Панов В.П., Якунина Е.С. Биохимия. Конспект лекций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

Кафедра Технологии продуктов питания и экспертизы товаров

Дистанционное

обучение

Общ.пит.-19.21.2701.очн. Общ.пит.-19.21.0135.очн. Общ.пит.-19.21.2705.очн.

Общ.пит.-19.21.2701.вчр.плн. Общ.пит.-19.21.0135.зчн.скр. Общ.пит.-19.21.2705.вчр.плн.

Общ.пит.-19.21.2701.вчр.скр. Общ.пит.-19.21.0135.зчн.плн. Общ.пит.-19.21.2705.вчр.скр.

Общ.пит.-19.21.2701.зчн.плн. Общ.пит.-19.21.0135.вчр.скр. Общ.пит.-19.21.2705.зчн.плн.

Общ.пит.-19.21.2701.зчн.скр. Общ.пит.-19.21.0135.вчр.плн Общ.пит.-19.21.2705.зчн.скр.

Общ.пит.-19.21.2703.очн. Общ.пит.-19.21.2707.очн. Общ.пит.-19.21.2708.очн.

Общ.пит.-19.21.2703.вчр.плн. Общ.пит.-19.21.2707.вчр.скр. Общ.пит.-19.21.2708.вчр.скр.

Общ.пит.-19.21.2703.вчр.скр. Общ.пит.-19.21.2707.вчр.плн. Общ.пит.-19.21.2708.вчр.плн.

Общ.пит.-19.21.2703.зчн.плн. Общ.пит.-19.21.2707.зчн.плн. Общ.пит.-19.21.2708.зчр.скр.

Общ.пит.-19.21.2703.зчн.скр. Общ.пит.-19.21.2707.зчн.скр. Общ.пит.-19.21.2708.зчр.плн.

Общ.пит.-19.21.2710.очн. Общ.пит.-19.21.2710.зчн.плн. Общ.пит.-19.21.2712.вчр.плн.

Общ.пит.-19.21.2710.вчр.плн. Общ.пит.-19.21.2710.зчн.скр. Общ.пит.-19.21.2712.вчр.скр.

Общ.пит.-19.21.2710.вчр.скр. Общ.пит.-19.21.2712.очн. Общ.пит.-19.21.2712.зчн.плн.

Общ.пит.-19.21.2704.вчр.плн. Общ.пит.-19.21.2704.зчн.скр. Общ.пит.-19.21.2704.зчн.плн.

Общ.пит.-19.21.2704.вчр.скр. Общ.пит.-19.21.2704.очн.

В.П. Панов, Е.С. Якунина

БИОХИМИЯ

Конспект лекций

для студентов всех технологических специальностей

(всех форм обучения)

www. msta.ru

4312

Москва - 2004

УДК 577.1

Рекомендовано Институтом информации образования РАО

В конспекте лекций доктора химических наук профессора В.П. Панова,

кандидата химических наук доцента Е.С. Якуниной, в кратком и

систематическом виде изложены краткие теоретические сведения и подробные

описания хода проведения лабораторных работ по биохимии. В биохимию

студента вводят основополагающие принципы молекулярной логики жизни.

Даётся оригинальный материал по биологическим мембранам и клеточному

транспорту, процедурам гормональной регуляции, молекулярной генетике,

генетической инженерии.

Практикум предназначен для студентов 2, 3, 4 курсов технологических

специальностей, всех форм обучения.

Авторы: Панов Валерий Петрович

Якунина Елена Сергеевна

Рецензенты: профессор кафедры биохимии медико - биологического

факультета Российского государственного медицинского

университета доктор биологических наук, А.В. Карякин,

директор Института питания РАМН, академик РАМН,

профессор В.А. Тутельян.

Редактор: Свешникова Н.И.

109004, Москва, Земляной Вал, 73

2

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Стр.

