Читаем Биологическая химия онлайн бесплатно

Annotation

В пособии представлены и систематизированы современные сведения по всем разделам биохимии. Рассматриваются основные положения статической, динамической и фундаментальной биохимии. Приведена характеристика метаболизма белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот в норме и при некоторых патологических состояниях. Охарактеризованы особенности метаболизма в различных органах и тканях. Изложены современные представления о молекулярных основах нарушений при ряде патологических состояний и болезней.

Предназначено для студентов медицинских вузов, биологов, врачей.

В. В. Лелевич

Список сокращений

Глава 1. Введение в биохимию

Глава 2. Строение и функции белков

Аминокислоты и их роль в организме

Пептиды

Уровни структурной организации белков

Фолдинг

Функционирование белков

Глава 3. Ферменты. Механизм действия ферментов

Структура молекулы ферментов

Активный центр фермента

Механизм действия ферментов

Молекулярные механизмы ферментативного катализа

Специфичность действия ферментов

Глава 4. Регуляция активности ферментов. Медицинская энзимология

Ферменты плазмы крови

Энзимопатии

Применение ферментов в медицине

Глава 5. Структура и функции нуклеиновых кислот

Структура и функции ДНК

Организация генома человека

Глава 6. Биосинтез нуклеиновых кислот

Биосинтез ДНК

Репарация ДНК

Биосинтез РНК

Регуляция транскрипции

Процессинг РНК

Обратная транскрипция

Глава 7. Биосинтез белка

Активация аминокислот

Синтез белка у эукариот

Посттрансляционные изменения белков

Регуляция синтеза белка

Ингибиторы матричных биосинтезов

Использование ДНК-технологий в медицине

Глава 8. Введение в метаболизм

Специфические и общие пути катаболизма

Метаболиты в норме и при патологии

Уровни изучения обмена веществ

Глава 9. Биологические мембраны

Химический состав мембран.

Липиды мембран.

Белки мембран.

Механизмы мембранного транспорта веществ

Глава 10. Энергетический обмен. Биологическое окисление

Структурная организация цепи тканевого дыхания

Окислительное фосфорилирование АТФ

Строение АТФ-синтазы

Нарушения энергетического обмена

Регуляция ЦТД.

Глава 11. Типы окисления. Антиоксидантные системы

Активные формы кислорода (свободные радикалы)

Перекисное окисление липидов (ПОЛ)

Антиоксидантные системы организма

Глава 12. Биохимия гормонов

Биороль гормонов.

Классификация гормонов

Рецепторы гормонов

Механизм передачи гормональных сигналов через мембранные рецепторы

Механизм передачи гормонального сигнала через внутриклеточные рецепторы

Передача сигналов через рецепторы, сопряженные с ионными каналами

Глава 13. Особенности действия гормонов

Гормоны гипоталамуса

Гормоны гипофиза

Гормоны щитовидной железы

Гормоны поджелудочной железы

Инсулин

Глюкагон

Регуляция обмена ионов кальция и фосфатов

Гормоны надпочечников

Гормоны мозгового вещества надпочечников

Гормоны коры надпочечников (кортикостероиды)

Глюкокортикоиды

Минералокортикоиды

Гормоны половых желез

Мужские половые гормоны

Анаболические стероиды

Нарушение андрогенной функции

Женские половые гомоны

Эйкозаноиды

Применение гормонов в медицине

Глава 14. Биохимия питания

Общая характеристика основных компонентов пищи

Белки

Углеводы

Липиды

Глава 15. Основы витаминологии

Обмен витаминов

Обеспеченность организма витаминами

Применение витаминов в клинической практике

Поливитаминные препараты

Антивитамины

Глава 16. Углеводы тканей и пищи – обмен и функции

Переваривание углеводов

Всасывание моносахаридов в кишечнике

Транспорт глюкозы из крови в клетки

Нарушения переваривания и всасывания углеводов

Метаболизм фруктозы

Метаболизм галактозы

Метаболизм лактозы

Глава 17. Пути метаболизма глюкозы

Гликолиз

Пентозофосфатный путь (ПФП)

Глюконеогенез (ГНГ)

Путь глюкуроновой кислоты

Глава 18. Обмен гликогена

Синтез гликогена (гликогеногенез)

Нарушения обмена гликогена

Глава 19. Липиды тканей, переваривание и транспорт липидов

Липиды тканей человека.

