Реферат: Для самостоятельного изучения Биохимия как наука. Этапы развития биохимии

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени М. ГОРЬКОГО


МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО БИОХИМИИ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ CТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА, ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО КРЕДИТНО-МОДУЛЬНОЙ СИСТЕМЕ


Часть I


Донецк, 2010

УДК 612.015(075.8)+577.1(075.8)


Авторы: Бакурова Е.М., Богатырева Е.В., Скоробогатова З.М.,

Соколовская Л.В., Турсунова Ю.Д., Швец Т.А., Шатова О.П.


Под редакцией зав. кафедрой биохимии, доктора биологических наук, профессора

^ Борзенко Б.Г.


Рекомендовано к печати Ученым советом ДонНМУ (протокол № ____ от «_____»

«______________» 2010 года


Рецензенты:


Ельский В.Н. - заведующий кафедрой патологической физиологии

^ ДонНМУ, доктор медицинских наук, профессор


Рождественский Е.Ю. - заведующий кафедрой медицинской

химии ДонНМУ, кандидат

химических наук, доцент


Прокопенко Е.Б. – методист по медико-биологическим дисциплинам

методического кабинета ДонНМУ, кандидат

медицинских наук, доцент


С О Д Е Р Ж А Н И Е


Стр.


ПРЕДИСЛОВИЕ ……………………………………………………………………. 3

ЧАСТЬ I

^ МОДУЛЬ I I «ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕТАБОЛИЗМА. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ, БЕЛКОВ И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ»

Введение к модулю II «Общие закономерности метаболизма. Метаболизм углеводов,

липидов, белков и его регуляция»…………………………… …………………………….. 5

Тема для самостоятельного изучения «Биохимия как наука. Этапы развития биохимии.

Методы биохимических исследований» (Скоробогатова З.М.) ........................................7

^ Содержательный модуль «Роль ферментов и витаминов в обмене веществ»…… 10

Тема 2.1. Контроль исходного уровня знаний. Предмет и задачи биохимии.

