НАПРЯМИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ В БІОХІМІЇ - раздел Химия, З історії розвитку біохімії Обмін Речовин – Основна Ознака Живого. Основною Межею, Що Ві...
Обмін речовин – основна ознака живого. Основною межею, що відрізняє живу матерію від неживих тіл, є обмін речовин. Ф. Енгельс, визначаючи життя, відзначав: „Життя є спосіб існування білкових тіл, істотним моментом якого є постійний обмін речовин з оточуючою їх зовнішньою природою, причому з припиненням цього обміну речовин припиняється і життя, що приводить до розкладання білка”.
Обмін речовин складається з двох взаємозв'язаних і взаємообумовлених процесів – асиміляція і дисиміляція. Асиміляція – це комплекс фізіологічних і біохімічних перетворень речовин, які поступають в організм, в сполуки, необхідні для його існування. Обмін речовин в тваринному і рослинному організмах має принципові відмінності. Так, рослина будує складові частини свого тіла в процесі фотосинтезу в основному в результаті використання сонячної енергії, води, вуглекислого газу і мінеральних речовин, а людина і тварини одержують речовини рослинного і тваринного походження після їх попереднього розщеплення в травному тракті.
У різних органах, тканинах і клітинах утворюються окремі речовини, необхідні для самозбереження і функціонування живого організму. Ці речовини не є незмінними: в процесі життя вони синтезуються, розпадаються і самооновлюються. При розкладанні цих речовин утворюються шкідливі для організму сполуки, які виводяться з нього як кінцеві продукти обміну. Цей процес називається дисиміляцією.
Біохімічні методи використовуються головним чином для вивчення закономірностей процесів асиміляції і дисиміляції в живих організмах з тим, щоб направлено впливати на ці процеси.
Матеріал для біохімічних досліджень. Біохімічні дослідження проводяться на матеріалі, отриманому від людини, тварин, рослин, мікробів і вірусів. Ним можуть бути продукти життєдіяльності організму, органи, тканини, клітини і субклітинні структури. Матеріал одержують від живих і неживих організмів. Пробами для біохімічних досліджень живих організмів може бути вміст початкових і кінцевих речовин балансових дослідів, ангіостомії, різні біологічні рідини (кров, лімфа, ліквор, травні соки, сеча, химус, піт та ін.), біопсійний матеріал (шматочки органів і тканин, видалених хірургічним шляхом), продукти життєдіяльності організму (молоко, шерсть, середовище існування мікробів) та ін. Проби слід брати швидко, з дотриманням правил асептики і антисептики, етикетувати, після чого піддавати відповідній обробці, яка забезпечувала б максимальне збереження прижиттєвого хімічного складу.
Для біохімічних досліджень твердий матеріал (шматочки органів і тканин) подрібнюється до однорідної кашки (розтиранням в ступці з кварцовим піском) або до гомогенної маси (подрібненням в гомогенізаторах, ультразвуком, осмотичним цитолізом, методом заморожування і відтавання). Подрібнена кашка, гомогенат або біологічні рідини за звичай негайно фіксуються в рідкому кисні, охолоджених сумішах діетилового ефіру, ацетону та ін. Іноді такий матеріал заливають відповідним розчинником, що екстрагує досліджувану речовину або групу речовин. Часто вдаються до озолення матеріалу сухим (обвуглюють, а потім одержують водну або солянокислу витяжки) або мокрим (руйнують окислюючими сумішами) способами. У ряді випадків гомогенати піддають диференціальному центрифугуванню, одержуючи окремі фракції субклітинних структур. Отриманий і підготовлений для біохімічних досліджень матеріал бережуть в певних умовах, передбачених методом, найчастіше при температурі 0 – 4 °C. Зберігання матеріалу не повинно бути тривалим, оскільки з часом його хімічний склад змінюється. В деякі види матеріалу (наприклад, в сечу) для збереження додаються фіксуючі засоби (кристали тимола).
Рівні вивчення обміну речовин. Обмін речовин в живій матерії можна вивчати на різних рівнях, починаючи від організму і кінчаючи атомами. Серед методів вивчення обміну речовин на рівні цілісного організму особливе місце займає метод балансових дослідів, коли в організмі тварини розглядається перетворення речовин, починаючи від складу корму і кінчаючи продуктами кінцевого обміну, які визначаються у видихуваному повітрі, сечі, калі, поті. Цінні дані по обміну речовин в цілісному організмі можна отримати методом колориметрії, який дає можливість визначити енергетичну цінність поживних речовин в звичайних умовах і в умовах досліду. Окремі сторони перетворення речовин в організмі можна вивчити методом визначення дихального коефіцієнта. Багато сторін обміну речовин в організмі вивчають, досліджуючи хімічний склад окремих біологічних рідин (наприклад, за вмістом іонів Ca2+ в сироватці крові можна судити про стан обміну кальцію в організмі).
Матеріал для біохімічних досліджень, який характеризує обмін речовин на рівні окремих органів, одержують при постановці спеціальних дослідів. До них слід віднести метод ангіостомії, розроблений E.С. Лондоном. В кровоносні судини органу вставляють канюлі, за допомогою яких одержують проби артеріальної і венозної крові. При органостомії канюлю вставляють до органу, а після загоєння рани беруть проби для біохімічного аналізу. І.П. Павлов і його учні розробили постановку фістул для більшості органів травлення. Іноді матеріалом для досліджень служать біологічні рідини (кров, лімфа, ліквор, сеча та ін.), отримані від тварин, у яких видалений або був підсаджений орган (найчастіше – залози внутрішньої секреції).
