Функции белков разнообразны.

Что такое биохимия?

Итак, существует множество определений этого термина:

Биохимия (биологическая, или физиологическая химия) по Википедии это:

– наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности.

Биохимия по энциклопедии Кольера это:

– наука, которая описывает на языке химии строение и функции живых организмов.

Биохимия (биол. химия) по XuMuK.ru:

– изучает хим. состав и структуру веществ, содержащихся в живых организмах, пути и способы регуляции их метаболизма, а также энергетическое обеспечение процессов, происходящих в клетке и организме.

 

Однако все эти определения не дают ответ на вечный вопрос студентов:

Зачем врачу нужна биологическая химия?

 

Вам, в силу своей молодости, еще трудно понять значимость фундаментальных дисциплин, Вы пришли в университет, вам хочется скорее "начать изучать медицину".

На вас обрушивается лавина знаний в первые 3 года обучения в школе Биомедицины.

Часть этих знаний как бы не имеет отношения к медицине – латинский язык, химия, физика, гуманитарные дисциплины, но их задача – сформировать представление о целостности нашего мира, о его единстве и неразрывности явлений.

Еще одна группа наук – медицинские науки, это анатомия, гистология, физиология и биохимия человека, патоанатомия и патофизиология, фармакология. Их значение можно сравнить с древним представлением об устройстве мира. Анатомия,гистология, цитология – океан, без которого все остальное не имеет значения. Биохимия, физиология и патофизиология – три кита в этом океане. Они сообщают будущему врачу о принципах функционирования организма, о химических процессах в живой материи. Их задача – проложить мосты в клинические дисциплины, дать врачу возможность понять суть процесса, вызывающего болезнь.

Все клинические дисциплины базируются на этих трех китах – биохимии, физиологии и патофизиологии. Убираем китов – и остаются только больное место и ничем необоснованные гадания о типе болезни, ее причинах и способах лечения.

Если попытаться сформулировать иначе, то все поле медицинских знаний можно поделить на три зоны:

· Зона 1. Клеточно-молекулярный и межорганный уровень жизни – этим занимается анатомия и гистология, биохимия и физиология.

· Зона 2. Процессы, порождающие болезни – здесь на первом плане патологическая анатомия и патологическая физиология.

· Зона 3. Внешние проявления болезней с их симптомами и синдромами и ликвидация этих проявлений – здесь активны клинические науки (терапия, хирургия и др.).

Многие врачи полностью находятся в третьей зоне. И что самое печальное – они даже не понимают необходимости выйти во вторую зону, не говоря уж о первой. Без комплексных знаний биологической химии, физиологии и патофизиологии такие врачи уподобляются собаке Павлова, которую выдрессировали нажимать на кнопки при зажигании лампочки. Они знают, что делать при симптомах, описанных в учебнике, хорошо зазубрили алгоритм действий в рамках своей узкой специализации, но оказываются в тупике, когда что-то идет не так. Потому что не знают и не понимают основ...

А "как-то не так" БОЛЕЗНЬ идет очень часто, в "чистом" виде болезней практически не бывает.

Настоящему врачу надо уметь видеть и увязывать в единое целое функционирование разных органов, как например, кишечник и нервная система, печень и кожа, видеть единство разных процессов, например, стеаторея и аллергия, кровоточивость и дисбактериоз. И при этом не просто увязывать, а находить причинно-следственные связи.

И только после этого врачу, вернее пациенту, может помочь фармакология – не снять симптомы, а по-настоящему помочь. Но и здесь без знаний первой зоны не обойтись, ведь, как правило, лекарства действуют на биохимические процессы. Ускоряя или замедляя их, лекарства изменяют метаболизм клеток и облегчают им задачу выздоровления. В то же время, многие препараты зачастую обладают массой побочных эффектов, список которых превосходит перечень показаний. Нетрудно понять, что и побочные эффекты лекарств – это вмешательство в химические процессы клеток, т.е. в биохимию!

Итак, необходимость биологической химии для того, кто хочет излечивать, а не просто лечить, не подлежит сомнению.

В связи с тем, что биохимические методы исследования для современного врача являются значительным источником диагностической информации, а также в сочетании с данными клинического обследования позволяют руководствоваться ими в терапевтической деятельности.

Отвечая на ваш вопрос про что биохимия?

Возьмем любую биологическую систему – клетку (нарисовать). Клетка – структурная, функциональная и генетическая единица живого организма. Все клетки способны к размножению путем деления, передавая потомкам свои биологические признаки. Клетки делятся на прокариотические (безядерные) и эукариотические (ядерные). Они отличаются по химическому составу и обмену веществ.

Есть внешние вещества и клетка их пропускает. Даже делает запас этих биомолекул (Б, Ж, У).

Совокупность биохимических превращений биомолекул в живых организмах называется обменом веществ или метаболизмом. Когда у нас идет процесс расщепления сложного вещества до простого – это катаболизм. Если же идет синтез биомолекул – это анаболизм. Катаболизм сопровождается выделением энергии, за счет которой клетка строит свой запас биомолекул.

Так вот, биохимия, которая изучает химический состав организмов и структуру составляющих их молекул (белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры, витамины, гормоны), называется статическая.

А вот как именно идет процесс превращения этих веществ в организме, с какой скорость – изучает динамическая биохимия.

Из-за нужд физиологии возникла функциональная биохимия, которая изучает биохимические реакции, лежащие в основе физиологических функций.

Разделы биохимии:

Разделом динамической биохимии является биоэнергетика, изучающая закономерности образования, аккумуляции и потребления энергии в биологических системах.

