- •Глава 1. Структурная организация и принципы функционирования белков Основные проявления жизни - результат функционирования белков
- •Аминокислоты - главные составные части белков
- •Свойства аминокислот - основа свойств белков
- •Спектроскопические свойства аминокислот
- •Химические реакции
- •Методы разделения аминокислот
- •Аминокислота, полипептид, белок
- •Свойства белков определяются свойствами аминокислот
- •Знание иэт важно для разделения белков методом электрофореза
- •Гель-электрофорез
- •Белки выполняют роль буферных систем
- •Белки в воде образуют растворы с особыми свойствами
- •В пространственой структуре белков выделяют четыре уровня организации
- •Исследование первичной структуры белков и пептидов
- •Искусственный синтез белков и пептидов
- •Пространственная структура белковой молекулы
- •Вторичная структура белков
- •Третичная структура белков
- •Четвертичная структура белков
- •Белки чувствительны к внешним воздействиям
- •Для определения количества белков используют разные подходы
- •Белки классифицируются разными способами
- •Простые белки построены только из аминокислот
- •Сложные белки содержат небелковые компоненты
- •Глава 2. Ферменты Клинико-лабораторное значение
- •Немного истории
- •В основе классификации ферментов - тип катализируемой реакции
- •Элементы химической логики
- •В основе химических реакций лежит образование и разрыв химических связей
- •У химической реакции есть скорость и порядок
- •На пути к пониманию механизма действия фермента
- •Ферменты – биологические катализаторы белковой природы
- •Методы выделения и очистки ферментов - это методы выделения и очистки белков.
- •Пример вычисления активности фермента:
- •Для работы некоторых ферментов необходимы дополнительные небелковые соединения
- •Белковая природа определяет многие свойства ферментов
- •Повышение температуры неоднозначно влияет на активность фермента
- •Ферменты характеризуются высокой специфичностью
- •Активность фермента зависит от концентрации субстратов.
- •Важной качественной характеристикой фермента является константа Михаэлиса
- •Уравнение Михаэлиса и Ментен графически – прямоугольная гипербола
- •Примеры использования данных кинетических исследований ферментов в медицине
- •Кинетика мультисубстратных реакций
- •Скорость реакции зависит от концентрации фермента
- •Химические реакции протекают медленно
- •Ферменты превосходят другие катализаторы своей молекулярной активностью. Почему?
- •Группы активного центра фермента используют обычные химические принципы катализа
- •Реакции, катализируемые ферментами – основной объект, на который направлено действие регуляторов процессов жизнедеятельности
- •Активность ферментов можно тормозить (ингибировать)
- •Ингибиторы бывают разные: обратимые и необратимые
- •Обратимые ингибиторы могут быть конкурентными и неконкурентными
- •Конкурентные ингибиторы не всегда структурно подобны субстрату.
- •Конкурентные ингибиторы не влияют на Vmax, они понижают Км.
- •Принципы конкурентного торможения находят применение в медицинской практике.
- •Смешанные неконкурентные ингибиторы
- •Кинетика смешанных неконкурентных ингибиторов
- •Неконкурентные ингибиторы не могут связаться со свободным ферментом.
- •Неконкурентных ингибиторы неактивны при низких концентрациях субстрата.
- •Торможение продуктом реакции- пример конкурентного торможения.
- •Субстрат может быть ингибитором фермента
- •Кинетика многих ферментов не подчиняется принципам кинетики Михаэлиса и Ментен
- •У аллостерических ферментов особые свойства
- •Две модели объясняют механизмы аллостерии.
- •В основе связывания субстрата - индуцированное взаимодействие.
- •Изменение конформации одной субъединицы индуцирует изменения структуры другой
- •Какая гипотеза является правильной?
- •Ферменты неравномерно распределены внутри клеток
- •Доступность субстрата или кофактора - важный элемент регуляции активности ферментов
- •Нарушение функции фермента вызывает болезнь.
- •Энзимопатии следствие ошибок в синтезе белков.
- •Исследование активности ферментов помогает врачу в диагностике болезней.
- •Некоторые примеры использования измерения активности ферментов в диагностике
- •Определение концентрации субстратов возможно при помощи ферментов.
- •Ферменты можно использовать как лекарственные препараты.
- •Рибозимы –исключение , подтверждающее правило.
- •Методы молекулярной инженерии позволяют конструировать новые ферменты
- •Глава 3. Витамины
- •Классификация витаминов
- •Нарушение баланса витаминов в организме
- •Потребность организма человека в витаминах.
- •Причины дисбаланса витаминов в организме.
- •Межвитаминные взаимоотношения
- •Витамин в1 (Tиамин. Антиневритный витамин)
- •Витамин в2(Рибофлавин).
- •Пантотеновая кислота (витамин в3).
- •Витамин рр (Витамин в5 , никотиновая кислота, никотинамид, ниацин). Антипеллагрический витамин.
- •Гомоцис- Серин Цистатионин α-кетобутират Цистеин
- •Фолиевая кислота (Фолацин. Витамин в9. Витамин вс).
