БИОХИМИЯ
1.Белтъците,наречени още протеини,са едни от най-важните макромолекули в клетките. Много белтъци образуват нишки,обвити едни около другии изпълняват опорна функция,като свързват различни биологични структури. Формата на клетките се дължи на белтъците,изграждащи цитоскелета.Главен компонент на копринената нишка и на пяжината е белтъкът фибриноин.Белтъците са хетерополимери..Независимо от произхода и функцията си всички белтъци са изградени от едни и същи мономери-20 вида аминокиселини. Aминокиселинитe имат обща структура, притежават две функционални групи: аминогрупа (-NH2) и карбоксилна група (СООН).Молекулите,образувани от свързването на много аминокиселини-полипептиди,а веригата-полипептидна. Белтъците могат да са изградени от една или от няколко свързани полипептидни вериги. Белтъците са сложно устроени макромолекули.
Биологични функции:
структурна функция белтъци, участващи в архитектурата на клетките, поддържащи определена форма и вътрешна организация.
регулаторна функция - белтъчни системи, които регулират процесите в клетката — белтъци от сигналните пътища, фактори на транскрипцията и транслацията, и не на последно място хормоните.
защитна функция - белтъци, осигуряващи чисто механични защитни бариери. При висшите животински организми има специални системи за защита срещу определени патогени, като белтъците отговорни в най-голяма степен за това се наричат антитела.
каталитична функция - протичането на почти всяка химична реакция в организма, означава ce като ензим.
транспортна функция - белтъци, пренасящи определени молекули през клетъчни мембрани, или транспортиращи вещества на големи растояния — кислородпренасящите протеини, като хемоглобин, миоглобин и др.
двигателна функция - всички мускули при животните, са всъщност функция на съответни белтъци, като например актин и миозин,такива белтъци се означават като "молекулни мотори". Участват във всяко движение — било на клетъчни органели в рамките на клетката или на целия организъм в пространството.
2.Ензими.Активен център.Класификация.
Ензимите са билогични катализатори и са високо специализирани белтъци които могат да бъдат еднокомпонентни и двукомпонентни.Някои коензими като АТФ са нуклеотиди, като някои от тях са едновременно и производни на витамините – НАД и ФАД. Ензимите се разпределят в 6 главни групи:1)Оксидоредуктази ; 2)Трансферази ; 3)Хидролази
4)Лиази ; 5)Изомерази ; 6)Лигази (синтетази). Ензимното име идва от 2 части. Първата част идва от името на субстрата , а втората част посочва типа на катализираната реакция. Всеки ензим има кодов номер състоящ се от 4 цифри.
Активният център е малка част от повърхността на ензима, където се свързва субстрата , за да се превърне в продукт. В еднокомпонентните ензими активният център (АЦ) се състои от няколко отдалечени по дължината на веригата АК , които са близки в пространството поради третичната структура на белтъка.Различните химични групи в АЦ биват каталитични и контактни.
В двукомпонентните ензими при формиране на АЦ участват и небелтъчни съставки.
Тя съдържа каталитични групи , докато апоензима изпълнява контактната функция. Специфичността на ензимите е най-характерната им черта.Реакционната специфичност се определя от възможността на АЦ да образува или разгражда даден тип химични връзки.Субстратната специфичност е причина от високите стерични изисквания на АЦ спрямо субстрата при оределена ензимна конформация.
3.Регулация на ензимите
Активността на ензимите в клетката може да се регулира.
Различни химични вещества могат да се свързват избирателно с ензимните молекули и да променят скоростта на протичане на едни или други биохимични реакции. Те правят по-лесно осъществяването на биохимичните реакции и се наричат активатори на ензимната активност.
Други вещества пък могат да подтиснат ензимната активност или да блокират биохимичните реакции, наричат ce инхибитори . Инхибиторите са с обратимо и необратимо действие върху ензимите.
• Необратимото инхибиране се характеризира с изграждане на трайни връзки между инхибитора и ензима.
• Обратимото инхибиране се основава на временни връзки между инхибитора и ензима.
инхибирането може да бъде конкурентно и неконкурентно.
• Конкурентното инхибиране се осъществява от вещества, които структурно наподобяват субстрата. Kонкурентните инхибитори могат да се свързват със ензима, да образуват ензимоинхибиторен комплекс ( EI ), без да претърпяват химични трансформации. При отделяне на инхибитора от системата или намаляване на неговата концентрация, активността на ензима спрямо субстрата се възстановява. Основните механизми на действие на конкурентните инхибитори намират приложение при създаване на лекарствените продукти за лечение на някои ракови, алергични и инфекциозни заболявания .
