Программа межпредметного элективного курса "Биохимия. Органические вещества"
учебно-методическое пособие по биологии (10 класс)

Биохимия. Органические вещества.

Межпредметный элективный курс

для обучающихся 10 – 11 профильных классов

Танюшина Юлия Леонидовна,

учитель биологии высшей категории

МАОУ «Гимназия № 48»

Город Норильск

Красноярский край

ПРОГРАММА МЕЖПРЕДМЕТНОГО ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА
Биохимия.

Органические вещества.

(для учащихся 10 - 11 классов)

Пояснительная записка

Элективный курс «Биохимия. Органические вещества» разработан для образовательной области «Естествознание», которая призвана расширить знания учащихся об основных законах развития природы и правилах оптимального взаимодействия человека и природы. Содержание предлагаемого элективного курса имеет интегрированный характер и опирается на базовые курсы химии, биологии.

Концептуальные основы работы – формирование естественнонаучных компетенций как условие развития гармоничной личности. Элективный курс изучает органические вещества, из которых построены живые организмы, и о химических процессах, протекающих в них, что является основой для глубокого понимания всего, что происходит на более высоких уровнях организации живой материи и в первую очередь в клетках и живых организмах. Без этого понимания сегодня уже невозможно изучение на современном уровне таких фундаментальных биологических и химических дисциплин, как клеточная биология, физиология, генетика, органическая химия. Непрерывно возрастает воздействие биохимии на важнейшие связанные с живой природой сферы человеческой деятельности – здравоохранение, биотехнологическую промышленность, сельское хозяйство, охрану окружающей среды. Поэтому без опоры на биохимические знания сегодня немыслимо полноценное биологическое медицинское, агрономическое, экологическое образование.

Биохимия на современном этапе – экспериментальная наука, базирующаяся на арсенале методов, созданных органической, аналитической и физической химией. Однако многие из задач, которые решает биохимия, вследствие специфики изучаемых объектов требуют нетрадиционных подходов. Именно эти главные особенности биохимических объектов и биохимических превращений положены в основу построения курса биохимии.

Этот курс является по типу межпредметным элективным курсом, цель которого – интеграция знаний учащихся по биологии и химии, а также знакомство с методами применения знаний на практике, развития интереса учащихся к изучению организма человека.

Учащиеся совершенствуют навыки работы с нагревательными приборами, весами, мерной посудой и реактивами, изучают состав и свойства целого ряда веществ, учатся самостоятельно проводить анализы некоторых продуктов питания. Учащиеся смогут оценивать результаты экспериментов.

В процессе изучения курса, учащиеся работают с дополнительной справочной литературой.

Предлагаемый элективный курс рассчитан на учащихся профильных (10-11) классов, которые сделали выбор соответствующего направления в обучении и проявляют определенный интерес к профессиям химика, фармацевта, провизора и врача.

Курс имеет развивающую, деятельностную и практическую направленность.

Цель курса: интеграция теоретических и практических знаний, полученных в областях химии и биологии, как необходимое условие для подготовки к поступлению в вузы медицинского и химического направлений.

Задачи курса:

• помочь учащимся в обоснованном выборе профиля дальнейшего обучения;
• развитие познавательных и интеллектуальных способностей учащихся, умений самостоятельно приобретать знания;
• расширение и углубление знаний учащихся о строении, свойствах, применении и методах получения веществ и материалов;
• расширение естественнонаучного мировоззрения учащихся, преодоление хемофобии и безразличного отношения к современным экологическим проблемам;
• воспитание гражданской ответственности, трудолюбия, аккуратности, внимательности, бережного отношения к материальным и духовным ценностям.

Основная идея курса состоит в том, что биохимические процессы в организме человека в значительной мере зависят от сознательного выбора того или иного образа жизни, а понимание особенностей химических процессов, протекающих в организме, позволяет делать такой выбор осмысленным. Рассматриваемые вопросы направлены на развитие у учащихся навыков самовоспитания и самоуважения.

Лабораторные и практические работы – неотъемлемый вид деятельности для приобретения знаний, умений и навыков в химии и биологии, на которые ориентирован данный курс. За время изучения курса каждый ученик выполнит несколько лабораторных и практических работ и проведет исследование, результаты которого будут обсуждаться на итоговых занятиях.