- •Фолиевая кислота
- •Метилен-тгфк- Метилен-тгфк-
- •Биотин (витамин н).
- •Пропионил-КоА метилмалонил-КоА
- •Метилмалонил-КоА пируват пропионил-КоА оксалацетат
- •Витамин с (аскорбиновая кислота), антицинготный
- •Остаток глутаминовой кислоты Остаток γ-карбоксиглутаминовой кислоты
- •Рибосомы на мембране эндо-
- •Сигнальный пептид
- •Витаминоподобные соединения Витамин f (эссенциальные жирные кислоты)
- •Инозит(Витамин в8)
- •Карнитин
- •Липоевая кислота (витамин n)
- •Пара-Аминобензойная кислота.
- •Витамин u
- •Холин (витамин в4).
- •Ацетилхолинэстераза н2о
- •Глава 4. Введение в термодинамику Биомедицинское значение.
- •Биоэнергетика- составная часть термодинамики
- •Функции состояния системы.
- •Первый закон термодинамики утверждает энергия вселенной не исчезает
- •Второй закон термодинамики указывает на вероятность и направление процесса
- •Свободная энергия и концентрация. Стандартное состояние в биологических реакциях.
- •Изменение свободной энергии и константа равновесия.
- •Примеры вычисления констант равновесия и изменений свободной энергии
- •Сопряженные реакции лежат в основе многих химических процессов в клетке.
- •«Энергетической валютой» клетки является атф
Химические реакции протекают медленно
Как уже упоминалось, термодинамика не дает ответа на вопрос что же определяет скорость химической реакции, что делает константу скорости большой или маленькой. Молекула в реакциях первого порядка вступает в реакцию только после достижения определенного энергетического состояния. Если бы все реагирующие молекулы находились в этом состоянии, реакция протекала бы мгновенно с участием всех реагирующих молекул. В действительности, в реакции обычно принимает участие только небольшая доля молекул, обладающих определенным уровнем энергии. Все это относится и к реакциям второго порядка, Низкая скорость реакций связана с тем, что не всякое взаимодействие между молекулами может приводить к реакции из-за энергетических возможностей или из-за неправильной ориентации между взаимодействующими молекулами.
Простое уравнение кинетики химической реакции показывает, что скорость реакции зависит от Z- частоты столкновений, р – вероятностного фактора, определяющего пространственную ориентацию реагирующих веществ и Ea – энергии активации. Для вступления в реакцию молекула должна обладать определенным количеством энергии. Выражение е-(Еа/RT) показывает долю молекул, обладающую энергией Еа при температуре Т. Чем выше значение Еа, тем меньше становится количество молекул, способных преодолеть этот барьер. Чтобы реакция протекала быстрее необходимо повысить значение р, Z и снизить значение Еа.
Подобного рода рассуждения привели к идее энергетического барьера реакции и понятию «активное или переходное состояние». Рисунок слева изображает график изменений свободной энергии системы относительно координат реакции для химической реакции, подчеркивая прохождение реакции через промежуточное состояниеS*. Это довольно упрощенное изображение показывает, что свободная энергия стандартного состояния продуктов более низкая, чем свободная энергия реагентов. Все реакции имеют энергетический "барьер". В активированное или переходное состояние молекулы переходят в том случае, если они приобретает энергию, достаточную для участия в реакции. Если мы предположим что [S*] представляет концентрацию молекул, имеющих энергию активации из общего количества молекул [S]0, то мы можем записать уравнение константы равновесия K как [S*] /[S]0. Значение этой константы не дает нам представления ни о высоте барьера, ни о скорости реакции.
Если барьер реакции высок, только небольшая часть молекул будет иметь достаточно энергии для участия в реакции. Поскольку только молекулы в переходном состоянии могут вступать в реакцию (в любом направлении), константа скорости прямой и обратной реакций пропорциональна совокупности молекул находящихся в переходном состоянии.
Как понизить энергетический барьер реакции?
Это можно достигнуть несколькими путями:
Повысить температуру, увеличив тем самым и количество столкновений, и число молекул, обладающих достаточной энергией. К этому приему часто прибегают химики, но в биологических процессах этот прием использовать нельзя
Использовать катализатор – специальное вещество, которое характеризуются способностью, принимая участие в реакции, обеспечивать ускорение реакции, выходить из реакции, не изменяясь, что позволяет им многократно участвовать в реакции. Катализатор позволяет сблизить реагирующие вещества и создать условия для их оптимальной ориентации, необходимой для проведения реакции, что способствует увеличению эффективной концентрации участников реакции (гетерогенный катализ). Катализаторы могут прочно фиксировать промежуточную конформацию реагентов, соответствующую переходному состоянию но с более низким энергетическим барьером. Позиция равновесия (количество продукта относительно реагента) не изменяется катализатором. Даже, если значения констант скорости прямой и обратной реакций k1 и k-1 могут быть сильно изменены от их значений при отсутствии катализатора, каждое из них изменяется на один тот же коэффициент и константа равновесия K не изменяется, потому что K = k1/k-1.