Биохимия доступным языком
Учебник-репетитор
Юрий Кривенцев
Рецензенты:
Николаев А. А., доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой биоорганической химии Астраханского государственного медицинского университета
Бойко О. В., доктор медицинских наук, профессор кафедры зооинженерии и морфологии животных Астраханского государственного университета
© Юрий Кривенцев, 2021
От автора
Привет, читатель!
Публикация этой книги вынужденная мера, направленная на значительное облегчение работы учащихся, постигающих основы биохимии.
Я уже 26 лет преподаю этот предмет в университете и давно понял, насколько нуждаются студенты в подобном издании. Так сложилось, что слушатели российских вузов считают биологическую химию одной из самых трудных наук. Почему? Тут три причины. Во-первых, эта дисциплина совершенно нова для обучающихся (согласитесь, анатомия, физиология и др. знакомы им еще со школы, их учить легче). Во-вторых, биохимия довольно абстрактная наука, для ее постижения следует тренировать воображение, логику. Ну, и в-третьих, большинство учебников по этому предмету написаны в заумном академическом стиле, понимание которого доступно далеко не каждому.
Так что делать? Ответ прост ОБЪЯСНЯТЬ простым доходчивым языком, на каждом занятии, на каждой лекции. Поверьте, это реально помогает, студенты начинают вникать, у них загораются глаза, они вдруг понимают, что биохимия вовсе не страшна, более того интересна. С высоты своего опыта могу заявить, такой подход эффективен, это многократно доказано результатами экзаменов.
Но всех не охватишь. Я работаю лишь в своих группах, на своем факультете. Конечно, этого мало, багаж наработанного годами начинает рваться наружу. Убежден, что публикация книги-репетитора по биохимии (без формул и уравнений, они есть в учебниках), написанной максимально простым, доходчивым языком, жизненно необходима как для моих подопечных (ведь одно дело слова, которые можешь забыть, и совсем иное готовые записи), так и для студентов любого вуза России, где преподают биологическую химию.
Сказано сделано. Книжка перед вами, уважаемые студенты. Это квинтэссенция знаний по биохимии, труд, в котором я избавился от «воды», которой изобилуют учебники и оставил только самое важное, лишь то, что с вас будут требовать преподаватели. Поверьте, эта книжонка поможет, разъяснит, разложит все по полочкам, откроет глаза. Ориентирована она, в основном, на учащихся медицинских вузов, но будет полезна и другим.
Предупреждаю, это издание не панацея, хоть оно значительно упростит вашу работу, сделает предмет гораздо понятнее, но не полностью заменит ваш учебник. Открыв эту книгу, вам не надо будет читать нудные длиннющие тексты учебника, но вот графики и уравнения реакций придется брать именно оттуда (не переживайте, я укажу, что из письменного материала следует выучить, а что можно пропустить, как ненужное).
Покупать ли ее? Решайте сами. Можно пройти мимо, и (не дай Бог) завалить сессию, можно регулярно платить репетитору немалые деньги, а можно один раз приобрести своего бумажного учителя, и вы быстро убедитесь, что он далеко небесполезен.
Удачи в учебе!
ПЕРВЫЙ СЕМЕСТР
Глава I БЕЛКИ
Белки (синоним протеины) биологические полимеры, построенные из остатков аминокислот, соединенных друг с другом пептидной связью. Пептидная связь ковалентная (следовательно прочная), поэтому белковую нить не так уж легко порвать.
Почему мы начинаем наш курс с белков? Да потому, что они основа всего живого, белки и только белки (ферменты) обеспечивают все функции организма, саму суть жизни, из них построено наше тело. Да что говорить? Проще перечислить их функции (по мере их значимости):
1. Каталитическая (ферменты) важнейшая;
2. Структурная (коллаген, альфа-кератины);
3. Транспортная (альбумин), в том числе и дыхательная (гемоглобин);
4. Защитная (антитела);
5. Регуляторная (белки-гормоны);
6. Сократительная (актин и миозин);
7. Буферная (гемоглобин);
8. Онкотическая (белки плазмы);
9. Резервная (белки плазмы).