Липиды пищи, их переваривание и всасывание.

Глава 20. Обмен триацилглицеролов и жирных кислот

Регуляция синтеза триацилглицеролов

Регуляция мобилизации триацилглицеролов

Ожирение

Обмен жирных кислот

Обмен кетоновых тел

Синтез жирных кислот

Регуляция синтеза жирных кислот.

Глава 21. Обмен сложных липидов

Глава 22. Метаболизм холестерола. Биохимия атеросклероза

Биохимия атеросклероза

Биохимические основы лечения атеросклероза.

Глава 23. Обмен аминокислот. Динамическое состояние белков организма

Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте

Всасывание аминокислот.

Наследственные нарушения транспорта аминокислот

Расщепление белков в тканях

Превращение аминокислот микрофлорой кишечника

Пути обмена аминокислот в тканях

Трансаминирование аминокислот

Дезаминирование аминокислот

Окислительное дезаминирование глутамата

Непрямое дезаминирование аминокислот

Декарбоксилирование аминокислот

Биогенные амины

Пути катаболизма углеродного скелета аминокислот

Глава 24. Образование и обезвреживание NH3 в организме

Тканевое обезвреживание аммиака

Общее (конечное) обезвреживание аммиака

Вторичная (приобретенная) гипераммониемия.

Глава 25. Метаболизм отдельных аминокислот

Метаболизм метионина

Метаболизм фенилаланина и тирозина

Нарушение обмена фенилаланина и тирозина

Глава 26. Обмен нуклеотидов

Биосинтез пуриновых нуклеотидов

Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов

Распад нуклеиновых кислот в желудочно-кишечном тракте и тканях

Нарушения обмена нуклеотидов

Глава 27. Регуляция и взаимосвязь метаболизма

Взаимосвязь метаболизма

Глава 28. Биохимия печени

Роль печени в углеводном обмене

Роль печени в липидном обмене

Роль печени в обмене аминокислот и белков

Обезвреживающая функция печени

Обезвреживание ксенобиотиков

Глава 29. Водно-электролитный обмен

Глава 30. Биохимия крови

Общая характеристика

Особенности метаболизма в форменных элементах крови

Гемоглобин человека

Обмен железа

Характеристика белков сыворотки крови

Патологии системы свертывания крови.

Глава 31. Биохимия почек

Глава 32. Особенности метаболизма в нервной ткани

Гемато-энцефалический барьер (ГЭБ)

Обмен свободных аминокислот в головном мозге

Нейропептиды

Энергетический обмен в нервной ткани

Липидный обмен в нервной ткани

Роль медиаторов в передаче нервных импульсов

Нейрохимические основы памяти

Спинномозговая жидкость

Глава 33. Биохимия мышечной ткани

Белки мышечной ткани

Роль ионов кальция в регуляции мышечного сокращения

Биохимия мышечного утомления

Глава 34. Биохимия соединительной ткани

Коллаген.

Эластин

Протеогликаны и гликопротеины

В. В. Лелевич

Биологическая химия

Список сокращений

АДГ – антидиуретический гормон (вазопрессин)