В результате изучения данного курса учащиеся должны знать:

• факторы, влияющие на работу организма;
• химические и биологические факторы и их влияние на здоровье человека;
• правила техники безопасности работы в химической лаборатории с учетом специфики работы с препаратами;
• химико-биологические показатели изучаемых веществ;
• критерии определения чистоты вещества и возможности его идентификации;
• общие приемы разделения и очистки веществ;
• качественные реакции на наиболее важные катионы и анионы, а также на некоторые органические вещества;
• сущность гидролиза и буферного действия, окислительно-восстановительных реакций, реакций комплексообразования, сущность процесса титрования, особенности приготовления и стандартизации растворов;
• основные понятия химии и биологии.

В результате изучения данного курса учащиеся должны уметь:

• грамотно применять полученные знания в жизни;
• работать с различными источниками информации;
• проводить анализ изучаемых препаратов и продуктов;
• сопоставлять и интерпретировать полученные результаты опытов;
• работать с реактивами, обычной и специальной химической лабораторной посудой, нагревательными приборами и простейшим оборудованием;
• взвешивать вещества, измерять плотности и объемы жидкостей, готовить растворы различной концентрации;
• проводить вычисления, использовать графики для решения химико-биологических задач;
• объяснять сущность химических и биологических процессов: экстракции, возгонки, перегонки (дистилляции), кристаллизации, хроматографии и знать условия их применения;
• объяснять химико-биологические процессы;
• составлять уравнения реакций, подбирать коэффициенты методом электронного баланса.

Образовательные результаты элективного курса фиксируются в портфолио ученика в форме отзывов педагогов о результатах выступлений участников курса с сообщениями, по работе над проектами, в виде отзывов самих учащихся об итогах их продвижения в процессе изучения курса.

На изучение межпредметного курса «Биохимия. Органические вещества» для учащихся 10-11-х классов отведено 70 часов (35 часов в 10 классе – 1 час в неделю, 35 часов в 11 классе – 1 час в неделю).

Учебно-тематич6еский план межпредметного элективного курса

«Биохимия. Органические вещества»

10 класс (34 часа.)

Содержание программы

межпредметного элективного курса

«Биохимия. Органические вещества»

Раздел 1. Витамины (14 часов)

Введение в витаминологию. Основные знания об истории открытия витаминов, классификация, биологическое действие витаминов на организм.

Жирорастворимые витамины: витамин А, Е, Д – строение и свойства. Источники, суточная потребность, биологическое действие, признаки авитаминозов.

Водорастворимые витамины: Витамин С, В1, РР - строение и свойства. Источники,

суточная потребность, биологическое действие, признаки авитаминозов.

Витаминоподобные вещества: липоевая кислота, холин, оротовая кислота, витамин U. Источники, суточная потребность, биологическое действие, признаки авитаминозов.

Практические работы:

Качественные реакции на витамин А.

Качественные реакции на витамин Д.

Качественные реакции на витамин С.

Качественные реакции на витамин РР, группы В.

Раздел 2. Углеводы (20 часов)

Строение углеводов. Строение, характеристики, классификация по строению, функции углеводов в организме.

Простые углеводы: глюкоза, фруктоза, лактоза. Химическое строение и свойства, источники в продуктах питания. Необходимые нормы потребления.

Сложные углеводы: гликоген, крахмал, клетчатка хитин. Обмен углеводов, значение гликогена в организме человека. Нарушение обмена углеводов. Наследственные патологии.

Обмен углеводов. Пути распада полисахаридов. Анаэробный гликолиз. Аэробный гликолиз. Нарушение обмена углеводов. Наследственные патологии.

Биосинтез углеводов. Понятие о первичном биосинтезе углеводов. Фотосинтез.

Практические работы:

Обнаружение продуктов дрожжевого сбраживания глюкозы.

Проба на глюкозу.

Проба на пировиноградный сахар.

Проба Белка на лактозу и мальтозу.

Выделение гликогена из печени животных.

Фотосинтез.

Раздел 3. Белки (16 часов)

Роль белков в построении и функционировании живых систем. Физико-химические свойства белков. Структуры белковых молекул, их строение, специфичность и условия образования. Полиморфизм белков. Распад белков. Биосинтез белков. Код белкового синтеза.