Тема 1. Аминокислоты и пептиды ____________________________________ 5

1.1. Пептиды ______________________________________________________ 9

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 9

Тестовые вопросы _________________________________________________ 10

Тема 2. Введение в белки ____________________________________________ 10

Вопросы для самоконтроля __________________________________________14

Тестовые вопросы _________________________________________________ 14

Тема 3. Пространственная структура белков ____________________________15

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 17

Тестовые вопросы __________________________________________________18

Тема 4. Введение в ферменты ________________________________________ 18

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 21

Тестовые вопросы __________________________________________________ 22

Тема 5. Липиды ____________________________________________________ 22

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 26

Тестовые вопросы __________________________________________________ 26

Тема 6. Витамины __________________________________________________ 27

6.1. Водо-растворимые витамины ____________________________________ 27

6.2. Жирорастворимые витамины _____________________________________ 29

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 30

Тестовые вопросы __________________________________________________ 30

Тема 7. Биомембраны и транспорт ____________________________________ 30

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 33

Тестовые вопросы __________________________________________________ 33

Тема 8. Углеводы __________________________________________________ 33

8.1. Моносахариды _________________________________________________ 34

8.2. Дисахариды ____________________________________________________37

8.3. Полисахариды __________________________________________________38

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 38

Тестовые вопросы __________________________________________________ 39

Тема 9. Нукелеотиды и нуклеиновые кислоты __________________________ 39

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 42

Тестовые вопросы __________________________________________________ 42

Тема 10. Принципы биоэнергетики ____________________________________43

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 46

Тестовые вопросы __________________________________________________ 46

Тема 13. Метаболизм липидов ________________________________________47

13.1.



- окисление насыщенных жирных кислот _______________________ 48

13.2. Метаболизм полинасыщенных жирных кислот _____________________ 49

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 50

Тестовые вопросы __________________________________________________50

Тема 14. Обмен белков ______________________________________________ 51

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 52

3

Тестовые вопросы __________________________________________________ 52

Тема 15. Гормональная регуляция _____________________________________52

Вопросы для самоконтроля __________________________________________ 55

Тестовые вопросы __________________________________________________ 55

Тема 16. Введение в молекулярную генетику ___________________________ 56

Тестовые вопросы __________________________________________________58

Тестовые вопросы по дисциплине _____________________________________58

Список рекомендуемой литературы ___________________________________ 61

4

ТЕМА 1. АМИНОКИСЛОТЫ И ПЕПТИДЫ

Все белки, независимо от того принадлежат ли они древним линиям

бактерий или наиболее сложным формам жизни, сконструированы из одних и

тех же субъединиц - 20 аминокислот, ковалентно связанных в

характеристичные линейные последовательности. Из этих строительных

блоков различные организмы могут изготовить ферменты, гормоны, антитела,

линзы глаз, рога, антибиотики, яды грибов и мириады других веществ с ярко

выраженной биологической активностью. Первой аминокислотой, открытой в

белках в 1806г. был аспарагин, последняя из 20 аминокислот - треонин была

найдена в 1938г. Все 20 аминокислот, найденные в белках, имеют

карбоксильную группу и аминогруппу, присоединенные к С



- атому углерода.

аминокислота глицин

Во всех аминокислотах, за исключением глицина, С



- атом хирален, все

аминокислоты (кроме глицина) оптически активны. Аминокислоты являются L-

стереоизомерами. т.е. вращают плоскополяризованный свет влево.

L-аланин D-аланин

Свойства аминокислот

L-аминокислота Аббревиатура М рК

1

(-СООН)

рК

2

(-NH

3

+

)

