Биохимия 2009
.pdf0
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курский государственный технический университет»
Кафедра «Общей и неорганической химии»
''Утверждаю'' Первый проректор-проректор по учебной работе
__________ Е.А. Кудряшов ''___'' _________ 2009 г.
Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине ''Биохимия''
для студентов специальностей 200401, 080401.
Курск 2009
0
1
УДК 540 Составители: Н.В. Кувардин, Ф.Ф. Ниязи, И.В. Савенкова
Рецензент Кандидат химических наук, доцент Л.А. Егельская
Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине ''Биохимия'' для студентов специальности 190500./Курск.гос.техн.ун-т; сост.: Н.В. Кувардин, Ф.Ф. Ниязи, И.В. Савенкова. Курск, 2009. с.43:ил. 1, табл. 10. Библиогр.: с. 43.
Содержатся краткие теоретические сведения к лабораторным работам, методики выполнения лабораторных работ, контрольные вопросы для самостоятельной работы студентов по дисциплине ''Биохимия''. Предназначены для студентов специальности 200401 – “Товароведение и экспертиза товаров”, 080401 – “Биотехнические и медицинские аппараты и системы”.
Текст печатается в авторской редакции.
Подписано в печать |
Формат 60х84 1/16. |
Усл.печ. Уч. -изд. л. |
Тираж 100 экз. Заказ. Бесплатно. |
Курский государственный технический университет.
1
2
Техника безопасности в лаборатории
1.Перед началом выполнения лабораторной работы студент должен уяснить цель данной работы, и лишь после этого приступить к ее выполнению.
2.Во время проведения работы необходимо соблюдать тишину, строго следить за выполнением правил техники безопасности, поддерживать чистоту и порядок на рабочем месте.
3.В химической лаборатории часть применяемых веществ в той или иной мере токсична, поэтому все работы с такими веществами (например, с концентрированными кислотами, аммиаком и т.д.) следует проводить под тягой.
4.Категорически запрещается пробовать вещества на вкус.
5.Когда требуется определить запах раствора, лёгким движением руки направляют струю воздуха от сосуда к себе.
6.Остатки кислот, растворы, содержащие йод и т.п. сливают в специально предназначенную для этих целей посуду.
7.Реактивы, дистиллированную воду следует расходовать экономно.
8.После окончания лабораторной работы студент должен убрать после себя на рабочем месте.
2
3
ВВЕДЕНИЕ
Биохимия – наука о молекулярных основах жизни. Она изучает состав, структуру и функции веществ живого организма; особенности их превращений в различных органах и тканях; биохимическую основу и механизм передачи генетической информации, т.е. сущность процесса воспроизводства; регуляцию биохимических процессов.
Живые объекты представляют собой открытые системы или относительно изолированные системы. В обоих случаях это означает, что живые системы участвуют в обмене с окружающей средой веществом, энергией, а так же информацией. Такого рода обмен подчиняется принципу Ле-Шателье и характерен как динамическое равновесие, однако в каждый данный промежуток времени система получает от окружающей среды несколько больше количества вещества и энергии, что и возвращает в неё. Как следствие, реакции живых систем протекают во времени и пространстве. В соответствии со степенью развития эти системы различаются степенью сложности структуры.
БЕЛКИ. Наиболее важными органическими соединениями, входящими в состав живых организмов являются белки. Термином ''белки'' назван большой класс органических высокомолекулярных азотсодержащих соединений, присутствующих в каждой клетке и определяющих её жизнь. Белки, входящие в состав организма человека, отличаются большим разнообразием состава, местом расположения и функциями (функции - структурные, энергетические, транспортные, защитные, регуляторные и т.д.).
Среди основных функций, выполняемых белками, особое место принадлежит каталитической. Практически все химические реакции, протекающие в животной клетке, катализируются специфическими веществами, называемыми ферментами.
Белки характеризуются строго определенным элементарным составом и распадаются при гидролизе до аминокислот. Аминокислоты – это органические кислоты, у которых атом водорода α-углеродного атома замещен на аминогруппу ―NH2. Следовательно, это α - аминокислоты с общей формулой.
R
3
4
|
H ―C―NH2
|
COOH
Следует отметить, что в составе всех аминокислот имеются общие группировки: ―СН2, ―NН2, ―СООН, а боковые цепи аминокислот, или как их называют радикалы (R), различаются. Химическая природа радикалов разнообразна: от атома водорода до циклических соединений. Именно радикалы определяют структурные и функциональные особенности аминокислот.