Изучение структуры и физико-химических свойств белков. Количественное

определение белка биуретовым методом. Доказательство белковой природы

ферментов (Шатова О.П. )……………………………………………………. 11

Тема 2.2. Исследование структуры и физико-химических свойств ферментов (Бакуро-

ва Е.М.)…………………………………………………………………………… 19

Тема 2.3. Определение активности ферментов, исследование кинетики фермента-

тивного катализа и влияние активаторов и ингибиторов (Бакурова Е.М.)… 27

Тема 2.4. Исследование роли кофакторов и коферментных форм витаминов в

каталитической активности ферментов (Швец Т.А.)…………………………. 33

Тема 2.5. Исследование участия витаминов и коферментных форм витаминов в

различных биохимических процессах (Швец Т.А.)………………………………40

Задания для самопроверки и самокоррекции содержательного модуля «Роль фермен-

тов и витаминов в обмене веществ» ………………………………………………………. 46

^ Содержательный модуль «Обмен веществ и энергии»………………………………. 49

Тема 2.6 Исследование окислительного фосфорилирования и синтеза АТФ. Ин-

гибиторы и разобщители окислительного фосфорилирования (Богаты-

рева Е.В.)………………………………………………………………………….. 50

Тема 2.7. Обмен веществ и энергии. Исследование функционирования цикла

трикарбоновых кислот (Богатырева Е.В.)………………………………………. 58

Задания для самопроверки и самокоррекции содержательного модуля «Обмен веществ

и энергии»………………………………………………………………… ………………… 66

^ Содержательный модуль «Метаболизм углеводов и его регуляция»………………. 68

Тема 2.8. Исследование особенностей переваривания углеводов

Биосинтез и катаболизм гликогена. Превращение других моно-

сахаридов в глюкозу (Никонова А.А.)………………………………………… 69

Тема 2.9. Анаэробное окисление углеводов. Гликолиз. Биосинтез

глюкозы – глюконеогенез (Соколовская Л.В.)………………………………….. 76

Тема 2.10. Исследование аэробного окисления глюкозы. Пентозофосфатный

путь преобразования глюкозы (Соколовская Л.В.)…………………………….. 82

Задания для самопроверки и самокоррекции содержательного модуля

«Обмен углеводов и его регуляция»………………………………………………… 88

Содержательный модуль «Метаболизм липидов и его регуляция»………………... 90

Тема 2.11. Структура и функции клеточных мембран (Богатырева Е.В.)………………... 91

Тема 2.12. Исследование особенностей переваривания липидов. Возможные

Нарушения переваривания липидов и транспорта в крови экзогенных

липидов (Скоробогатова З.М.)……………………………………………………. 100

Тема 2.13. Исследование обмена жирных кислот и кетоновых тел. Бета-окис ление

жирных кислот. Биосинтез и биотрансформация холестерина

(Скоробогатова З.М.)……………………. …. …………………………………. 107

Тема 2.14. Исследование биосинтеза жирных кислот, триацилглицеридов и фосфо-

глицеридов. Нарушения липидного обмена: ожирение, жировая

инфильтрация печени (Скоробогатова З.М.)……………………………………. 114

Задания для самопроверки и самокоррекции содержательного модуля «Обмен липидов и его регуляция»………………………………………………………….. …………………………… 117

^ Содержательный модуль «Метаболизм аминокислот. Энзимопатии аминокислотного обмена»…………………………………………………………………. …………………………. 119

Тема 2.15. Исследование химического состава желудочного сока. Особенности

переваривания белков (Турсунова Ю.Д.)……………………………………… ……. 120

Тема 2.16. Исследование преобразований аминокислот ( дезаминирование, трансаминиро-

вание, декарбоксилирование). Специализированные пути обмена отдельных

аминокислот и их нарушения (Турсунова Ю.Д., Швец Т.А.)……………………..129

Тема 2.17. Исследование процессов детоксикации аммиака и биосинтеза мочевины

(Турсунова Ю.Д.)………………………………………………………………………142

Задания для самопроверки и самокоррекции содержательного модуля «Метаболизм аминокислот. Энзимопатии аминокислотного обмена»…………………. ……………. …… 150

^ Перечень основных теоретических вопросов для итогового контроля модуля ІI

«Общие закономерности метаболизма. Метаболизм углеводов, липидов, белков и его регуляция»………………………….. ……………………………………………………………..152


ПРЕДИСЛОВИЕ

Стратегической целью развития отечественного высшего образования в настоящее время является повышение его конкурентоспособности по отношению к Европейской общеобразовательной системе. В 1999 году объединенная Европа пришла к Евроинтеграции в области высшего образования - Болонскому процессу. Основной его сущностью является создание до 2010 года единого Европейского научного и образовательного пространства, которое включает процессы структурного реформирования национальных систем высшего образования и изменения образовательных программ в высших учебных заведениях Европы.

Участие в Болонском процессе позволит молодым граждам Украины получить высшее образование на уровне европейских стандартов и предоставит возможность достойно проявить себя не только в научной деятельности, клинической практике, но и на рынке труда.

В подготовке будущего врача важное место должно уделяться, по мнению большинства клиницистов, биохимии. Современная биохимия не ограничивается простым перечнем ферментативних реакций, протекающих с многочисленными органическими соединениями, а рассматривает живой организм как систему взаимосвязанных химических процессов. На молекулярном уровне изучаются регуляция обмена веществ и нарушения, приводящие к различным заболеваниям. Новые открытия ряда важнейших закономерностей, с одной стороны, сделали биохимию более интересной для будущих клиницистов, а с другой - усложнили её восприятие. Более сложная учебная программа требует совершенствования качества аудиторной и внеаудиторной работы студентов, а также соответствующей оптимизации методов обучения.

В соответствии с Болонской системой большая часть учебного времени предоставляется для самостоятельной работы студентов.

Кафедра биохимии всегда уделяла большое внимание самостоятельной работе студентов. С этой целью на кафедре были подготовлены методические указания по всему курсу биохимии. Взяв за основу уже имеющуюся методическую литературу и, учитывая возросшие современные требования к качеству обучения студентов, коллектив кафедры подготовил расширенные методические указания по курсу биологической химии. Это методическое пособие может быть использовано на занятиях и для организации самостоятельной работы студентов во внеаудиторное время. Для того чтобы повысить интерес и мотивацию студентов к аудиторной и внеаудиторной работе, сотрудники кафедры стремились по возможности объединить фундаментальне знания по биохимии человека и их прикладное значение в клинической практике.

