Понятие биологической комплементарности
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
Для проведения практического занятия
по дисциплине «Химия»
для курсантов 2 курса по специальности 280705.65 –
«Пожарная безопасность»
РАЗДЕЛ IV
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
ТЕМА 4.18
ХИМИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
ЗАНЯТИЕ № 4.18.1
ОСНОВЫ БИОХИМИИ
Обсуждена на заседании ПМК
протокол №____ от «___»________2015 г.
Владивосток
I. Цели занятия
Учебные: изучить основные понятия биохимии и основные классы природных соединений: белки, жиры, углеводы и витамины.
Воспитательная: воспитывать у обучаемых ответственность за подготовку к практической деятельности.
II. Расчет учебного времени
| Содержание и порядок проведения занятия | Время, мин |
| ВВОДНАЯ ЧАСТЬ | |
| ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ | |
| Учебные вопросы | |
| 1. Введение в биохимию (предмет изучения биохимии, понятие биологической комплементарности, история развития и основные разделы биохимии) | |
| 2. Основные классы природных соединений (аминокислоты, белки, углеводы, жиры) | |
| 3. Витамины (определение, классификация, свойства и показания к применению) | |
| ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ |
III. Литература
1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов/ Под ред. А.И. Ермакова. – изд. 30-е, исправленное-М.: Интеграл-Пресс, 2010.-728 с.
IV. Учебно-материальное обеспечение
1. Технические средства обучения: мультимедийный проектор, интерактивная доска.
2. Компьютерная презентация.
V. Текст лекции
Вопрос 1. Введение в биохимию
Предмет изучения биохимии
Биохимия (биологическая химия) изучает химический состав и структуру веществ, содержащихся в живых системах, пути и способы регуляции их метаболизма, а также энергетическое обеспечение процессов, происходящих в живых системах на различных уровнях молекулярной организации (от простых химических веществ, принимающих участие в метаболизме живых систем, до клетки и организма в целом).
Исследуя живой организм, биохимик отвечает на ряд вопросов:
1. Из каких химических соединений состоит клетка, ткань, орган или организм в целом?
2. Как взаимосвязаны эти химические соединения, как они образуются и взаимопревращаются?
3. Каким образом регулируются взаимопревращения веществ?
4. Чем биохимически отличается изучаемая клетка, ткань, орган от других клеток, тканей, органов, чем определяется выполнение ими их специфических функций в организме?
5. Как связаны превращения веществ с превращениями энергии?
Понятие биологической комплементарности
Исключительной особенностью всех биохимических и биомолекулярных взаимодействий и превращений, происходящих в живых системах, является их высокая специфичность и избирательность. В основе этого признака лежит принцип, получивший в биохимии и смежных дисциплинах несколько названий:
- биологическая комплементарность (взаимодополнение);
- аффинность (биологическое сродство);
- биологическое узнавание;
- принцип "ключ-замок".
Сущность его заключается во взаимном соответствии молекул или их фрагментов. Это соответствие обеспечивается образованием связей между взаимодополняющими (комплементарными, аффинными) фрагментами молекул вследствие образования множества относительно слабых надмолекулярных связей (водородных, гидрофобных и ван-дер-ваальсовых) с достаточно большой суммарной энергией, что приводит к образованию устойчивых молекулярных комплексов, например, РНК-ДНК, фермент-субстрат, антиген-антитело и т.п. (Рис. 1).
Рис. 1а. Фрагмент комплекса ДНК-РНК.
Рис. 1б. Фермент-субстратный комплекс.
Рис. 1в. Комплекс антиген-антитело.
Эти взаимодействия не сопровождаются образованием ковалентной химической связи.
История развития биохимии
Становление биохимии как науки произошло на рубеже XIX и XX веков; термин "биохимия" предложил в 1903 К. Нейберг.
Истоки биохимических знаний обнаруживаются в трудах ученых античного периода. Первые сведения о составе растительных и животных тканей начали появляться в средние века, когда объектами химического анализа становились лекарственные растения, органы и ткани животных. Зарождение научных основ биохимии началось во 2-й половине XVIII века, когда химические методы анализа стали применяться в физиологии. Так, в 70-х года XVIII века Лавуазье установил, что кислород атмосферы потребляется животными и выделяется растениями, и доказал, что дыхание человека и животных с химической точки зрения представляет собой процесс окисления. К началу XIX века постепенно сформировались понятия о белках, жирах, углеводах, органических кислотах. При исследовании брожения были получены новые важные сведения о метаболизме веществ в живых организмах. В 1815 Ж. Гей-Люссак предложил химическое уравнение спиртового брожения глюкозы. К другим важнейшим достижениям биохимии 2-й половины XIX века относятся выделение гликогена из печени и обнаружение его превращения в глюкозу, поступающую в кровь, открытие дезоксирибонуклеиновой кислоты, обнаружение специфичности ферментативного катализа (концепция "ключ-замок"), первое упоминание о витаминах. В эти же годы Грегор Иоган Мендель сформулировал основные положения учения о наследственности.
1-я половина XX века была периодом становления фундаментальных биохимических концепций. В энзимологии разработаны теоретические основы кинетики ферментативных реакций разработаны представления о высокоэнергетических фосфатах и установлена центральная роль АТФ в биоэнергетике клетки, выяснены основные моменты механизма фотосинтеза, открыты ДНК, что способствовало признанию биохимического единства растительного и животного мира.
В эти годы созданы новые физико-химические методы анализа, благодаря использованию которых были достигнуты крупные успехи в изучении двух важнейших классов биополимеров белков и нуклеиновых кислот: открыта двойная спираль ДНК, определена структура инсулина, одновременно осуществлен синтез пептидных гормонов (окситоцина и вазопрессина).
На основе классической биохимии возникли самостоятельные науки: молекулярная биология, биоорганическая химия, физико-химическая биология. Современный период в развитии биохимии характеризуется новыми достижениями в изучении живой материи: исследованы сотни ферментных систем, гормонов, установлен в общих чертах механизм передачи генетической информации и метаболизма природных соединений в живых организмах.
Достижения биохимии широко используются в медицине, животноводстве, растениеводстве, микробиологии, вирусологии, способствуют становлению высокотехнологичных отраслей науки, например, генетической инженерии, клеточной инженерии, нанобиотехнологии.
Основные разделы биохимии
В зависимости от изучаемых вопросов биохимию делят на несколько разделов.
Раздел, изучающий химический состав живых организмов и свойства химических соединений, выделенных из живых тканей, называется статической биохимией.
Все многообразие химических реакций в организме, их взаимосвязь и регуляция, а также сопряженные с ними превращения энергии в процессах жизнедеятельности изучаются динамической биохимией.
Биохимические процессы, лежащие в основе жизнедеятельности отдельных тканей и органов и проявления их специфической функции, рассматриваются различными разделами функциональной биохимии.
Специальным разделом функциональной биохимии является биохимия спорта, которая подробно изучает химический состав и процессы обмена веществ в мышечной ткани, а также ряд специальных вопросов биохимические основы построения спортивной тренировки, обеспечение энергией мышечной работы различной мощности и продолжительности, особенности протекания биохимических процессов при занятиях физическими упражнениями у людей разного возраста и т. п. Зная закономерности протекания биохимических процессов в организме, можно регулировать его функциональное состояние с помощью специально подобранной диеты, ускорять процессы восстановления после выполнения напряженной работы, подбирать в ходе тренировки такие упражнения, которые приводят к усилению конкретных биохимических процессов, лежащих в основе проявления различных двигательных качеств спортсменов: быстроты, выносливости и силы.