Единицы длины, используемые в биологии клетки и биохимии
Тема 1. Введение. Строение и функции белков и аминокислот
Лекция 1. Введение. Признаки живой материи. Разделы и задачи биохимии. Значение биохимии.
Введение.
Предмет и задачи биологической химии.
Важнейшие отличительные признаки живой материи, уровни ее структурной организации.
Основные разделы и направления в биохимии.
Фундаментальное и прикладное значение биохимии.
| Краткое содержание
| Конспект
|
| 1. Введение
|
| Биологическая химия (биохимия – от греч. bios - жизнь) – наука о структуре химических веществ, входящих в состав живой материи, их превращениях и физико-химических процессах, лежащих в основе жизнедеятельности.
Биохимия охватывает широкие области клеточной биологии и всю молекулярную биологию.
Биохимия – это суперхимия, т.е. химия наиболее высокоорганизованной материи.
Основные принципы молекулярной логики клеток:
1. Живая клетка - это способная к самосборке, саморегуляции и самовоспроизведению изотермическая система органических молекул, извлекающая свободную энергию и сырьевые ресурсы из окружающей среды.
2. В клетке осуществляется множество последовательно протекающих органических реакций, ускоряемых органическими катализаторами (ферментами), которые производит сама клетка.
3. Клетка сама себя поддерживает в стационарном динамическом состоянии, далеком от равновесия с окружающей средой. Она функционирует по принципу максимальной экономии компонентов и процессов.
4. Способность клетки к почти точному самовоспроизведению на протяжении многих поколений обеспечивается самовосстанавливающейся системой линейного кодирования.
| Соединения, называемые биомолекулами, играют роль строительных блоков при образовании биологических структур; они были отобраны в ходе биологической эволюции благодаря их пригодности к выполнению строго определенных функций в живых клетках. Во всех организмах эти соединения одинаковы. Биомолекулы связаны между собой и взаимодействуют в соответствии с правилами «молекулярной игры» - молекулярной логики живого состояния. Размеры, форма и химические свойства биомолекул позволяют им не только служить строительными блоками при создании сложной структуры клеток, но и участвовать в непрекращающихся процессах превращения энергии и вещества. Биомолекулы следует рассматривать, таким образом, с двух точек зрения - химической и биологической.
Размеры некоторых биологических структур
| Структура
| Размер в длину (нм)
| | Алании (аминокислота)
| 0,5
| | Глюкоза (сахар)
| 0,7
| | Фосфатидилхолин (мембранный липид)
| 3,5
| | Миоглобин (белок малых размеров)
| 3,6
| | Гемоглобин (белок средних размеров)
| 6,8
| | Рибосома E.coli
|
| | Вирус полиомиелита
|
| | Миозин (длинный палочковидный белок)
|
| | Вирус табачной мозаики
|
| | Митохондрия клетки печени
|
| | Клетка E.coli
| 2 000
| | Хлоропласт из листа шпината
| 8 000
| | Клетка печени
|
|
|
Единицы длины, используемые в биологии клетки и биохимии
| Нанометр (нм)
| = 10-9 м
|
| = 10-6 мм
|
| = 10-3 мкм
|
| Микрометр (мкм)
| = 10-6 м
|
| = 10-3 мм
|
| = 1000 нм
|
| 2. Предмет и задачи биологической химии
|
| Предмет биохимии:
1. Неорганические и органические вещества, составляющие основу живых организмов.
2. Химические реакции, происходящие в живом организме.
3. Молекулярные основы патологических процессов в организме человека.
4. Биологически активные соединения, служащие основой диагностики патологических процессов.
Задачи биохимии:
1. Выделить из клеток многочисленные соединения, которые там находятся, определить их структуру и установить их функцию.
2. Исследовать суть и значение метаболических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организмов.
3. Выяснить вопрос о происхождении жизни и молекулярной эволюции живых организмов.
