Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Задача третьего раздела вытекает из того обстоятельства, что биохимия является экспериментальной наукой. Очень важно понимать и уметь оценивать различные экспериментальные подходы н методы, используемые в биохимии, чтобы ее изучение не свелось к простому зазубриванню. Кроме того, биохимия — это не застывший свод непреложных знаний, а постоянно развивающаяся наука.
Как и в других областях биомедицинских знаний, ее успехи в значительной степени зависят от новых экспериментальных подходов и прогресса в технологии. В четвертом разделе кратко суммированы достнжеиня биохимии. Общий взгляд на всю эту науку таблица 2.1. Приблизительный элементный состав орга- низма человека !в процентах к сухому весу)" л Из работы Гтезс Е. 8., Тоба %. И.: Тех!Ьооа оГ В1осьеппягу, Зп$ ед. Масла!!ап, !961„с любезного разрешения. в целом позволит читателю лучше ориентироваться в представленном материале. Наконец, задача пятого раздела — показать, насколько ограня еиы наши знания во многих областях бнохнмнн; это, в частности, касается процессов развития организма, дифференцировки тканей, функционирования мозга, причин возникновения рака и других болезней человека. Возможно, это обстоятельство возбудит у читателей желание внести свою лепту в развитие упомянутых областей исследования.
Примерный элементный состав организма человека представлен в табл. 2.!. Большинство биомолекул состоят в основном из углерода, кислорода, водорода и азота. Важным компонентом нуклеиновых кислот и других молекул является фосфаг; в ионизированной форме он широко представлен в организме человека. Ключевую роль в многочисленных биологических процессах играет кальций; этот вопрос находится в центре внимания многих современных исследований.
Элементы, перечисленные в третьем столбце таблицы, выполняют множество различных функций. Со многими из них приходится почти ежедневно сталкиваться в медицинской практике, например в тех случаях, когда у больных нарушен баланс электролитов (К+. !ч!а+, С!" и Мяз'), наблюдается анемия, связанная с недостатком железа (Ге"), или заболевания щитовидной железы (1 ). Как видно из табл.
2.2, основными сложпымн бномолекуламн, присутствующими в клетках и тканях высших животных (включая человека). являются ДНК, РНК, белки, нолисахарнды и лнпнды, Эти сложные молекулы построены из простых биомолекул, которые также перечислены в таблице. Строительными блоками ДНК и РНК (вместе они известны как нуклеиновые кислоты) служат дезокснрнбонуклеотн- Биополимеры и биохимические методы Таблица 2.2. Основные сложные органические биомолекулы. присутствующие в клетках и тканях.
Нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды являются полимерами, которые построены из блоков, также указанных в таблице, Липиды, вообще говоря, не являются биополимерамн, и не во всех случаях в качестве их строительных блоков используются жирные кислоты Строительные блоки Главные функции Бномолскулы Генетический материал Дезоксирибонуклеотиды Рибонуклеотиды Аминокислоты ДНК Матрица для синтеза белков Весьма разнообразные; обеспечивают функционирование клетки (ферменты, сократительные элементы) Кратковременное запасание энергии (в форме глюкозы) РНК Белки (глнко- Глюкоза Полисахнриды ген) Липиды Компоненты мембран; запасают энергию на длительное время (в виде триацнлглицеролов) Жирные кислоты Таблица 2.3.
Нормальный химический состав организма че- ловека весом 65 кг" Масса, кг Содержание, % Компоненты 11 9 1 40 4 Белки Жиры Углеводы Вода 21 Минеральные вещества 17,0 13,8 1,5 61,6 6,1 " Из работы ОвийЬоп 8. 12., Ряххпюге К., Вгося 1. Р.: Нгппвп 1Чннзйоп апд Пегспсз, 5!й еа СйнгсЫ11 ЕЫпахюпе, 1973, с рязрсшення. " Содержание воды в разных тканях сушественно рязлнчаетсж в ткани кости, не содержягпей костного мозга, ня ее долю приходится 22,5%: Содсржвнне волы снижается также при накоплении жира. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА Мы уже привели элементный состав организма человека. Его химический состав представлен в табл.
2.3. Основными компонентами являются белки, жиры, углеводы, вода и минеральные вещества; при этом наибольшая часть приходится на долю воды, хотя ее содержание в разных тканях существенно различается. Вода — это полярное соединение, способное образовывать водородные связи; именно благодаря этим своим свойствам она является идеальным растворителем в организме человека. Клетка печени крысы На рис. 2.1 схематически изображена клетка печени крысы (гепатоцит). Биохимические свойства этих клеток изучены наиболее подробно — частично из-за того, что клетки печени удается получать в относительно больших количествах, а частично благодаря тому, что онн удобны для фракционирования и выполняют множество функций, Гепатоцит содержит все КЛЕТКА Шлейден и Шванн, а также другие пионеры науки Х1Х в., в частности Вирхов, считали клетку фундаментальной единицей биологической активности.
