Предмет биологическая химия и соотношение её с другими науками.

Биохимия является частью биологии – науки о жизни. Она изучает состав живых организмов, судьбу веществ, которые поступают в живой организм, дают ему энергию, разрушаются и выводятся из организма.

Биохимию условно делят на три большие области: статистическую, динамическую и функциональную. Основными ее задачами являются: 1) изучение химического состава и строения биологически активных соединений (БАС), составляющих основу органов и тканей животного; 2) изучение сложных процессов и химических превращений их веществ; 3) изучение многочисленных схем превращений веществ на молекулярно-клеточном уровне для конкретных органов и тканей. Биохимия имеет тесные связи с неорганической и органической химией, морфологией, физиологией, микробиологией и др. науками.

Из истории. Сведения о биохимии были известны в глубокой древности. Биотехнические технологии использовались при приготовлении различных напитков и консервированных продуктов. Алхимики внесли большой вклад в развитие биохимии. Учёные средневековья считали, что органические вещества могут синтезироваться только в живых организмах под действием особой жизненной силы. Этих ученых называли виталистами (от лат.Vito – жизнь). Известный биолог Луи Пастер был виталистом. Открытиями химиков-органиков в конце ХVIII начале ХIХ веков удалось синтезировать органические вещества в пробирке. Ключевым шагом в становлении биохимии ученые считают получение щавелевой кислоты и мочевины в 1828 г. немецким ученым Ф. Велером. Также немецкие ученые Ю. Либих и Й. Берцелиус показали, что в состав живых организмов входит углерод. Их исследования показали, что синтез органических веществ может протекать в живых организмах, то есть без присутствия жизненной силы. Поэтому теория виталистов осталась не признанной.

Интенсивное развитие биохимии следует отнести к концу ХIХ и началу ХХ века. В этот период были открыты и изучены белки, а именно русский ученый А.Я. Данилевский дал представление о первичной структуре белка. Х. Кребс подробно изучил цикл трикарбоновых кислот. Французский ученый К. Бернар выделил из тканей печени гликоген и доказал, что он является источником энергии в организме. Ученый Д. Самер из бобов получил фермент уреазу. Исследования ученых ХХ века были посвящены изучению генетических основ, были изучены различные виды обмена веществ в организме человека и животных. Разработаны различные биотехнологии, в основе которых лежат биохимические процессы. Современная биохимия является передовой наукой способствующей быстрому развитию прогресса в обществе. С её помощью достигла больших успехов генная инженерия, фармакология, биотехнологии в других областях науки.

Определение и биологическая роль белков в жизненных явлениях

Термин «протеин» ввел голландский ученый Г. Мульдер и обозначил его «Рr», По его мнению белок имел следующую формулу С₄₀ Н₆₂ N₁₀ О₁₂. Белок сыворотки крови – 10РrS₂Р. Открытие белков привело к тому, что их стали считать важнейшими органическими соединениями, с которыми связана жизнь. Развитие биологической науки полностью подтвердило особое значение белков для живых организмов. Они выполняют важнейшие функции в живых организмах. С ними связан иммунитет, биологический катализ, сократимость мышечных волокон и ряд других неизменно важных функций.

 

Лекция 2. Биохимия белков.

Строение белковой молекулы

Молекулярная масса белков колеблется в пределах от 1000 до нескольких миллионов атомных единиц. Опыты показали, что в состав белков входят 20 органических соединений получивших название – аминокислоты. Всего насчитывается больше 100 аминокислот, но в состав растительных и живых организмов входят только 20. В составе микробов, вирусов могут находиться другие аминокислоты, но человеком и животными эти аминокислоты не усваиваются. В состав аминокислоты входит обязательно аминогруппа и карбоксильная группа.

 

СН₃

 

НС – NH₂ - аланин

 

СООН

 

Самая простая кислота Н₃С – NH₂

 

СООН - глицин

 

Аминокислоты обладают оптической активностью, то есть, способностью отклонять плоскость поляризованного луча влево или вправо. Поэтому признаку их делят на L и D аминокислоты. В состав растительных и живых организмов входят только L-аминокислоты. D-аминокислоты или правовращающиеся встречаются у микробов, грибов и некоторых других соединений. Организмом человека и животных эти аминокислоты не усваиваются.

Аминокислоты по своему строению могут иметь различное количество функциональных групп. Так существуют аминокислоты, имеющие в своем составе две аминогруппы и одну карбоксильную группу. Например, лизин. Существуют аминокислоты, состоящие из 1-ой амино и 2-х карбоксильных групп. Их называют моноаминодикарбоновые. Например, аспарагиновая кислота. Имеются ещё циклические аминокислоты, в основе которых лежит бензольное или гетероциклическое кольцо.

По современным представлениям белковая молекула имеет сложную пространственную структуру. Поэтому у белковой молекулы принято выделять в строении четыре уровня.

1. Первичная структура белковой молекулы. Определяется последовательность расположения аминокислот в молекуле белка, то есть за аланином – глицин – лизин.

2. Вторичная структура белковой молекулы. Представляет собой нить белковой молекулы, закрученную в спираль.

3. Третичная структура белковой молекулы представляет собой белковую спираль свернутую в клубок, имеющую трёхмерное строение. Отдельные участки белковой молекулы связаны между собой с помощью ковалентных, водородных связей и электроосмотических сил.

4. Четвертичная структура белковой молекулы. Она возникает тогда, когда несколько молекул белка объединяются между собой, образуя одну молекулу. Многие биокатализаторы-ферменты имеют четвертичную структуру.