Биохимия — Теоретические материалы

Лекция №1,2

План лекции 

1. Предмет и задачи биохимии
2. История развития биохимии
3. Характерные признаки живых систем
4. Биологические структуры живых систем (живая клетка и ее строение)
5. Аминокислоты, их классификация, физико-химические свойства и характеристика отдельных представителей
6.  
7. Введение в биохимию.

 

Предмет и задачи биохимии

 Биохимия - наука о химическом составе живой материи и процессах, протекающих в живых организмах.

Биохимия является продолжением биологии, органической химии. На знании биохимии базируется физиология питания, технология продуктов питания. У нее много общего с биологической и органической химией, но есть и свои особенности.

Значение биохимии для технологов общественного питания:

Технолог обязан следить за качеством пищевых продуктов на всем пути товародвижения. При этом необходимы знания о биохимических процессах, происходящих при хранении сырья животного и растительного происхождения; знать биохимические изменения в продуктах питания при их термической, механической и других обработках.

Задачей технолога является направление биохимических процессов в нужную сторону, что обеспечит получение высококачественного продукта.

Кроме того, биохимия основа науки о питании. Теория сбалансированного рационального питания исходит из представлений о рекомендуемых дозах основных пищевых веществ, витаминов и микроэлементов на основе современных знаний о роли отдельных веществ в обмене и потребности в них у здорового человека в различных условиях труда и быта.

Задачи биохимии:

1. Выяснить биологическое назначение всех химических веществ.

2.Изучить физико-химические процессы в живых организмах.

3. Изучить механизм нарушения функций организма при болезнях различных органов.

4. Исследовать взаимосвязь строения вещества и их функций.

5. Изучить способы преобразования энергии в живых системах.

6. Изучить механизм регуляции химических и органических процессов в клетках, тканях, органах.

7. Изучить механизм переноса генетической информации в живых организмах.

 

Методы:

Объектами биохимии могут быть органы , ткани, клетки, как живых организмов, так и растений.

Используют:

1.  Химические методы

2. Физико-химические

3. Ферментативные

Все вещества должны выделяться в нативном состоянии.

 

История развития биохимии

В биохимии существуют два этапа в ее развитии.

1 Статический - описательный (изучает свойства живых клеток, тканей, органов)

2. Динамический (изучает химические превращения веществ в живых организмах)

Развитию биохимии большой вред нанес витализм.

В 1748 г. Ломоносов открыл закон сохранения и движения материи.

В 1828г. Фридрих Велер синтезировал в лаборатории мочевину.

В 19 веке были заложены главные направления в биохимии. Особенно далеко биохимия продвинулась в 19 веке по изучению белков.

Заявку на открытия витаминов в 1880г. сделал Лунин Н.И. и витамины стали называть незаменимыми компонентами жизни.

 В эти же годы французские ученые открыли гормоны и они стали применяться, как лекарства. Например: инсулин от сахарного диабета; гормоны гипофиза для роста.

Расцвет биохимии приходится на 20 век. Открыты были жиры, белки, углеводы. В это же время было открыто значение биологических катализаторов - ферментов (ускоряют течение химических реакций приблизительно в 100 раз).

Достижения биохимии применяются в медицине, в общественном питании.

На основе достижения биохимии ведется выведение высокопроизводительных животных, выращивание птицы в течение 3-х недель.

Достижения биохимии позволяют получать огромное количество белка из нефтепродуктов, затем он скармливается животным и является его  источником в виде мяса.

Применяются достижения биохимии в виноделии, хлебопечении  и т.д.