Методические указания написаны в соответствии с требованиями Болонской системы.

Изучаемый материал разделен на 3 модуля: модуль 1 «Общие закономерности метаболизма», модуль 2 « Метаболизм углеводов, липидов, белков и его регуляция» и модуль 3 «Молекулярная биология. Биохимия межклеточных коммуникаций. Биохимия тканей и физиологических функций». Практическое пособие состоит из 2-х частей. Первак часть включает два модуля, вторая - один.

Структура методических указаний унифицирована и включает следующие разделы:

1. Актуальность темы. В этой части методических указаний четко выделяется значимость изучаемых соединений для жизнедеятельности человека и особенности их метаболических преобразований. Кроме того, в этой части методических указаний устанавливается взаимосвязь темы занятия с дисциплинами последующих этапов обучения, подчеркивается возможность применения в клинической практике. Всё это обусловливает мотивационную характеристику темы.

^ 2. Цели обучения. В качестве общих целей предлагается умение интерпретировать свойства, функции, особенности метаболизма различных соединений в норме и патологии для решения вопросов диагностики и лечения. Конкретные цели отражают действия, необходимые для достижения общей цели. Они располагаются в нужной для этого последовательности.

^ 3. Проверка исходного уровня. Для проверки исходного уровня знаний подготовлены специальные задания, позволяющие студенту вспомнить материал по курсу биоорганической химии. Правильность решений проверяется с помощью подготовленных эталонов ответов.

^ 4. Содержание обучения.

4.1. Внеаудиторная подготовка студентов. Этот раздел обеспечивает достижение целей обучения. Он содержит основные вопросы, позволяющие выполнить целевые виды деятельности. Материал для освоения этих вопросов содержится в приведенной обязательной и дополнительной литературе. Для самопроверки усвоения материала по изучаемой теме предлагается решить целевые обучающие задачи. Правильность решений можно проверить, сопоставив их с эталонами ответов.

Правильному восприятию изучаемого материала помогают специально разработанные графы логической структуры тем.

4.2. Самостоятельная работа студентов на практическом занятии. Разработаны инструкции к практическим занятиям, которые содержат алгоритм выполнения лабораторной работы, необходимые для расчетов формулы, систему координат для построения графиков. Студент должен выполнить исследования, получить результаты, проанализировать их и написать выводы. Подпись преподавателя завершает проделанную работу.

Время, отводимое на практическую работу, необходимые реактивы, посуда приведены в технологической карте занятия и инструкции к лабораторной работе.

Методические указания, подготовленные для семинарских и итоговых занятий, содержат больше целевых обучающих задач, тщательно подобранную основную и дополнительную литературу по изучаемой теме.

Коллектив кафедры биохимии надеется, что подготовленное методическое пособие будет способствовать восприятию наиболее сложных метаболических превращений в организме человека, особенностей их регуляции, а также облегчит понимание молекулярных основ наследственных болезней человека.

Подготовленные многочисленные ситуационные задачи, на наш взгляд, помогут будущим клиницистам в процессе обследования пациента ограничиваться небольшим, но достаточным перечнем лабораторных анализов. Мы уверены, что эффективный диагностический процесс невозможен без индивидуального подхода к лабораторному обследованию каждого пациента.


Заведующая кафедрой биохимии,

доктор биологических наук, профессор

Б.Г.Борзенко


ЧАСТЬ I

^ МОДУЛЬ 1 «ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕТАБОЛИЗМА. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ, БЕЛКОВ И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ»

ВВЕДЕНИЕ

Обмен веществ представляет собой сложную систему химических реакций, связанных

между собой через пластические компоненты, энергетическое обеспечение и общие

регуляторы. Целями этих реакций является извлечение энергии и синтез биологических

макромолекул, структура которых отвечает индивидуальной генетической программе

организма.

Биохимическая схема обмена веществ включает цепи, каскады и циклы химических

преобразований, составляющих в совокупности метаболические пути. Для того чтобы

эти метаболические пути функционировали согласованно и удовлетворяли потребностям

индивидуальных клеток, органов или организма в целом, они должны подвергаться

строгой регуляции.

