- •Основы биологической химии предисловие
- •Введение Предмет и задачи биохимии
- •Основные признаки живой материи
- •Глава 1. Химический состав организмов
- •Глава 2. Структура и свойства белков
- •2.1. Роль и определение белков.
- •2.2. Функции белков в организме
- •2.3. Элементный состав белков. Содержание белков в органах и тканях
- •2.4. Аминокислотный состав белков
- •2.5. Кислотно-основные свойства аминокислот
- •2.6. Стереохимия аминокислот
- •2.7. Строение белков
- •2.8. Уровни структурной организации белков
- •Первичная структура
- •Вторичная структура белков
- •Третичная структура белков
- •Четвертичная структура белков
- •2.9. Физико-химические свойства белков
- •Кислотно-основные свойства белков
- •Растворимость белков
- •Денатурация и ренатурация
- •2.10. Классификация белков
- •2.11. Методы выделения и очистки белков
- •Очистка белков
- •Глава 3. Углеводы
- •3.1. Понятие об углеводах и их классификация
- •3.2. Моносахариды
- •Оптические свойства моносахаридов
- •Структура моносахаридов
- •3.3. Химические свойства моносахаридов Реакции с участием карбонильной группы
- •Реакции с участием гидроксильных групп
- •3.4. Сложные углеводы
- •Олигосахариды
- •Полисахариды
- •Гомополисахариды
- •Гетерополисахариды
- •3.5. Биологические функции углеводов
- •Глава 4. Нуклеиновые кислоты
- •4.1. Общая характеристика нуклеиновых кислот
- •4.2. Химический состав и строение нуклеиновых кислот
- •4.3. Уровни структурной организации нуклеиновых кислот
- •Первичная структура нуклеиновых кислот
- •Вторичная структура днк
- •Вторичная структура рнк
- •Третичная структура рнк и днк
- •Глава 5. Липиды
- •5.1. Общая характеристика и классификация липидов
- •5.2. Липидные мономеры
- •5.3. Многокомпонентные липиды
- •5.4. Биологические функции липидов
- •Глава 6. Ферменты
- •6.2. Химическая природа и структура ферментов
- •6.3. Кофакторы ферментов Ионы металлов как кофакторы ферментов
- •Коферменты
- •6.4. Механизм действия ферментов
- •6.5. Свойства ферментов
- •6.6. Специфичность действия ферментов
- •6.7. Факторы, влияющие на скорость ферментативного катализа
- •Влияние температуры на активность ферментов
- •Влияние рН на активность ферментов
- •Влияние концентраций субстрата и фермента на скорость ферментативной реакции
- •Зависимость скорости реакции от времени
- •6.8. Регуляция активности ферментов
- •Активация ферментов
- •Ингибирование ферментов
- •Аллостерическая регуляций действия ферментов
- •6.9. Определение активности ферментов
- •6.10. Номенклатура и классификация ферментов
- •6.11. Локализация ферментов в организме и клетке
- •6.12. Применение ферментов
- •Глава 7. Витамины
- •7.1.Понятие о витаминах
- •7.2. Классификация витаминов
- •7.3. Жирорастворимые витамины
- •7.4. Водорастворимые витамины
- •7.5. Витаминоподобные вещества
- •Глава 8. Общие закономерности обмена веществ и энергии в организме
- •8.1. Обмен веществ
- •8.2. Обмен энергии
- •Глава 9. Биологическое окисление
- •9.2. Дыхательная цепь
- •9.3. Окислительное фосфорилирование
- •Глава 10. Обмен углеводов
- •10.1. Переваривание углеводов
- •10.2. Метаболизм глюкозы
- •10.3. Биосинтез гликогена
- •10.4. Распад гликогена
- •10.5. Анаэробный гликолиз
- •10.6. Аэробный распад глюкозы
- •Аэробный распад глюкозы в мозге
- •10.7. Пентозофосфатный цикл