Основные признаки живой материи:

Клетка – простейший представитель живого мира и многоклеточные живые организмы остоят из химических веществ, которые по своим свойствам сходны с аналогичными соединениями неживой природы. Вместе с тем живую материю отличают от неживой качественно новые признаки. К этим признакам относятся:

1. Высокий уровень структурной организации (упорядоченность) -
   если    клетку    разобрать    на    отдельные    молекулы,    а    затем расположить их по степени сложности, получится своеобразная шкала уровней организации клетки от неорганических ионов до органелл и собственно клетки.
2. Способность к эффективному преобразованию и использованию энергии   –    живые    организмы    постоянно    обмениваются    с окружающей    средой    энергией    и    веществом,    т.е.    являются открытыми системами.
3. Обмен   с   окружающей   средой   и   саморегуляция  химических превращений – поступающие в клетку вещества используются как источник энергии и как строительный материал, поскольку в ней происходит постоянное обновление структурных компонентов. Для построения   нужных   организму   биомолекул   поступающие   из внешней среды вещества подвергаются химическим превращениям. Продукты этих превращений, т.е. продукты обмена, выводятся из клетки во внешнюю среду.
4. Самовоспроизведение,        или        передача        наследственной информации - самым уникальным признаком живых органзимов, полностью     отсутствующим    в    неживой     природе,    является способность к самовоспроизведению. С поразительной точностью живые органзмы копируют себе подобных.

Таким образом, жизнь – это одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определенных условиях в процессе ее развития. Живые организмы отличаются от неживых объектов совокупностью признаков: обменом веществ и энергии, способностью к росту, развитию, размножению, к поддержанию определенного состава, регуляции своего состава и функций, а также раздражимостью, разнообразными формами движения, приспособляемостью к среде и т.п. Неживые объекты могут лишь частично обладать каким-то из свойств.

Клетка и ее строение.

Клетка - это структурная самовоспроизводящаяся функциональная единица целого организма.

Клетка - самый простой представитель живого мира, состоит из веществ неживой природы, но ей свойственны все отличительные признаки живой материи:

По форме клетки могут быть шаровидные (яйцеклетки), дисковидные (эритроциты крови), многогранные (клетки костной ткани), с отростками (нервные клетки нашего организма)

Размер клеток может быть от 4 микрон до 20-30 см (яйцо страуса), а некоторые клетки могут иметь размеры от 120 до 150 см (нервные клетки нашего организма)

Масса клетки может находиться от тысячной до 120 г.

Клетки делятся по функциям, например, клетки мышечной ткани отвечают за движение, поддерживают наш организм в тонусе. Железистые клетки отвечают за выработку различных соков и т.д.

Химический состав клеток растений и животных весьма сходен, что говорит о единстве их происхождения. В клетках обнаружено около 90 химических элементов. Их делят на три группы:

1. макроэлементы, содержание которых в клетке составляет до 10^-3 %. Это кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, натрий  магний, составляющие вместе свыше 99 % массы клеток;
2. микроэлементы, содержание которых колеблется от 10^-3 % до 10^-12 %. Это железо, марганец, медь, цинк, кобальт, никель, йод, фтор; на их долю приходится менее 1,0 % массы клеток;
3. Ультрамикроэлементьт, составляющие менее 10^-12 %. Это золото,серебро, бром и др. – в сумме менее 0,01 % массы клеток.

Все перечисленные элементы входят в состав неорганических и органических веществ живых организмов или содержатся в виде ионов.

Неорганические соединения клеток представлены водой и минеральными солями. Органические соединения составляют около 20-30 % массы живых клеток. К ним относятся биологические полимеры  – белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, а также жиры, гормоны, пигменты, АТФ и др.

Клетка представляет собой элементарную живую систему, состоящую из трех основных структурных компонентов – оболочки, цитоплазмы и ядра 

/ — цитоплазма,   2 — аппарат   Гольджи,    3— центросомы, 4 — эндоплазмзтическнй ретнкулум,    5 — митохондрии, 6 — оболочка клетки,    7 — оболочка    ядра,    8 — ядро,    9—яд­рышко

 

Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений она состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важную роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ.

Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток получил название

Гликокаликс выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами. Имея незначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки животных не выполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.

Плазматическая мембрана. Под гликокаликсом и клеточной стенкой растений расположена плазматическая мембрана (лат. «мембрана» - кожица, пленка), граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраны около 10 нм.

В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядочено расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. По современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину.

Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны.

Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которых завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Но между клетками и внешней средой постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт веществ – одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическую мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель.