• Неконкурентно инхибиране е такъв тип инхибиране, при което инхибиторът и субстратът не се конкурират за активния център. Най-често инхибиторът се свързва специфично и обратимо с други участъци от ензимната молекула, извън нейния активен център. Алостерични центрове са многобройни и свързвайки се с ензима деформират пространствена структура на полипептидната верига.
Алостеричните инхибитори
понижават сродството на ензина към субстрата,когато активността на ензимите се повишава - алостерично активиране . Тяхното въздействие се контролира от температура, налягане, рН, хормони и др. Ензимите, които се активират алостерично са приели името алостерични ензими.
Алостеричното повлияване на ензимните молекули е основен начин за регулиране на редица процеси в клетката. Биохимичните реакции са свързани помежду си в сложна мрежа от алостерично регулаторни въздействия. По този начин се осъществява експедитивна и твърде прецизна регулация на протичащите химични трансформации.
Cтруктурно - функционални промени в ензимната молекула са резултат от нейната пространствена динамика, от конформационната й пластичност и от химическите възможности за създаване и поддържане на слаби ковалентни връзки.
5.Гликолиза
Гликолизата може да се разглежда като процес , който се състой от две фази : Фаза на влагане на енергия и фаза на отделяне на енергия . Всяка една от двете фазите се състоят от отделни биохимични реакции – метаболитни стъпала . Те протичат в цитозола . Първата фаза на разграждане e активиране на глюкозата . За целта клетката използва АТФ . Активираната глюкоза лесно се разгражда на две по – малки молекули от по три въглеродни атома . Така се получава важно междинно съединение - глицералдехитфосфат . До този етап се изразходват две молекули АТФ на молекула глюкоза , не протича процес на окисление , не се печели енергия за клетката . В следващата фаза чрез поредица от биохимични реакции три въглеродното съединение (триглицералдехитфосфат) се превръща в пирогроздена киселина . От една молекула глюкоза в клетката се получават две молекули пирогроздена киселина и се отделят 4 молекули АТФ . Две от молекулите отиват за възстановяване на първоначалния разход на енергия.Отделения при окислението водород се поема от молекула – преносител на водорода . Такава молекула е НАД . Поемайки водорода НАД се редуцира в НАД . Н2. Крайната съдба на пирогроздената киселина се определя от наличието или отсъствието на кислород е средата . При аеробни условия пирогроздената киселина се разгражда до вода и въглероден диоксид . При липса на кислород в средата тя може да се превърне в разнообразни съединения . Така в мускулните клетки и в някой микроорганизми пирогроздената киселина се превръща в млечна киселина , при други се превръща в алкохол . Анаеробните процеси на разграждане на глюкозата при микроорганизмите се наричат ферментации . например превръщането на пирогроздената киселина в млечна киселина .
6.Цикъл на трикарбоновите киселини-В организма и аминокиселините мастните киселини и пируватът образуват Ацетил КоА. При навлизането на ацетил-КоА в матрикса на митохондриите той се свързва с молекула оксалацетат и се превръща в лимонена киселина (цитрат). Цитратът от своя страна под действието на ензима аконитаза се превръща в цис-аконитат, при което се отделя молекула вода.
Цис-акониатът от своя страна под действието на ензима изоцитратдехидрогеназа се превръща в изоцитрат. Изоцитратът пък под действието на изоцитратдехидрогеназа се превръща в алфа-кетоглутарат. Алфа-кетоглутаратът чрез алфа-кетоглутаратдехидрогеназа и с присъединяването на Ацетил-КоА се превръща в сукцинил-КоА.
Той под действието на сукцинаттиокиназа преминава в сукцинат. Сукцинатдехидрогеназата го превръща във фумарат. Фумаратът чрез фумаразата преминава в L-малат. L-малатът под влиянието на ензима малатдехидрогеназа възстановява оксалацетата, който отново може да взаимодейства с молекула ацетил-КоА и цикълът да се повтори.
В изхода на този цикъл стоят образуването на СО2 и водород, както и на вода. Йоните на изхода на процеса се включват в АТФ – ресинтезата, т.е. помагат организмът да възстановява другия голям енергиен източник: аденозинтрифосфатът.
Енергийният баланс е: окислението на 1 молекула ацетат води до генерирането на максимално 12 молекули АТФ, тъй като от 1 молекула NADH2 се генерират 3 молекули АТФ, съответно от 1 FADH2- 2АТФ, и 1GTP e еквивалентна на 1АТФ.