Однако сразу же после окончания второй мировой ды н рибоиуклеотиды соответственно. Строительными блоками белков являются аминокислоты. Полисахарцды построены из простых углеводов; в частности, гликоген (главный полиса харид, присутствующий в тканях человека) построен из глюкозы. Строительными блоками липидов можно считать жирные кислоты, хотя липиды и не являются полимерами жирных кислот. ДНК, РНК, белки н полисахариды называют бионолимерами, поскольку они состоят из повторяющихся строительных блоков (мономеров).
Этн сложные молекулы составляют существенную часть «вещества жизни»; большая часть этой книги будет в основном посвящена описанию различных свойств биомолекул — как биополимеров, так и мономеров. Подобного же типа сложные молекулы присутствуют и в низших организмах, хотя их строительные блоки в некоторых случаях, как это видно из табл.
2.2, могут быть несколько иными. Например, бактерии не содержат гликоген и трнацилглицеролы, зато содержат другие полисахарцды и лнпиды. войны произошли три события, ознаменовавшие собой начало периода раздельного развития биохимии и клеточной биологии. Это: 1) широкое распространение электронных микроскопов; 2) разработка методов разрушения клеток в сравнительно мягких условиях, позволяющих сохранить функции их комцоментов; 3) широкое распространение высокоскоростных ультрацентрнфуг с охлаждением, с помощью которых можно было создавать центробежные силы, достаточные для разделения компонентов разрушенных клеток, и избегать их перегрева. С помощью электронной микроскопии было выявлено множество ранее неизвестных или плохо различимых клеточных компонентов, а разрушение клеток и ультрацентрнфугнрование позволили разделить их и провести исследование ш а!го.
14 Глава 2 Эидоппззматичзский рзтииулум Цито толь Рис. 2Л. Схематическое изображение клетки печени крысы. нв котором показаны основные клеточные органеллы. основные типы органелл, присутствующих в клетках эукариот (табл. 2.4),— ядро, митохондрии, эндоплазматнческий ретикулум, свободные рибосомы, аппарат Гольджн, лизосомы, пероксисомы, плазматнческую мембрану н элементы цитоскелета. Субклеточиое фрцкционыроиаиие Для глубокого изучения функций любой из органелл необходимо прежде всего получить эти органеллы в относительно чистом виде, так, чтобы их препарат был как можно меньше загрязнен другими органеллами. Процесс, с помощью которого этого обычно удается достичь, называется субклеточным фракционирован нем н состоит из трех этапов: экстракции, гомогенизации и центрифугирования.
Большинство первых работ в этой области выполнено на печени крысы. А. Экстракция. Первым шагом при выделении специфических органелл (или молекул) является их экстрагирование из клеток, в которых они находятся. Большинство органелл и многие биомолекулы (в частности, белки) весьма лабнльны (неустойчивы) и легко утрачивают биологическую активность. Поэтому их нужно экстрагировать в.мяпсих условиях (в водных растворах, избегая экстремальных значений рН, осмотического давления, а также высоких температур). Большая часть операций по выделению органелл производится при 0 — 4' С (в холодной комнате или на льду).
При комнатной температуре может наблюдаться значительное уменьшение активности, частично вследствие действия различных гидролитических ферментов (протеаз, нуклеаз и т.д.), высвобождающихся при разрушении клеток. Обычно для экстракции органелл используют 0,25 М раствор сахарозы (изоосмотический раствор), содержащий ионы К и Мат+ в концентрации, близкой к физиологической; рН раствора доведен до 7,4 солянокислым трис-буфером (трис (гндроксиметил)- аминометангидрохлорид) в концентрации 0,05 М.
Этот раствор часто называют СТКМ. Не все растворители обеспечивают столь же мягкие условия экстракции, как СТКМ; например, для экстракции липидов и углеводов используют органические растворителя. Б. Гомогенизацка. Для выделения органелл (или бномолекул) из клеток необходимо прежде всего разрушить клетки в мягких условиях. Удобным методом разрушения органов (печени, почки, мозга) и составляющих их клеток является гомогенизация. Для этого измельченные фрагменты соответствующего органа помещают в стеклянный стаканчик подходящих размеров, заполненный раствором для гомогенизации (например, СТКМ), а затем пестиком (вручную или с помощью моторчика) приводят смесь во вращение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