Кроме того, мембрана обеспечивает связь между клетками в тканях межклеточного организма и выполняет рецепторную функцию. Цитоплазматическая мембрана обладает избирательной проницаемостью, т.е. одни вещества проходят через нее легче, чем другие. Избирательная проницаемость мембраны связана с тем, что на ее поверхности имеются особые структуры – рецепторы (преимущественно гликопротеиды), которые воспринимают («узнают») определенные химические вещества, окружающие клетку.

Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани (эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом плазматической мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают соединениям особую прочность.

Соединение клеток растений обеспечивается путем образования тонких каналов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены плазматической мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из одной клетки в другую поступают питательные вещества, ионы, углеводы и другие соединения.

На поверхности многих клеток животных, например, различных эпителиев, находятся очень мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной, – микроворсинки. Наибольшее количество микроворсинок находится на поверхности клеток кишечника, где происходит интенсивное переваривание и всасывание переваренной пищи.

Цитоплазма. Каждая клетка заполнена цитоплазмой, в которую входят все основные органеллы клетки, кроме ядра.

Цитоплазма состоит из воды – 70-80%, белков- 7-10%, липидов 1-2%, углеводов -4-6%,  минеральных веществ от 7 до 6 %, нуклеиновых и кислот.

 Отграниченная от внешней среды плазматической мембраной, цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В цитоплазму эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды. В цитоплазме сосредоточены и разнообразные включения – продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро, гиалоплазму и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.

Гиалоплазма (или цитоплазматический матрикс) представлена однородным мелкозернистым веществом, обеспечивающим вязкость, эластичность, сократимость и движение цитоплазмы. Она представляет собой коллоидный раствор, который в зависимости от физиологического состояния и воздействия внешней среды может находиться в состоянии золя (жидкости) или геля (более упругого плотного вещества). Гиалоплазма является внутренней средой клетки, где протекают реакции внутриклеточного обмена.

Органоиды – это специализированные участки цитоплазмы клетки, имеющие определенную структуру и выполняющие определенные функции в клетке. Их подразделяют на органоиды общего назначения, которые имеются в большинстве клеток (митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы, клеточный центр, лизосомы, пластиды и вакуоли), и органоиды специального назначения, которые имеются только в специализированных клетках (миофибриллы – в мышечных клетках, жгутики, реснички, пульсирующие вакуоли ? в клетках простейших). Большинство органоидов имеет мембранное строение, а в структуре рибосом и клеточного центра мембраны отсутствуют.

Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети.

Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее типа - гранулярная и гладкая. На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.

Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функций. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети — участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.

На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются в каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений. По каналам эндоплазматической сети происходит транспорт веществ, как синтезированных в клетке, так и поступивших из вне. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки. Непосредственным продолжением эндоплазматической сети является наружная ядерная мембрана.

Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это микроскопические тельца округлой формы диаметром 15-35 нм. Каждая рибосома состоит из двух неодинаковых по размерам субъединиц, малой и большой. Субъединицы рибосом синтезируются в ядрышках и через поры ядерной мембраны поступают в цитоплазму.

В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом - это синтез белка. Синтез белка - сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей от 5 до 70 объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой. Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляютя. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков. Рибосомы осуществляют также синтез нуклеиновых кислот (ДНК, РНК)

Комплекс (аппарат) Гольджи. Во многих клетках животных, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. В клетках растений и простейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы.

В состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей. Все эти элементы составляют единый комплекс.

Аппарат Гольджи выполняет много важных функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической деятельности клетки – белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках поджелудочной железы млекопитающих синтезируются пищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранах происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппарата Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.

Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и растений содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. «митос» - нить, «хондрион» - зерно, гранула).

Оболочка митохондрии состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат. «криста» - гребень, вырост) Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток, например мышечных. Между  наружным и внутренним слоями находится матрикс.

Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток так как их основная функция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.

Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клетке митохондрий.

Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид:

• зеленые - хлоропласты;
• красные, оранжевые и желтые - хромопласты;
• бесцветные - лейкопласты.

