Биохимия

каф. биохимии Гомельского государственного медицинского университета
Подготовил: Коваль Александр Николаевич, к. б.

н., доцент каф. биохимии

Иванович – заведующий кафедрой биохимии, д. м. н., профессор.
Свергун Валентина

Тимофеевна – доцент, к. б. н.
Коваль Александр Николаевич – доцент, к. б. н.
Сергеенко Сергей Михайлович – ассистент.
Шершнева Екатерина Михайловна – ассистент.
Яськова Надежда Сергеевна – аспирант.
Громыко Марина Владимировна – лаборант 2-й кат.
Безрукова Елена Владимировна – лаборант.
Бордиенко Светлана Олеговна – лаборант 2-й кат.
Даргель Ирина Витальневна – лаборант.

зан.)
Энзимология и биоэнергетика (5 пр. зан., + контр.)
Биохимия углеводов (4

пр. зан. + контр.)
Биохимия липидов (3 пр. зан. + контр.)
Зачетное занятие семестра.

2-е полугодие
Биохимия белков и нуклеиновых кислот. Биохимия витаминов и гормонов. (8 пр. зан. + контр.)
Биохимия крови, печени, почек. Биохимия мышечной, нервной и соединительной тканей (7 пр. зан. + контр.)
Зачетное занятие семестра.

врача. Химия белка.

качественный и количественный состав, а также пути, способы, закономерности, биологическую

и физиологическую роль превращения вещества, энергии и информации в живом организме.
Термин «биохимия» впервые применил в 1858 г. австрийский врач и химик Винцент Клетцинскй в своей книге «Компендиум по биохимии».
В то же время использовался другой термин – физиологическая химия.
Окончательно термин «биохимия» был введен Карлом Нейбергом в 1903 г.

– развитие в Европе алхимии
XVI-XVII вв. – ятрохимия (Парацельс), виталистические

взгляды
Середина XVII – конец XVIII вв. – эмпирический период
конец ХVIII – середина ХIХ вв. – аналитический период
1828 г. - Ф. Велер впервые синтезировал мочевину
1839 г. – Ю. Либих установил, что в состав пищи входят белки, жиры и углеводы.
1845 г. - Г. Кольбе синтезировал уксусную кислоту
1847 г. – А.И. Ходнев издал первый учебник по физиологической химии
1854 г. - М. Бертло синтезировал жиры.
1861 г. - А.М. Бутлеров синтезировал углеводы.
1864 г.- А.Я. Данилевский основал первую кафедра физиологической химии при Казанском университете.
XX в. – современный период
20-30-е годы – развитие биохимии углеводов и липидов
30-е годы – развитие биохимии гормонов и витаминов.
40-50 годы – биохимия нуклеиновых кислот и белков.

А.И. Ходнев – первый учебник по физиологической химии
1864 г. –

А.Я. Данилевский – первая кафедра физиологической химии при Казанском университете.
1891 г. – М.В. Ненцкий – первая биохимическая лаборатория в Институте экспериментальной медицины (Петербург).
1880 г. – Н.И. Лунин – открытие витаминов.
28 апреля 1883 г. в Санкт-Петербурге было основано первое в мире биохимическое (биолого-химическое) общество, основателями которого было 16 человек: Н.Н. Лунин, Э. Эйхвальд, В. Анреп, К. Дегио, И. Биль, А. Пель, Р. Штерн, Фр. Лесгафт и др.
1896 г. – А.Н. Бах – создание теории перекисного окисления.
1899 г. – И.П. Павлов, Н.П. Шеповальников – открытие проферментов.
1903 г. – М.С. Цвет – открытие метода хроматографии
1912 г. – В.И. Палладин – создание теории биологического окисления.

Бах
1921 г. организовал в Москве Научно-исследовательский биохимический институт Наркомздрава.
1935

г. – А.Н. Бах - возглавил в Москве Институт биохимии АН СССР, названный впоследствии его именем.
А.И. Опарин - автор первой теории происхождения жизни.
Акад. В.А. Энгельгардт
В 1959 г. – основал Институт молекулярной биологии АН СССР
Автор классических работ по окислительному фосфорилированию, механохимии мышц, углеводному обмену и др.
Акад. Ю.А. Овчинников – работы в области мембранной биологии.
Акад. А.С. Спирин – работы по молекулярным механизмам биосинтеза белка.
Акад. В.П. Скулачев – работы по биоэнергетике.