Постоянно встречающихся в белках аминокислот насчитывается 19. Их названия, химическая структура и сокращенные обозначения приведены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1
Аминокислоты, постоянно встречающиеся в составе белков
|
|
|
Сокра |
Наименование |
Формула |
|
щенное |
аминокислоты |
|
|
обозна- |
|
|
|
чение |
|
|
|
|
Глицин |
CH2—COOH |
глиц |
|
(аминоуксусная |
| |
|
|
кислота) |
NH2 |
|
|
Аланин (α- |
СНз—СН—СООН |
|
|
аминопропионовая |
|
| |
ал |
кислота) |
NH2 |
|
|
Валин (α – |
СН3 |
|
вал |
аминоизовалериа- |
СН―СН―СООН |
||
новая кислота) |
СН3 |
| |
|
|
|
NН2 |
|
Лейцин (α- |
СН3 |
|
|
аминоизокапро- |
СН-СН2-СН-СООН |
лейц |
|
новая кислота) |
СН3 |
| |
|
|
|
NH2 |
|
4
5
Изолейцин (α- |
СНз—СН2—СН—СН—СООН |
изол |
||
амино-β- |
| |
| |
|
|
метилвалериановая |
СН3 |
NH2 |
|
|
кислота) |
|
|
|
|
|
|
|
||
Аспарагиновая |
НООС—СН2—СН—СООН |
асп |
||
(аминоянтарная |
|
| |
|
|
кислота) |
|
NH2 |
|
|
Глутаминовая (α – |
НООС―СН2―СН2―СН―СООН |
глут |
||
аминоглу- |
|
| |
|
|
таровая кислота) |
|
NH2 |
|
|
Серин (α – амино – |
НО―СН2—СН—СООН |
|
сер |
|
β –окси- |
|
| |
|
|
пропионовая |
|
NH2 |
|
|
кислота) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Треонин (α – |
СНз—СН—СН—СООН |
|
|
|
амино–β –окси- |
| |
| |
|
тре |
пропионовая |
ОН |
NH2 |
|
|
кислота) |
|
|
|
|
Цистин (β,β-дитио- |
НООС-СН-СН2-S-S-CH2-CH- |
цис-SS |
||
бис-α- |
СOOH |
|
|
|
аминопропионовая |
| |
|
| |
|
кислота) |
NH2 |
NH2 |
|
|
Цистеин (α-амино- |
HS—CH2—CH—COOH |
|
цис |
|
β-тиол- |
|
| |
|
|
пропионовая |
|
NH2 |
|
|
кислота) |
|
|
|
|
|
|
|
||
Метионин (α- |
СНз—S—СН2—СН2—СН— |
мет |
||
амино-γ- метил- |
СООН |
|
|
|
тиомасляная |
| |
|
|
|
кислота) |
NH2 |
|
|
|
Аргинин (α-амино- |
H2N-C-NH-CH2-CH2-CH2-CH- |
арг |
||
δ-гуани- |
COOH |
|
|
|
динвалериановая |
|| |
|
| |
|
кислота) |
NH |
NH2 |
|
5
6
Лизин (α, ε- |
H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH- |
лиз |
диамино- |
COOН |
|
капроновая |
| |
|
кислота) |
NH2 |
|
Гистидин (α- |
|
|
амино-β-имид- |
|
гис |
азолилпропионо |
|
|
вая кислота |
|
|
|
|
|
Пролин |
|
|
(пирролидин-α- |
|
прол |
карбоновая |
|
|
кислота) |
|
|
|
|
|
Фенилаланин (α- |
|
|
амино-β- |
|
фал |
фенилпропионовая |
|
|
кислота) |
|
|
|
|
|
Тирозин (α-амино- |
|
|
β-параоксифенил- |
|
тир |
пропионовая |
|
|
кислота) |
|
|
|
|
|
Триптофан (α- |
|
|
амино-β- |
|
трип |
индолилпропионо- |
|
|
вая кислота) |
|
|
|
|
|
6
7
ФЕРМЕНТЫ. Ферменты – это катализаторы белковой природы, ускоряющие протекание химических реакций. Все ферменты разделяются на две большие группы: однокомпонентные, состоящие исключительно из белка (пепсин, амилаза, липаза и др.), и двухкомпонентные, состоящие из белка, называемого апоферментом, и небелковой части, называемой простетической группой. Апофермент двухкомпонентных ферментов называют так же белковым носителем, а простетическую группу – активной группой (кофермент). Коферменты могут быть представлены нуклеозидтрифосфатами, минеральными веществами (цинк, магний и др) – такие ферменты часто называются металлоферментами, активными формами витаминов. Присутствие витаминов в составе ферментов и определяет их биологическое значение.