 

Пластиды имеют сходное строение и при определенных условиях могут переходить друг в друга. Так, при хранении картофеля и моркови на свету лейкопласты и хромопласты превращаются в хлоропласты (овощи зеленеют).

Хлоропласты – эти органоиды содержатся в клетках листьев и других зеленых органов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов 4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. Хлоропласт – основной органоид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т. е. образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО₂ и Н₂О) при использовании энергии солнечного света.

По строению хлоропласты сходны с митохондриями. От цитоплазмы хлоропласт отграничен двумя мембранами – наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено большое количество мембран, образующих особые структуры – граны. Они сложены наподобие стопки монет.

В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, потому именно здесь происходит фотосинтез. В хлоропластах синтезируется и АТФ. Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах, так же как и в митохондриях, происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты размножаются делением.

Хромопласты находятся в цитоплазме клеток разных частей растений: в цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромопластов объясняется желтая, оранжевая и красная окраска венчиков цветков, плодов, осенних листьев.

Лейкопласты, находятся в цитоплазме клеток неокрашенных частей растений, например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластов разнообразна. В них могут синтезироваться белки, жиры и крахмал.

Лизосомы. Представляют собой небольшие округлые тельца. От цитоплазмы каждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль, внутри которой находится пищевая частица, окруженная ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся в результате переваривания пищевой частицы, поступают в цитоплазму и используются клеткой.

Обладая способностью к активному перевариванию пищевых веществ, лизосомы участвуют в удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности частей клеток, целых клеток и органов.

 Образование новых лизосом происходит в клетке постоянно. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, как и всякие другие белки синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по каналам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях которого формируются лизосомы. В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму.

Клеточный центр. В клетках животных вблизи ядра находится органоид, который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца - центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления. В клетках растений центриоли не обнаружены, однако что-то вроде клеточного центра у растительных клеток обнаруживается при делении.

Вакуоли представляют собой участки гиалоплазмы растительных клеток и простейших, ограниченные элементарной мембраной. Они образуются из расширений эндоплазматической сети и пузырьков комплекса Гольджи. Вакуоли растений содержат клеточный сок и поддерживают тургорное давление. Вакуоли простейших можно разделить на две группы: пищеварительные, в которые поступают гидролитические ферменты лизосом и происходит внутриклеточное пищеварение, и сократительные, собирающие и выводящие за пределы клетки продукты диссимиляции и излишки воды и тем самым поддерживающие осмотическое давление клетки.

Клеточные включения. К клеточным включениям относятся углеводы, жиры и белки. Все эти вещества накапливаются в цитоплазме

клетки в виде капель и зерен различной величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке и используются в процессе обмена веществ.

Ядро. Говоря о клеточном ядре, мы имеем в виду собственно ядра эукариотических клеток. Их ядра построены сложным образом и довольно резко отличаются от «ядерных» образований, нуклеоидов, прокариотических организмов. У последних в состав нуклеоидов (ядроподобных структур) входит одиночная кольцевая молекула ДНК, практически лишенная белков. Иногда такую молекулу ДНК бактериальных клеток называют бактериальной хромосомой, или генофором (носителем генов), Бактериальная хромосома не отделена мембранами от основной цитоплазмы, однако собрана в компактную ядерную зону – нуклеоид, который можно видеть в световом микроскопе после специальных окрасок. Также некоторые высокоспециализированные, утратившие способность делиться и недолго живущие клетки не имеют ядра, например эритроциты млекопитающих.

Клеточное ядро обычно одно на клетку (есть примеры многоядерных клеток: клетки печени, мышц, грибов), состоит из ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы, хроматина, ядрышка, кариоплазмы (или ядерного сока). Эти четыре основных компонента встречаются практически во всех неделящихся клетках эукариотических одно- и многоклеточных организмов.

Ядра имеют обычно шаровидную или яйцевидную форму; диаметр первых равен приблизительно 10 мкм, а длина вторых — 20 мкм.

Ядро необходимо для жизни клетки, поскольку именно оно регулирует всю ее активность. Связано это с тем, что ядро несет в себе генетическую (наследственную) информацию, заключенную в ДНК. По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК (15-30%) и РНК (12%). Девяносто девять процентов ДНК клетки состредоточено в ядре, где она вместе с белками образует комплексы – дезоксирибонуклеопротеиды.