АДФ – аденозиндифосфорная кислота, аденозиндифосфаты

АКТГ – адренокортикотропный гормон

АлАТ – аланинаминотрансфераза

АМФ – аденозинмонофосфат

цАМФ – циклический аденозин-3',5'-монофосфат

АсАТ – аспартатаминотрансфераза

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота

АТФ-аза – аденозинтрифосфатаза

АХАТ – КоА-холестеролацилтрансфераза

ГАМК – -аминомасляная кислота

ГДФ – гуанозиндифосфат

ГТФ – гуанозинтрифосфат

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

ДОФА – диоксифенилаланин

ДФФ – диизопропилфторфосфат

ИМФ – инозинмонофосфат

КоА – кофермент (коэнзим) А

КоQ – кофермент (коэнзим) Q

ЛДГ – лактатдегидрогеназа

ЛП – липопротеины

ЛПВП – липопротеины высокой плотности

ЛПЛ – липопротеинлипаза

ЛПНП – липопротеины низкой плотности

ЛПОНП – липопротеины очень низкой плотности

ЛППП – липопротеины промежуточной плотности

ЛХАТ – лецитинхолестеролацилтрансфераза

МАО – моноаминооксидаза

ПОЛ – перекисное окисление липидов

ПЦР – полимеразная цепная реакция

РНК – рибонуклеиновая кислота

мРНК – матричная РНК

рРНК – рибосомальная РНК

тРНК – транспортная РНК

СТГ – соматотропный гормон

ТАГ – триацилглицеролы

ТДФ – тиаминдифосфат

ТТГ – тиреотропный гормон

УДФ – уридиндифосфат

УТФ – уридинтрифосфат

ФАФС – 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат

ХМ – хиломикроны

ЦНС – центральная нервная система

ЦТД – цепь тканевого дыхания

ЦТК – цикл трикарбоновых кислот, цикл Кребса

Глава 1. Введение в биохимию

Биологическая химия – наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, превращения этих веществ (метаболизм), а также связь этих превращений с деятельностью отдельных тканей и всего организма в целом.

Биохимия – это наука о молекулярных основах жизни. Существует несколько причин тому, что в наши дни биохимия привлекает большое внимание и быстро развивается.

1. Во-первых, биохимикам удалось выяснить химические основы ряда важнейших биохимических процессов.

2. Во-вторых, обнаружены общие пути превращения молекул и общие принципы, лежащие в основе разнообразных проявлений жизни.

3. В-третьих, биохимия оказывает все более глубокое воздействие на медицину.

4. В-четвертых, быстрое развитие биохимии в последние годы позволило исследователям приступить к изучению самых острых, коренных проблем биологии и медицины.

История развития биохимии

В истории развития биохимических знаний и биохимии как науки можно выделить 4 периода.

I период – с древних времен до эпохи Возрождения (XV век). Это период практического использования биохимических процессов без знаний их теоретических основ и первых, порой очень примитивных, биохимических исследований. В самые отдаленные времена люди  уже знали технологию таких производств, основанных на биохимических процессах, как хлебопечение, сыроварение, виноделие, дубление кож. Использование растений в пищевых целях, для приготовления красок, тканей наталкивало на попытки понять свойства отдельных веществ растительного происхождения.

II период – от начала эпохи Возрождения до второй половины 19 века, когда биохимия становится самостоятельной наукой. Великий исследователь того времени, автор многих шедевров искусства, архитектор, инженер, анатом Леонардо да Винчи провел опыты и на основании их результатов сделал важный для тех лет вывод, что живой организм способен существовать только в такой атмосфере, в которой может гореть пламя.

В этот период следует выделить работы таких ученых, как Парацельс, М. В. Ломоносов, Ю. Либих, А. М. Бутлеров, Лавуазье.

III период – со второй половины 19 века до 50-х годов 20 века. Ознаменован резким увеличением интенсивности и глубины биохимических исследований, объема получаемой информации, возросшим прикладным значением – использованием достижений биохимии в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. К этому времени относятся работы одного из основоположников отечественной биохимии А. Я. Данилевского (1838–1923), М. В. Ненцкого (1847–1901). На рубеже 19 и 20 веков работал крупнейший немецкий химик-органик и биохимик Э. Фишер (1862–1919). Им были сформулированы основные положения полипептидной теории белков, начало которой дали исследования А. Я. Данилевского. К этому времени относятся работы великого русского ученого К. А. Тимирязева (1843–1920), основателя советской биохимической школы А. Н. Баха, немецкого биохимика О. Варбурга. В 1933 г. Г. Кребс подробно изучил орнитиновый цикл образования мочевины, а 1937 г. датируется открытие им же цикла трикарбоновых кислот. В 1933 г. Д. Кейлин (Англия) выделил цитохром С и воспроизвел процесс переноса электронов по дыхательной цепи в препаратах из сердечной мышцы. В 1938 г. А. Е. Браунштейн и М. Г. Крицман впервые описали реакции трансаминирования, являющиеся ключевыми в азотистом обмене.