Для регуляции метаболизма эволюционно сформировались различные механизмы,

которые влияют на инструменты метаболизма, то есть на каталитическую активность

ферментов.

Для нормального метаболизма характерны адаптационные изменения в период

голодания, при физической нагрузке, беременности и лактации. Нарушения

метаболизма возникают, например, при неполноценности питания, нехватке витаминов,

дефиците тех или иных ферментов или при дисбалансе гормонов. Поэтому знания общих

закономерностей обмена веществ в норме необходимо будущему врачу для понимания

причин многих заболеваний.

Не вызывает сомнения тот факт, что в основе возникновения и развития большинства

патологических процессов лежат биохимические изменения. Главным образом это

относится к изменению обмена веществ основных биологических макромалекул:

углеводов, липидов и белков.

Понимание процессов обмена веществ включает знание структуры, функций

макромолекул, а также особенностей их переваривания, всасывания, транспорта и

непосредственно тех химических преобразований, которые происходят с данными

веществами в живом организме.

При этом важно рассматривать каждый метаболический процесс не изолированно, как

искусственную схему, а учитывать особенности его протекания в различных тканях и

органах, возможности его регуляции и, безусловно, его взаимосвязь с другими

метаболическими путями.


^ Целью изучения модуля «Общие закономерности метаболизма. Метаболизм углеводов, липидов, белков и его регуляция» является: уметь интерпретировать общие закономерности обмена веществ, а также особенности метаболизма углеводов, липидов и белков в норме и при патологии для последующего использования этих данных в клинике внутренних болезней.


Модуль «Общин закономерности метаболизма. Метаболизм углеводов, липидов, белков и его регуляция» включает следующие содержательные модули:

Роль ферментов и витаминов в обмене веществ

Обмен веществ и энергии

Метаболизм углеводов и его регуляция

Метаболизм липидов и его регуляция

Метаболизм белков и его регуляция. Энзимопатии аминокислотного обмена


Литература

Основная

Губський Ю.І. Біологічна хімія: Підручник. – Київ – Вінниця: НОВА КНИГА, 2007. –

656 с.

Губський Ю.І. Біологічна хімія: Підручник. – Київ – Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. – 411 с.

Практикум з біологічної хімії/ За ред. Склярова О.Я. – Київ: Здоров’я, 2002. – 298 с.

Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – Москва: Медицина, 1990. –518 с.

Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – Москва: Медицина, 1998. – 468 с.

Николаев А.Я. Биологическая химия. – Москва: ООО «Медицинское информационное агентство», 1998. – 339 с.

Лекции по биохимии

Графы логической структуры

Дополнительная

Мак-Мюррей У. Обмен веществ у человека. – Москва: Мир, 1980. – 368с.

Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии: в 3-х томах. - Москва: Мир, 1981. – 1977 с.

Гринстейн Б., Гринстейн А. Наглядная биохимия. – Москва: ГЭОТАР МЕДИЦИНА,

2000. –119 с.

Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами/ Под ред.. Северина Е.С., Николаева А.Я. – Москва:

ГЭОТАР МЕД, 2001. – 448 с.


^ ТЕМА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

БИОХИМИЯ КАК НАУКА. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ БИОХИМИИ. МЕТОДЫ БИОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Актуальность темы

Биологическая химия – это фундаментальная биомедицинская наука, которая изучает химический состав живых организмов и химические превращения биомолекул.

Изучение в курсе биохимии молекулярной организации клетки, механизмов регуляции биохимических реакций, которые лежат в основе физиологических функций организма человека в норме и патологии, имеет огромное значение для разработки способов и методов фармакологической коррекции нарушенных метаболических процессов.


Теперь ознакомьтесь с целями предлагаемой для самостоятельного изучения темы

^ Общая цель

Уметь использовать данные о разделах, предмете и задачах биологической химии для осознанного изучения основных биохимических процессов с целью использования полученных знаний в диагностике основных заболеваний человека и контроле лечения.

Конкретные цели: Уметь:




1. Интерпретировать предмет, задачи и разделы биологической химии.

