- •Российский университет дружбы народов
- •Руководство к практическим занятиям по биохимии
- •Авторский коллектив:
- •117419 Ул. Орджоникидзе д.3
- •Содержание
- •Введение
- •Список сокращений и условных обозначений
- •План лекций
- •Содержание практических работ
- • Раздел 1 Аминокислоты, простые и сложные белки.
- •Вопросы для внеаудиторной теоретической работы по разделу:
- •Занятие 1.
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •Занятие 2.
- •2.1. Семинар «Химия аминокислот и белков».
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •2.2. Лабораторная работа: «Цветные реакции на белки и аминокислоты».
- • Раздел 2 Нуклеиновые кислоты. Нуклеопротеины.
- •Вопросы для внеаудиторной теоретической работы по разделу:
- •Занятие 3.
- •3.1. Семинар по темам: «Нуклеиновые кислоты. Структура днк и рнк и их биологическая роль»
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •3.2. Лабораторная работа: «Диализ белков».
- •Цель работы
- •Принцип метода
- •Выполнение работы
- •Выводы Занятие 4. Коллоквиум I по темам «Простые белки, сложные белки, нуклеиновые кислоты»
- •Ответы к тестам
- •Раздел 3 Ферменты
- •Вопросы для внеаудиторной теоретической работы по разделу:
- •Занятие 5.
- •5.1. Семинар по теме «Ферменты»
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •5.2 Лабораторная работа: «Действие амилазы на крахмал».
- •Цель работы
- •Принцип метода
- •Выполнение работы
- •Занятие 6.
- •6.1 Семинар «Ферменты» (продолжение)
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •6.2. Лабораторная работа: «Определение активности амилазы в моче крупного рогатого скота» по Вольгемуту.
- •Цель работы
- •Принцип метода
- •Выполнение работы
- •Расчет активности -амилазы
- • Раздел 4 Витамины
- •Вопросы для внеаудиторной теоретической работы по разделу:
- •Занятие 7.
- •7.1 Семинар «Витамины и коферменты»
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •7.2. Лабораторная работа «Количественное определение витамина с в картофеле».
- •Аскорбиновая кислота является антиоксидантом и вкусовой добавкой, поэтому часто добавляется во многие напитки и пищевые продукты.
- •Цель работы
- •Принцип метода
- •Занятие 8. Коллоквиум II по теме: «Ферменты и витамины»
- •Раздел 5 Гормоны.
- •Занятие 9.
- •9.1 Семинар по теме: «Гормоны»
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •9.2 Обсуждение биологической модели: «Влияние гормонов на содержание глюкозы в крови»
- •Раздел 6
- •Обмен веществ и энергии.
- •Химия и обмен углеводов.
- •Общие понятия об обмене веществ и энергии
- •Химия и обмен углеводов
- •Вопросы для внеаудиторной теоретической работы по разделу:
- •Занятие 10.
- •10.1 Семинар по теме «Химия углеводов. Биологическое окисление»
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •10.2 Лабораторная работа: «Определение продуктов ферментативного расщепления дисахарида сахарозы и полисахарида крахмала».
- •Цель работы
- •Принцип метода
- •Занятие 11.
- •11.1 Семинар по теме: «Обмен углеводов»
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •2.Вопросы с выборочным ответом
- •Занятие 12. Коллоквиум III по темам: «Гормоны. Обмен углеводов».
- •Обмен липидов.
- •Занятие 13.
- •13.1. Семинар по теме «Химия и обмен липидов. Роль холестерина в обмене. Регуляция липидного обмена»
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •13.2. Лабораторная работа: «Кинетика действия липазы».
- •Принцип метода
- •Занятие 14.
- •14.1. Семинар: «Расчёт энергетического эффекта распада высших жирных кислот и глицерина».
- •14.2. Лабораторная работа: «Определение ацетоновых тел в моче».
- •Обмен простых и сложных белков.
- •Занятие 15.
- •15. 1. Семинар по теме «Обмен белков и аминокислот»
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •15.2. Лабораторная работа: «Количественное определение белка биуретовым методом. Построение калибровочных кривых».
- •Цель работы
- •Принцип метода
- •Выполнение работы (см. Приложение)
- •Выводы Занятие 16.
- •16.1. Семинар по теме «Обмен белков и аминокислот»
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •2. Вопросы с выборочным ответом
- •Занятие 17. Коллоквиум IV по темам: «Обмен липидов и белков»
- •Список литературы:
- •Карточка тестирования по биохимии
- •Стандартные биохимические наборы и реактивы, используемые в практикуме
Раздел 6
Обмен веществ и энергии.
Химия и обмен углеводов.
Общие понятия об обмене веществ и энергии
Метаболизм – это совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмен организма веществами и энергией с окружающей средой, вследствие чего происходит постоянное обновление самого организма.
Организм получает энергию в виде пищевых веществ, которые в окислительных процессах катаболизма трансформируют часть этой энергии в высокоэнергетические (макроэргические) соединения (большей частью в АТФ). Последние, в свою очередь, используются организмом в восстановительных процессах анаболизма в качестве источника энергии для синтеза собственных высокомолекулярных соединений.