Деякі біохімічні дослідження проводяться на тканинному рівні. Представляє інтерес метод тканинних зрізів, розроблений О. Варбургом. З тканин, тільки що відокремлених від організму, готують тонкі зрізи, які негайно поміщають у відповідні розчини. Через деякий час в зрізах і розчинах вивчають продукти метаболізму. Інкубацію зрізів проводять в замкнутій системі з манометром при температурі 37 оC. Набувають поширення гістохімічні методи, за допомогою яких на препаратах мікроскопічно визначають тканинну локалізацію і вміст окремих речовин.
Матеріалом для біохімічних досліджень можуть служити клітини. Найоб'єктивніші дані по хімічній статиці і динаміці клітин дають кількісні цитохімічні методи, за допомогою яких на препаратах (мазках або відбитках) визначають в окремих клітинах кількість різних хімічних речовин. Цінну інформацію про обмін речовин можна отримати на клітинному рівні, використовуючи метод авторадіографії. Піддослідним тваринам вводять радіоактивні ізотопи, які включаються в реакцію асиміляції. Через деякий час піддослідних тварин вбивають, а з відповідних їх органів або тканин готують гістологічні препарати. Після певної обробки виявляють радіоактивний розпад ізотопів. Метод точний і дозволяє визначити в клітині до 50 – 60 атомів ізотопу.
Інформацію про обмін речовини на субклітинному рівні можна отримати, вивчаючи продукти фракціонування клітинних структур. Спочатку з відповідного матеріалу (шматочків органів або тканин) одержують гомогенат. На спеціальних приладах – ультрацентрифугах – одержують фракції і підфракції, які містять різні субклітинні структури, що і служать матеріалом для біохімічних досліджень.
Методи електронної гісто- і цитохімії дають можливість при збільшенні електронного мікроскопа 1 – 0,1 нм виявляти в субклітинних структурах локалізацію і кількість окремих хімічних речовин.
Комплексне використання методів дозволило розшифрувати ультраструктуру клітини – основного об'єкту дослідження живої матерії.
Виділення досліджуваних речовин з матеріалу. В матеріалі для біохімічного дослідження речовини рідко зустрічаються в чистому вигляді. Для розділення сумішей і виділення речовин у чистому вигляді застосовується ряд методів: перегонка, сублімація, випаровування, мікродифузія, фільтрація в гелях сефадексів, діаліз, кристалізація, екстракція, аналіз седиментації, електрофорез та ін. Багато які з цих методів основані на відмінності температури переходу речовини з одного агрегатного стану в інший, розділенні у зв'язку з неоднаковою величиною молекул або частинок, різної розчинності, різної реакційної здатності сполук, неоднакової швидкості седиментації, відмінності розподілу між рухомою і нерухомою фазами на основі неоднакової розчинності, величини сорбції молекул і електричного заряду, на неоднаковому електричному заряді молекул при певному значенні рН, на відмінності рухливості в електричному і магнітному полі комплексу речовини із зарядженими частинками, розділенні на основі різних імунних властивостей речовин та ін.
Основи методів кількісного аналізу. Методи кількісного аналізу, які використовуються в біохімії, основані на визначенні в тому або іншому субстраті кількості речовини за її екстенсивними властивостями (маса, об'єм) або фізичними, термічними, електричними, ядерними, хімічними, а також по взаємодії речовини з променистою енергією, дифракції рентгенівського проміння і електронів, випуску випромінювання та ін.
Класифікація біохімічних методів. Кількість біохімічних методів, які використовуються у теоретичній і прикладній біохімії, клінічній практиці і суміжних дисциплінах, величезне. Так, наприклад, для виявлення холестерину існує понад 100 біохімічних методів. Є декілька видів класифікацій. Найбільш прийнятна класифікація за способом підходу до визначення вмісту тієї або іншої речовини в субстраті.
Методи об'ємно-вагового аналізу. Принципи об'ємно-вагового аналізу є основою біохімічного дослідження. По кількості речовини в субстраті розрізняють: макрометоди – для аналізу береться 40 – 50 мл розчину або близько 500 мг сухої речовини; напівмікрометоди – об'єм досліджуваного розчину складає від 1 до 100 мл, маса сухої речовини – від 10 до 100 мг; мікрометоди – об'єм досліджуваного розчину – декілька десятих часток мілілітра, маса сухої речовини – декілька міліграмів; ультрамікрометоди – об'єм досліджуваного розчину менше 0,1 мл, маса сухої речовини менше 1 мг.
Об'ємно-ваговий аналіз оснований на кількісному визначенні об'єму або маси досліджуваної речовини. Це визначення проводиться зважуванням (для сухих речовин) або титруванням (для розчинів).
Методи об'ємно-вагового аналізу, основані на титруванні, ділять на чотири групи: ацидометричні, алкаліметричні, оксидометричні і осадження. Для першої групи як титруючий розчин застосовують розчин кислоти, другої – розчин лугу, третьої – окислювачі, четвертої – солі важких металів. Перші дві групи методів називають методами нейтралізації. Методом нейтралізації визначають, наприклад, загальний і залишковий азот по Кьельдалю, оксидометрією визначають цукор крові і т.д.
Кількісний вміст сухої речовини визначається гравіметричним методом. Наважку проби розчиняють, малорозчинний осад промивають, потім висушують або прожарюють до постійного значення маси, а потім визначають її величину. Прикладом може бути визначення маси казеїну в молоці.
Оптичні методиволодіють високою чутливістю (вони виявляють у пробах вміст речовин у концентраціях менше 0,001 мг), специфічністю і точністю. Розрізняють п'ять основних груп оптичних методів: адсорбційні, нефелометричні і турбідиметричні, люмінесцентні, спектральні і поляриметричні.
