных участков полипептидной цепи, она образуется за счет замыкания
водородных связей между пептидными группами. Третичная структура описывает
пространственную укладку всей молекулы белка. В поддержании третичной
структуры белка, ее закреплении принимают участие различные типы связей
(ковалентные, ионные, водородные и гидрофобные взаимодействия). Под
четвертичной структурой понимают способ взаимного расположения в
пространстве отдельных полипептидных цепей в молекуле, характер связей
между ними.
Все белки принято делить на две группы: простые, или протеины (состоят
только из аминокислот), и сложные (в их молекуле помимо белковой части
содержится и небелковая, простетическая): хромопротеины, липопротеины,
нуклеопротеины и т. д.
Ферменты[9]
Ферменты, или энзимы, - это катализаторы белковой природы,
образующиеся и функционирующие во всех живых организмах.
Являясь катализаторами – веществами, ускоряющими реакции, ферменты
имеют ряд общих свойств с химическими, небиологическими катализаторами.
1. Ферменты не входят в состав конечных продуктов реакции и выходят из
реакции в первоначальном виде. Они не расходуются в процессе катализа.
2. Ферменты не могут возбудить реакций, противоречащих законам
термодинамики, они только ускоряют те реакции, которые могут протекать и
без них.
3. Ферменты, как правило, не смещают положения равновесия реакции, а лишь
ускоряют его достижение.
Для ферментов характерны и специфические свойства, отличающие их от
химических катализаторов, выражающих их химическую природу.
1. По химическому строению молекулы все ферменты являются белками.
2. Эффективность ферментов выше, чем небиологических катализаторов.
3. Ферменты обладают узкой специфичностью, избирательностью действия на