Образование АТФ из АДФ и фосфорильного остатка – ферментативный энергозависимый процесс, получивший название фосфорилирование АДФ. В зависимости от источника энергии и механизма образования макроэргической связи, различают два основных способа синтеза АТФ:
субстратное фосфорилирование – меньший по объёму, эволюционно более ранний способ, который может осуществляться в анаэробных условиях за счёт энергии других макроэргических соединений ( 1,3-бисфосфоглицерат, фосфоенолпируват, сукцинил-КоА, креатинфосфат);
окислительное фосфорилирование – процесс, сопряжённый с дыханием, осуществляется на внутренней мембране митохондрий ферментом АТФ-синтазой за счёт энергии разности электрохимических потенциалов, возникающей при раздельном переносе электронов и протонов в дыхательной цепи митохондрий от восстановительных эквивалентов (НАДН(Н+) или ФАДН2 на молекулярный кислород в процессе биологического окисления (хемиосмотическая теория П. Митчелла).
Поскольку в организме человека и животных основное количество восстановительных эквивалентов образуется в результате окислительного распада углеводов, мы начинаем знакомство с обменом веществ и энергии с изучения химии углеводов и их метаболизма.
Направленность, интенсивность и согласованность протекания метаболических процессов регулируется ферментами под контролем гормональной и нервной системы при участии клеточных рецепторов и вторичных переносчиков сигнала. Нарушение регуляции приводит к патологии обменных процессов и развитию заболеваний.
Химия и обмен углеводов
К углеводам относят органические соединения, содержащие альдегидную или кетонную группу и несколько спиртовых групп. Углеводы - важнейшие химические соединения, входящие в состав живых организмов. У человека и животных они выполняют ряд основополагающих функций:
энергетическую (главный вид клеточного топлива);
структурную (обязательный компонент внутриклеточных структур);
защитную (входит в состав иммуноглобулинов).
Углеводы используются для синтеза нуклеиновых кислот, входят в состав многих кофакторов (НАД+, НАДФ+, ФАД и т.д.), из них могут образовываться соединения других классов, в частности липиды и некоторые аминокислоты, они являются источником разнообразных сложных органических соединений, многие из которых выполняют в живом организме важные функции (например, смешанные полимеры — гликопротеины, гликолипиды и т.д.).
Углеводы занимают важное место в питании человека и животных.
Из пищевых углеводов наибольшее значение имеют крахмал и тростниковый сахар ( сахароза), которые хорошо усваиваются организмом.
По принятой классификации углеводы делят на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды — это производные многоатомных спиртов, имеющие карбонильную группу: альдегидную, либо кетонную.
Олигосахариды — углеводы, содержащие от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями.
Полисахариды — высокомолекулярные продукты поликонденсации моносахаридов, связанные друг с другом гликозидными связями и образующие линейные или разветвлённые цепи. Наиболее часто встречающимся моносахаридным звеном является D-глюкоза. Общая формула полисахаридов (С6Н10О5)n.
Углеводы пищи в пищеварительном тракте распадаются на мономеры под действием гликозидаз — ферментов амилазы, мальтазы, сахаразы, лактазы, катализирующих гидролиз гликозидных связей.
Расщепление крахмала у человека и у небольшого количества видов животных начинается в ротовой полости; в слюне действует фермент -амилаза и в небольшом количестве мальтаза. Под влиянием этих ферментов происходит распад крахмала. Однако в ротовой полости гидролиз крахмала (или гликогена) незначительный, вследствие нахождения пищи в ней непродолжительное время.
Образовавшиеся декстрины с пищей поступают в желудок, однако желудочный сок не содержит каких-либо ферментов, которые бы участвовали в распаде углеводов.
Наиболее важная фаза распада углеводов происходит в двенадцатиперстной кишке. У моногастричных животных основное расщепление углеводов происходит в двенадцатиперстной кишке под влиянием ферментов поджелудочной железы. Расщепление же клетчатки – в толстом отделе кишечника и , в частности, в слепой кишке под влиянием микрофлоры. У жвачных животных расщепление клетчатки осуществляется в рубце при воздействии ферментов бактериальных клеток. Значительная часть моносахаридов образуется из полисахаридов микроорганизмов поступающих из сычуга.
Моносахариды, главным образом в виде глюкозы, всасываются кишечной стенкой, попадают в кровь и доставляются в печень. В клетках печени значительная часть глюкозы и других моносахаридов фосфорилируется Часть свободной глюкозы превращается в гликоген, который откладывается в гепатоцитах. Другая часть глюкозы направляется в большой круг кровообращения и разносится ко всем тканям организма. Благодаря резервированию избытка глюкозы в виде гликогена, а также при необходимости “мобилизации” ее из этого депо уровень сахара в крови постоянен, однако различен у разных видов животных, причем это не связано с их массой. У человека содержание глюкозы в крови в норме составляет 3,3–5,5 ммоль/л.
Окисление глюкозы и гликогена в тканях является основным источником энергии, необходимой для осуществления разнообразных физиологических функций организма. При достаточном снабжении тканей кислородом углеводы окисляются до углекислого газа и воды, а при недостатке кислорода, например, при усиленной работе мышц идёт анаэробный распад углеводов до лактата, называемый гликолизом.
Пути метаболизма углеводов
Катаболические энергообразующие пути |
Анаболические энергозатратные пути |
Гликолиз анаэробный Гликогенолиз Пентозофосфатный путь окисления глюкоза Гликолитический путь окисления глюкозы до СО2 и Н2О |
Гликогенез (синтез гликогена) Глюконеогенез (образование глюкозы из неуглеводных компонентов – лактата, АМК, глицерина) |