Белки-ферменты. Строение и функция. Разнообразие каталитически активных молекул. Специфичность действия ферментов. Роль отеч5ственных ученных (И.П.Павлов, В.А.Энгельдгард и др.) в развитии энзимологии. Механизм действия ферментов. Фермент-субстратные комплексы. Влияние активаторов и ингибиторов на активность ферментов.

Практические работы:

Качественные реакции на белки.

Реакции осаждения белков.

Определение концентрации белка в сыворотке крови.

Качественная реакция белка в моче.

Влияние активаторов и ингибиторов на активность амилазы.

Ингибирующее действие хлорид-ионов на картофель.

Раздел 4. Липиды (10 часов)

Общая характеристика и классификация липидов. Структуры и функции липидов. Роль липидов в построении биологических мембран. Переваривание и транспорт липидов. Обмен липидов. Распад жиров. Механизм биосинтеза высших жирных кислот. Нарушение в обмене жиров. Жировая ткань, строение и причины ее образования. Биохимия атеросклероза. Липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и липопротеины высокой плотности(ЛПВП), их значение и роль в организме, и образовании атеросклероза.

Практические работы:

Влияние желчи на активность липазы.

Качественная реакция на желчные кислоты.

Раздел 5. Ферменты (3 часа)

Гормоны. Классификация гормонов. Механизм действия гормонов. Стероидные гормоны и их действие. Пептидные гормоны и их действие. Структура и механизм прочих гормонов. Применение гормонов в медицине.

Практическая работа:

Качественная реакция на гормоны.

Методическое обеспечение программы.

Данный элективный курс построен по правилам линейной модели. Занятия построены в единой последовательности, которая обеспечивает усложнение материала и повышение качества учебных навыков. Это усложнение происходит как внутри отдельного занятия, так и на протяжении всего курса.

Содержание элективного курса предполагает разнообразные виды деятельности учащихся: практические работы, семинары, викторины, работу с различными источниками информации, в том числе и Интернет-ресурсами.

На протяжении всего курса преподаватель выступает в роли инструктора и советника – консультанта, что позволяет регулировать и контролировать самостоятельные исследования учащихся и не оказывать авторитарного воздействия на их проведения. К концу изучения курса роль преподавателя может измениться на оппонента, когда ребята должны не только доказывать их значимость.

Для данного элективного курса необходимо наличие биологического и химического оборудования:

• Чаши Петри,
• Школьные лабораторные штативы,
• Предметные стекла,
• Химические вещества,
• Химическая самостоятельно проводить лабораторные исследования, но и аргументировано посуда,
• Лабораторные приборы,
• ТСО (видеомагнитофон, телевизор, аудиомагнитофон).

Все данное оборудование есть в наличии МОУ «Гимназия №48», что и позволяет проводить этот элективный курс.

Технология обучения ориентирована на постановку и демонстрацию опытов, экспериментов, поиск информации по научным источникам, ответы и вопросы во время дискуссии. Основные методы работы – исследовательский и частично-поисковый.

Контроль результативности изучения учащимися программы.

Основной формой контроля является успешное выполнение практических работ, а также участие в дискуссиях. Кроме этого учащиеся на заключительной конференции представляют свои презентации по Кодексу здоровья и программы самосовершенствования в области здоровье сбережения.

Учащиеся участвуют в дискуссии, обсуждая вопросы: Чем мне был полезен элективный курс? Какие пожелания по организации и содержанию занятий на будущее я могу предложить.

Темы сообщений и проектных работ учащихся

1. Анализ пищевых продуктов.
2. Витамины. Работы Н.И.Лунина, И.И.Бессонова.
3. История зарождения и развития биохимии.
4. Анализ препаратов и оформление результатов.
5. Методы исследования лекарственных средств и препаратов.
6. Белковый обмен и методы его клинического контроля в организме.
7. Ферменты, их роль в живых организмах и методы анализа.
8. Биогенные элементы, их роль в живых организмах и методы анализа.
9. Гормоны, их роль в живых организмах и методы анализа.
10. Углеводный обмен и методы его клинического контроля в организме.
11. Липидный обмен и методы его клинического контроля в организме.