- •10.8. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез)
- •10.10. Регуляция обмена углеводов
- •Глава 11. Обмен липидов
- •11.1. Переваривание липидов
- •11.2. Метаболизм глицерина
- •11.3. Метаболизм жирных кислот
- •11.4. Биосинтез жиров
- •11.5. Регуляция обмена липидов
- •Глава 12. Обмен нуклеиновых кислот
- •12.1. Пути распада рнк и днк
- •12.2. Распад пуриновых и пиримидиновых оснований
- •12.3. Биосинтез нуклеотидов
- •Биосинтез пурииовых нуклеотидов
- •Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов
- •Биосинтез дезоксирибонуклеотидов
- •12.4. Биосинтез нуклеиновых кислот
- •Биосинтез днк (репликация)
- •Биосинтез рнк (транскрипция)
- •Безматричный синтез рнк
- •12.5. Путь информации от генотипа к фенотипу
- •Глава 13. Обмен белков
- •13.1. Понятие об обмене белков
- •13.2. Переваривание белков пищи и распад белков тканей Переваривание белков
- •Распад белков в тканях
- •13.3. Метаболизм аминокислот
- •Трансаминирование аминокислот
- •Дезамииирование аминокислот
- •Превращение углеродных скелетов аминокислот. Реакции декарбоксилирования
- •13.4. Удаление аммиака из организма. Орнитиновый цикл
- •13.5. Синтез аминокислот
- •13.6. Биосинтез белков (трансляция)
- •Глава 14. Водно-солевой и минеральный обмен
- •14.1. Водно-солевой обмен Содержание воды в организме и клетке
- •Роль и функции воды в процессе жизнедеятельности
- •14.2. Регуляция водно-солевого обмена
- •Регуляция рН
- •14.3. Минеральный обмен Минеральные вещества
- •Функции минеральных веществ
- •Минеральные вещества и обмен нуклеиновых кислот
- •Минеральные вещества и обмен белков
- •Минеральные вещества и обмен углеводов и липидов
- •14.4. Регуляция минерального обмена
- •Глава 15. Взаимосвязь обмена белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот
- •Глава 16. Гормоны, нервно-гормональная регуляция обмена веществ
- •16.1. Понятие о гормонах. Основные принципы регуляции обмена веществ
- •16.2. Классификация гормонов
- •16.3. Общие представления о действии гормонов
- •16.4. Гормоны щитовидной и паращитовидных желез Гормоны щитовидной железы
- •Гормоны паращитовидных желез
- •16.5. Гормоны поджелудочной железы
- •16.6. Гормоны надпочечников
- •16.7. Гормоны половых желез
- •16.8. Гормоны гипоталамо-гипофизарной системы
- •16.9. Гормоны тимуса и эпифиза
- •16.10. Простагландины
- •16.11. Биохимическая адаптация
- •Рекомендуемая литература
- •Оглавление
Глава 1. Химический состав организмов
Общая масса всех живых организмов, населяющих Землю, составляет примерно 1013-1015 т. В различных живых организмах обнаружено более 70 химических элементов. Среди них выделяют две группы;
- элементы, постоянно встречающиеся в составе любого opганизма (это С, Н, N, О, S, Р, К, Са, Mg, Fe, Zn, Си, Со),
- иногда встречающиеся - это остальные элементы, их присутствие характерно лишь для некоторых групп организмов (наиболее распространены из них Мо, В, V, Na, I, Cl и ряд других).
По количественному содержанию в биомассе все элементы делят на три категории:
1 Макроэлементы, содержание которых превышает 0,001%. Примером таких элементов являются С, О, Н, N, Р, Са, Na, К, CI, S, Mg, Fe. Наиболее высоким содержанием отличаются О, С, Н, N, Na, Са.
2. Микроэлементы, концентрация которых меньше 0,001%. Например, Мп, Zn, Со, Ni, I, F, Вг, Мо и др.