В основе действия ферментов как биологических катализаторов лежит их способность повышать скорость реакции за счет снижения энергии активации субстрата. (Субстратом называют химическое соединение, подвергающееся ферментативному действию). Сущность процесса состоит в образовании фермент-субстратного комплекса, когда при непосредственном взаимодействии субстрата с активным центром фермента последний определенным образом влияет на субстрат, вызывая перестройку его химических связей и тем самым активизируя его.
ЛИПИДЫ. К классу липидов относятся природные органические соединения, обладающие хорошей растворимостью в органических растворителях (бензоле, бензине, горячем спирте, хлороформе, сероуглероде и т.п.) Одной из главных групп липидов являются жиры, греческое название которых (липос – жир) взято для обозначения класса в целом. Все сходные с жирами по растворимости соединения, входящие в класс липидов, составляют группу липоидов (жироподобных веществ). Таким образом, класс липидов в целом представлен жирами и липоидами.
Липиды можно условно разделить на два вида:
протоплазматические и резервные. Протоплазматические
(конституционные) входят в состав всех органов и тканей. Резервные липиды запасаются в организме и количество их меняется в зависимости от различных факторов. Липиды в
7
8
комплексе с белками составляют основу мембран клеток, благодаря чему они участвуют в регуляции деятельности гормонов, ферментов, процессах биологического окисления, транспорта различных веществ и других функциях.
Физико–химические свойства липидов определяются свойствами входящих в их состав жирных кислот. Так, насыщенные жирные кислоты имеют высокую температуру плавления и соответственно животные жиры, состоящие в основном из этих кислот, плавятся при более высокой температуре. Жиры, в которых преобладают ненасыщенные кислоты (растительные масла), имеют более низкую температуру плавления.
УГЛЕВОДЫ. К классу углеводов относятся органические соединения, элементарный состав которых выражается общей формулой СmH2nOn. Однако среди углеводов встречаются вещества, не соответствующие приведенной формуле, например, рамноза С6Н12О5. Поэтому название ''углеводы'' достаточно условно и не всегда соответствует химической структуре этих веществ.
Во всех без исключения организмах углеводы служат материалом, при окислении которого выделяется энергия, используемая в биохимических реакциях. Промежуточные продукты окисления углеводов служат исходными веществами для синтеза многих других органических соединений. Углеводы непосредственно (или в качестве одного из компонентов) используются для построения субклеточных структур, клеточных оболочек и других образований, выполняющих в организме опорные, защитные и иные функции.
ВИТАМИНЫ. Витамины могут быть охарактеризованы как группа органических веществ, обладающих разнообразным строением и физико-химическими свойствами. Они практически не синтезируются в организме (или образуются в недостаточном количестве) и выполняют каталитические функции непосредственно или в составе специфических биокатализаторов.
Витамины подразделяются на две группы - это водорастворимые и жирорастворимые витамины. К водорастворимым витаминам относятся витамины: В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), с (аскорбиновая кислота). К жирорастворимым витаминам относятся витамины:А (ретинол), D (кальцеферол), Е
8
9
(токоферол), К.
Нарушение обеспеченности организма витаминами может проявиться в виде авитаминоза (практического отсутствия витамина), гиповитаминоза (недостаточного обеспечения витамином) и гипервитаминоза (избыточного накопления витамина).
Витамины участвуют в ферментативных реакциях организма и оказывают сильное воздействие на обмен веществ.
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ КАК ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ.
Обмен веществ представляет собой стройный ансамбль многочисленных и тесно увязанных друг с другом химических процессов. Ведущая роль в этом бесчисленном множестве взаимодействий принадлежит белковым телам. Благодаря их каталитической функции осуществляется все это великое множество химических процессов распада и синтеза. С помощью нуклеиновых кислот поддерживается строгая специфичность при биосинтезе макромолекул, т.е. в конечном счете видовая специфичность в строении важнейших биополимеров. Благодаря обмену углеводов и липидов в организме постоянно возобновляются запасы АТФ – универсального донора энергии для химических преобразований. Эти же вещества поставляют простейшие органические молекулы, из которых строятся биополимеры и другие соединения. В результате совершается непрерывный процесс самообновления живой материи.
Так, при распаде различных питательных веществ образуется небольшое число промежуточных продуктов одинаковой структуры, которые составляют единый резерв и затем используются для образования специфичных для данного организма белков, жиров и углеводов (схема 1).
9