Доля в

белках, %

Неполярные алифатические R-группы

Глицин Gly G 75 2,34 9,60 7,5

Аланин Ala A 89 2,34 9,69 9,0

Валин Val V 117 2,32 9,62 6,9

Лейцин Leu L 131 2,36 9,60 7,5

Изолейцин Ile I 131 2,36 9,68 4,6

Пролин Pro P 115 1,99 10,96 4,6

Ароматические R-группы

Фенилаланин Phe F 165 1,83 9,13 3,5

Тирозин Tyr Y 181 2,20 9,11 3,5

Триптофан Trp W 204 2,38 9,39 1,1

Полярные незаряженные R-группы

Серин Ser S 105 2,21 9,15 7,1

Треонин Thr T 119 2,11 9,62 6,0

Цистеин Cys C 121 1,96 8,18 2,8

Метионин Met M 149 2,28 9,21 1,7

Аспарагин Asn N 132 2,02 8,80 4,4

5

COO

H

NH

3

R

COO

H

NH

3

H

+

COO

NH

3

CH

3

H

COO

CH

3

NH

3

H

- -

+

Глутамин Gln Q 146 2,17 9,13 3,9

Отрицательно заряженные R-группы

Аспартат Asp D 133 1,88 9,60 5,5

Глутамат Glu E 147 2,19 9,67 6,2

Положительно заряженные R-группы

Лизин Lys K 146 2,18 8,95 7,0

Аргинин Arg R 174 2,17 9,04 4,7

Гистидин His H 155 1,82 9,17 2,1

Аминокислоты в водном растворе ионизованы и могут действовать как

кислоты или основания. Знание кислотно-основных свойств аминокислот

чрезвычайно важно для понимания физико-химических и биологических

свойств белков. Способы разделения, идентификации и количественного

определения аминокислот, что является необходимой стадией определения

аминокислотного состава и аминокислотной последовательности в белках,

также основаны на характеристиках их кислотно-основного поведения.

Аминокислоты, имеющие одну амино- и одну карбоксильную группы,

кристаллизуются из нейтральных водных растворов в полностью

ионизованных формах, называемых цвиттерионами, имеющими как

положительный, так и отрицательный заряды.

Аминокислоты с неполярными алифатическими R-группами

глицин аланин валин

лейцин изолейцин пролин

Аминокислоты с ароматическими R-группами

фенилаланин тирозин триптофан

6

COO

H

NH

3

COO

CH

3

H

NH

3

COO

C

H

NH

3

CH

3

CH

3

COO

H

NH

3

CH

2

CH

3

H CH

3

CH

2

C

H

CH

3

CH

3

COO

H

NH

3

C

H

2

C

H

2

CH

2

NH

3

COO

H

-

++

+

COO

CH

2

H

NH

3

-

+

COO

CH

2

H

NH

3

OH

NH

COO

CH

2

H

NH

3

+ +

-

Аминокислоты с полярными незаряженными R-группами

серин треонин цистеин

метионин аспарагин глутамин

Аминокислоты с положительно заряженными R-группами

лизин аргинин гистидин

Аминокислоты с отрицательно заряженными R-группами

аспартат глутамат

Триптофан, тирозин и в меньшей степени фенилаланин поглощают в

ультрафиолетовом свете. Аспарагин и глутамин являются амидами двух других

аминокисдот: аспартата и глутамата. Цистеин легко окисляется с образованием

ковалентно связанной димерной аминокислоты, называемой цистином, в

котором две цистеиновые молекулы соединены дисульфидным мостиком.

7

COO

CH

2

H

NH

3

OH

-

+

COO

CH

H

NH

3

CH

3

OH

-

+

COO

CH

2

H

NH

3

SH

-

+

COO

CH

2

H

NH

3

CH

2

S

CH

3

-

+

COO

CH

2

H

NH

3

NH

2

O

-

+

COO

CH

2

H

NH

3

CH

2

NH

2

O

-

+

COO

CH

2

H

NH

3

CH

2

CH

2

CH

2

NH

3

+

-

+

COO

CH

2

H

NH

3

CH

2

CH

2

NH

2

NH

2

+

-

+

-

N

H

CH

C

H

2

NH

CH

COO

CH

2

H

NH

3

+

COO

CH

2

H

NH

3

COO

+

-

COO

CH

2

H

NH

3

CH

2

COO

+

-

Дисульфидные мостики встречаются во многих белках, стабилизируя их

структуру.

В дополнение к стандартному набору из 20 аминокислот найдены другие

аминокислоты, как компоненты ограниченных типов белков, они образуются в

белках путем модификации стандартных аминокислот. Нестандартными

аминокислотами являются: 4-гидроксипролин, 5-гидроксилизин, N-метил-

лизин, селеноцистеин, орнитин и другие. Аминокислоты могут действовать как

кислоты и как основания.

Ионообменная хроматография наиболее широко распространенный метод

разделения, идентификации и количественного определения аминокислот в

смеси. Эта техника основана на различии зарядов и величин зарядов

аминокислот при заданном значении рН и следовательно различной

аффинности каждой аминокислоты к ионообменной смоле. Наиболее

развитыми методами аминокислотного анализа являются автоматический

аминокислотный анализ и высокоэффективная жидкостная хроматография

(жидкостная хроматография высокого давления, ЖХВД).

0 5 10 15 20 25 30 35

Аминограмма Время, мин.

1.1. Пептиды.