Система оценивания данного курса безотметочная. Результаты изучения элективного курса фиксируются в портфолио ученика в форме отзывов педагогов о результатах выступлений участников курса с сообщениями, по работе над проектами, в виде отзывов самих учащихся об итогах их продвижения в процессе изучения курса.

Литература

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 2002.
2. Грин Н., Стаут У., Тецлор Д. Билогия. Т. 1-3. М.: Мир, 1990.
3. Гринстейн Б., Гринстейн А. Наглядная биохимия. М.: Медицина, 2000.
4. Ленинджер А. Биохимия. Т. 1-3. М.: Мир, 1985.
5. Марри Р. и др. Биохимия человека. М.: Мир, 1993.
6. Макаров К.А. Химия и здоровье. М.: Просвещение, 1985.
7. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987.
8. Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии. Ростов н/Д : Феникс, 1999.
9. Реннеберг Р., Реннеберг И. От пекарни до биофабрики. М.: Просвещение, мир, 1986.
10. Рувинский А.О. и др. Общая биология. М.: Просвещение, 1993.
11. Спирин А.С., Четверин А.Б., Воронин Л.А. Биосинтез белка и перспективы бесклеточной технологии // Природа. 1991. № 5. С. 10-19.
12. Степанов В.В. Молекулярная биология: Структура и функции белков. М.: Высшая школа, 1996.
13. Телитченко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии. М.: Наука, 1990.
14. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. М.: Агар; Флинта; СПб.: Лань, 1999.
15. Чухрай Е.С. Молекула, жизнь, организм. М.: Просвещение, 1981.
16. Шамин А.Н. История биологической химии. М.: Просвещение, 1981.

Раздел 1. Витамины.

§1. Введение в витаминологию.

Во второй половине 19 века было установлено, что пищевая ценность продуктов питания определяется содержанием в них белков, жиров и углеводов, минеральных солей и воды. Однако практический опыт свидетельствовал, что даже самая обильная пища не всегда могла предотвратить некоторые заболевания, связанные с дефектом питания. Русский ученный Н.И.Лунин в 1880г. экспериментально доказал невозможность существования белых мышей на искусственной молочной диете, состоящей из белка, жиров, сахара, минеральных солей и воды. В тоже время мыши, которые питались свежим молоком, выживали. Он впервые высказал предположение, что в молоке кроме казеина, жира, молочного сахара и солей содержатся и другие вещества, необходимые для существования животного. В 1890 г. К.А.Сонин повторил опыты с другим вариантом искусственной диеты и сделал аналогичные выводы. Врач Эйкман, наблюдая за состоянием здоровья заключенных тюрем Явы, обнаруживал, что при питании очищенным рисом (без оболочки) у одного из 40 наблюдаемых возникало заболевание бери-бери, при питании неочищенным рисом заболевал лишь один из 10 000 наблюдаемых. В 1911 г. польский ученый К.Функ выделил из оболочек риса органическое вещество, содержащее аминогруппу и предупреждающее развитие бери-бери. В 1912 г. Функ предложил называть подобные вещества витаминами (лат vita – жизнь).

Витамины – это незаменимые компоненты пищи, которые, присутствуя в ней в небольших количествах, обеспечивают нормальное протекание биохимических и физиологических процессов, участвуя в регуляции обмена веществ в организме. При этом витамины не используются для пластических и энергетических нужд организма. Человек в сутки потребляют около 600г пищи (в пересчете на сухое вещество), из этого количества на долю витаминов приходится около 100-120 мг.

В1974г. принята временная классификация витаминов.

Витамины, растворимые в воде: В1 – тиамин, В2 – рибофлавин, В3 – пантотеновая кислота, В5 (РР) – никотиновая кислота, В6 – пиридоксол, Н – биотин, С - аскорбиновая кислота, Р – рутин.

Витамины, растворимые в жирах: А – ретинол, D – кальциферол, Е – токоферол, К – филлохинон.

Витаминоподобные вещества: холин, липоевая кислота, оротовая кислота, инозит, карнитин, витамин U.

Биологическое действие большинства витаминов сводится к участию их в ферментативных реакциях в качестве кофакторов ферментов.

