Історичний нарис біохімії

Контрольна робота

Павлодарський державний університет ім. С. Торайгырова

2005

Історичний нарис біохімії.

Як самостійна наука біохімія сформувалася на рубежі XIX - XX століть. До середини XIX століття біохімія існувала як розділ фізіології і називалася фізіологічна хімія. Однак накопичення фактичного матеріалу в області будови біологічних структур, а також ідентифікація найпростіших метаболічних процесів відіграли значну роль в становленні біохімії як самостійної науки.

Бурхливий розвиток органічної хімії в першій третині XIX століття справила величезний вплив на формування структурної біохімії. Точкою відліку можна вважати 1826, коли Ф. Веллер повідомив про перші синтезі органічної речовини - сечовини з аміаку і ціановой кислоти. Через 70 років Е. Бухнер показав, що екстракти дріжджових клітин переварюють крохмаль, так само ефективно, як і живі дріжджові клітини. Обидві ці роботи завдали істотного удару по віталізму - вчення, згідно з якому хімічні речовини живої природи синтезуються тільки за допомогою особливої життєвої сили, і дали потужний імпульс подальшому розвитку біохімії. Так, у 50 - х роках XIX століття М. Бертло вдалося синтезувати цілий ряд органічних сполук, властивих живій природі. М. Шеврель заклав основи хімії ліпідів, а Ф. Мішер відкрив нуклеїнові кислоти, поклавши початок вивченню цього класу речовин. Однак найбільший внесок у розвиток структурної біохімії вніс Е. Фішер своїми блискучими роботами з аналізу амінокислот, жирів і ліпідів.

Дослідження процесів метаболізму також почалося на рубежі XIX століття. На основі відкритого М.В. Ломоносовим закону збереження матерії і накопичилися до кінця XVIII століття експериментальних даних французького вченого А. Лавуазьє кількісно дослідив і пояснив суть дихання, відзначивши роль кисню в цьому процесі. Роботи Лавуазьє стимулювали дослідження з енергетики метаболізму і вже на початку XIX століття були визначені кількість теплоти при згорянні 1 р. жирів, білків і вуглеводів. Приблизно в цей же час, працювали Дж. присл і Я. Інгенхуза був відкритий процес фотосинтезу. З живих об'єктів К. Шесле виділив ряд органічних кислот, Д. Руел - сечовину, Ф. Конраді - холестерин.

В XX столітті велике число відкриттів призвело до справжнього світанку біохімії. Фундаментальні дослідження в області ензимології, хімії білків, ліпідів, вуглеводів, ідентифікація молекулярних механізмів основних обмінних процесів, а також структур і функцій геному, вивели біохімію на рівень основної кількісної біологічної науки. Велика роль російських вчених у становленні та розвитку біохімії. Пріоритетні дослідження білків і амінокислот (А.Я. Данилевський, С.С. Салазкін, М.В. Ненцкій та інші); вітамінів (М. І. Лунін, К.А. Сосік, В.В. Пашутін); тканинного дихання (А. Н. Бах, В. І. Палладін); трансамінування амінокислот (А. Е. Браунштейн); механізмів механохімічний сполучення (В. А. Енгельчардт); хімії нуклеїнових кислот і механізмів біосинтезу білка (О. М. Білозерський, А. С. Спірін); біоенергетики (В.П. Скулачов); структури та функції геному (Г. П. Георгієв) і роботи інших російських вчених внесли величезний внесок в сучасну біохімію.

Біологічна біохімія вивчає різні структури, властивих живим організмам, і хімічні реакції, що протікають на клітинному і організменном рівнях. Основою життя є сукупність хімічних реакцій, які забезпечують обмін речовин. Таким чином, біохімію можна вважати основною мовою всіх біологічних наук. В даний час як біологічні структури, так і обмінні процеси, завдяки застосуванню ефективних методів, вивчені досить добре. Багато розділи біохімії в останні роки розвивалися так інтенсивно, що виросли в самостійні наукові напрямки і дисципліни. Перш за все можна відзначити біотехнологію, генну інженерію, біохімічну генетику, екологічну біохімію, квантову та космічну біохімію і так далі. Велика роль біохімії в розумінні суті патологічних процесів і молекулярних механізмів дії лікарських речовин.

Загальна характеристика вітаміну А. Біохімічні функції. Авітаміноз.