7.Глюконеогенезa
Глюконеогенезата е път за синтеза на глюкоза от невъглехидратни източници, които първо се превръщат в оксалацетат. Протича в черния дроб и в по-слаба степен в бъбреци. Включва се, когато храната не съдържа глюкоза и са изчерпани запасите от гликоген в черния дроб.
Глюконеогенезата ползва обратимите реакции на гликолиза. За заобикаляне на трите необратими екзергонични реакции на гликолизата има допълнителни, специфични за глюконеогенезата ензими.
Пируваткиназната реакция се заобикаля от пируват карбоксилаза и фосфоенолпируват карбоксикиназа. Фруктозо-1,6-бисфосфатаза заобикаля фосфофруктокиназната реакция. Глюкозо-6-фосфатаза заобикаля хексокиназната реакция.
8.Синтез и разграждане на гликоген
Гликогенът представлява главната резервна форма на въглехидратите в организма - в черния дроб и в мускулите.
В черния дроб главната му функция е да обслужва другите тъкани чрез образуване на кръвната глюкоза. В мускулите той обслужва нуждите само на мускула като непосредствен източник на метаболитно гориво.
Гликогенът е хомополизахарид, изграден от глюкозни остатъци, свързани чрез -1,4-O-гликозидни връзки, като на всеки 8-14 остатъка има разклонения, свързани към главната верига чрез -1,6-О-гликозидни връзки.
Хидролитното разграждане на гликоген и скорбяла в храносмилателния тракт става под действие на амилази (слюнчена и панкреатична), които разкъсват -1,4-O-гликозидни връзки във вътрешността на веригата и от деразклоняващ ензим, късащ -1,4- и -1,6-връзки. Получаващите се олигозахариди се разграждат от малтаза и други хидролази до глюкоза. Глюкозата се абсорбира в тънките черва и се транспортира по кръвен път към органи и тъкани.
Фосфоролитичното разграждане на гликоген глюкоза става чрез четири ензими. Гликоген фосфорилазата откъсва един по един глюкозни остатъци от нередуциращ край на гликоген и ги пренася върху фосфат.
Синтезата на гликоген е различен път от разграждането. Субстрат е глюкоза, която се активира с АТФ до глюкозо-6-фосфат, изомеризира се в глюкозо-1-фосфат и допълнително активира при участие на УТФ до УДФ-глюкоза.
9. Кръвна захар- (употребява ce разговорно)това е количество на глюкозата в кръвта. глюкозата има сигнална функция за метаболизма - за присъствие на захар в кръвта. Глюкозата се транспортира посредством кръвообращението от храносмилателния тракт до отделните телесни клетки. Тя е основен източник на енергия за организма.
Концентрацията на кръвната захар е строго регулирана от организма При нормални условия, нивото на КЗ е подържано между 4 и
12.Витамини : Витамините са нискомолекулни органични вещества, необходими в за нормалната жизнена дейност на човека и животните. Биват мастноразтворими (А, D, Е, К) и водноразтворими (С и група В). Недостигът им води до болестни състояния хиповитаминозни.За усвояването на мастноразтворимите витамини, което става по–бавно, в храната трябва да има мазнини. Мастноразтворими са витамините А,D,E,К. Oт групата А са познати витамините А1, и А2, от групата D – D1, D2, D3, D4, D5, D6 и т.н. Мастноразтварими витамини от групите D, Е, К се срещат в плодовете и зеленчуците, а от групата A са открити само в продуктите от животински произход.
Витамин А e витамин на растежа осигурява нормално зрение, растеж,развитие на зъбите и костите.Съдържа се в продукти от животински произход – черен дроб, масло, жълтък от яйце.Витамин D се нарича още противорахитичен.При липса на витамин D се развива болестта рахит. При нея костите остават меки и се изкривяват поради недостатъчно съдържание на калциеви и фосфорни соли в тях.
Източници на провитамин D-зелето, спанакът и др., а богат източник на витамин D е рибеното масло.
Витамин Е взема участие в дейността на жлезите с вътрешна секреция и особено на половите жлези . Липсата му води до безплодие и спонтанни аборти.Hамира в житните зародиши, в листните зеленчуци, в зеления грах, в морковите, в ядките на бадема, в ореха и др.
Витамин К подпомага съсирването на кръвта.
Витамин К се съдържа във всички зелени части на растенията. В по – голяма количество се съдържа в зелето и особено в цветното, копривата, морковите, спанака, тиквичките и др.
