Файл: 1 Билет Биохимия наука, изучающая вещества, входящие в состав живых организмов, их превращения, а также взаимосвязь этих превращений с деятельностью органов и тканей..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 138
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
1
1 Билет
1. Биохимия – наука, изучающая вещества, входящие в состав живых организмов, их превращения, а также взаимосвязь этих превращений с деятельностью органов и тканей. Биохимия - молодая наука, около ста лет назад она возникла на стыке физиологии и органической химии. Термин биохимия ввел в 1903г молодой немецкий биохимик Карл Нейберг (1877-1956).
Современная биохимия как наука делится на:
1) статическую (анализирует структуру и химический состав организмов);
2) динамическую (изучает обмен веществ и энергии в организме);
3) функциональную (исследует взаимодействие химических процессов с биологическими и физиологическими функциями).
По объектам исследования, биохимия делиться на:
1) биохимию человека и животных;
2) биохимию растений;
3) биохимию микроорганизмов;
4) вирусов.
Предметом медицинской биохимии является человек.
Основные задачи биохимии:
1. изучение процессов биокатализа;
2. изучение строения и функций нуклеиновых кислот;
3. изучение молекулярных механизмов наследственности;
4. изучение строения, обмена белков;
5. изучение превращения углеводов;
6. изучение процессов обмена липидов;
7. изучение роли биорегуляторов (гормоны, нейромедиаторы);
8. изучение роли витаминов и минеральных веществ.
Значение БХ для медицины:
1. необходима для понимания сущности заболевания (патогенеза), его механизма. Например, сахарный диабет в результате недостатка инсулина, атеросклероз – нарушение обмена липопротеинов, опухолевый рост – функционирование онкогенов;
2. необходима для диагностики заболеваний. Например, биохимический анализ крови, мочи. Определяется: а) количество субстрата
(уровень метаболита); б) активность фермента; в) количество биорегуляторов (гормонов и нейропептидов);
В диагностике заболеваний используются различные методы: радио-иммуный анализ, иммуно-ферментный анализ, введение ДНК-зондов для выявления чужеродной ДНК, дефектов ДНК, онкогенов. Также позволяет выявить предрасположенность к заболеваниям;
2. Гликолиз
Представляет собой окисление глюкозы в бескислородных условиях до молочной кислоты, протекает в цитоплазме клетки, состоит из одиннадцати реакция. Выделяют два этапа процесса. Первый – до образования фосфотриоз с первой по пятую реакцию. В превращениях глюкозы участвуют в виде фосфорных эфиров.
Фосфорилирование моносахаридов обеспечивает образование более реакционно-способных соединений и является их активацией. В двух реакциях фосфорилирования с участием гексокиназы и фосфофруктокиназы расходуется 2
2 молекулы АТФ. Ключевой является третья реакция, которую катализирует регуляторный фермент фосфофруктокиназа. Аллостерическими активаторами процесса являются АДФ, НАД
+
, аллостерическими ингибиторами – АТФ, НАДН
2
Второй этап – гликолитическая оксидоредукция – начинается с шестой реакции, катализируемой дегидрогеназой фосфоглицеринового альдегида.
На этом этапе гликолиза происходит субстратное фосфорилирование. Фосфорилирование – это перенос неорганического фосфата на молекулу АДФ с образованием АТФ. Механизм субстратного фосфорилирования заключается в том, что фосфатная группа с макроэргического соединения переносится на АДФ с образованием
АТФ. В гликолизе – это шестая и седьмая реакции (образование 1,3-дифосфоглицерата и 2-фосфоглицерата, формируется 1 молекула АТФ) и девятая и десятая реакции (образование фосфоенолпируавата, пирувата и 1 молекулы АТФ). В шестой реакции гликолиза образуется молекула НАДН
2
, которая в анаэробных условиях используется в одиннадцатой реакции для образования молочной кислоты – конечного продукта гликолиза.
Превращения молочной кислоты:
в печени используется для синтеза глюкозы и гликогена
в миокарде является источником энергии.
Значение гликолиза:
1. Единственный пусть окисления глюкозы в бескислородных условиях.