Адсорбційні методи основані на визначенні кількості речовини в розчинах по інтенсивності поглинання ним світлової енергії. Залежно від використання світлової енергії розрізняють фотометрію і спектрофотометрію. Фотометрія включає власне фотометричні (візуальні і фотоелектроколориметричні) і колориметричні (стандартних серій і шкали, колориметричного титрування, порівняння) методи. Прикладом широкого використання цих методів в лабораторній практиці є визначення фосфору в сироватці крові фотоелектроколориметром по Фіску-Суббароу. Розрізняють три види спектрофотометрії: фотографічну, термоелектричну і фотоелектричну. В біохімії найчастіше використовується фотоелектрична спектрофотометрія, наприклад визначення нуклеїнових кислот спектрофотометрами.
Нефелометричні і турбідиметричні методи (візуальні і об'єктивні) основані на вимірюванні інтенсивності світлового потоку, розсіяного суспензіями окремих речовин. При нефелометрії вимірюється інтенсивність розсіяного світлового потоку в напрямі, перпендикулярному до падаючого світлового потоку. При турбідиметрії вимірюється інтенсивність світлового потоку, який пройшов через кювету з розчином, що вивчається, у напрямі падаючого світлового потоку. Ці методи застосовуються при визначенні в різних розчинах вмісту білків, амінокислот, деяких вітамінів і інших речовин. Наприклад, фотоелектроколориметрами-нефелометрами визначають вміст альбумінів і глобулінів в сироватці крові.
Люмінесцентний аналіз володіє високою чутливістю (від 0,0001 до 1000 мкг), специфічністю виявлення мінімальних кількостей речовин, яскравістю і контрастністю. Він оснований на здатності окремих речовин спочатку поглинати, а потім випромінювати світлову енергію. Деякі речовини володіють власною (первинною) люмінесценцією (вітаміни групи А, ліпофусцин, амілоїди, бензопірен). У інших сполук ця властивість виникає після обробки їх флуорохромами (вторинна люмінесценція). Метод використовується для визначення вмісту вітаміну В1 в сечі електронним флуориметром по Вангу і Харрісу та ін.
Спектральний аналіз дає можливість вивчати якісний і кількісний склад молекул і атомів різних речовин на основі визначення спектрів поглинання або випускання світлової енергії. Розрізняють декілька видів спектрального аналізу – емісійний, адсорбційний і комбінаційний. У клініці широко застосовується полум’яно-фотометричний метод визначення натрію, калію і кальцію в сироватці крові по Габшу.
Поляриметричний аналіз оснований на здатності оптично активних речовин в розчині обертати площину поляризованого світла. У складі молекули такої речовини є асиметричні атоми вуглецю. Як приклад назвемо визначення вмісту глюкози в сечі поляриметром або глюкозиметром.
Хроматографічні методи. Найчастіше використовуються як попередні методи біохімічного аналізу. Так, цими методами з різних сумішей виділяють речовини в чистому вигляді, а потім іншими методами (головним чином, об'ємно-ваговими і оптичними) визначають їх кількісний вміст. Методи були розроблені і введені російським ботаніком M.С. Цветом у 1903 р.
Залежно від середовища, де проводиться розділення, розрізняють газову, газорідинну і рідинну хроматографію; залежно від механізму розділення – адсорбційну (молекулярну), розподільну, іонообмінну, осадову, окисно-відновну, адсорбційно-комплексоутворюючу; залежно від методу проведення – колоночну, капілярну, площинну (паперову і в тонкому шарі); залежно від мети дослідження – аналітичну, препаративну і промислову. Методи хроматографії часто застосовують спільно з методами електрофореза для виділення і очищення різних речовин з сумішей (наприклад, якісне і кількісне визначення амінокислот в сироватці крові за допомогою хроматографії).
Методи електрофореза. Застосовуються для розділення білків на окремі фракції (альбуміни, a-, b-, g-глобуліни) і підфракції, а також для виділення ізоферментів та інших речовин з біологічних рідин і штучних розчинів. Розрізняють препаративний і кількісний електрофорез. Препаративний електрофорез застосовується для розділення сумішей речовин в газовому і рідкому середовищах. Кількісний електрофорез використовується для визначення кількості речовин після їх розділення. В біохімічних дослідженнях часто використовуються зональний фронтальний (або вільний) електрофорез, мікроскопічний та імуноелектрофорез. Залежно від природи носія зональний електрофорез може проводитися на папері, в гелях, в блоках і т.д. В клініці часто проводиться електрофоретичне визначення білкових фракцій сироватки крові на папері. У ряді випадків застосовується універсальний прилад для імуноелектрофореза і електрофореза білків (УЕФ), за допомогою якого білки розділяють на агар-агарі, папері, крохмалі, проводячи потім їх кількісне визначення.
Методи полярографії. Це група електрохімічних методів, основаних на явищі дифузійного струму, величина якого пропорційна концентрації речовини, що обумовлює цей струм. Розрізняють постійнострумову, зміннострумову, високочастотну, імпульсну і осцилографічну полярографію. Методи використовуються для ранньої діагностики хвороб серцево-судинної системи, визначення вмісту в тканинах кисню і мікроелементів, оцінки якості м'яса та ін. В клініці застосовується полярографічний метод визначення вмісту фосфору в сироватці крові (за M.О. Кондрашовою).
Манометрові методи. Основані на вимірюванні тиску рідин або газів манометрами. Використовується для вимірювання тиску газів (найчастіше CO2 і O2) під час їх поглинання або утворення при постійній температурі і об'ємі в закритій системі. Застосовуються при вивченні тканинного обміну, різних видів бродіння, дослідженні газообміну між кров'ю і тканинами, визначенні ряду продуктів проміжного обміну, амінокислот, активності окремих ферментативних систем і т.д. Прикладом може бути метод визначення окислювального фосфорилування по Варбургу.