Витамин С (аскорбинова киселина )има окислително-възстановителна функция, влияе върху обмяната на веществата.
Съдържа се в пресни плодове и зеленчуци, в по-големи количества в люти,чушки, касис,ягоди, пипер, магданоз,коприва, спанак.
В1(тиамин, аневрин) Участва в обмяната на въглехидратите, белтъците и мазнините,при недостиг-Mускулна слабост. Съдържа- бирена и хлебна мая, ядки, черен дроб, месо, яйца, мляко.
В2 (рибофлавин, лактофлавин ) Участва в клетъчните окислително-редукционни процеси(Зърнени храни,
бирена и хлебна мая, ядки,месо, яйца, мляко) при недостиг:Възпаление на устните, езика, роговицата.
В3 (пантотенова киселина) Участва в обмяната на аминокиселините и мастите-Съдържа се в Бирена мая, черен дроб,бъбреци, яйца.
В5 (витамин РР, ниацин, никотинамид, никотинова киселина ) Участва в обмяната на въглехидратите и белтъците на нервната, храносмилателната и сърдечно-съдовата система,при недостиг:възможно е възникването на пелагра.
B6 (пиридоксин, пиридоксал, пиридоксамин, адермин)Участва в обмяната на аминокиселините и мазнините, при недостиг:Увреждане на кожата, лигавиците, нервната система.
B9 ( фолиева киселина, фолат )Участва в обмяната на аминокиселините, стимулира и регулира кръвообразуването и растежа,при недостиг :Анемия, стомашно-чревни увреждания.
B12 (цианкобаламин)
Стимулира и регулира кръвообразуването.
13.Хормони.Функция-Хормонът е вещество, което се образува само на едно, точно определено място в организма и което, преминало в кръвта, подбужда по кръвен път дейността на други органи и системи.
Регулация на хормоналните нива
Хормоните могат да предизвикат мощни промени в организма и поради това техният синтез, отделяне от клетките и унищожаване са обект на фина регулация от сложни контролни биохимични мрежи.
Контролът върху нивата на хормоните се осъществявава главно по два начина – чрез принципите на положителната и отрицателната обратна връзка. Тази регулация е от особено значение в координирането на едновременното действие на много хормони в процесите на растеж и развитие на тялото.
Често нивата на хормоните взаимно се регулират – промяната в количеството на един хормон води до промяна в количествата на други хормони.
Ето защо въвеждането в организма на хормони (например чрез инжектиране), макар и в минимални количества, може да доведе до катастрофални последици, ако не се извършва под стриктен лекарски надзор и ако не е проведено след много прецизни изследвания.
16.Транскрипция-Процесът на пренасяне на наследствената информация, необходима за синтеза на една белтъчна молекула, от молекулата на ДНК върху молекулата на иРНК (информационна) се нарича транскрипция (презаписване).Транскрипцията протича в клетъчното ядро.
17.Транслация-Транслация- прехвърлянето на наследствената информация от молекулата на иРНК в определена последователност от аминокиселини, изграждащи белтъчната молекула, се нарича транслация (превеждане) на наследственната информация.Транслацията протича в цитоплазмата.
18.Кръвта е особен вид съединителна тъкан, изградена от формени елементи и течна плазма, циркулираща в собствена система, наречена кръвоносна. Формените елементи са различни типове клетки (еритроцити, левкоцити) и клетъчни останки (тромбоцити). Плазмата, която може да се нарече и извънклетъчен матрикс, представлява средата в която се осигурява циркулацията на формените елементи и разтворените в кръвта химични съединения.
Основната функция на кръвта е да доставя определени вещества (напр. кислород, глюкоза ) до другите тъкани, както и да пренася отпадни метаболитни продукти (напр. въглероден диоксид, амониеви съединения) до местата за тяхното изхвърляне от организма. Заедно с тъканната течност и лимфата образуват течната среда на организма, нареченахомеостаза. С изключение на далака и костния мозък, контактът на кръвта с клетките и тъканите на тялото се осъществява посредством тъканната течност.
Общото количество на кръвта в тялото варира от 5 до 8% от теглото. В организма количеството на циркулиращата кръв е малко над половината от общото количество кръв. Тази разлика се нарича резервна кръв и се съхранява в т.нар. органи резервоари - далак, черен дроб, кожа.
19. Мускулната тъкан е образувана от силно удължени клетки — мускулни влакна. Миофибрилата е основната функционална единица и е изградена от съкратителни белтъци — актин и миозин.Основната функция на мускулната тъкан е двигателната, която осигурява възбудимостта, проводимостта и съкратимостта.Произхода на мускулната тъкан е от мезодермата.