2. Интерпретировать необходимость оценки биохимических показателей в норме и при патологии для адекватного назначения лечения и контроля за ним.


^ Содержание обучения

Содержание обучения должно обеспечивать достижение целей обучения, чему способствует граф логической структуры изучаемой темы (Приложение 1).


Основные теоретические вопросы, позволяющие выполнить целевые виды деятельности:


1. Предмет и задачи биологической химии

1.1. Место биохимии среди других медико-биологических дисциплин.

1.2. Объекты изучения и задачи биохимии

2. Основные этапы развития биологической химии как науки

2.1. История биохимии, развитие биохимических достижений в Украине, научные биохимические школы

3. Разделы биохимии:

3.1. Статическая (связь с биоорганической химией, молекулярной биологией) биохимия.

3.2. Динамичная биохимия

3.3. Функциональная (связь с молекулярной физиологией) биохимия.

3.4. Медицинская биохимия (биохимия человека).

3.5. Клиническая биохимия как раздел медицинской биохимии

4. Современные направления развития биохимии

4.1. Достижения и перспективы развития биохимии, теоретической и молекулярной биологии, биотехнологии, генной инженерии и их значение для диагностики и лечения основных заболеваний человека – сердечно-сосудистых, онкологических, инфекционных и других.

4.2. Роль биохимии в выяснении молекулярно-генетических механизмов патогенеза заболеваний, выяснения значения наследственных и экологических факторов в возникновении патологических состояний и их влияния на продолжительность жизни населения.

5. Биохимические лабораторные исследования

5.1. Цель биохимических исследований

5.2. Критерии оценки использованного метода лабораторных исследований

5.3. Материал для диагностических исследований, принципы забора материала

5.4. Ошибки, имеющие место во время проведения лабораторных исследований


Основные термины и их значение:

Биоэнергетика – раздел динамической биохимии, который изучает закономерности освобождения, аккумуляции и использования энергии в биологических системах.

Молекулярная генетика – раздел биохимии, раскрывающий закономерности сохранения и реализации генетической информации путем изучения структуры и функционирования информационных молекул – ДНК и РНК.

Электрофорез – физико-химический метод анализа, применяемый в биохимии для разделения белковых фракций.


^ Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников: Обязательная литература. 1.Губський Ю.Г. Біологічна хімія. - Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. - С. 9-11.
2. Практикум з біологічної хімії/ За ред.. проф.. Склярова О.Я. – Київ: Здоров’я, 2002. 213с.

3.Лекции по биохимии.

4.Граф логической структуры (Приложение 1).

.

Дополнительная литература

1.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1998

2.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1990.

3.Николаев А.Я. Биологическая химия. - М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 1998.


После изучения вышеперечисленных вопросов для самопроверки усвоения материала по изучаемой теме Вам предлагается решить следующие целевые обучающие задачи. Правильность решения задач можно проверить, сопоставив их с эталонами ответов.


^ Целевые обучающие задачи

Задача 1. Биологическая химия – наука, включающая многие разделы. Какой из них изучает связь структуры и функции биомолекул?

А. Статическая биохимия.

В. Динамическая биохимия.

С. Клиническая биохимия.

D . Медицинская биохимия.

E . Функциональная биохимия.


Задача 2. Обмен веществ (метаболизм) представляет собой совокупность химических превращений биомолекул в организме. В каком разделе биологической химии изучаются эти процессы?

А. В статической биохимии.

В. В динамической биохимии.

С. В клинической биохимии.

D . В медицинской биохимии.

E . В функциональной биохимии.


Задача 3. Клиническая биохимия изучает биохимические процессы , которые происходят в организме больного человека. В одном из ее разделов исследуются "индикаторные" ферменты, с помощью которых можно определить пораженный орган. Выберете этот раздел.

А. Энзимодиагностика.

В. Энзимопатология.

С. Энзимотерапия.

Правильность решения проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.

Эталоны ответов к решению целевых обучающих задач:
^ 1 – А, 3 – А..

