Введение. Метаболизм. Тема 1

Биохи́мия - (биологи́ческая, или физиологи́ческая хи́мия) — наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности.
Объектами изучения биохимии являются различные живые организмы - вирусы, бактерии, растения, животные и организм человека.
Совокупность биохимических превращений органических соединений (биомолекул) в живых организмах называется обменом веществ или метаболизмом.
Метаболизм, в свою очередь, состоит из процессов биосинтеза веществ, то есть анаболизма, и процессов расщепления веществ, то есть катаболизма.

Разделы биохимии
1. Статическая биохимия изучает химический состав организмов и структуру составляющих их молекул (белков, аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеотидов, углеводов и их производных, липидов, витаминов, гормонов).

Разделы биохимии
2. Динамическая биохимия - изучает химические реакции, представляющие обмен веществ (метаболизм), а именно пути превращения молекул и механизмы происходящих между ними реакций.
Биоэнергетика - раздел динамической биохимии, который изучает закономерности образования, аккумуляции и потребления энергии в биологических системах.

Разделы биохимии
3. Функциональная биохимия
изучает биохимические реакции, лежащие в основе физиологических функций.
Она изучает биохимические основы переваривания питательных веществ в желудочно-кишечном тракте; механизмы мышечного сокращения, проведения нервного импульса, дыхательной функции крови, регуляции кислотно-щелочного равновесия, функции печени и почек, иммунной системы и др.

Разделы биохимии
4. Биохимия человека или медицинская биохимия – это раздел биохимии, который изучает закономерности обмена веществ в человеческом организме, в том числе и при заболеваниях.
С целью изучения механизмов развития болезней широко используют метод моделирования патологических процессов на животных.

Биомолекулы – органические соединения, входящие в состав организмов, образующие клеточные структуры и участвующие в биохимических реакциях обмена веществ.
Простые молекулы и их производные - моносахариды, жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды и др., образующиеся в процессе метаболизма, называются метаболитами.

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. Последовательность из трех нуклеотидов (триплет или кодон) в молекуле ДНК соответствует одной из 20 аминокислот. Таким образом, генетический код определяет порядок включения аминокислот в полипептидную цепь в процессе синтеза белка на рибосомах. Совокупность генов в организме составляет его геном.

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 промежуточные продукты метаболизма (метаболиты или интермедиаты) а именно свободные аминокислоты, азотистые соединения, низкомолекулярные моно-, ди- и трикарбоновые кислоты, спирты, и амины.

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, полисахаридов) или биологических структур (мембран, рибосом, ядерного хроматина и др.).
в) участие в регуляции биохимических процессов и функций отдельных клеток и организма в целом (витамины, гормоны, циклические нуклеотиды цАМФ, цГМФ и др.).

Понятие об обмене веществ (метаболизм)
Метаболи́зм (от греч. μεταβολή, «превращение, изменение») или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни.
Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.

Катаболизм и Анаболизм
Катаболизмом называют метаболические процессы, при которых расщепляются относительно крупные органические молекулы сахаров, жиров, аминокислот.
В ходе катаболизма организм запасает энергию в виде АТР и восстановленных коферментов, а также образуются более простые органические молекулы, необходимые для реакций анаболизма (биосинтеза).

Катаболизм и Анаболизм
Анаболизм — совокупность метаболических процессов биосинтеза сложных молекул с затратой энергии.
Сложные молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются последовательно из более простых предшественников.

Катаболизм и Анаболизм
Анаболизм включает три основных этапа, каждый из которых катализируется специализированным ферментом.
На первом этапе синтезируются молекулы-предшественники, например, аминокислоты, моносахариды, терпеноиды и нуклеотиды.
На втором этапе предшественники с затратой энергии АТР преобразуются в активированные формы.
На третьем этапе активированные мономеры объединяются в более сложные молекулы, например, белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты.

Биомембраны: структура и функции.
Все биомембраны построены одинаково; они состоят из двух слоев липидных молекул толщиной около 6 нм, в которые встроены белки. Некоторые мембраны содержат, кроме того, углеводы, связанные с липидами и белками.
Соотношение липиды : белки : углеводы является характерным для клетки или мембраны и существенно варьирует в зависимости от типа клеток или мембран.

Компоненты мембран удерживаются нековалентными связями, вследствие чего они обладают лишь относительной подвижностью, т. е. могут диффундировать в пределах липидного бислоя.
Текучесть мембран зависит от липидного состава и температуры окружающей среды.