Презентация Биохимия и молекулярная биология. (Лекция 1) онлайн

Содержание слайда: Биохимия и молекулярная биология

Содержание слайда: Биохимия – наука, изучающая организмы методами химии и родственных дисциплин (Ю. А. Овчинников) Биохимия – наука о качественном составе, количественном содержании и преобразованиях в жизненных процессах соединений, образующих живую материю (Ю. Б. Филиппович) Биохимия – наука о химическом строении и функциях веществ, входящих в состав живой материи, и их превращениях в процессах жизнедеятельности (В. П. Комов, В. Н. Шведова)

Содержание слайда: Молекулярная биология - Наука об атомно-молекулярной структуре и функциях биополимеров в клетках и более сложных системах биоты. Объекты – любые живые системы, оптимальные для решения конкретной задачи. Методы – комбинированные.

Содержание слайда: Элементный состав Земли, по убыванию массовых %

Содержание слайда: 16 важнейших биогенных элементов: Входят в состав всех типов клеток надцарств биоты. Легчайшие атомы 1-4 периодов. При разных валентностях, имеют min атомные радиусы, т.е.образуют компактные и относительно стабильные молекулы.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Выводы: 1. Содержание биогенных элементов в организме зависит не от их доступности в окружающей среде, а от избирательного поступления с пищей. 2. Замена одних элементов на другие с сохранением свойств и функций – невозможна. 3. Кроме 16 универсальных, в организмах найдено еще ~70 элементов. Но, они, либо избирательны для царств: Si – в растениях, Mo, I – у животных. Либо являются балластом , из-за отсутствия механизмов их выведения.

Содержание слайда: 3 важнейших элемента периодической системы для познания основ биохимии Углерод За счет 4 валентности создает объем тетраэдра. Потому и реагирует сам с собой, с электро(+) и электро(-) атомами. Основа органическрй химии и биохимии, т.к. образует линейные, разветвленные, циклические и объемные молекулы, в т.ч. и c кратными связями = пластическая функция. Трудно растворим, но способен к реакциям ступенчатого окисления с выделением энергии = энергетическая функция.

Содержание слайда: Азот Тройную связь в молекуле N2 разрушить крайне трудно. Поэтому его молекулы инертны и в состав соединений неживой природы почти не входят, скапливаясь в атмосфере. По представлениям конца XVIII в., азот считался несовместимым с жизнью. Начало всех азотистых соединений и пищевых цепей – металлосодержащие нитрогеназы пробионтов, Cyanobacter и других продуцентов, крайне чувствительные к О2.

Содержание слайда: Кислород Составляя половину массы планеты, имеет настолько высокую реакционную способность, что в абиогенном периоде - встречался лишь в минералах. Появление фотосинтеза ~ 2 млрд. лет назад изменило облик Земли и сейчас, его доли (в % массы) составляют:

Содержание слайда: Описательный этап = статическая биохимия занял ~100 лет

Содержание слайда: Причины этой длительности: Множество объектов исследования – все биоразнообразие. Сложность многоклеточных организ-мов, проявляющаяся в иерархии структур, их свойств и функций. Методические преграды.

Содержание слайда: Молекулярный состав клеток и организмов

Содержание слайда: Вода – несжимаемый наполнитель всех клеток (~ 65 %); доступный универсальный растворитель ионов и молекул; среда для протекания реакций и, реже, участник некоторых из них. Вода – несжимаемый наполнитель всех клеток (~ 65 %); доступный универсальный растворитель ионов и молекул; среда для протекания реакций и, реже, участник некоторых из них. Соли = минеральные в-ва или макроэлементы - создатели физико-химических констант гомеостаза. Структуры образуют редко и, чаще внеклеточные.

Содержание слайда: Малые биомолекулы: Существует 5-10 типов моноз, ~ 10 высших карбоновых = жирных к-т = ВЖК, > 20 аминокислот и 5-7 типов мононуклеотидов. В их состав входит ограниченное число (2-5) функциональных групп. Но для них характерно полифункциональность. В процессе эволюции малые биомолекулы стали универсальными источниками энергии, мономеры биополимеров приобрели более узкие и специфические функции.

Содержание слайда: Биополимеры

Содержание слайда: Преимущества биополимеров: В их состав входят до 107 мономеров. Гибкие и объемные, имеют пространственные конформации D до 10 нм, обратимый вывод мономеров из реакционной среды. Обеспечивают слабые взаимодействия внутри молекул и на ее поверхности. Наличие конформационных сдвигов без энергетических затрат, за счет которых происходит: Передача наследственных свойств в поколениях, Векторный транспорт молекул, Регулируемый катализ реакций, Спонтанная самосборка биоструктур.

Содержание слайда: Крик (Crick) Фрэнсис Харри Комптон (1916-2004) Английский биофизик. За расшифровку трех-мерной молекулярной структуры ДНК в 1962 г. стал Нобелевским лауреатом по физиологии и медицине. Объяснил механизмы репликации и трансляции генетического кода.