3. Ультрамикроэлементы, содержание которых очень мало - 10-4 – 10-6 % и меньше. Установлено, что двенадцать из них необходимы для жизнедеятельности животных и растений, это В, Li, Al, Si, Sn, Cd, As, Sc, Ti, V, Cr, Ni. Предполагается, что еще шесть элементов (Be, Rb, Ва, Ag, Pb, W) также необходимы живым организмам. В живой природе встречаются в ничтожно малых количествах (10-6 – 10-12 %) также Cs, Gа, In, TI, Ge, Sb, Bi, Те, Au, Hg, La, Ce, Zr, Pr, Nb, инертные элементы и даже радиоактивные. Содержание последних менее одного атома на клетку. По-видимому, загрязнение внешней среды этими элементами приводит к накоплению их в организмах, особенно растительных.
Почти 89% атомов организма человека и растений приходится на четыре элемента - О, Н, С и N, в то время как содержание трех последних в земной коре ничтожно.
Прямой зависимости между распространением химических элементов в живой и неживой природе нет. Тем не менее, установлено, что организм и среда взаимосвязаны, но их взаимозависимость носит тонкий характер. Так, например, выявлено, что те элементы, которые легко образуют растворимые и газообразные соединения, составляют основную массу биосферы (С, N, S, Р), хотя в земной коре их содержание невелико. Элементы, которые образуют плохо растворимые в воде соединения, широко распространены в неорганической природе, а в составе организмов встречаются в микроколичествах (Si, Fe, Al). Таким образом, доступность элементов для биосферы играет, вероятно, решающую роль в их участии в построении живого вещества. Весь исходный материал для построения живых молекул поставляет неживая природа. Кстати, морская вода по содержанию элементов, за исключением углерода и фосфора, очень близка к внутренним средам живых организмов. Химический состав морской воды почти идентичен составу крови человека. Поэтому считают, что возникновение жизни связано с водной средой Мирового океана.
Все макро- и микроэлементы входят в состав живых организмов в виде химических соединений. Единственным исключением является кислород, незначительная доля которого растворена в жидкостях организма в свободном молекулярном виде; однако большая часть молекулярного кислорода связана с гемоглобином, миоглобином и другими переносчиками.
Примерно 75% биомассы составляет вода, хотя ее содержание в различных организмах колеблется от 40 - 60%, например, у древесных растений, до 99% - у медузы. Вода играет огромную роль - она вместе с неорганическими соединениями образует среду, в которой протекают все физико-химические процессы в ходе обмена веществ. С другой стороны, часто вода - один из партнеров реакций, например, реакций гидролиза.
На втором месте по количественному содержанию и на первом по значению находятся белки. В среднем в пересчете на сухое вещество в организмах содержится 45-50% белка, причем для растений свойственно отклонение от средней величины в сторону понижения, а для животных - в сторону повышения. Некоторые микроорганизмы почти целиком состоят из белков. Белки, обладая рядом специфических свойств, являются материальным субстратом жизни.
Далее очень важным классом соединений, входящим в состав живых организмов, являются нуклеиновые кислоты. Они обеспечивают воспроизведение белковых тел, их содержание в сухом веществе организмов стабильно и равно нескольким процентам, причем в растительных клетках нуклеиновых кислот больше, чем в животных.
Остальная часть сухого вещества организмов составлена из соединений других классов. В основном это - углеводы (наибольшее содержание в клетках растений, печени, мышц), липиды (ими богата жировая ткань) и минеральные вещества. Содержание этих веществ в организмах сильно варьируется, причем в растительном мире преобладают углеводы, а в животном - липиды. Минеральные вещества составляют примерно 10% от сухого вещества биомассы.
Кроме белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и минеральных веществ в составе организмов найдены в незначительных количествах представители других классов органических соединений: углеводородов, спиртов, альдегидов, карбоновых кислот и их производных, аминокислот, эфиров, аминов, гетероциклов, мононуклеотидов. Часть соединений этой группы обладает мощным физиологическим действием и играет роль ускорителей или замедлителей жизненных процессов. Поэтому, несмотря на различие в химической природе, эти вещества объединяют в одну группу под названием "биологически активные вещества". Сюда относят ферменты, витамины, гормоны, ростовые вещества, биостимуляторы, коферменты, антибиотики, фитонциды и др.