8

H

NH

3

R

COO

H

NH

2

R

COO

+

H

NH

3

R

COO

H

NH

3

R

COOH

+

H

-

+

Поглощение

Asp

Glu

Ser

Gly

His

Thr

Ala

Arg

Pro

Tyr

Val

Met

Ile

Leu

Phe

Lys

Две аминокислоты могут ковалентно соединяться посредством пептидной

связи с образованием дипептида.

Три аминокислоты могут соединяться посредством двух пептидных

связей с образованием трипептида. Несколько аминокислот образуют

олигопептиды, большое число аминокислот - полипептиды. Пептиды содержат

только одну -аминогруппу и одну -карбоксильную группу. Эти группы

могут быть ионизованы при определенных значениях рН. Подобно

аминокислотам они имеют характеристические кривые титрования и

изоэлектрические точки, при которых они не двигаются в электрическом поле.

Подобно другим органическим соединениям пептиды участвуют в

химических реакциях, которые определяются наличием функциональных

групп: свободной аминогруппой, свободной карбоксигруппой и R-группами.

Пептидные связи подвержены гидролизу сильной кислотой (например, 6М

НС1) или сильным основанием с образованием аминокислот. Гидролиз

пептидных связей - это необходимый этап в определении аминокислотного

состава белков. Пептидные связи могут быть разрушены действием ферментов

протеаз.

Многие пептиды, встречающиеся в природе, имеют биологическую

активность при очень низких концентрациях.

Пептиды - потенциально активные фармацевтические препараты, есть

три способа их получения:

1) выделение из органов и тканей;

2) генетическая инженерия;

3) прямой химический синтез.

В последнем случае высокие требования предъявляются к выходу

продуктов на всех промежуточных стадиях.

Вопросы для самоконтроля

1. Связь между структурой и свойствами аминокислот.

2. В какой форме присутствуют молекулы L-аланина в изоэлектрической

точке?

3. Сколько хиральных центров имеет L-изолейцин?

4. Сравните величины рК

а

аминокислоты и ее пептидов.

5. Методы получения пептидов.

Тестовые вопросы

9

NH

3

C

H

OH

O

R

+

H N

H

C

H

R'

COO

N

H

C

H

R'

COONH

3

C

H

O

R

- H

2

O+

-

+

-

1. Какой связью соединяются остатки аминокислот в белковой молекуле?

а) пептидной;

б) водородной;

в) сложноэфирной.

2. Как классифицируют аминокислоты?

а) по количеству аминных и карбоксильных групп;

б) по химическому строению боковой цепи;

в) по количеству SH – групп.

3. Сколько незаменимых аминокислот известно?

а) 8;

б) 5;

в) 4;

г) 3.

4. Какие белки называют полноценными?

а) состоящие из углеводов;

б) состоящие из восьми незаменимых аминокислот;

в) состоящие из трёх витаминов.

5. Какие аминокислоты относятся к заменимым?

а) могут синтезироваться в организме человека;

б) не могут синтезироваться в организме человека;

в) могут частично синтезироваться.

ТЕМА 2. ВВЕДЕНИЕ В БЕЛКИ

Почти все что происходит в клетке включает в свое действие один или

несколько белков. Белки формируют структуру, катализируют реакции в

клетке, а также выполняют множество других задач. Их центральное место в

клетке отражено в том факте, что выражением генетической информации

выступает белок. Для каждого белка существует сегмент ДНК (ген), который

кодирует информацию, специфическую для его аминокислотной

последовательности. В типичной клетке присутствуют тысячи различных видов

белков, каждый из которых геном, и несет специфическую функцию. Белки в

отличие от других биологических макромолекул имеют чрезвычайно

разносторонние функции.

Белки имеют множество различных биологических функций, их часто

классифицируют в соответствии с их биологической ролью.

Ферменты. Это, как правило, белки, обладающие каталитической

активностью. Большинство химических реакций органических биологических

молекул в клетках катализируются ферментами. Многие тысячи различных

ферментов, каждый из которых в состоянии катализировать определенный тип

химической реакции, открыты в различных организмах.

Транспортные белки. Транспортные белки в плазме крови связывают и

переносят определенные молекулы или ионы от одного органа к другому.

10

Панов В.П., Якунина Е.С. Биохимия. Конспект лекций

Подождите немного. Документ загружается.