Приложение 1
Граф логической структуры





СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ 1. «РОЛЬ ФЕРМЕНТОВ И ВИТАМИНОВ В ОБМЕНЕ ВЕЩЕСТВ»

Актуальность темы. Ферменты являются биокатализаторами, т.е. веществами биологического происхождения, ускоряющими химические реакции. Организованная последовательность процессов обмена веществ возможна при условии, что каждая клетка обеспечена собственным генетически заданным набором ферментов. Только при этом условии осуществляется согласованная последовательность реакции - метаболический путь. Ферменты принимают участие также в регуляции многих метаболических процессов, обеспечивая тем самым соответствие обмена веществ измененным условиям. На молекулярном уровне ферменты тесно связаны с витаминами, многие из которых являются предшественниками коферментов – составных частей сложных ферментов.

Витамины — жизненно важные органические соединения, необходимые для человека и животных в ничтожных количествах, но имеющие огромное значение для нормального роста, развития и самой жизни. Витамины обычно поступают с растительной пищей или с продуктами животного происхождения, поскольку они не синтезируются в организме человека и животных. Недостаточное или неполноценное питание (например, несбалансированная диета у пожилых людей, недостаточное питание у алкоголиков, потребление полуфабрикатов) или нарушение процессов усвоения и использования витаминов могут быть причиной различных форм витаминной недостаточности, вплоть до авитаминоза. Знание энзимологии и биохимии витаминов имеет большое значение для подготовки и практической деятельности врача. Изучение структуры, физико-химических свойств и функций ферментов и витаминов позволит будущему врачу понять молекулярные основы патологии.

^ Общая цель содержательного модуля «Роль ферментов и витаминов в обмене веществ»: уметь интерпретировать роль ферментов и витаминов в обмене веществ для последующего использования этих данных в клинике внутренних болезней.

^ Конкретные цели: Цели исходного уровня:

Уметь:

1. Анализировать свойства и функции ферментов для диагностики и лечения заболеваний, связанных с нарушением функционирования ферментов

1. Интерпретировать структуру ферментов как простых и сложных белков (кафедра медицинской и фармацевтической химии)

2. Интерпретировать механизмы регуляции активности ферментов в норме и нарушение этой регуляции при патологииё




3. Интерпретировать роль витаминов как коферментов для реализации каталитической активности сложных ферментов

2. Интерпретировать данные о строении незаменимых пищевых факторов –витаминов как гетероциклических аминов (кафедра медицинской и фармацевтической химии)

4. Анализировать дисбаланс витаминов как фактор, приводящий к нарушению обмена веществ






ТЕМА 1.1. КОНТРОЛЬ ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОХИМИИ. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕЛКОВ. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЕЛКОВ БИУРЕТОВЫМ МЕТОДОМ. ДОКАЗАТЕЛЬСТВА БЕЛКОВОЙ ПРИРОДЫ ФЕРМЕНТОВ

^ Актуальность темы

Белки играют центральную роль в процессах жизнедеятельности клеток и формирования клеточных структур. Анализ содержания в крови определенных белков и ферментов широко используется в диагностических целях. При заболеваниях печени диагностическое обследование непременно включает электрофоретическое определение относительного содержания альбуминов и глобулинов в плазме крови. Анализ содержания липопротеинов и иммуноглобулинов обычно используется при диагностике специфических типов гиперлипопротеинемий и имунных нарушений. Обнаружение в моче даже небольших количеств белка служит важным показателем заболеваний почек.

Теперь ознакомьтесь с целями занятия.

^ Общая цель

Уметь использовать данные о структурно-функциональном и количественном составе белков в норме и патологи с целью диагностики и контроля лечения.

^ Конкретные цели: Цели исходного уровня:


Уметь:




1. Интерпретировать свойства белков на основе их структурно- функциональных особенностей.

1. Интерпретировать данные о строении белков (кафедра медицинской и фармацевтической химии).


2. Интерпретировать необходимость оценки белкового состава организма при патологии (протеинопатиях) и для контроля лечения.

2. Интерпретировать принципы методов количественного определения белков (кафедра медицинской и фармацевтической химии)


^ Для проверки исходного уровня Вам предлагается выполнить ряд заданий.

Задания для самопроверки и самокоррекции исходного уровня


Задание 1. Методом ЯМР в белковом гидролизате подтвердили наличие приведенных ниже радикалов. Указать аминокислоты, которым они принадлежат.