Недостаточное поступление витаминов с пищей вызывает заболевания, называемые гиповитаминозами. При отсутствии одного из витаминов в пище развивается авитаминоз, при недостатке нескольких – полигиповитаминозы, а при отсутствии их в пище – полиавитаминозы.

При чрезмерном введении витаминов (как правило, жирорастворимых) могут развиваться гипервитаминозы. В медицине чаще всего встречаются гиповитаминозы, причинами которых являются:

• недостаток витаминов в продуктах питания,
• нарушения всасывания витаминов,
• нарушения метаболизма витаминов,
• подавление жизнедеятельности микрофлоры кишечника, вырабатывающих ряд витаминов, при пероральном применении антибиотиков.

§2. Витамины, растворимые в жирах.

Витамин А (ретинол, антисерофтальмический).

В группу витамина А входят ретинол, ретиналь и ретиноевая кислота. Только ретинол обладает полной функцией витамина А. Термин «ретиноиды» включает природные и синтетические формы ретинола. Растительный предшественник - каротин – обладает 1\6 активности витамина А. Эфиры ретинола растворяются в жирах пищи, эмульгируются желчными кислотами и всасываются кишечным эпителием.

Ретинол (витамин А)

Источники. Продукты животного происхождения: печень, почки, сливочное масло, рыбий жир. В растениях есть пигменты – каротины, которые могут превращаться в витамин А (морковь, томаты).

Суточная потребность человека в витамине А - 1 – 2,5 мг (5000 – 7000 МЕ). Частично эта потребность может покрываться за счет каротина 2-5 мг.

Биологическое действие. Ретинол действует подобно гормонам, проникающим в клетку, - связывается с ядерными белками и регулирует экспрессию определенных генов. Он необходим для осуществления нормальной репродуктивной функции. Ретиналь участвует в акте зрения. Реакция сопровождается изменением мембран палочек и открытием кальциевых каналов. Быстрый вход ионов кальция инициирует нервный импульс, который передается в зрительный анализатор.

Ретиноиевая кислота участвует в синтезе гликопротеинов, усиливает рост и дифференцировку тканей. Ретиноиды обладают антиопухолевой активностью и ослабляют действие канцерогенов.

Гиповитаминоз проявляется в виде Куринной слепоты (гемералопия) это наиболее рений признак недостаточности витамина А: человек нормально видит при дневном освещении и очень плохо различает предметы в сумерках. Авитаминоз характеризуется уменьшением массы тела, остановкой роста, ороговением эпителия, сухостью кожи слизистых, слущиванием эпителия, нарушением репродуктивной функции. Сухость роговицы глаза называется ксерофтальмией. Повреждение эпителия мочевых путей, кишечника приводит к развитию воспалительных заболева6ний. Важнейшей причиной недостаточности витамина А являются нарушения всасывания и транспорта липидов.

При введении высоких доз витаминов развивается гипервитаминоз А. токсичные дозы – 1000 000 – 6 000 000 МЕ. При остром гипервитаминозе у грудных детей повышается внутричерепное давление, выпячиваются роднички, бессонница сменяется сонливостью. Признаками хронической интоксикации у детей 1-4 летнего возраста являются раздражительность, безразличие к пище, истощение, сухость и выпадение волос, трещины на коже (ладони, ступни ног), себорея, увеличение печени и селезенки.

Витамин D (кальциферол, антирахитический).

В растительных продуктах содержится эргостерин, который при действии ультрафиолетовых лучей превращается в витамин D.

Источники. Рыбий жир, печень рыб и животных, сливочное масло, яичный желток, молоко.

Суточная потребность зависит от возраста и состояния организма и составляет 12-25 мкг (500-1000 МЕ).

Биологическое действие. Это единственный регулятор перемещения кальция через мембрану против градиента концентрации. Стимулирует биосинтез кальций связывающего белка, что обеспечивает всасывание кальция и фосфатов в тонком кишечнике. Витамин D усиливает реабсорбцию фосфатов в почечных канальцах. Это способствует поддержанию нормального соотношения кальция и фосфора в плазме и внеклеточных жидкостях, что обеспечивает кальцификацию молодой растущей костной ткани.

