92114 (680434)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ

На тему:

«Медицинская биохимия. Основные принципы измерительных технологий в биологической химии»

МИНСК, 2008

Биологическая химия изучает химию живой природы во всех ее проявлениях от бактерий, включая вирусы до животных. Биохимия в большей степени опирается на органическую химию, а также тесно связана с неорганической, физической и аналитической. Как известно, все живые организмы состоят из химических соединений – органических и неорганических. Такие органические соединения как белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты часто называют биомолекулами. Большинство этих биомолекул состоит только из 6 элементов неметаллов: кислорода, углерода, водорода, азота , фосфора и серы. Изучением этих важнейших биомолекул и занимается биохимия.

Все живые организмы содержат такое неорганическое соединение как вода. Вода - важнейшее вещество, которое обеспечивает жизнь. Значение неорганических соединений велико. Они присутствуют в ионной форме, причем либо в виде свободных ионов, либо входят в состав сложных органических групп.

Задачи, стоящие перед биохимией, можно решить путем объединения ее результатов с данными биофизики, морфологии, генетики и других

биологических дисциплин. В последние годы развитие биохимии в большей степени определяется достижениями физики, математики, кибернетики, механики. Естественно изучение состава и структуры биологической природы и особенностей их обмена невозможно без использования сложных физико-химических методов и точных измерительных приборов.

Создание приборов для решения задач, стоящих перед биохимией стало возможным только после разработки таких методов исследования как гидролиз, хроматография, электрофорез, использование меченых атомов, рентгеноструктурный анализ. Применение этих методов потребовало создания аппаратов и приборов, ультрацентрифуг, компьютерных программ для этой техники.

Какие же вопросы решает биохимия:

- Как синтезируются биомолекулы в клетке?

- Как распадаются. Как их распад связан с высвобождением полезной химической энергии внутри клетки. В каком виде эта энергия производится?

- Как взаимопревращаются биомолекулы?

- Как попадают в клетку и выводятся?

- Как их можно выделить, синтезировать?

- Какова их молекулярная структура?

- Какие специальные функции они выполняют?

- Как гены контролируют биохимическую специфичность, т.е. индивидуальность организма?

- В чем причины отклонения от нормы, т.е. причины патологического состояния?

- Как можно улучшить медицинскую диагностику, учитывая биохимические критерии?

- Каким образом гормоны регулируют деятельность организма и каковы другие пути саморегуляции организма?

Следовательно, биохимия выясняет связи функции и структуры, способы действия регуляторных механизмов , лежащих в основе жизнедеятельности.

Биохимия является теоретической основой медицины. Знание биохимических процессов, протекающих в нормальном здоровом организме, позволяет понять природу различных заболеваний, которые в своей основе представляют разнообразные отклонения протекаюших в организме химических реакций, т.е. патогенез заболеваний.

Один из основных принципов клинической медицины состоит в том, что нормальная жизнедеятельность организма требует соблюдения достаточно строгого постоянства внутренней среды организма.

Умеренные отклонения большинства биохимических показателей могут быть выявлены только при знании нормальных величин. Должны учитываться не только границы возможных колебаний каждого из изучаемых показателей, но и их зависимость от пола, возраста, физиологических состояний. Для некоторых заболеваний методы биохимического анализа являются едва ли не единственным средством, дающим возможность постановки правильного диагноза.

Изучение обмена веществ в организме человека происходит на разных уровнях:

- Целого организма

- Органа или ткани

- Клетки

- Молекулы

В этих исследованиях применяются различные методы исследования.

Так обмен веществ на уровне целого организма изучается путем определения количества питательных веществ, получаемых организмом и выделившихся из него (суточные анализы).

Методами экстрактов или гомогенатов исследуют обмен на уровне клетки. Эти методы в основном используются в экспериментальных исследованиях. В эксперименте из органов животных выделяют ткани, из которых готовят экстракты или гомогенаты и в них проводят определение активности ферментов, либо определяют содержание каких-либо веществ. В лабораторной диагностике проводят анализ крови, приготавливают плазму или сыворотку и определяют в ней количество сахара, протромбина, гемоглобина и т.д.

В субклеточных фракциях под электронным микроскопом были открыты различные внутриклеточные органеллы: ядро, лизосомы, митохондрии, микросомы и т.д. Эти элементы также экспериментально выделяют из тканей животных и растений. Разработаны методы выделения этих структур путем дифференциального центрифугирования в центрифугах с большим колическтвом оборотов, доходящим до 10-60 тыс. в мин.

Седиментационный анализ – разделение веществ в ультрацентрифуге под действием центробежной силы. В связи с различными величиной и плотностью исследуемых частиц они осаждаются при разных ускорениях.

Изучение состава и структуры вещества биологической природы и особенностей его обмена невозможно без использования сложных физико-химических методов и точных измерительных приборов. Создание этих приборов стало возможным после разработки таких методов исследования как гидролиз, хроматография, электрофорез, рентгеноструктурный анализ. В клинических биохимических лабораториях широко используются различные модели электрофотоколориметров, спектрофотометров, флюориметров, а также аппаратов электрофореза, аминокислотных анализаторов, автоматического коллектора отбора фракций, колоночной хроматографии.

Рассмотрим подробнее эти методы:

Электрофорез – этот метод основан на том, что в электрическом поле молекулы вещества, которое обладает электрическим зарядом, будут передвигаться к катоду или аноду. Скорость и направление их передвижения зависят от величины заряда молекулы, ее формы, размера.

Например, если смесь белков поместить в электрическое поле, то белки с положительным зарядом будут перемещаться в сторону отрицательного электрода, а белки с отрицательным зарядом – в сторону положительного электрода, белки же с нулевым зарядом останутся на месте старта. Белки с более высокой плотностью заряда будут двигаться по направлению к соответствующему электроду быстрее, чем белки с более низкой плотностью заряда.