Інші методи біохімічних досліджень. Окрім розглянутих, в біохімії застосовуються методи ультрацентрифугування і радіоактивних ізотопів. В першому випадку використовуються ультрацентрифуги, що дають від 20000 до 200000 об/хв. Методи ділять на декілька видів: визначення швидкості седиментації, рівноваги седиментації і метод диференційного центрифугування. Вони дають можливість отримати окремі фракції і підфракції клітин і тканин, хімічний склад яких вивчається різноманітними методами об'ємно-вагового, оптичного, полярографічного і інших аналізів.
При використанні методу радіоактивних ізотопів піддослідній тварині ін'єкцією або з кормом вводиться мічений попередник, після чого він включається в реакції обміну речовин.
Радіоактивний розпад мічених атомів потім уловлюється радіометрами. В лабораторній практиці застосовується метод визначення оновлення фосфору білків.
Статистична обробка результатів біохімічних досліджень. Цифрові дані, отримані різними біохімічними методами, піддаються статистичній обробці. Така обробка дозволяє об'єктивно оцінити результати досліджень. Існує ряд методів статистичної обробки, які приводяться в керівництві по використанню біохімічних методів. Після статистичної обробки приступають до узагальнення результатів біохімічних досліджень. Узагальнення відображаються в таблицях, графіках, діаграмах і інших матеріалах. На підставі цього формулюються висновки про закономірності явищ, що вивчаються, – біохімічній статиці і динаміці живих організмів.
Все темы данного раздела:
З історії розвитку біохімії
Біологічна хімія, або біохімія, – це наука про хімічний склад живих організмів і хімічні процеси, що забезпечують їх існування. Слово „біохімія” походить від двох грецьких слів: bi
ХІМІЧНИЙ СКЛАД ТВАРИННОГО ОРГАНІЗМУ
Хімічні елементи. З відомих 115 хімічних елементів в живих організмах було виявлено близько 70. Частина з них постійно знаходиться в тканинах всіх тваринних організмів, незалежно в
Таблиця 1.
Хімічний склад деяких органів і тканин, % (по С. M. Рапопорту)
Орган, тканина
Вода
Білки
Ліпіди
Мінераль
Таблиця 2.
Хімічний склад живої клітини (по О. Гізе)
Речовина
Вміст,
%
Середня молекулярна маса
Число молекул
на
БІОЛОГІЧНІ МЕМБРАНИ
Всі живі клітини відокремлені від навколишнього середовища поверхнею, яка називається клітинною мембраною. Крім того, для еукаріотів характерним є утворення усередині клітин декількох компартментів
Основні поняття і терміни біологічної хімії
Обмін речовин і енергії є однією з найважливіших і найсуттєвіших ознак живого організму. Живі організми – відкриті системи, для існування яких необхідний постійний двосторонній зв'язок (обмін) з на
Загальна характеристика, будова та функції вуглеводів
Вуглеводи – органічні сполуки, які найчастіше складаються з трьох хімічних елементів – вуглецю, водню і кисню. Відомі багато сполук, що містять, окрім цих трьох елементів, також фосфор, сірку і азо
А. Моносахариди
Моносахариди класифікують за наявністю альдегідної або кетонної групи (альдози і кетози), числом вуглецевих атомів (тріози, тетрози, пентози, гексози і т.д.) і за хімічною природою (нейтральні і ки
Б. Полісахариди
Складні вуглеводи ділять на олігосахариди і власне полісахариди. Олігосахариди – це вуглеводи, молекули яких містять від 2 до 10 залишків молекул моносахаридів. Найбільший інтерес представляють ди-
Загальна характеристика, будова та функції ліпідів
Ліпідами називають жири і жироподібні речовини. Містяться вони у всіх живих клітинах і виконують ряд життєво важливих функцій: структурну, метаболічну, енергетичну, захисну. При розкладанні багатьо
Фізичні і хімічні константи деяких жирів
Константи
Вид жиру
Яловичий
Баранячий
Свинячий
Густина при 15°С, г/см3
Білки. Амінокислоти
Білки – високомолекулярні органічні сполуки, азотовмісні нерегулярні біополімери, побудовані з великої кількості залишків амінокислот, сполучених пептидним та іншими видами зв’язків. Свою назву біл
Функції білків
Каталітична функція. Усі ферменти – біологічні каталізатори, що зумовлюють перебіг хімічних реакцій в організмі – мають білкову природу. Вони є необхідними для життєдіяльності кожного живого
Хімічний склад білків
Елементний склад. Дослідження елементного складу білків розпочалось ще на початку XIX ст. Перші дані про елементарний склад білків з’явились у 1809 р. на основі досліджень Ф. Грена. У резуль
Амінокислоти
У живих клітинах синтезується багато макромолекул (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів), які відіграють роль структурних компонентів, біокаталізаторів, гормонів, рецепторів або в них зосередж
Таблиця 1
L-a-амінокислоти, які входять до складу білків1)
№
Назва
Скорочене
позначення
Стру
Основана на полярності їх R–груп
Неполярні
Полярні
Аланін
Валін*
Ізолейцин*
Лейцин*
Метіонін*
Пролін
Триптофан*
Фенілаланін*
Аргінін**
Асп
Роль в метаболізмі організму
Назва
Роль
Структурна формула
Гідроксилізин
Входить до складу колагену та желатини
Властивості карбоксильної групи
Як і всі інші сполуки, що містять карбоксильну групу, амінокислоти при взаємодії з основами утворюють солі, а в результаті реакцій із спиртами і амінами утворюють, відповідно, ефіри
Властивості аміногрупи
Як і всі сполуки, що містять аміногрупу, амінокислоти взаємодіють з кислотами, утворюючи солі.