Ю.М. Островский – работы в области витаминов (Институт биохимии АН

РБ, г. Гродно).
Украинская школа биохимиков
Акад. А.В. Палладин – работы в области нейрохимии и витаминов,
Работы в области биохимии белкового, липидного обмена, возрастной биохимии.

генетических и иммунологических процессов жизнедеятельности в норме и при патологии

и действии на организм различных факторов.
Совершенствование методов профилактики, диагностики и лечения заболеваний.
Разработка новых лекарственных средств, нормализующих обменные процессы.
Разработка научных основ, рационального, сбалансированного питания, здорового образа жизни.

количественный химический состав живых организмов.
Динамическая биохимия - изучает совокупность превращений

веществ, энергии и информации в живом организме.
Функциональная биохимия - изучает химическую основу функций тканей, органов, систем органов и межорганных взаимоотношений.

общие вопросы химических основ жизнедеятельности различных организмов
бионеорганическая химия
изучает роль

и значение в процессе жизнедеятельности комплексов неорганических ионов с органическими соединениями
биоорганическая химия
исследует физико-химические основы функционирования живых систем
биохимия человека и животных, (растений, микроорганизмов)

изучает состав пищевых продуктов, химическую основу технологических процессов их хранения,

переработки и т.д.
сравнительная (эволюционная) биохимия
исследует биохимические процессы в сравнительном (эволюционном) аспекте
радиационная биохимия
изучает биохимические основы радиационного повреждения и способы его профилактики в живой организме
медицинская (клиническая) биохимия
исследует биохимические основы патологических процессов
физико-химическая биология
объединяет цели и задачи всех вышеназванных направлений биохимии

органа (гепатэктомия)
изменение диеты (голодание, усиленное питание)
прием лекарств
введение токсинов
наблюдение за животными

со специфическими заболеваниями (сахарный диабет)
использование сложным методов (ЯМР-спектроскопия и др.)
Перфузия изолированных органов
наиболее пригодны сердце, печень, почки
Инкубация тканевых срезов
чаще используются срезы печени
Инкубация целых клеток
наиболее пригодны клетки крови и печени

препаратами
можно удалять или добавлять различные вещества и наблюдать за результатами
можно

фракционировать различные органеллы путем дифференциального центрифугирования
Исследование изолированных органелл
широко используются митохондрии, микросомы, рибосомы и др.
Субфракционирование изолированных органелл
например митохондрий для выделение комплексов дыхательной цепи
Выделение и характеристика ферментов и метаболитов
обязательно при описании любой химической реакции и метаболического пути
Клонирование генов, кодирующих ферменты и др. белки
исследование особенностей структуры и регуляции гена и первичной структуры белка, кодируемой этим геном

образованные путем сополимеризации 20 протеиногенных аминокислот (АК)
Пример: Фосфолипаза C, PLC

(E.C.3.1.4.11)

(вал)
Треонин (тре)
Лейцин (лей)
Цистеин (цис)
Изолейцин (иле)
Метионин (мет)
Пролин (про)
Аспарагин (асп)
Аспарагиновая кислота (асп)
Глутамин

(глу)
Глутаминовая кислота (глу)
Фенилаланин (фен)
Лизин (лиз)
Тирозин (тир)
Аргинин (арг)
Триптофан (трп)

Эти аминокислоты можно групппировать по различным свойствам их радикалов, например, полярности:
Неполярные (гидрофобные)
Полярные (гидрофильные)
Нейтральные (незаряженные)
Заряженные
Отрицательно (ала, глу)
Положительно (арг, гис, про)
В зависимости от структуры радикала можно выделить также:
Циклические
Ароматические
Неароматические (гетероциклические)
Ациклические
Алифатические
Серосодержащие (мет, цис)
Иминокислота (про)
По физиологической значимости
Заменимые
Незаменимые

C
Тир Tyr, Y

Тир и Трп образует группу ароматических АК
Метионин – вместе с

Цис составляет группу серосодержащих АК
Пролин – единственная иминокислота.

Фен

Трп

Мет

Про

выделил белковый препарат (клейковину) из пшеничной муки
1793 г. - Й.