2. Энергетическая – выход 2 молекул АТФ.
3. Пластическая роль. В десятой реакции гликолиза образуется пировиноградная кислота, из которой могут синтезироваться заменимые аминокислоты, холестерин, кетоновые тела, высшие жирные кислоты. В четвертой реакции образуется диоксиацетонфосфат, из него может образовываться глицеро-3-фосфат, из которого синтезируется триглицериды и глицерофосфолипиды.
3. Гормоны мозгового слоя надпочечников
Катехоламины
Строение
Представляют собой производные аминокислоты тирозина.
Синтез
Осуществляется в клетках мозгового слоя надпочечников (80% всего адреналина), синтез норадреналина (80%) происходит также в нервных синапсах.
3
Регуляция синтеза и секреции
Активируют: стимуляция чревного нерва, стресс.
Уменьшают: гормоны щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин).
Механизм действия
Механизм действия гормонов разный в зависимости от рецептора. Конечный эффект гормонов зависит от преобладания типа рецепторов на клетке и концентрации гормона в крови. Например, в жировой ткани при низких
концентрациях адреналина более активны α
2
-адренорецепторы, при повышенных концентрациях (стресс) – стимулируются β
1
-, β
2
-, β
3
-адренорецепторы.
Аденилатциклазный механизм
при задействовании α
2
-адренорецепторов аденилатциклаза ингибируется,
при задействовании β
1
- и β
2
-адренорецепторов аденилатциклаза активируется.
Кальций-фосфолипидный механизм
при возбуждении α
1
-адренорецепторов.
(дальше если ост время) Мишени и эффекты
При возбуждении α
1
-адренорецепторов (печень, сердечно-сосудистая и мочеполовая системы):
активация
гликогенолиза
,
сокращение гладких мышц кровеносных сосудов и мочеполовой системы.
При возбуждении α
2
-адренорецепторов (жировая ткань, поджелудочная железа, почки):
подавление
липолиза
(уменьшение стимуляции ТАГ-липазы),
подавление секреции инсулина и секреции ренина
При возбуждении β
1
-адренорецепторов (есть во всех тканях):
активация липолиза
,
увеличение силы и частоты сокращений миокарда.
При возбуждении β
2
-адренорецепторов (есть во всех тканях):
стимуляция
гликогенолиза в печени и мышцах, и глюконеогенеза в печени,
расслабление гладких мышц бронхов, кровеносных сосудов, мочеполовой системы и желудочно-кишечного тракта.
В целом катехоламины отвечают за биохимические реакции адаптации к острым стрессам, связанным с мышечной активностью – "борьба или бегство":
усиление липолиза и продукция жирных кислот в жировой ткани для мышечной активности,
гипергликемия за счет глюконеогенеза и гликогенолиза в печени для повышения устойчивости ЦНС,
стимуляция гликогенолиза в мышцах,
активация протеолиза в лимфоидной ткани для обеспечения глюконеогенеза субстратом (аминокислотами),
снижение анаболических процессов через уменьшение секреции инсулина.
Адаптация также прослеживается в физиологических реакциях:
мозг – усиление кровотока и стимуляция обмена глюкозы,
мышцы – усиление сократимости,
сердечно-сосудистая система – увеличение силы и частоты сокращений миокарда,
легкие – расширение бронхов, улучшение вентиляции и потребления кислорода,
кожа – снижение кровотока.
Патология
Гиперфункция
4
Опухоль мозгового вещества надпочечников (феохромоцитома), опухоль хромаффинных клеток. Образуется избыток катехоламинов, который проявляется повторяющимися приступами головной боли, сердцебиения, потливости, повышением АД.
4. ПЦР
Принцип действия ПЦР заключается в амплификации, последовательностей ДНК
Основы ПЦР
Мы начинаем с фрагмента ДНК, который хотим амплифицировать для получения множества копий.
1) Нам нужно несколько молекул ДНК, включающих фрагмент ДНК, который мы хотим амплифицировать.
Назовем такую молекулу «матрица», а интересующий нас фрагмент назовем «заданная последовательность».
2) Нам потребуется два праймера ПЦР.