Відділення аміногрупи від амінокислоти може бути здійснено багатьма способами
Методи визначення N-кінцевих амінокислот
Реакція з динітрофторбензолом (реакція Сенгера). Динітрофторбензол реагує з аміногрупою амінокислоти і, звільняючи фтористоводневу кислоту, утворює динітрофеніламінокислоту (ДНФ-ак
Будова білків
Всі білки являються високомолекулярними поліпептидами. Умовну границю між великими поліпептидами і білками проводять в області молекулярних мас 8000 – 10000.
Характеристика зв’язкі
Характеристика конформацій поліпептидів
Спіральна структура. Модель просторової конфігурації поліпептидного ланцюга у вигляді спіралі вперше запропонували Л. Полінг і Р. Корі в 1951 p. на основі даних рентгеноструктурного аналізу
Фізико-хімічні властивості білків
Розчинність. Більшість білків розчинна у воді і у водних розчинах. Розчинність залежить від будови молекул білка і іонного складу середовища, зокрема від іонної сили і рН.
Іонна
Визначення молекулярної маси білків
Молекулярна маса білків велика, і для їх визначення часто доводиться використовувати зовсім інші методи, ніж в органічній хімії.
Осмотичний тиск. Якщо речовина, розчинена у воді, ві
Класифікація білків
Для класифікації білків часто використовують функціональний принцип, тобто їх класифікують виходячи з основних функцій, які вони виконують під час метаболізму. За цим принципом білки поділяють на т
Хімічний склад і будова нуклеїнових кислот
Нуклеїнові кислоти, як і білки, є високомолекулярними сполуками. Вони побудовані з великої кількості структурних одиниць, які називаються нуклеотидами, тобто нуклеїнові кислоти – полінуклеотиди.
Компоненти нуклеїнових кислот і їх позначення
Азотиста основа
Нуклеозид
Рибонуклеотидфосфат
Дезоксирибонуклеотидфосфат
моно-
ди-
три-
Будова нуклеїнових кислот
Окремі нуклеотиди, які побудовані з пуринових або піримідинових основ, рибози або дезоксирибози і залишку фосфорної кислоти, сполучаючись між собою, утворюють ди-, три-, тетра-, пента- гекса- і пол
Властивості нуклеїнових кислот
Нуклеїнові кислоти – це речовини білого кольору, волокнистої будови, погано розчинні у воді. їх солі (лужних металів) добре розчинні у воді. Нуклеїнові кислоти розчиняються також у розчинах солей:
Функції нуклеїнових кислот
Нуклеїнові кислоти в організмі виконують різноманітні функції, але найважливішими серед них є участь у передачі спадкових ознак і процесах біосинтезу білка. Основними носіями генетичної інформації
Загальні відомості
Вітаміни були відкриті в 1880 р. російським лікарем М.І. Луніним (1853 – 1937) в експериментах на двох групах білих мишей. Тваринам першої групи він давав штучний раціон (вода + казеїн + лактоза +
Жиророзчинні вітаміни
Жиророзчинні вітаміни не розчиняються у воді, але розчиняються в органічних розчинниках, термостабільні, стійкі до зміни рН середовища, можуть частково депонуватися в тканинах людського і тваринног
Водорозчинні вітаміни
Водорозчинні вітаміни не розчиняються в жирах і багатьох органічних розчинниках, але добре розчиняються у воді, термолабільні, не стійкі до змін рН, не можуть депонуватися в тканинах. Є складовими
Вітаміноподібні речовини
Інозит. Інозит (мезоінозит) широко поширений в тваринному і рослинному світі. Необхідний людині і багатьом тваринам.
Гіпо- і авітамінози. У
Коротка історія вчення про ферменти
Ферменти (ензими) – це біологічні каталізатори білкової природи, які утворюються в живих клітинах і володіють здатністю прискорювати хімічні процеси в організмі. І.П. Павлов назвав
Біосинтез і клітинна локалізація ферментів
Ферменти за хімічною природою є простими або складними білками. Для їх утворення відповідні клітини повинні містити амінокислоти та інші речовини, з яких утворюються простетичні групи або кофермент
Методи виділення і очищення ферментів
Вихідним матеріалом для отримання різних ферментів найчастіше служать органи і тканини тварин і рослин, травні соки, а також клітинна маса мікроорганізмів. Підбираючи матеріал, слід враховувати вид
Загальні властивості ферментів
Білкова природа ферментів. Білкова природа ферментів в даний час повністю встановлена. Всі ферменти є простими або складними білками. Наприклад, до простих білків відносяться. ферм
Оптимальні значення рН для деяких ферментів
(зa T.T. Березовим і Б.Ф. Коровкіним)
Фермент
рН
Фермент
рН
Пепсин
1,
Катіони металів, які активують деякі ферменти
(за T.T. Березовим і Б.Ф. Коровкіним)
Фермент
Катіон металу
Фермент
Катіон металу
Хімічна природа ферментів
Відомо, що ферменти мають білкову природу. Як і білки, їх ділять на прості і складні. Прості ферменти є однокомпонентними, а складні – дво- і багатокомпонентними.