Содержание слайда: Таким образом, начав с расшифровки механизмов хранения, воспроизведения, передачи и реализации наследственной информации, молекулярная биология параллельно изучила структуру, свойства и функции биомембран и органоидов, завершив полвека своего существования расшифровкой генома человека. Сейчас – решает проблемы сравнительной геномики, протеомики, физиологии, эволюции и экологии.

Содержание слайда: Аминокислоты - карбоновые кислоты, содержащие карбоксильную и аминную группы, которые находятся у одного и того же атома углерода. В организме человека найдено около 70 аминокислот, 20 из них являются незаменимыми, входят в состав белков и называются протеиногенными. Химическим путем удалось синтезировать уже более 600 аминокислот.

Содержание слайда: Классифицировать аминокислоты можно по полярности их радикалов, о чем ниже. По функциональному значению аминокислоты условно можно разделить на три группы:

Содержание слайда: Оптическая изомерия аминокислот. Кроме глицина, у которого вместо R атом Н, эти формы зеркально симметричны. Важно, что в белках всегда L-изомеры!

Содержание слайда: Изображение L-аминокислот на плоскости: H2N COOH H2N COOH CH CH R1 R2 Всегда начинать с амино- и заканчивать карбокси-группой, т.к. это: 1. «Защита от дурака». 2. Сильно облегчает написание пептидов. 3. Универсальная функциональная группировка: NH2-CH2-СО-NH-CH2-CH2-COОН

Содержание слайда: Радикалы стандартных аминокислот

Содержание слайда: Неполярные малые аминокислоты (по Б.Б. Афанасьеву, 2004)

Содержание слайда: Неполярные большие аминокислоты

Содержание слайда: Полярные аминокислоты

Содержание слайда: Полярные нейтральные аминокислоты

Содержание слайда: Пример описания «стандартных» аминокислот

Содержание слайда: В нейтральных растворах все аминокислоты ионизованы Термин «заряженные аминокислоты» относится исключительно к боковому радикалу аминокислоты и отражает тот факт, что в боковом радикале содержится функциональная группа, которая либо теряет протон при рH, близком к 7, (отрицательно заряженные аминокислоты), либо, наоборот, присоединяет (положительно заряженные аминокислоты).

Содержание слайда: В самом конце ХIХ в. немецкий химик-органик Э.Г. Фишер доказал, что α-аминокислоты могут реагировать между собой, образуя пептидные связи. Полимерный продукт таких реакций – поли-пептид, состоит из чередующихся аминокислотных остатков = АКО. Допустил, что он и лежит в основе структуры белков.

Содержание слайда: ФИШЕР ЭМИЛЬ ГЕРМАН (1852-1919) Основатель химии природных соединений = биоорганической химии. Изучил строение и син-тезировал ряд производных пу-рина: аденин, гуанин, кофеин и др. Синтезировал многие углеводы, ввел номенклатуру и создал их рациональную классификацию. Основатель полипептидной теории строения белков. Нобелевская премия (1902). Обнаружил специфичность действия ферментов. «Субстрат = S подходит к Е, как ключ к замку».

Содержание слайда: Регулярный остов полипептида: Но это - понятие химии, его можно разместить на плоскости, а говоря о белках – подразумевают объемную структуру с биологической функцией.

Содержание слайда: По "жизненным условиям" и общему типу строения белки делят на 3 класса: 1.   Высоко регулярную структуру фибриллярных белков держат в основном взаимодействия между разными цепями, в связи с чем они образуют огромные, часто внеклеточные агрегаты.   2. Мембранные белки «существуют» в безводной липидной среде, но их части выступают во внешнюю и внутреннюю водную фазу. Их высоко регулярные трансмембранные части ограничены толщиной мембраны - 7-8 нм, и, как и у фибриллярных белков прошиты Н-связями α-спиральных «столбов» или «колонн». 3. Глобулярные белки существуют в воде и наименее регулярны, особенно небольшие. Их структуру держат взаимодействия белковой цепи с кофактором и отдаленных ее участков, особенно углеводородных = гидрофобных групп. Ясно, что это довольно грубое деление, т.к. белок может состоять из фибриллярного "хвоста" и глобулярной «головки», как миозин или белок оболочки вируса.

Содержание слайда: Белки классифицируют на простые и сложные: К простым белкам относят макромолекулы состоящие только из аминокислотных остатков. Например, альбумин, глобулин, гистоны. Сложные белки=составные классифицируют по их небелковой части: липопротеины, гликопротеины, фосфопротеины, хромопротеины (гем)

Содержание слайда: Масштабы молекул белков и др. биополимеров (По H. Lodish et al., 2004)

Содержание слайда: Функциональная классификация белков: Каталитические – ферменты; Транспортные – альбумины; Регуляторные – гормон инсулин; Защитные – антитела и иммуноглобулины; Сократительные – коллаген и ретикулин; Рецепторные ; Запасные и питательные – глютеин, проламин, овальбумин; Токсические.