Вітамін А був відкритий Н. Друшмандом в 1916 році. ? й кислоти. Такий речовина називається аденозинтрифосфорной кислотою (АТФ). У хімічних зв'язках між залишками фосфорної кислоти молекули АТФ запасена енергія, яка звільняється при відщеплення органічного фосфориту: АТФ = АДФ + Ф + Е, де Ф - фермент, Е -- звільняє енергія. У цій реакції утворюється аденозінфосфорная кислота (АДФ) - залишок молекули АТФ і органічний фосфат. Енергію АТФ всі клітини використовують для процесів біосинтезу, рухи, виробництво тепла, нервових імпульсів, світіння (наприклад, улюмінісцентних бактерій), тобто для всіх процесів життєдіяльності.

АТФ - Універсальний біологічний акумулятор енергії. Світлова енергія, укладена в споживаної їжі, запасається у молекули АТФ.

Запас АТФ в клітині невеликий. Так, у м'язі запасу АТФ вистачає на 20 - 30 скорочень. При посиленої, але короткочасної роботі м'язи працюють виключно за рахунок розщеплення що міститься в них АТФ. Після закінчення роботи людина посилено дихає - в цей період відбувається розщеплення вуглеводів та інших речовин ( відбувається накопичення енергії) і запас АТФ у клітинах відновлюється.

Глюкоза. Формула глюкози.

Сахара мають загальну формулу С (Н2О) n, де n - ціле число (від 3 до 7).

Всі цукру містять гідроксильні, а також або альдегідні, або кітону угруповання. Взаємодіють один з одним, моноцукри можуть утворювати ді-, три-або олігосахариди. Сахара є головним енергетичним субстратом клітин. Крім того, вони утворюють зв'язку з білками і ліпідами, а також є будівельними блоками при утворенні більш складних біологічних структур. Основними реакціоноспособнимі угрупованнями цукрів є гідроксильні групи, що беруть участь, зокрема, в освіті зв'язків між мономерами.

Під всіх клітинах здатних метаболізувати глюкозу, першою реакцією є її фосфорилювання до глюкозо - 6 - фосфату. Реакція каталізується ферментом гексокінази, а донором фосфорільной групи є молекула АТФ.

Ця невідворотна реакція практично, дельта G0I = -16,74 кДж/моль. Гексокінази, присутня у всіх тканинах, за винятком паренхіми печінки має високу засіб до глюкози, а також здатна фосфорілірованний та інші гексози, але значно з меншою швидкістю. У клітинах печінки цю функцію виконує глюкокіназа, активність якої залежить від харчування. Глюкокіназа специфічна до глюкози і ефективно функціонує тільки при високій концентрації в крові глюкози. Важливою властивістю глюкокінази є інгібування продуктом реакції глюкозо - 6 - фосфатом по аллостеріческому механізму.

фосфорілірованний глюкоза не здатна проходити через цитоплазматичну мембрану і виявляється "Замкненою" в клітці. Таким чином, глюкозо - 6 - фосфат є центральним метаболітом вуглеводного обміну і займає важливе положення в інтеграції ряду метаболічних шляхів (гліколіз, глюкогінез, пентозофосфатного шлях, глікогеноліз).

Зворотний процес дефосфорілірованія глюкози йде тільки в трьох тканинах, клітини яких здатні транспортувати глюкозу в кров, а саме тканини печінки, епітелію ниркових канальців тонкого кишечника. Це стає можливим завдяки дії гідролітичного ферменту глюкозо - 6 - фосфатази, який каталізує реакцію:

Про регуляції активності цього ферменту досі відомо мало, а отже, неясно, які фактори запобігають безперервний цикл фосфорилювання і дефосфорілірованія глюкози.

В рослинний світ величезні кількості глюкози утворюється шляхом відновлення діоксиду вуглецю в процесі фотосинтезу. В організмі тварин глюкоза безперервно синтезується в строго регульованих реакціях з простих попередників. Попередниками можуть бути: 1) піруват або лактат; 2) деякі амінокислоти; 3) будь-який інший компонент, який у процесі катаболізму може перетворений на піруват або один з метаболітів ЦТК.

Біосинтез глюкози з неуглеводних попередників носить назву глюконеогенез, а піруват обумовлює входження в цей процес. Як зазначалося вище, у процес глюконеогенезу залучають ряд амінокислот, після перетворення їх у піруват або оксалоацетат. Також амінокислоти отримали назву глюкогенних. З продуктів деградації тріацілгліцералов тільки гліцерин може брати участь у глюконеогенезі шляхом перетворення його в дегідроксіацетон (метаболіт гліколізу), а потім у глюкозу.