1. –СН 2 -СН 2 -СО –NН2 А. Метионин

2. - СН2 – СН - СН3

I

СН3 В. Тирозин

3. - (СН2 )2 -S- СН3 С. Глутамин

4. - СН2 - С 6Н5ОН D. Лейцин

5. - (СН2 )3-СН2- NН2 Е. Лизин


Задание 2. При исследовании аминокислотного состава гидролизата белка, применяемого в клинике для парентерального белкового питания, был использован хроматографический метод. При этом аминокислоты были разделены на кислые и основные. Выберите из данного перечня кислую аминокислоту (отрицательно заряженную).

А. Лейцин

В. Глицин

С. Серин

D. Лизин

Е. Аспартат


Задание 3.При гидролизе белка крови был выделен фрагмент, состоящий из остатков глутаминовой кислоты и аланина. Укажите тип связи между компонентами фрагмента.

А. Сложноэфирная

В. Ионная

С. Пептидная

D.N-гликозидная

Е. Водородная


Задание 4. Для проверки степени очистки фильтрата от белковых примесей провели биуретовую реакцию. Какая окраска пробы подтверждает необходимость повторной очистки?

А. Зеленая

В. Фиолетовая

С. Красная

D. Желтая

Е. Черная.


Правильность решения проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.

^ Эталоны ответов к решению заданий для самопроверки и самоконтроля исходного уровня:

Задание 1. 1 - С, 2 - D, 3 - А, 4 - В, 5 - Е.

Задание 2 – Е.

Задание 3 - С.


Информацию для восполнения исходного уровня можно найти в следующей литературе:

1.Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. - М.: Медицина, 1991.–С.313-361.

2..Лекции по биоорганической химии.


Содержание обучения

Содержание обучения должно обеспечивать достижение целей обучения, чему способствует граф логической структуры изучаемой темы (Приложение 1).


Основные теоретические вопросы, позволяющие выполнить целевые виды деятельности:

1.Структура белковых молекул (первичная, вторичная, третичная и четвертичная).

2.Связь структуры с биологической функцией белков.

3.Доказательство белковой природы ферментов.

4.Физико-химические свойства белков.

5.Методы разделения, очистки и количественного определения белков.

6.Изменения белкового состава организма при различных заболеваниях.

^ Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников: Обязательная литература 1.Губський Ю.Г. Біологічна хімія. - Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. - С. 18-36.
2. Практикум з біологічної хімії/ За ред.. проф.. Склярова О.Я. – Київ: Здоров’я, 2002. –

С. 14 – 24, 33 – 46.

3.Тестовые задания по биологической химии/ Под ред.Б.Г.Борзенко. -Донецк, 2000. -

С. 148- 202.

4.Лекции по биохимии.

5.Граф логической структуры (Приложение 1).

6.Инструкция к практическому занятию.

Дополнительная литература

1.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1998. - С. 19-74

2.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1990. - С. 17-63

3.Николаев А.Я. Биологическая химия. - М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 1998.-С.9-52


После изучения вышеперечисленных вопросов для самопроверки усвоения материала по изучаемой теме Вам предлагается решить следующие целевые обучающие задачи. Правильность решения задач можно проверить, сопоставив их с эталонами ответов.


^ Целевые обучающие задачи

Задача 1. Белок, состоящий из четырех субъединиц, обработали b-меркаптоэтанолом, восстанавливающим дисульфидные связи, что привело к утрате им физико-химических свойств. С чем связано это явление?

А. С потерей нативной структуры - денатурацией.

В. С разрушением только четвертичной структуры.

С. С утратой только третичной структуры.

D . С распадом только вторичной структуры.

E . С гидролизом пептидных связей.


Задача 2. Задняя доля нейрогипофиза человека секретирует 2 нейтропептида: вазопрессин и окситоцин, имеющие сходный состав, но обладающие различным биологическим действием.


Вазопрессин: цис-тир-фен-глн-асп-цис-про Антидиуретическое и сосудосужи- вающее действие

Окситоцин: цис-тир-изолей-глн-асп-цис-про Сокращение гладкой мускулатуры

Чем обусловлены значительные различия функции гормонов?