Обратите внимание, я не назвал энергетическую функцию. Почему? Напомню, энергию организм получает путем окисления вещества, его разрушения. Белки самый ценный, дефицитный материал в природе и расщеплять их ради энергии нерационально, это все равно, что забивать гвозди микроскопом.
I. Аминокислоты
Обратите внимание на мономер протеина аминокислоту. Их множество, но ключевых всего два десятка. И формулы всех двадцати вам придется заучить. Чем раньше вы это сделаете, тем меньше будет проблем. Это необходимо, поскольку аминокислоты будут вас преследовать до конца курса биохимии. Без этого знания вы просто не сможете двинуться дальше (вспомните начальные классы школы: чтобы научиться читать, надо выучить все буквы, без этого никак. Так и здесь).
Подскажу, как легче учить формулы аминокислот, используя тот же системный (логический) подход. Вслушайтесь: «аминокислота». Значит, у этого вещества есть аминогруппа (NH2) и кислотная группа (СООН), между ними должен быть атом-связка (СН), куда ж без него? Эта тройная структура есть в каждой аминокислоте (кроме пролина). Выходит, все аминокислоты отличаются друг от друга лишь строением радикала, который крепится к атому-связке. Вот мы и выучили половину. Осталось запомнить только 20 радикалов. И тут уж постарайтесь.
Важно знать классификацию аминокислот. Привожу ее ниже:
1. Гидрофобные: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин1;
2. Гидроксиаминокислоты: серин, треонин;
3. Кислые: аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота;
4. Амиды: аспарагин, глутамин;
5. Основные: лизин, аргинин;
6. Серосодержащие: цистеин, метионин;
7. Ароматические: фенилаланин, тирозин;
8. Гетероциклические: триптофан, гистидин;
9. Иминокислоты: пролин.
Замечу, подчеркнуты восемь незаменимых2 аминокислот.
Знание этой классификации пригодиться, т. к. в контрольной по белкам и, особенно, на экзамене, часто встречаются вопросы, типа: «какая из перечисленных аминокислот является незаменимой?», или: «нарисуйте амидные аминокислоты» (сами понимаете, чтобы их изобразить, надо знать, что к этой группе относятся аспарагин и глутамин).
II. Глобулярные белки
По форме молекул белки подразделяются на:
глобулярные;
фибриллярные.
Молекулы глобулярных белков в высшей структуре имеют сферическую форму. Они прекрасно растворимы в воде, что определяет их функциональную направленность. В естественном состоянии все глобулярные протеины находятся в растворенном состоянии: как внутри клеток, так и в различных биологических жидкостях организма. Глобулярные белки выполняют множество разнообразных функций. Они имеют четыре уровня структуры:
1. Первичная структура линейная последовательность аминокислот, соединенных пептидными связями. Имеет вид нити. У нее два конца: N-конец (свободная NH2-группа) и С-конец (свободная СООН-группа).
2. Вторичная структура пространственная укладка первичной цепи. Она имеет два вида:
а) альфа-спираль правозакрученная спираль цепи, фиксируемая водородными связями между группами СО и NН основной пептидной цепи. Эта форма характерна для белков человека и высших животных;
б) бета-структура несколько (до 6) параллельно расположенных пептидных цепей (направленных в обратные стороны относительно друг друга), соединенных между собой теми же поперечными водородными связями между СО и NН.
3. Третичная структура укладка вторичной спирали в более компактную форму. Чаще это самая удобная форма в природе шарик, по-латински глобула. Не забывайте, что человек ходячий водный раствор, и все его белки находятся в водной среде. Третичная форма это округлое образование, все гидрофобные (нерастворимые) радикалы которой находятся внутри глобулы, скрыты от окружающей водной стихии, а гидрофильные, наоборот торчат наружу, покрывая все тело глобулы (как иглы ежа), притягивая воду к себе, создавая плотную гидратную оболочку.
Третичную структуру стабилизируют 4 вида связей:
а) водородные образуются между радикалами с участием водорода. Например: ОН-группа серина и азот гистидина;
б) электрофильные возникают между разнозаряженными частицами аминокислот. Пример: положительно заряженный лизин и отрицательная аспарагиновая кислота. Примечание: не стоит называть электрофильные связи ионными, это грубая ошибка;
в) гидрофобные формируются между радикалами гидрофобных аминокислот (их список приведен в классификации);