При недостатке витамина D у детей развивается рахит: нарушение минерализации костей, позднее развитие зубов, гипотония мышц. При недостатке витамина D у взрослых развивается остеопороз. Для профилактики используют ультрафиолетовое облучение кожи и пищи. При передозировке витамина D (в дозах, превышающих лечебные в 2-3 тыс. раз) развивается гипервитаминоз. У детей наблюдается остановка роста, рвота, исхудание, повышение артериального давления, возбуждение с переходом в ступор.

Витамин Е (токоферол, антистерильный).

Это группа природных соединений – производных токола. Токоферол всасывается в кишечнике и через лимфу поступает в кровь, затем попадает в ткани. Излишки депонируются в жировой ткани.

Источники. Растительные масла, а также зерновые культуры, ягоды шиповника, салат, капуста.

Суточная потребность. 20-30 мг.

Биологическое действие. Витамин Е накапливается в мембранах клеток и действует как антиоксидант, прерывая цепи свободнорадикальных реакций. Продукт превращения токоферола, не содержащий свободного радикала, накапливаются в печени и выводятся с желчью. Следовательно, витамин Е, в отличие от других витаминов, повторно не используется и после этого действия должен заменяться новыми молекулами токоферола. Антиоксидантное действие последнего эффективно при высокой концентрации кислорода, поэтому он находится в мембранах клеток с высоким парциальным действием кислорода (мембраны эритроцитов, органов дыхания). Потребность в витамине Е повышается при увеличении потребления ненасыщенных жирных кислот. Этот витамин необходим для нормального функционирования поджелудочной железы. При нарушении ее функции нарушается переваривание и всасывание липидов.

При дефиците витамина Е нарушается образование сперматозоидов у мужчин и развитие плода у женщин. Наблюдаются дегенеративные изменения клеток репродуктивных органов и спинного мозга, мышечная дистрофия, жировое перерождение печени. У новорожденных может развиться анемия, поэтому витамин Е необходимо принимать женщинам во время беременности и лактации. При нарушении переваривания и всасывания липидов развивается гиповитаминоз Е, ведущий к невралгическим заболеваниям.

Витамин Е разрушается при высокой и низкой температурах. В лечебной практике разумно сочетание витаминов Е и А (аевит).

Витамин К (филлохинон, антигеморрагический).

Впервые наблюдения, указывающие на наличие особого витамина, регулирующего процесс свертывания крови, были сделаны в 1929 году.

Источник – микрофлора кишечника.

Суточная потребность условно составляет 0,2-0,3 мг. Возможно поступление производных с пищей: шпинат, тыква, капуста, ягоды рябины, печень животных.

Биологическое действие. Витамин К стимулирует биосинтез в печени белковых факторов свертывания крови.

При нормальной микрофлоре кишечника у взрослых дефицита витамина К не бывает. Основная причина гиповитаминоза – это стерилизация кишечника антибиотиками. У новорожденных возможен дефицит витамина К, так как плацента его не пропускает, а кишечник стерилен. После родов содержание витамина К в плазме уменьшается, но после еды восстанавливается. Основное проявление гиповитаминоза К связано с нарушением свертывания крови и кровоточивостью. Лечение – викасол.

Лабораторный практикум по разделу «Витамины».

Практическая работа.

Качественные реакции на витамин А.

Опыт 1.

Реактивы, исследуемый материал: масляный раствор ретинола ацетата; концентрированная серная кислота.

Ход работы:

В сухую пробирку внести 5 капель раствора ретинола ацетата и добавить 1 каплю концентрированной серной кислоты.

Отметить результат реакции.

Опыт 2.

Реактивы, исследуемый материал: масляный раствор ретинола ацетата, хлорид железа.

Ход работы:

В сухую пробирку внести 5 капель раствора ретинола ацетата и добавить 3 капли хлорида железа.

Отметить результат реакции.

Опыт 3.

Реактивы, исследуемый материал: рыбий жир; концентрированная серная кислота.

Ход работы:

В сухую пробирку внести 5 капель рыбьего жира и добавить 1 каплю концентрированной серной кислоты.

Отметить результат реакции.

Опыт 4.

Реактивы, исследуемый материал: сок моркови, концентрированная серная кислота.

Ход работы:

В сухую пробирку внести 5 капель сока моркови и добавить 1 каплю концентрированной серной кислоты.