Праймеры представляют собой короткие фрагменты однонитевой
ДНК, совпадающие с последовательностями с обоих концов нашего заданного фрагмента ДНК. Они нужны для запуска синтеза ДНК.
3) Фермент для производства копий ДНК- Таg-полимераза.
Один цикл полимеризации включает три этапа:
1) плавление, когда исходная смесь нагревается до 90-92° С, при этом происходит денатурация ДНК и разложение цепей;
2) отжиг, на этом этапе температура реакционной смеси снижается до 52-60° С и происходит комплементарное связывание праймеров с нитями матричной ДНК;
3) элонгация, в ходе которой происходит удлинение праймеров и синтез новых цепей ДНК, который катализирует Таg-полимераза.
Эти этапы повторяются многократно на автоматическом приборе - циклизаторе и позволяют получить огромное количество копий интересующего нас фрагмента ДНК. Так, в результате 20 циклов ДНК амплифицируется более чем в миллион раз.
Анализ продуктов ПЦР в процессе прямой ДНК-диагностики предполагает исследование конкретных особенностей амплифицированного участка гена (дополнительной копии гена).
2 Билет
1. Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные соединения, состоящие из мононуклеотидов
(структур.единица). Каждый нуклеотид включает 3 химически различных компонента: моносахарид, азотистое основание, остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды, входящие в РНК и ДНК, отличаются друг от друга по составу.
Соединение основания и пентозы называют нуклеозидом, связь между пентозой и азотистым основанием (b - гликозидная) образована - первым атомом углерода пентозы с первым атомом азота в пиримидиновых нуклеозидах и девятым атомом азота в пуриновых нуклеозидах.
Структурная единица нуклеиновых кислот - мононуклеотиды. Следовательно, нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Из них состоят ДНК и РНК (последовательность полинуклеотидов разная, в соответствии с программой, заложенной в молекуле матрицы).
ДНК представляет собой полинуклеотид – неразветвленный полимер, образованный связанными между собой нуклеотидами, содержащими дезоксирибозу. Нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты и нуклеозида
(пентоза и азотистое основание (пуриновые – аденин и гуанин, пиримидиновые – тимин и цитозин)…… Нуклеотиды
(в нуклеиновых кислотах) соединены между собой через остаток фосфорной кислоты одного мононуклеотида, образующей эфирную связь с тремя атомами углерод дезоксирибозы предшествующего нуклеотида……
Нуклеотидный состав ДНК во всех соматических клетках данного организма одинаков.
Последовательность мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи определяет первичную структуру нуклеиновой кислоты. Пространственная организация молекулы ДНК - двойная спираль, образованная спирализованными полинуклеотидными цепями. Относительно друг друга цепи расположены так, что пуриновому основанию в одной из них соответствует пиримидиновое другой цепи. В молекуле основания связаны водородными мостиками: двумя между аденином и тимином и тремя между гуанином и цитозином. В полный оборот спирали укладывается 10 пар
5 оснований. ДНК находится в ядрах и связана преимущественно с гистонами. Этот комплекс – хроматин – содержит в своем составе ДНК-полимеразу, РНК-полимеразу и протеинкиназы.
Денатурация – это лишение белка его природных, нативных свойств, сопровождающееся разрушением четвертичной (если она была) третичной, а иногда и вторичной структуры белковой молекулы, которая возникает при разрушении дисульфидных и слабых типов связей, участвующих в образовании этих структур. Первичная структура при этом сохраняется, потому что она сформирована прочными ковалентными связями.
Первичная структура нуклеиновых кислот.
Это порядок чередования дезоксирибонуклеозидмонофосфатов в полинуклеотидной цепи. Каждая фосфатная группа в полинуклеотидной цепи, за исключением фосфорного остатка на 5` - конце молекулы, участвует в образовании двух эфирных связей с участием 3` и 5` углеродных атомов двух соседних дезоксорибоз, поэтому связь между мономерами обозначают 3`,5`- фосфодиэфирной.