4. Как итог –достичь полного понимания на молекулярном уровне природы всех химических процессов, связанных с жизнедеятельностью клеток и целостных организмов во времени.
| Направления развития исследований в области биохимии:
1. Дифференцировка клеток высших организмов (эукариот).
2. Организация и механизм функционирования генома.
3. Регуляция действия ферментов и теория энзиматического катализа.
4. Процессы узнавания на молекулярном уровне.
5. Молекулярные основы соматических и наследственных заболеваний
человека.
6. Молекулярные основы злокачественного роста.
7. Молекулярные основы иммунитета.
8. Рациональное питание.
9. Молекулярные механизмы памяти.
10. Биосинтез белка.
11. Биологические мембраны и биоэнергетика.
|
| 3. Важнейшие отличительные признаки живой материи, уровни ее структурной организации
|
| Основные признаки живого организма:
1. Высокий уровень структурной организации (упорядоченность).
2. Способность к эффективному преобразованию и использованию энергии.
3. Обмен с окружающей средой веществом, энергией, информацией (живой организм – открытая система).
4. Саморегуляция химических превращений.
5. Самовоспроизведение (передача наследственной информации).
6. Раздражимость.
7. Питание.
8. Дыхание.
| Уровни структурной организации живой материи:
1. Клеточный.
2. Тканевой.
3. Органный.
4. Системы и аппараты органов.
5. Организменный.
6. Популяционно-видовой.
7. Биогеоценотический.
8. Биосферный.
|
| 4. Основные разделы и направления в биохимии
|
| Основные направления биохимии:
– статическая и динамическая биохимии;
– биохимия человека;
– биохимия животных;
– биохимия микроорганизмов;
– биохимия растений и пр.
| Основные разделы биохимии:
· энзимология;
· молекулярная биология;
· биоэнергетика;
· молекулярная медицина;
· молекулярная генетика и пр.
|
| 5. Фундаментальное и прикладное значение биохимии
|
| Биохимия и другие биологические науки
1. Биохимия нуклеиновых кислот лежит в самой основе генетики.
2. Физиология, наука о функционировании организма, очень сильно перекрывается с биохимией.
3. В иммунологии находит применение большое число биохимических методов.
4. Фармакология и фармация базируются на биохимии и физиологии – метаболизм большинства лекарств осуществляется в результате соответствующих ферментативных реакций.
5. Яды влияют на биохимические реакции или процессы – эти вопросы составляют предмет токсикологии.
6. Широкое использование биохимических подходов для изучения различных видов патологии.
7. Биохимические подходы и методы широко используются при изучении зоологии и ботаники.
8. Биохимия – стала общим языком всех биологических и большинства медицинских наук.
| Основные достижения в области биохимии:
· Определен химический состав клеток, тканей и целого организма. Выделены основные соединения, присутствующие в этих системах, и установлена их структура.
· Выяснены – по крайней мере в общих чертах – функции многих простых биомолекул. Установлены также функции наиболее важных сложных биомолекул. Центральное место среди всех этих открытий принадлежит установлению того факта, что ДНК – это генетический материал и содержащаяся в нем информация передается от нее одному из видов РНК (информационной РНК), которая в свою очередь определяет последовательность аминокислот в белках. Поток информации, исходно заключенной в ДНК, удобно представить в виде схемы ДНКРНКБелок.
· Выделены главные органеллы животных клеток, установлены их основные функции.
· Показано, что почти все реакции, протекающие в клетках, катализируются ферментами; многие ферменты получены в чистом виде и изучены, выявлены общие принципы механизмов их действия.
· Прослежены метаболические пути синтеза и распада главных простых и сложных биомолекул. Показано, что пути синтеза данного соединения в общем случае отличаются от путей его распада.
· Выяснены многие аспекты регуляции метаболизма.
· В общих чертах установлено, каким образом клетки запасают и используют энергию.
· Выяснены основные особенности строения и функции различных мембран, показано, что основными их компонентами являются белки и липиды.
· Накоплено значительное количество данных о механизме действия главных гормонов.
· Установлены биохимические основы значительного числа заболеваний.
|