Видове мускулна тъкан:
Скелетна мускулна тъкан : Тя е образувана от влакна, които са напречнонабраздени. Изгражда мускулите на тялото, крайниците и главата. Чрез съкращението ѝ се осъществява придвижването на тялото. Съкращенията на напречнонабраздената мускулна тъкан са волеви — настъпват по желание на човека. Напречнонабраздена мускулна тъкан — има дълги многоядрени клетки. Тези мускулни влакна изграждат скелетните мускули и извършват бързи и мощни съкращения с кратък период на почивка, затова се изморяват лесно. Съкращават се волево под действието на импулси, идващи от кората на главния мозък. Гладка мускулна тъкан : Състои се от къси, гладки влакна. Изгражда кухите вътрешни органи- стомах, черва, кръвоносни съдове и др. От съкращението ѝ зависят жизненоважни процеси като дишането, кръвообращението и храносмилането. Съкращението на гладката мускулна тъкан е неволево и се контролира от вегетативната нервна система. гладките мускули не се уморяват.
Сърдечна мускулна тъкан : Образувана е от влакна, които са по-къси и са напречнонабраздени. Сърдечната мускулна тъкан изгражда мускулите на сърцето. Заедно с гладката мускулна тъкан тя се причислява към неволевата мускулатула. Aвтоматия — способността да генерира импулси без въздействие отвън, но се влияе и от вегетативната нервна система. Изгражда само сърцето.
мускулте съдържат вода (70-80%), белтъчини , мазнини, липди, екстрактни вещества, съдържащи азот,безазотни екстрактни вещества. мускулте След период на интензивна активност мускулите губят способността си да се съкращават. Ако се прилагат продължителни стимули върху уморен мускул, то той достига до пълна липса на съкращение. Признаците на мускулна умора се изразяват в намаляване големината на съкращението, удължаване времето на съкращението. Много силната умора води до контрактура на мускула. Умората е нормален физиологичен процес, който води до прекратяване на работата. След време на почивка работоспособността на мускулите се възстановява.
20. Биохимия на костната тъкан-Образувана е от силно удължени клетки-мускулни влакна.Миофибрилата е основната функционална единица и е изградена от съкратителни белтъци-актин и миозин.Основната функция на мускулната тъкан е двигателната, която осигурява възбудимостта, проводимостта и съкратимостта.Произхода на мускулната тъкан е от мезодермата.
Видове мускулна тъкан:
-Скелетна мускулна тъкан-образувана от влакна,които са напречнонабраздени.Изграждащи мускулите на тялото,крайниците и главата.Чрез съкращението се осъществява придвижване на тялото.Съкращенията на напречнонабраздената мускулна тъкан са волеви-настъпват по желание на човека.Напречнонабраздена мускулна тъкан-има дълги многоядрени клетки.Тези мускулни влакна изграждат скелетните мускули и извършват бързи и мощни съкращения с кратък период на почивка, затова се изморяват лесно.Съкращават се волево под действието на импулсу, идващи от кората на главния мозък.
-Гладка мускулна тъкан-състои се от къси, гладки влакна.Изгражда кухите вътрешни органи-стомах,черва, кръвоносни съдове и др.От съкращението и зависят жизненоважни процеси като дишането, кръвообращението и храносмилането.Съкращението на гладката мускулна тъкан е неволево и се контролира от вегетативната нервна система, гладките мускули не се уморяват.
-Сърдечна мускулна тъкан-образувана е от влакна. които са по-къси и са напречнонабраздени.Сърдечната мускулна тъкан изгражда мускулите на сърцет.Заедно с гладката мускулна тъкан тя се причислява към неволевата мускулатула.Автоматия-способността да генерира импулса без въздеействие отвън, но се влияе и от вегетативната нервна система.Изгражда само сърцето.
Мускулите съдържат вода 70-80%,белтъчини,мазнини,липиди,екстрактни вещества,съдържащи азот,безазотни екстрактни вещества.След период на интензивна активност мускулите губят способността си да се съкращават.Ако се прилагат подържителни стимули върху уморен мускул, то той достига да пълна липса на съкращение.Признаците на мускулна умора се изразяват в намаляване големината на съкращението, удължаване времето на съкращение.Признаците на мускулната умора се изразяват в намаляване големината на съкращението,удължаване времето на съкращение.Много силната умора води до контрактура на мускула.Умората е нормален физиологичен процес, който води до прекратяване на работата.След времето на почивка работоспособността на мускулите се визстановява.