Не дикт. На случай ответа (Концевые нуклеотиды ДНК различают по структуре: на 5`-конце находится фофатная группа, а на 3`-конце цепи свободная ОН-группа. Эти концы называются 5`-и 3`- концами. Линейная последовательность дезоксирибонуклеотидов в полимерной цепи ДНК обычно сокращенно записывают с помощью однобуквенного кода, например –A-G-C-T-T-A-C-A от 5` - к 3`-концу. В каждом мономере нуклеиновой кислоты присутствует остаток фосфорной кислоты. При рН 7 фосфатная группа полностью ионизирована, поэтому in vivo нуклеиновые кислоты существуют в виде полианионов (имеют множественный отрицательный заряд). Остаток пентоз тоже проявляют гидрофильные свойства. Азотистые основания почти нерастворимы в воде, но некоторые атомы пуринового и пиримидинового циклов способна образовывать водородные связи.)
Вторичная структура ДНК.
В 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком была предложена модель пространственной структуры ДНК. Согласно этой модели, молекула ДНК имеет форму спирали, образованную двумя полинкулеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Двойная спираль правозакрученная, полинулеотидной цепи в ней
антипараллельны, т.е. если одна из них ориентирована в направлении 3`-5`, то вторая в направлении 5`-3`.
Все основания цепи ДНК расположены внутри двойной спирали, а пентозофосфатной остов – снаружи.
Полинуклеотидные цепи удерживаются относительно друг друга за счет водородных связей между комплементарными пуриновыми и пиримидиновыми азотистыми основаниями А и Т (две связи) и между G и C (три связи). Комплементарные основания уложены в стопку в сердцевине спирали. Между основаниями двухцепочечной молекулы в стопке возникает гидрофобные взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль.
Третичная структура ДНК (суперспирализация ДНК).
Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. Компактизация и суперспирализация ДНК осуществляются с помощью разнообразных белков, взаимодействующих с определенными последовательностями в структуре ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы: гистоновые и негистоновые белки. Комплекс белков ядерной ДНК клеток называется хроматином.
2. Цикл трикарбоновых кислот или цикл Кребса. (третий аэробный этап распада глюкозы)
Ключевыми регуляторными
ферментами
являются
цитратсинтетаза
и
изоцитратдегидрогеназа.
Аллостерическими активаторами процесса являются АДФ, НАД+, аллостерическими ингибиторами - АТФ, НАДН2.
Цикл трикарбоновых кислот впервые был открыт английским биохимиком Г. Кребсом. Он первым постулировал
значение данного цикла для полного сгорания пирувата, главным источником которого является гликолитическое превращение углеводов. В дальнейшем было показано, что цикл трикарбоновых кислот является тем центром, в котором сходятся практически все метаболические пути. Таким образом, цикл Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот.
Образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата в митохондриях ацетил-КоА вступает в цикл Кребса.
Первая реакция катализируется ферментом цитратсинтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимонная кислота:
6
В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту (изоцитрат).
Катализирует эти обратимые реакции гидратации–дегидратации фермент аконитатгидратаза (аконитаза). В результате происходит взаимоперемещение Н и ОН в молекуле цитрата:
Третья реакция, по-видимому, лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в
присутствии НАД-зависимой изо-цитратдегидрогеназы.
В ходе изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременно декарбоксилируется. НАД-
зависимая изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активатора необходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается
в ионах Mg
2+
или Мn
2+
.
Во время четвертой реакции происходит окислительное декарбоксилирование α-кетоглутаровой кислоты с
образованием высокоэнергетического соединения сукцинил-КоА. Механизм этой реакции сходен с таковым реакции окислительного декарбоксилирования пирувата до ацетил-КоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс напоминает по своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс. Как в одном, так и в другом случае в реакции
принимают участие 5 коферментов: ТПФ, амид липоевой кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД
+
.
Пятая реакция катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтетазой. В ходе этой реакции сукцинил-КоА при участии ГТФ (гуанозинтрифосфат) и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту (сукцинат).
Одновременно происходит образование высокоэргической фосфатной связи ГТФ (гуанозинтрифосфат) за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА: (HS-КоА – (кофермент А) кофермент ацетилирования)
7
В результате шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината
катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно (ковалентно) связан