Электрофорез проводят: в растворах, на носителях- полоска бумаги, пленки ацетата или целлюлозы, пластинах гидрофильного геля, трубочках, заполненных гелем.

Пример:

Стеклянные трубочки помещают в прибор для электрофореза. Заполняют их гидрофильным раствором, который полимеризуется и превращается в гель. На поверхность геля наносят смесь белков или аминокислот, затем прибор подключают к источнику тока. Через определенный промежуток времени происходит разделение смеси. Гель извлекают из трубочек и анализируют на денситометре.

Хроматография – сущность метода заключается в том, что различные вещества обладают различной способностью адсорбироваться на определенных веществах. Вещества разделяются между двумя фазами: подвижной и неподвижной. При этом весь процесс разделения складывается из многократных актов перехода вещества из одной фазы в другую.

Какие бывают виды хроматографии?

Распределительная – процесс разделения происходит вследствие различной растворимости.

Адсорбционная – разделение происходит вследствие различной сорбируемости веществ на поверхности твердой фазы (колоночная хроматография, гель-фильтрация, т.е. разделение веществ в зависимости от их молекулярного веса и размера молекул, колонка представляет собой как бы молекулярное сито).

Ионообменная – происходит в результате обмена ионов. Метод основан на различных кислотно-основных свойствах разделяемых веществ.

Химическая – например, комплексообразование или осадочная хроматография.

В лабораторной диагностике хроматография используется для разделения смесей аминокислот, а также для идентификации и количественного определения разделенных аминокислот. Основан на различиях кислотно-основных свойств аминокислот.

Пример:

Хроматографическая колонка представляет собой длинную стеклянную, заполненную гранулами синтетической смолы трубку, которая содержит прочно связанные с ней заряженные группы:

- смолы со связанными анионными группами - катионообменные

- смолы со связанными катионными группами - анионообменные

В наиболее простом варианте ионообменной хроматографии разделение аминокислот осуществляют на колонке с катионообменной смолой, в которой связанные анионные группы, например, остатки сульфоновой кислоты ( - S0₃^- ) сначала “нагружают” ионами Nа⁺, затем на поверхность смолы наносят кислый раствор (рН 3,0), содержащий анализируемую смесь аминокислот и медленно пропускают через колонку. По мере прохождения через колонку положительно заряженные аминокислоты вытесняют ионы Nа⁺, связанные с группами - S0₃^- ,которые прочно присоединены к частичкам смолы. Выходящий из нижнего конца колонки раствор (элюат) собирают в виде небольших порций (фракций) и определяют количество содержащихся в них аминокислот.

Этот процесс может быть автоматизирован. Запись показаний и анализ осуществляется на анализаторе.

Другая разновидность хроматографии - гель-фильтрация. В этом случае колонка заполняется очень мелкими пористыми гранулами высокогидратированного полимера. Раствор смеси аминокислот пропускают через колонку. Молекулы белков, имеющие сравнительно небольшие размеры, проникают через поры внутрь этих гранул, в результате чего их прохождение через колонку замедляется, тогда как молекулы крупных белков не могут проникнуть внутрь гранул и проходят через колонку значительно быстрее. Таким образом колонка является молекулярным ситом. Элюат собирают порциями и анализируют.

Для исследования структуры веществ и изучения химических превращений используется спектроскопия. При исследовании биологических объектов преимущество спектральных методов состоит в том, что вещество в процессе исследования не разрушается. Эти методы позволяют обнаружить незначительные количества веществ.

Оптические методы количественного анализа позволяют регистрировать изменения, происходящие с лучом света при прохождении его через исследуемый раствор, а также измерение излучения молекул исследуемого вещества.

Спектр – это зависимость количества поглощенной или излученной системой энергии от длины волны или другого параметра (например, волнового числа).

Спектр поглощения является специфической характеристикой различных соединений при прохождении через них световой энергии. Спектр может быть получен в видимой ( 400-800 нм), ультрафиолетовой (200-400 нм) или инфракрасной области (800нм-5 мкм). Отдельные пики в спектре соответствуют длинам световых волн, которые поглощаются этим соединением, причем самый большой пик соответствует длине волны с максимальным поглощением.

Молекулы взаимодействуют с излучением в широком диапазоне длин волн и поэтому их спектры лежат в различных областях. Электронные спектры обусловлены переходом электронов наружных оболочек атомов с одного энергетического уровня на другой.

Спектроскопия в видимой и ультрафиолетовой областях. Принцип – энергетический переход внешних электронов в молекулах. Применяется при количественных определениях ферментов и кинетических исследованиях.

Спектрофлуориметрия. Принцип – испускание света, длина волны которого больше чем длина волны поглощенного света. . Применение – количественный анализ, кинетика, качественный анализ.

Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния. Принцип – колебания атомов в молекуле приводят к изменению дипольного момента и поляризуемости. Применение – качественный анализ.

Пламенная спектрофотометрия. Принцип – энергетические переходы внешних электронов атомов после испарения вещества в пламени.

ЯМР-спектрометрия. Принцип - регистрация магнитных моментов ядер с нечетным числом протонов.

Масс-спектрометрия. Принцип – определение количества положительно ионизированных молекул и их фрагментов. Используется для определения аминокислот в белках.

При исследованиях и клинических анализах бывает необходимость определить очень малые количества соединений в сложных смесях. В этих случаях применяют методы радиоиммунного и ферментиммунного анализа. Эти методы обеспечивают высокую специфичность и чувствительность.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов реферата