Для ферментів-білків хара
Коферменти. Простетичні групи
Коферментами називають низькомолекулярні органічні сполуки небілкової природи, що володіють здатністю оборотно зв’язуватися з ферментним білком. Їх можна відділити від апофермента діалізом, дією ки
Зоферменти
Ізоферменти – це різновиди ферменту, які володіють однією і тією ж субстратною специфічністю, але відрізняються між собою деякими фізичними, хімічними, каталітичними та імунологічними властивостями
Механізм дії ферментів
Механізм ферментативного каталізу є об’єктом дослідження багатьох учених. При ферментативному каталізі виявляється білкова природа ферментів, їх термолабільність, вплив рН середовища, специфічність
Номенклатура і класифікація ферментів
У даний час відомо понад 1000 ферментів. У міру розвитку біохімії виникала необхідність у вдосконаленні номенклатури і класифікації ферментів. До перших ферментів, відкритих біохіміками, відносятьс
Оксидоредуктази
Ферменти, які каталізують окисно-відновні процеси. Оксидоредуктази – двокомпонентні ферменти. Функції кофакторів у яких можуть виконувати піридин– (НАД і НАДФ) і флавіннуклеотиди (ФМН і ФАД), заліз
Трансферази
Трансферази – клас ферментів, які каталізують перенесення різних хімічних груп від однієї органічної сполуки (донатора) до іншої (акцептору). Вони беруть участь в обміні нуклеїнових кислот, білків,
Гідролази
Це ферменти, що каталізують реакції розщеплення (іноді і синтезу) органічних речовин, за участю води:
R1R2 + HOH « R1H + R2OH
Гідролази
Зомерази
Ці ферменти каталізують реакції внутрішньомолекулярного переміщення різних груп органічних речовин. Складаються з п’яти підкласів.
5.1. Рацемази і епімерази. Каталізують р
Взаємозв’язок між ферментами
Обмін речовин в організмі каталізується поліферментними системами, в які входять ферменти, що належать до всіх шести класів. Між ферментами існує взаємозв’язок, спадкоємність і послідовність. Для н
Ферменти в народному господарстві, медицині, ветеринарії і зоотехнії
Ферменти широко використовуються в народному господарстві. Так, в хлібопеченні застосовують ферментативні препарати, які покращують якість і аромат хліба. Дозрівання тіста прискорюється на 30%, а в
Загальна характеристика гормонів
Гормони – це біологічно активні речовини, які синтезуються залозами внутрішньої секреції і виділяються безпосередньо в кров, лімфу або ліквор. Наука про залози внутрішньої секреції
Гормони гіпоталамуса
Гіпоталамус здійснює зв'язок між центральною нервовою системою і залозами внутрішньої секреції. 32 пари ядер гіпоталамуса беруть участь в регуляції функцій і обміну речовин організму. Регуляція зді
Гормони гіпофіза
Гіпофіз – найважливіша залоза внутрішньої секреції. Разом з гіпоталамусом утворює єдину морфофізіологічну систему, яка регулює різні сторони обміну речовин. Гіпофіз складається з трьох частин: пере
Гормони епіфіза
Епіфіз – це невелика залоза внутрішньої секреції, вона розміщена між мозочком і півкулями головного мозку. Основу епіфіза складають пінеальні і гліальні клітини. Тут синтезується декілька гормонів:
Гормони щитовидної залози
Щитовидна залоза – найважливіший орган внутрішньої секреції. У різних тварин її розміри досягають 6 – 7 см, маса – 15 – 42 г. Швидкість кровотоку в щитовидній залозі в 100 разів більша, ніж у тазов
Гормон паращитовидної залози
Паращитовидні залози – невеликі епітеліальні утворення, розташовані у вигляді однієї – двох пар на поверхні щитовидної залози. Виробляють гормон, який є одним з основних регуляторів обміну кальцію
Гормон навколовушної залози
Навколовушна залоза – найбільша або друга після підшлункової залози по величині залоза. У жуйних секретує безперервно. Навколовушна залоза виробляє гормон паротин.
Хімічна п
Гормон вилочкової залози
Вилочкова залоза (тимус) – лімфоепітеліальний орган. Розвивається в ранньому віці, у дорослих тварин редукується. Залоза складається з кіркової і мозкової речовини. В мозковій речовині в шаруватих
Гормони підшлункової залози
Підшлункова залоза виконує секреторні і інкреторні функції. Її гормонами є: інсулін, глюкагон, ліпокаїн і ваготонін. Гормони виробляються в основному в клітинах острівців Лангерганса, які складають
Чоловічі статеві гормони
Чоловічі статеві гормони – андрогени синтезуються в основному в сім’яниках, деяка частина – в яєчниках і корі наднирників. Найбільша кількість гормонів міститься в спермі. Сперма на 90 – 98% склада
Жіночі статеві гормони
Жіночі статеві гормони синтезуються в яєчниках, плаценті і частково в наднирниках. Відрізняються між собою за хімічною будовою, властивостями і значенням.
Хімічна природа.