Подібно до того як гліколіз являє собою центральний шлях катаболізму глюкози, в процесі якого вона розпадається до двох молекул пірувату, перетворення останніх у глюкозу становить центральний шлях глюконеогенезу. Таким чином, глюконеогенез в основному протікає за тим же шляхом, що і гліколіз, але в зворотному напрямку. Однак три реакції гліколізу (глюкоза> глюкозо - 6 -- фосфат; фруктозо - 6 - фосфат> фруктозо - 1,6 - діфосфат; фосфоеноілпіруват > Піруват) незворотні, і в обхід цих реакцій в глюконеогенезі протікають інші реакції з іншою стехіометрії, що каталізується іншими ферментами. Відомі 4 ферменту, що каталізують реакції глюконеогенезу і не беруть участь у гліколізу: піруваткарбоксілаза, фосфоеноілпіруваткарбоксілаза, фруктозо - 1,6 -- діофосфотаза, глюкозо - 6 - фосфотаза.

Вони локалізовані переважно в печінці, де і відбувається головним чином глюконеогенез. Значно менш інтенсивно цей процес йде в кірковій речовині нирок.

Після того як в м'язах виснажується запас глюкогена, основним джерелом пірувату стає амінокислоти, які утворюються після деградації білків. При цьому більше 30% амінокислот, що надходять з крові в печінку, припадає на аланін - одну з глюкогенних амінокислот, вуглецевий кістяк якої використовується в печінці як попередник для синтезу глюкози. Іншим джерелом пірувату є лактат, що накопичується в інтенсивно працюють м'язах в процесі анаеробного гліколізу, коли мітохондрії не встигають реокісліть накопичується НАДН. Лактат транспортується в печінку, де знову перетворюється на піруват, а потім у глюкозу і глікоген. Цей фізіологічний цикл називається циклом Корі (за ім'ям його першовідкривача). У циклу Корі дві функції - зберегти лактат для подальшого синтезу глюкози в печінці і запобігти розвитку ацидозу.

Енергетика обміну.

Обмін речовин (метаболізм) - це сукупність що протікають в живих організмах хімічних перетворень, що забезпечують їх зростання, життєдіяльність, відтворення, постійний контакт і обмін з навколишнім середовищем. Завдяки обміну речовин відбувається розщеплення і синтез молекул, що входять до складу клітин, освіта, руйнування і оновлення клітинних структур і міжклітинної речовини. Наприклад, у людини половина всіх тканинних білків розщеплюється і будується заново в середньому протягом 80 діб, білки печінки та сироватки крові наполовину оновлюються кожні 10 діб, а білки м'язів - 180, окремі ферменти печінки - кожні 2 - 4 години. Обмін речовин невіддільний від процесів перетворення енергії: потенційна енергія хімічних зв'язків складних органічних молекул у результаті хімічних перетворень переходить в інші види енергії, яка використовується на синтез нових з'єднань, для підтримання структури та функції клітин, температури тіла, для здійснення роботи і так далі. Усі реакції обміну речовин і перетворення енергії протікають за участю біологічних каталізаторів -- ферментів. У самих різних організмів обмін речовин відрізняється упорядочностью і схожістю послідовності ферментативних перетворень, не дивлячись на великий асортимент хімічних сполук, що втягуються в обмін. У той же час для кожного виду характерний особливий, генетіческізакрепленний тип обміну речовин, обумовлений умовами його існування.

Обмін речовин складається з двох взаємопов'язаних, одночасно протікають у організмі процесів - асиміляція і дисиміляція, або анаболізм і катаболізм. У ході катаболічних перетворень відбувається розщеплення великих органічних молекул до простих сполук з одночасним виділенням енергії, яка запасається у формі багатих енергією фосфатних зв'язків, головним чином у молекулі АТФ та інших багатих енергією з'єднань. Катаболические перетворення зазвичай здійснюються в результаті гідролітичних і окислювальних реакцій і протікає як у відсутності кисню (анаеробний шлях - гліколіз, бродіння), так і за його участю (аеробний шлях - дихання). Другий шлях еволюційно більш молодий і в енергетичному відношенні більш вигідний. Він забезпечує повне розщеплення органічних молекул до СО2 і Н2О. Різноманітні органічні з'єднання в ході катаболічних процесів перетворюються в органічне число невеликих молекул (крім СО2 і Н2О): вуглеводи - в трифосфату і (або) піруват, жири - в ацетил - КоА, пропіоніл - КоА, оксалоацетат,