IV период – с начала 50-х годов 20 века  по настоящее время. Характеризуется широким использованием в биохимических исследованиях физических, физико-химических, математических методов, активным и успешным изучением основных биологических процессов (биосинтез белков и нуклеиновых кислот) на молекулярном и надмолекулярном уровнях.

Вот краткая хронология основных открытий в биохимии этого периода:

1953 г. – Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель двойной спирали строения ДНК.

1953 г. – Ф. Сенгер впервые расшифровал аминокислотную последовательность белка инсулина.

1961 г. – М. Ниренберг расшифровал первую «букву» кода белкового синтеза – триплет ДНК, соответствующий фенилаланину.

1966 г. – П. Митчелл сформулировал хемиосмотическую теорию сопряжения дыхания и окислительного-фосфорилирования.

1969 г. – Р. Мерифильд химическим путем синтезировал фермент рибонуклеазу.

1971 г. – в совместной работе двух лабораторий, руководимых Ю. А. Овчинниковым и А. Е. Браунштейном, установлена первичная структура аспартатаминотрансферазы – белка из 412 аминокислот.

1977 г. – Ф. Сенгер впервые полностью расшифровал первичную структуру молекулы ДНК (фаг Х  174).

Развитие медицинской биохимии в Беларуси

С момента создания в 1923 г. в Белорусском государственном университете кафедры биохимии началась профессиональная подготовка национальных биохимических кадров. В 1934 г.  организована кафедра биохимии в Витебском медицинском институте, в 1959 г. – в Гродненском медицинском институте, в 1992 г. – в Гомельском медицинском институте. На заведование кафедрами приглашались и избирались известные ученые, крупные специалисты в области биохимии: А. П. Бестужев, Г. В. Дервиз, Л. Е. Таранович, Н. Е. Глушакова, В. К. Кухта, В. С. Шапот, Л. Г. Орлова, А. А. Чиркин, Ю. М. Островский, Н. К. Лукашик. На формирование научных школ в области медицинской биохимии огромное влияние оказала деятельность таких выдающихся ученых, как М. Ф. Мережинский (1906–1970), В. А. Бондарин (1909–1985), Л. С. Черкасова (1909–1998), В. С. Шапот (1909–1989), Ю. М. Островский (1925–1991), А. Т. Пикулев (1931–1993).

В 1970 г. в г. Гродно создан Отдел регуляции обмена веществ АН БССР, преобразованный в 1985 г. в Институт биохимии Национальной академии наук Беларуси. Первым заведующим отделом и директором института был академик АН БССР Ю. М. Островский. Под его руководством было начато всестороннее изучение витаминов, в частности, тиамина. Работы

Ю. М. Островского дополнены и продолжены в исследованиях его учеников: Н. К. Лукашика, А. И. Балаклеевского, А. Н. Разумовича, Р. В. Требухиной, Ф. С. Ларина, А. Г. Мойсеенка.

Наиболее важными практическими результатами деятельности научных биохимических школ явилась организация государственной лабораторной службы республики (профессор В. Г. Колб), открытие в Витебском медицинском институте Республиканского липидного лечебно-диагностического центра метаболической терапии (профессор А. А. Чиркин), создание в Гродненском медицинском институте лаборатории медико-биологических проблем наркологии (профессор В. В. Лелевич).

Содержание предмета биохимии

1. Состав и строение химических веществ живого организма – статическая биохимия.

2. Вся совокупность превращения веществ в организме (метаболизм) – динамическая биохимия.

3. Биохимические процессы, лежащие в основе различных проявлений жизнедеятельности – функциональная биохимия.

4. Структура и механизм действия ферментов – энзимология.

5. Биоэнергетика.

6. Молекулярные основы наследственности – передача генетической информации.

7. Регуляторные механизмы метаболизма.

8. Молекулярные механизмы специфических функциональных процессов.