Гормони кори наднирників
Наднирники – парні залози внутрішньої секреції. Кожний наднирник складається з кіркової і мозкової речовини. Кіркова речовина складає 60 – 70% загальної маси органу. Експериментальне видалення орга
Гормони мозкової речовини наднирників
Мозкова речовина наднирників складає 30 – 40% його загальної маси. Продукує гормони адреналін і норадреналін. Вивчення гормонів почалося після дослідів Н. Цибульського і Л. Шимановича в 1895 р., як
Гормоноїди
Гормоноїди, або парагормони, – це різнорідні за хімічною будовою речовини, які проявляють сильну біологічну дію на багато фізіологічних процесів в організмі. На відміну від гормонів їх біосинтез не
Загальні уявлення про обмін речовин і енергії
Обмін речовин і енергії є однією з найважливіших і найсуттєвіших ознак живого організму. Живі організми – відкриті системи, для існування яких необхідний постійний двосторонній зв'язок (обмін) з на
Енергетичний баланс організму. Макроергічні сполуки
Обмін речовин в організмі тісно пов’язаний з обміном енергії. Постійне надходження та використання енергії є необхідною умовою існування живих організмів як відкритих систем. За рахунок надходження
Біологічне окислення
Вивчення процесів окислення було започатковано M.В. Ломоносовим та А. Лавуазьє на основі дослідження продуктів згорання. А. Лавуазьє, співставляючи процеси горіння з процесами дихання в живих орган
Таблиця 1
Стандартні потенціали деяких окисно-відновних систем
Система
Е’0, вольт
Кисень / вода
+ 0,82
Окислювальне фосфорилювання
Розглянуті вище реакції окислення – відновлення різних субстратів, що здійснюються в живих організмах у процесі внутрішньоклітинного обміну, дістали назву біологічного окислення. Процеси біологічно
Перетравлювання вуглеводів
Вуглеводи складають основу рослинних кормів. У більшості з них вони знаходяться у вигляді оліго-, гомо- і гетерополісахаридів, складових частин глюко- і мукопротеїдів, нуклеїнових кислот, біокомпле
Всмоктування вуглеводів
Всмоктування – це складний біохімічний процес переходу молекул моносахаридів і їх ефірів через епітелій слизової оболонки тонкої кишки в кров і лімфу. Слід зазначити, що деяка кількість моносахарид
Проміжний обмін
Він протікає в органах, тканинах, клітинах та інтрацелюлярних структурах. При цьому моносахариди крові використовуються для різних потреб організму – енергетичних, пластичних, захисних та ін. Так,
Вміст цукру в крові людини і деяких тварин
Об'єкт дослідження
Вміст цукру,
ммоль/л
Об'єкт дослідження
Вміст цукру, ммоль/л
Ссавці
Синтез глікогену
Глікоген як джерело хімічної енергії і регулятор осмотичного тиску крові має велике значення для організму. В органах відкладається у вигляді зерен.
Вміст глікогену в печінці людини і твар
Розпад глікогену
Глікоген – лабільна сполука. Протягом доби в організмі людини і тварин синтезується і розщеплюється 65 – 70% глікогену печінки.
Зменшення вмісту цукру в крові рефлекторно призводить до роз
Анаеробне розщеплення вуглеводів
Цей процес протікає в органах, тканинах і клітинах живого організму без участі кисню. Його основні реакції схожі з хімізмом спиртового бродіння, названого Л. Пастером „життям без ки
Спиртове бродіння
У нижчих організмів – дріжджових і цвілевих грибів, деяких мікроорганізмів – процес анаеробного перетворення вуглеводів завершується утворенням етилового спирту, тому він дістав наз
Аеробне перетворення вуглеводів
Аеробне й анаеробне перетворення вуглеводів тісно зв'язані між собою. Це насамперед виявляється в тому, що обидва процеси проходять однаково включно до стадії утворення піровиноград
Пентозний цикл
Пентозний цикл – це ланцюг послідовних хімічних перетворень вуглеводів, у результаті якого в тканинах і клітинах звільняється хімічна енергія і утворюються пентози, необхідні для си
Глюкозо-6-фосфат + 7Н2О + 12НАДФ+ ® 6СО2 + 12НАДФ×Н2 + 5 Глюкозо-6-фосфат + H3PO4.
Отже, виходячи із сумарного рівняння бачимо, що при повному окисленні 1 молекули глюкози утворюється 12 молекул відновленого НАДФ, які в процесі окислення у мітохондріях можуть дати
Біосинтез дисахаридів
Важливими представниками дисахаридів є сахароза, лактоза, мальтоза та деякі інші. Біосинтез їх здійснюється в основному за реакціями трансглікозування. При цьому процес перенесення
Регуляція вуглеводного обміну
У регуляції вуглеводного обміну беруть участь нервова система, залози внутрішньої секреції, печінка і деякі вітаміни. Центри, які регулють вуглеводний обмін, розміщені в корі великих півкуль, промі
Патологія вуглеводного обміну
Причинами патології вуглеводного обміну можуть бути багато інфекційних, інвазивних і незаразних хвороб. Патологія вуглеводного обміну найчастіше виявляється у вигляді гіперглікемії і глюкозурії, ац
Біологічна роль ліпідів в організмі
Ліпіди, як і білки, вуглеводи та інші речовини, відіграють в організмі важливу біологічну роль. Вона насамперед визначається тим, що ці речовини характеризуються комплексом своєрідних фізико-хімічн
Трудової діяльності
Вид діяльності
Жир
тваринний
рослинний
Розумова праця:
чоловіки
Перетравлювання ліпідів
Більшість ліпідів засвоюється організмом тільки після попереднього розщеплення. Під впливом травних соків вони гідролізуються до простих сполук (гліцерину, вищих жирних кислот, стеринів, гліколів,
Всмоктування ліпідів
Більшість ліпідів всмоктується в нижній частині дванадцятипалої і у верхній частині тонкої кишки, інші – в інших ділянках тонкої кишки. Продукти розщеплення ліпідів всмоктуються епітелієм ворсинок.
Проміжний обмін
Обмін ліпідів тісно пов'язаний з обміном вуглеводів, білків, мінеральних сполук і вітамінів, оскільки вони мають багато загальних продуктів метаболізму, що зв'язують обмін речовин в єдине ціле. Про
Біосинтез ліпідів
Біосинтез різних груп ліпідів має свої особливості.
Біосинтез жирів. Біосинтез жирів складається з трьох основних етапів: синтез гліцерину, вищих жирних кислот і сполученн
Ліполіз
Ліполізом називається процес ферментативного розщеплення ліпідів тканин і клітин до їх складових частин, які використовуються для задоволення різних потреб організму — енергетичних, пластичних та і
Кінцевий обмін
Основними кінцевими продуктами ліпідного обміну є дві речовини – вуглекислий газ і вода. Вони виділяються легенями, нирками, товстою кишкою, пітними залозами. Вода виділяється переважно у складі се
Регуляція ліпідного обміну
Процеси обміну ліпідів регулюються нейрогуморальним шляхом. Центральна нервова система впливає на ліпідний обмін безпосередньо або через залози внутрішньої секреції. Відповідні ділянки кори великих
Патології ліпідного обміну
Ліпідний обмін порушується при багатьох інфекційних, інвазивних і незаразних хворобах. Часто причиною порушення обміну є неправильно складені раціони. Патологія ліпідного обміну спостерігається при
Перетравлювання білків
У харчовому каналі білки піддаються розщепленню до амінокислот, які потім засвоюються організмом.