Жакен – впервые употребил термин «белок»
1-я половина ХIХ в – открытие явления ферментативного катализа
2-я половина ХIХ в. – выяснение полимерной природы белков (Ф. Гоппе-Зайлер, А. Хеннингер, А. Вюрц, Р. Харт)
появление структурных гипотез строения белка (П. Шютценберже, А.Я. Данилевский, А. Коссель)
1891 г. - А.П. Сабанеев - определение криоскопическим методов молекулярной массы альбумина
1905 г. – Э.Рейд – определение методом осмотического давления молекулярной массы гемоглобина

α-АК.
(Из всей массы продуктов расщепления белков аминокислоты являются главными составляющими,

а все остальные соединения относятся к вторичным продуктам).
АК, входящие в состав белков, относятся к L ряду.
Белковая молекула представляет собой линейный полимер.
α-АК образуют линейный полимер путем образования пептидной связи между карбоксильной группой одной АК и аминогруппой другой.

организации белковой молекулы (классификация К. Линдерштрема-Ланга):
Первичная
Вторичная
Третичная
Четвертичная

аминокислотных остатков в пептидной цепи (включая -S-S- связи), ее химическое

строение.

в пептидном звене затрудняет вращение вокруг связи С-N
вал
тир

группой, располагаются по разные стороны плоскости в более выгодном транс-положении.

Боковые группы остатков АК в этом случае наиболее удалены друг от друга.

вал

тир

Поэтому вращение осуществляется по другим связям.
Угол φ («фи») характеризует поворот

вокруг связи N-Cα, т.е. предшествующей пептидной связи.
Угол ψ («пси») – поворот вокруг связи Cα-C, т. е. следующей за пептидной связью.

АК, 13 атомов),
Диаметр 0,50 нм,
Стабилизируется водородными связями между CO-группой n-го

и NH2-группой n+4-го остатка.

0,54 нм

0,50 нм

водородными связями пептидных групп.
Водородные связи лежат в плоскости складок.
Радикалы АК

– выше и ниже плоскости.
Могут быть параллельными и антипараллельными.

Параллельные цепи

Антипараллельные цепи

Петля

310-спираль (на один виток 3 остатка АК, или 10 атомов)

– более закручена,
π-спираль (один виток из 4,4 АК, или 16 атомов) – более рыхлая,
αII-спираль (один виток – 4 АК, или 14 атомов) – рыхлая.
Спираль коллагена – ломаная, левозакрученная, растянутая.
В коллагене 1/3 АК глицин, 1/5 – пролин и оксипролин, редко - оксилизин.
Могут также встречаться
петли (в местах изменения направления складчатых структур),
неупорядоченные участки полипептидной цепи.

конканаваллин A (растительные лектины), супероксиддисмутаза, фиброин шелка, паутины.
α+β-белки (одна часть

пептидной цепи представлена α-спиралями, другая – β-структурами) – редкие:
термолизин (бакт.),
α/β-белки (α- и β- структуры чередуются) – наиболее часто:
фосфоглицераткиназа, флаводоксин.
без α,β (практически не имеют спиральных и складчатых структур):
ферредоксин (бакт.)

в пространстве частей полипептидной молекулы.
третичная структура удерживается за счет
ковалентных

связей, сильных (дисульфидные, псевдопептидные),
нековалентных, слабых (электростатические, водородные связи, гидрофобные взаимодействия).
Процесс укладки белковой молекулы (фолдинг белка) контролируется специфическими белками – шаперонами и шаперонинами (белки теплового шока).

ONCOGENE PROTEIN
(C-H-RAS P21 PROTEIN)

белка, обладающая структурной и функциональной автономией.
В иммуноглобулине G1 (IgG1), различают

12 доменов:
2 легкие цепи по 2 домена (VL, CL)
2 тяжелые цепи по 4 домена (VH, CH1, CH2, CH3).

HUMAN IGG1

полипептидных цепей (субъединиц, или мономеров);
Удерживается водородными связями и гидрофобными взаимодействиями.
Гемоглобин

A – тетрамерный белок

пятый уровень – метаболон, т. е. совокупность ферментов, катализирующих определенный

метаболический путь (например, цикл Кребса).

(альбумин, рибонуклеаза, миоглобин, гемоглобин).
шарообразные, эллипсоидные, вытянутые.
Фибриллярные (кератины, фиброин, коллаген, F-актин,

тропомиозин).
нитевидные.
По размерам - от 2,5 до 300 нм.
По массе – от 13 000 до 500 000 Да (дальтон).

«Ферменты»

Спасибо за внимание!