Ядро выполняет две главные функции: хранение и воспроизведение наследственной информации, и регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке, в частности в синтезе белка.

В процессе деления клеток структура ядра претерпевает значительные изменения. В интерфазном ядре различают ядерную оболочку, ядерный сок, хроматин и ядрышки.

В процессе деления клеток структуры ядра претерпевают значительные изменения. В интерфазном ядре различают ядерную оболочку, ядерный сок, хроматин и ядрышки.

Ядерная оболочка представлена двумя элементарными мембранами, между которыми находится перинуклеарное пространство. Наружная ядерная мембрана непосредственно соединена с мембранами каналов эндоплазматической сети. Следовательно, перинуклеарное пространство и эндоплазматическая сеть образуют единую систему сообщающихся каналов. На наружной ядерной мембране располагаются рибосомы, внутренняя мембрана гладкая. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Регуляция обмена - основная функция ядерной оболочки. Кроме того, она выполняет защитную функцию.

Ядерный сок – это однородная масса, заполняющая пространство между структурами ядра (хроматином и ядрышками). В его состав входят белки (ферменты), нуклеотиды, аминокислоты и различные виды РНК (и-РНК, т-РНК, р-РНК). Ядерный сок осуществляет взаимосвязь ядерных структур и обмен с цитоплазмой клетки.

Хроматин представляет собой дезоксирибонуклеопротеид (ДНП), выявляемый под световым микроскопом в виде тонких нитей и гранул. Это деспирализованные и гидратированные хромосомы, какими они представлены в интерфазе. В процессе митоза хроматин путем спирализации образует хорошо видимые (особенно в метафазе) интенсивно окрашивающиеся структуры – хромосомы.

Метафазная хромосома состоит из двух продольных нитей ДНП -хроматид, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки -центромеры, к которой прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит тело хромосомы на два плеча. В зависимости от расположения первичной перетяжки различают следующие типы хромосом: равноплечие, когда центромера расположена посередине, а плечи примерно равной длины; неравноплечие, когда центромера смещена от середины хромосомы, а плечи неравной длины; палочковидные, когда центромера смещена к одному концу хромосомы и одно плечо очень короткое. В некоторых хромосомах могут быть вторичные перетяжки, отделяющие от тела хромосомы участок, называемый спутником.

Каждый вид растений и животных имеет определенное, постоянное число хромосом. Так, в ядре соматических клеток у лошадиной аскариды содержится 2 хромосомы, у мухи дрозофилы - 8, у кукурузы - 20, у таракана - 48, у человека - 46. Число хромосом не зависит от уровня организации вида и не всегда указывает на филогенетическое родство. Следует отметить, что во всех соматических клетках число хромосом всегда парное (диплоидное -2п), т.е. каждая хромосома в наборе имеет парную, гомологичную. Гомологичные хромосомы одинаковы по величине, форме, расположению центромер. Диплоидный набор хромосом соматических клеток организмов определенного вида называется

Для каждого кариотипа характерны постоянные число, величина и форма хромосом. При образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в клетку попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет называется гаплоидным (одинарным -

Основная функция хромосом состоит в хранении, воспроизведении и передаче генетической информации в клетке.

Ядрышки обычно имеют шаровидную форму, не окружены мембраной и, следовательно, находятся в непосредственном контакте с ядерным соком. Они содержат белки и РНК примерно поровну. Ядрышки – непостоянные образования: они исчезают в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. Их образование связано со вторичными перетяжками (ядрышковыми организаторами) некоторых (спутничных) хромосом. В области вторичных перетяжек их локализованы гены, кодирующие синтез рибосомальной РНК, а в ядрышках происходит формирование субъединиц рибосом, которые затем выходят в цитоплазму через поры в ядерной оболочке.

Таким образом, клетки подавляющего большинства живых организмов имеют оформленное, сложно устроенное ядро, цитоплазму с обязательными органеллами и оболочку. Такие клетки называются эукариотическими. Они характерны для грибов, растений и животных. Помимо эукариотических, встречаются и более древние и примитивно устроенные клетки – прокариотические. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.

