Лекция 1
Цель:
а) роль и задачи биохимии;
б) структура и свойства аминокислот и пептидов.
1) Состав живых организмов. Биомолекулы.
2) Свойства аминокислот, входящих в состав белков. Их классификация, стереохимия и кислотно-основные свойства.
3) Пептидные связи между аминокислотами. Структура пептидной связи. Пептиды небелковой природы и их биологическая роль.
1)Биомолекулы. Состав живых организмов.
1.1. Роль и задачи биологической химии
Биохимия–это наука, о химическом строении и функциях веществ, входящих в состав живой материи, и их превращениях в процессах жизнедеятельности.
Главной задачей биохимииявляется определение основных закономерностей биохимических процессов, выявление взаимосвязи между структурой и функциями биомолекул, участвующих в реакциях клеточного метаболизма.
Объектбиохимических исследований – клеткипрокариотиэукариот.
В зависимости от объекта исследования можно условно выделить биохимию животных и человека, биохимию растений и микроорганизмов.
Основные направления биохимии:
- статистическая биохимия– изучает химическую природу организма (биоорганическая химия);
- динамическая биохимия– изучает превращение химических веществ в организме;
- функциональная биохимия– изучает роль превращений химических веществ в проявлении функции клеток, тканей, органов, организма.
1.2. Признаки живой материи
Было установлено, что объекты живой природысостоят из«неживых молекул». Если эти молекулывыделитьиз живого организма (что и делают при проведении исследований в биохимии) и каждый их вид исследовать в отдельности, то можно убедиться, чтоони подчиняются всем законам физики и химии, описывающим свойства неживой материи.
Однако, объекты живой природы (материи), как системы, обладают рядом свойств, отсутствующих у систем в неживой природе (материи).
Признаки живой материи:
1) способность к метаболизму, т. е. обмену веществ и энергии между организмом и окружающей средой, имеющим ферментативную природу. Метаболизм включает две стадии:
катаболизм, ферментативное расщепление крупных полимерных молекул до простых с выделением энергии химических связей;
анаболизм, ферментативный синтез крупных полимерных молекул из простых молекул с использованием энергии;
2) сложность, высокий уровень структурной организации живой материи.Структурной единицей или единицей биологической активности организма считаетсяклетка: молекулы → мембраны → субклеточные органеллы → клетки → ткани → органы → организм;
3) изменчивость– способность к самостоятельному реагированию на воздействие окружающей среды изменением химического состава и функционирования (принцип обратной связи, приспособляемость);
4) способность к точному самовоспроизведению за счёт передачи наследственной информации.
1.3. Состав живых организмов
Клетки являются обязательными структурными элементами всех известных живых организмов.
Рис. 1.1. Эукариотическая клетка: 1 – ядро; 2 – ядрышко; 3 – ядерная мембрана; 4 - митохондрии; 5 – лизосомы, 6 - аппарат Гольджи; 7 - пиноцитозный пузырёк; 8 – клеточная мембрана; 9 - эндоплазматический ретикулум
Каждая клетка состоит из огромного числа атомов и молекул. Попробуем разобраться: насколько они универсальны и какие функции выполняют в клетках?
Оказалось, что из периодической системы элементов всего лишь шесть биоэлементов используются для построения подавляющего числа биологически значимых молекул: углерод, кислород, водород, сера, азот и фосфор. Ещё 16 микроэлементов присутствуют в клетках в различных количествах и соотношениях. К ним относятся: железо, медь, цинк, хром и т. д.
Из шести основных биоэлементов наибольшее значение имеет углерод. Основные структуры живой материи состоят из углеродных каркасов. Характерной особенностью атома углерода является способность образовывать углеродные цепи любого размера и конфигурации. Это обусловлено тем, чтотрииз четырёхвалентностей углеродамогут участвовать в образованиитрёхмерного скелета, ачетвёртая- связывать ту или инуюфункциональнуюгруппу.
Вещества, образованные на основе углерода, называются органическими соединениями.
Органические соединения могут иметь огромное число углеродных цепей и функциональных групп, причём отдельные части молекулы способны вращаться вокруг одинарных углеродных связей. Они способны также образовывать трёхмерную структуру, играющую первостепенную роль в процессах жизнедеятельности.