А. Составом и последовательностью аминокислот

В. Вторичной структурой

С. Третичной структурой

D. Изменением заряда

Е. Растворимостью


Задача 3. Больной 30 лет с обширными ожогами был доставлен в клинику. Из сыворотки крови был выделен аномальный белок (белок теплового шока). Каким методом можно идентифицировать первичную структуру этого белка?

А. Химическим

В. Ренгеноструктурного анализа

С. Электронной микроскопии

D. Электрофореза

Е. Ультрацентрифугирования


Правильность решения проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.

^ Эталоны ответов к решению целевых обучающих задач:
1 - А, 3 – А.

Краткие методические рекомендации к проведению занятия

В начале занятия проводятся тестовый контроль исходного уровня знаний студентов и его коррекция. Затем студенты приступают к выполнению лабораторной работы, используя при этом инструкцию.

После выполнения лабораторной работы необходимо оформить протокол, сделать выводы к работе, которые проверяет и контролирует преподаватель. Проводится анализ самостоятельной работы студентов и коррекция.

В конце занятия проходит итоговый контроль, подводятся итоги занятия.


^ Инструкция к практическому занятию

Работа №1 «Количественное определение белка биуретовым методом»

Принцип метода: Метод основан на способности пептидных связей белков образовывать с ионами Си+2 в щелочной среде соединение фиолетового цвета, интенсивность которого пропорциональна содержанию белков в растворе.

^ Материальное обеспечение: сыворотка крови, 3% раствор едкого натра, реактив Бенедикта, пипетки, пробирки, штативы, ФЭК.

Ход работы:

1. В пробирку налейте 1 мл сыворотки крови.

2. Добавьте 1 мл 3% №аОН и 0,2 мл реактива Бенедикта.

3. Раствор в пробирке перемешайте и оставьте на 15 минут.

4. Через 15 минут раствор фотоколориметрируйте на ФЭКе при зеленом светофильтре.

5. В тетрадь запишите оптическую плотность (Е) раствора .

6. Концентрацию белка в г/л определите по калибровочной кривой.


Нормальное содержание белка в сыворотке крови составляет 65-85 г/л.


Калибровочная кривая:




Е


С (г/л)


Результаты:


ВЫВОД:


^ Работа №2 «Доказательства белковой природы ферментов»


Используя цветные реакции, можно обнаружить присутствие белков в растворах и установить аминокислотный состав. Существует 2 типа цветных реакций:

Универсальные на все белки (биуретовая и нингидриновая )

Специфические на определенные аминокислоты (например, ксантопротеиновая – на ароматические аминокислоты)

^ Биуретовая реакция.

Принцип метода: Метод основан на способности пептидных связей белков образовывать с ионами Си+2 в щелочной среде соединение фиолетового цвета, интенсивность которого пропорциональна содержанию белков в растворе.

^ Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, штатив, растворы белков, 3% раствор едкого натра, реактив Бенедикта.

Ход работы:

Возьмите 3 прибирки.

В первую налейте 1 мл раствора яичного альбумина.

Во вторую налейте 1 мл раствора пепсина.

В третью налейте 1 мл раствора амилазы.

Во все пробирки добавьте по 1 мл 3% рствора NаОН и по 0,2 мл реактива Бенедикта.

Перемешайте и наблюдайте окраску.

Появление фиолетовой окраски в пробирках свидетельствует о наличии белка.


^ Нингидриновая реакция.

Принцип метода: ά – аминокислоты свободные , а также входящие в состав пептидов и белков при кипячении с водным раствором нингидрина дают комплексные соединения синего или сине-фиолетового цвета.

^ Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, штатив, растворы белков, 0,5% раствор нингидрина.

Ход работы:

Возьмите 3 прибирки.

В первую налейте 1 мл раствора яичного альбумина.

Во вторую налейте 1 мл раствора пепсина.

В третью налейте 1 мл раствора амилазы.

2. Во все пробирки добавьте по 0,5 мл 0,5% раствора нингидрина.

3. Осторожно прокипятите растворы в течение 1-2 минут и наблюдайте окраску.

Появление розово-фиолетового окрашивания, переходящего со временем в синее, свидетельствует о присутствии ά – аминокислот.


^ Ксантопротеиновая реакция.

Принцип метода: ароматические аминокислоты свободные, а т