У ротовій порожнині їжа, що містить білки, механічно подрібнюється, змочується слиною і пе
Всмоктування білків
Білки всмоктуються у вигляді амінокислот, низькомолекулярних пептидів (частково) і складових частин простетичних груп. У новонароджених всмоктується частина нерозщеплених білків молозива і молока.
Проміжний обмін
Продукти всмоктування білків через систему ворітної вени поступають у печінку. Амінокислоти, що залишилися в крові після проходження через печінку, з печінкової вени потрапляють у велике коло крово
Кінцевий обмін
Під час проміжного обміну утворюється ряд хімічних сполук, які виділяються з організму як продукти розпаду білків. Зокрема, вуглекислий газ, що утворився, виділяється легенями, вода – нирками, пото
Регуляція білкового обміну
Всі етапи білкового обміну регулюються центральною нервовою системою та залозами внутрішньої секреції. Особливе місце в регуляції належить корі великих півкуль головного мозку і підкоровим центрам.
Патології білкового обміну
Обмін білків порушується при багатьох інфекційних, інвазивних і незаразних хворобах. Часто причиною порушень білкового обміну є неправильно складений раціон, недотримання режиму прийому їжі та ін.
Перетравлювання та всмоктування нуклеїнових кислот
Нуклеїнові кислоти в їжі та кормах знаходяться в основному у вигляді нуклеопротеїдів.
У ротовій порожнині їжа, що містить нуклеопротеїди, механічно подрібнюється, змочуються слиною і у виг
Проміжний обмін нуклеїнових кислот
Біосинтез нуклеїнових кислот
Матеріалом для синтезу нуклеїнових кислот у клітинах можуть бути екзогенні продукти гідролітичного розщеплення ДНК і РНК їжі. Частину матеріалів для цих
Кінцевий обмін нуклеїнових кислот
Пуринові і піримідинові основи, що утворилися в тканинах при розщепленні нуклеїнових кислот, отруйні і знешкоджуються в печінці (в меншій мірі – в слизовій оболонці кишок, селезінці та інших органа
Регуляція нуклеїнового обміну
Нуклеїновий обмін регулюється на різних рівнях, починаючи від цілого організму і закінчуючи молекулою нуклеїнової кислоти. Провідне місце належить центральній нервовій системі і її вищому відділу –
Патологія нуклеїнового обміну
Порушення нуклеїнового обміну різні. Найхарактернішою з них є подагра. Її причиною є порушення нейрогуморальної регуляції нуклеїнового обміну. В суглобах, хрящах, сухожильних піхвах і слизов
Значення і розподіл води в організмі
Вода складає близько 3Д біомаси Землі. Перші живі організми виникли у водному середовищі. Життя без води неможливе. Собака, позбавлена корму, може прожити до 100 діб, без води
Обмін води
Тканини і клітини використовують два види води: екзо- і ендогенну. Екзогенна вода поступає в організм ззовні. В загальній масі вона складає 6/7 всієї води, необхідної д
Загальна характеристика мінеральних речовин
У живих організмах виявлено близько 70-ти хімічних елементів, із них 47 присутні в ньому постійно. Це біогенні хімічні елементи.
За кількісним вмістом у живій матерії всі
Обмін мінеральних речовин
Мінеральні речовини, що входять до складу раціону, в організмі піддаються складним перетворенням. Так, основну масу мінеральних речовин, що знаходяться у вільному стані, організм засвоює без якої-н
Мг% на сиру тканину
Орган або тканина
К
Na
Ca
Mg
Cl
P
М'язи
Макроелементи
Чотири макроелементи складають органічну основу живих організмів. Це кисень (62,43%), вуглець (21,15%), водень (9,86%) і азот (3,10%). Решту макроелементів прийнято вважати мінераль
Мікроелементи
Йод. В організмі йоду міститься до 0,027% загальної маси. Йод необхідний для синтезу гормонів щитовидної залози. В організм йод поступає з кормом, водою і повітрям. Всмоктується в шлунку
Регуляція на рівні мембрани
У дослідженнях на бактеріях вдалося точно охарактеризувати механізми, що забезпечують активне і специфічне проникнення в клітину деяких метаболітів завдяки участі в них білків пермеаз, які перенося
Метаболічний рівень регуляції
Метаболічний рівень регуляції забезпечує узгодженість процесів обміну за рахунок зміни концентрації метаболітів. Метаболіти – це низькомолекулярні сполуки, які потрапляють в організм з продуктами х
Оперонний рівень регуляції
Даний рівень регуляції процесів життєдіяльності забезпечується на рівні оперона. Оперон – ділянка ДНК, обмежена промотором і термінатором, яка знаходиться під регуляторною дією гена-регулятора і за
Клітинний рівень регуляції
Якщо врахувати, що клітина є основною структурною одиницею живих організмів, то інтенсивність перебігу обмінних процесів у ній відіграє вирішальну роль у забезпеченні процесів життєдіяльності. Меха
Організменний і популяційний рівні регуляції
Організменний рівень регуляції забезпечується за рахунок складних механізмів, для здійснення яких необхідна наявність спеціальних диференційованих клітин і систем, що виявляють контрольну функцію (
Новости и инфо для студентов