Для превращения вещества А в вещество В необходимы ферменты. Появляется раздел биохимии Энзимология, изучающая структуру, свойства, механизм ферментативного действия.

Клетка содержит геном, нужно знать какие белки должны быть синтезированы. Этим занимается молекулярная биология или гемиотика.

Клетка отделена от внешней среды надмолекулярной структурой, называемой мембраной. Нужно знать строение, функции мемнбран. Этим занимается мембранология.

Нужно знать как клетки общаются друг с другом, взаимодействуют. Это Рецепторика (гормоны).

Также есть специализированные органы, специальная биохимия (биохимия печени, почек, мышечной ткани, соединительной ткани, нервной).

Мы будем рассматривать в этом семестре статическую биохимию.

Биомолекулы и клеточные структуры.

Биосфера Земли насчитывает около 1,2 млн. видов животных, в том числе и человека, а также более 500 тыс. видов растений. В живых организмах содержится около 40 различных химических элементов. 99% элементного состава живых организмов представляют такие элементы как углерод (С), кислород (О), водород (Н), азот (N), фосфор (Р) и сера (S).

Из этих химических элементов (биоэлементов или органогенов) образуется весь спектр биоорганических соединений.

Некоторые элементы входят в состав живых организмов в свободном состоянии в качестве макроэлементов (например, ионы Na, K, Ca, Mg, Cl), или микроэлементов (Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Se, F, Mo, V и др.), выполняя важные структурные и регуляторные функции.

Первое место среди химических соединений занимает вода. В организме человека вода составляет около 60% массы тела. Основная часть макро- и микроэлементов находится в виде водных растворов и в большинстве случаев – в комплексе с органическими соединениями.

Биомолекулы – органические соединения, входящие в состав организмов, образующие клеточные структуры и участвующие в биохимических реакциях обмена веществ.

Функции биомолекул в живых организмах.

а) участие в реакциях обмена веществ в роли промежуточных продуктов (метаболитов). Например, аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты и др.

б) участие в образовании сложных молекул (белков, нуклеиновых кислот, липидов, по- лисахаридов) или биологических структур (мембран, рибосом, ядерного хроматина и др.).

в) участие в регуляции биохимических процессов и функций отдельных клеток и орга- низма в целом (витамины, гормоны, циклические нуклеотиды цАМФ, цГМФ и др.).

Основные классы биомолекул:

Белки и аминокислоты. Белки – протеины (protos - первый, значимый), важнейший класс биомолекул, с наличием которых связывают существование жизни в условиях Земли. Белки являются молекулами, в состав которых входят 20 аминокислот. Совокупность белков в организме составляет его протеом.

Нуклеиновые кислоты и нуклеотиды. Дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты – биополимеры, состоящие из пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Они являются носителями генетической информации у всех живых организмов. Последовательность мононуклеотидов в составе нуклеиновых кислот детерминирует (кодирует) последовательность аминокислотных остатков в белках.

Углеводы – молекулы, состоящие из моносахаридов и их производных (дисахаридов, гомо- и гетерополисахаридов). В животных организмах моносахариды и гомополисахарид гликоген в основном исполняют энергетические функции, а гетерополисахариды принимают участие в образовании мембран, гликокаликса, соединительной ткани и т.д.

Липиды – молекулы, особенностью которых является гидрофобная природа. Липиды выступают как энергетический материал (нейтральные жиры), являются структурными компонентами мембран (фосфолипиды, гликолипиды) и биорегуляторами (стероидные гормоны, эйкозаноиды, жирорастворимые витамины).

Витамины – соединения с различным химическим строением, не синтезирующиеся в животных организмах, но необходимые для их жизнедеятельности. Они должны постоянно поступать в организм с продуктами питания, обеспечивая нормальное течение метаболических процессов, так как являются компонентами ферментных систем.

Гормоны и медиаторы – молекулы, передающие химические сигналы. Благодаря регуляторному действию гормонов и медиаторов нервной системы происходит интеграция отдельных анатомо-физиологических систем в целостный многоклеточный организм. Кроме того в организме имеются свободные аминокислоты, азотистые соединения, нуклеотиды, низкомолекулярные моно-, ди- и трикарбоновые кислоты, спирты, амины, являющиеся промежуточными продуктами метаболизма (метаболитами или интермедиатами).

Методы, используемые в биохимии: химические; физические; ферментативные методы – есть только в биохимии; молекулярно-генетические и другие. Материал для биохимических исследований - кровь, моча, желудочный сок, спинномозговая жидкость, синовиальная жидкость, слюна, биоптаты органов.

 

Начнем с самых главных биомолекул – БЕЛКИ!

Белки – протеины (protos - первый, значимый) Белки и пептиды – это биополимеры, состоящие из аминокислот.

Функции белков разнообразны.

1. Ферментативная (каталитическая) функция. Большинство ферментов являются белками.

2. Структурная функция. Белки являются структурными компонентами мембран, основой цитоскелета и межклеточного матрикса.

3. Регуляторная функция. Большая часть гормонов и других регуляторов являются белками.

4. Рецепторная функция. Белки рецепторы обеспечивают восприятие клетками регулирую- щих сигналов со стороны организма (например, гормонов, нейромедиаторов).

5. Транспортная функция. Белки связывааются с различными веществами (билирубин, жирные кислоты, ксенобиотики, кислород и др.) и транспортируют их.

6. Белки осуществляют сократительную функцию в мышцах (актин и миозин).

7. Защитная функция. Белки (иммуноглобулины, цитокины и др.) осуществляют функцию иммунитета, а также предотвращают потерю крови, благодаря образованию тромбов (белки свёртывающей и антисвёртывающей системы крови).