 

 

ХИМИЯ БЕЛКОВ И БЕЛКОВЫХ ВЕЩЕСТВ

Аминокислоты, их классификация, физико-химические свойства

 и характеристика отдельных представителей.

Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения. Молекулы белка построены из остатков аминокислот. Простые белки называются п р о т е и н ы (protos - первый, важный). Термин «протеины» был введен Барцелиусом в 1838 г.

В организме человека до 10¹² различных белков, составляющих основу живых организмов, начиная от вирусов и заканчивая человеком.

Белки состоят из 51% углерода, кислорода-23%, азота 15-18%, водорода-6,7%, серы - 0,3-2,5%.

Белки это  б и о п о л и м е р ы. В их состав в основном входят 20 аминокислот.

А м и н о к ис л о т ы - это производные  жирных кислот у которых один атом водорода в альфа положении заменен на аминогруппу.

              a

R-СН2 -СН-СООН             

               !

              Н

 

              a                                                                                                       

R-СН2 -СН-СООН                                                                      

               !                                                                                     

            NН2                                                                                                                           

В организме человека найдено около 70 аминокислот, причем 20 из них входят в состав белков и два амида. Это так называемые протеиногенные аминокислоты. Кроме 20 наиболее встречающихся, имеется ряд минорных аминокислот, являющихся компонентами лишь некоторых белков. Каждая из этих минорных аминокислот представляет собой химическую модификацию основных протеиногенных аминокислот, например гидроксипролин или гидроксилизин. В состав пищевых белков в основном входят альфа - аминокислоты.

Применительно к аминокислотам используют как систематическую номенклатуру, так и тривиальные названия. Последние чаще всего связаны с источником их получения. Так, тирозин был впервые выделен из сыра (от греческого tyros – сыр), аспарагиновая кислота – из спаржи (от лат.  Aspargus – спаржа) и т.д.

Первая аминокислота  – г л и ц и н, была открыта в 1820 г. и имеет очень простое строение:

СН2 – СООН

 ??NH2

В середине 20 в, в 50 г. был расшифрован полный состав простейших белков. Аминокислоты отличаются только радикалом, причем именно эти химические группировки определеяют большинство свойств той или иной аминокислоты. Все имеют карбоксильную группу и аминогруппу.

Классификация аминокислот:

Принято три классификации аминокислот.

1. Структурная (по строению бокового радикала).

2. По электрохимическим свойствам

	ТЕМА: ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА БЕЛКОВ И ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА	Кол.час.
	Лабораторная работа 1. Аминокислотный состав белков. Цветные реакции на отдельные аминокислоты	4
	ТЕМА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКА
	Лабораторная работа 2.Выделение белков	4
	ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКА. ОБМЕН БЕЛКОВ
	Лабораторная работа 3.Реакции осаждения белков	4
	Лабораторная работа 4 Биологическое действие ферментов	4
	Лабораторная работа 5. Свойства витаминов	4
	ХИМИЯ И ОБМЕН ЛИПИДОВ.
	Лабораторная работа 6.Биологические свойства липидов	4
	УГЛЕВОДЫ. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ.
	Лабораторная работа 7. Биологические свойства углеводов	4
	Итоговое тестирование	4

Темы лекций	количество часов
Изучение энергетических веществ (белков, жиров, углеводов)
Взаимосвязь белков, жиров и углеводов	2
. Обмен углеводов	2
Введение. Элементарный и химический состав биологических систем. Признаки живых материй	2
Нуклеиновые кислоты.  Связь с биосинтезом белка.	2
Обмен белков	4
Обмен липидов	4
Ферменты	2
Химия  углеводов	2
Химия белков и аминокислот. Пептиды	2
Химия липидов	2
Энергопроизводящие реакции живых систем. Энергетический режим организма	4
Изучение биологически активных веществ
Водорастворимые и жирорастворимые витамины	2
Гормоны. Регуляция обмена веществ	2
Минеральные вещества и вода в организме	2