Отметить результат реакции.

Опыт 5.

Реактивы, исследуемый материал: сок моркови; хлорид железа.

Ход работы:

В сухую пробирку внести 5 капель сока моркови и добавить 3 капли хлорида железа.

Отметить результат реакции.

Практическая работа.

Качественная реакция на викасол.

Реактивы, исследуемый материал: раствор цистеина – 0,25 г\л; раствор едкого натра – 100г\л; раствор викасола – 0,5 г\л.

Ход работы:

К 5 каплям раствора викасола добавить равное количество раствора цистеина и 1 каплю едкого натра.

Отметить результат реакции.

Практическая работа.

Качественные реакции на витамин Е.

Опыт 1:

Реактивы, исследуемый материал: витамин Е, 0,1% спиртовой раствор; концентрированная азотная кислота; сахароза в порошке.

Ход работы:

В сухую пробирку внести 6 капель 0,1% спиртового раствора витамина Е, добавить несколько крупинок сахарозы. Осторожно по стенке пробирки прибавить 10 капель концентрированной азотной кислоты. Пробирку слегка встряхнуть. Через 1-2 минуты наблюдать окрашивание.

Отметить результат реакции.

Опыт 2:

Реактивы, исследуемый материал: растительное масло; концентрированная азотная кислота; сахароза в порошке.

Ход работы:

В сухую пробирку внести 10 капель растительного масла, добавить несколько крупинок сахарозы. Осторожно по стенке пробирки прибавить 10 капель концентрированной азотной кислоты. Пробирку слегка встряхнуть. Через 1-2 минуты наблюдать окрашивание.

Отметить результат реакции.

Зачтенные вопросы по разделу «Витамины»

Жирорастворимые витамины.

1. Что такое витамины?
2. Какие витамины растворимы в воде?
3. Какие витамины относятся к классу жирорастворимых?
4. Что такое авитаминоз? В чём различия полиавитаминоза от полиповитаминоза?
5. Каковы причины авитаминозов? Приведите несколько причин.
6. Выберите витамины, которые относятся к жирорастворимых: витамин С, витамин РР, липоевая кислота, витамин Е. Опишите действие этого витамина на организм.
7. Опишите источник и суточную норму витамина А.
8. Выберите продукты, в которых содержится витамин Д: яичный желток, апельсин, шиповник, капуста, рыбий жир, картофель. Напишите необходимую суточную норму этого витамина.
9. Опишите биологическое действие витамина Е. Напишите необходимую суточную норму этого витамина.
10. Источником какого витамина является микрофлора кишечника. Что происходит при авитаминозе данного витамина?
11. Опишите основные симптомы гиповитаминоза витамина А. В чём содержится этот витамин?
12. Биологическое действие витамина Д. В чём особенности усвоения этого витамина организмом?
13. Выберите продукты, в которых содержится витамин А: яичный желток, сливочное масло, апельсин, шиповник, капуста, рыбий жир, картофель. Напишите необходимую суточную норму этого витамина.
14. В чём особенности заболевания «куриная слепота». Что необходимо делать?
15. Какие клеточные структуры, прежде всего, страдают при недостатке витамина Е?

Раздел 2. Углеводы.

§5 Строение углеводов.

Углеводы – органические вещества, в состав которых входят углерод, кислород, водород.

Общая формула углеводов Сn (Н2О) m, (где n не меньше 3), отсюда и название соединения.

Впервые в 1944 году этот термин ввел отечественный ученый К.Шмид (1822—1894). В животной клетке содержание углеводов не превышает 5%. Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание в некоторых случаях достигает 90% сухой массы (например, в клубнях картофеля, семенах).

Углеводы в зависимости от количества мономеров делят на 2 группы: монозы, или моносахариды, и полиозы, или полисахариды.

Все углеводы делят на 2 группы:

1. Углеводы с преимущественно энергетической функцией.

Глюкоза при полном окислении одной молекулы дает 38 молекул АТФ энергии. Из глюкозы образуются все другие углеводы организма, кроме аскорбиновой кислоты.

Гомопилисахариды (крахмал в растениях, гликоген – в животных) состоят из остатков глюкозы, соединенных в местах ветвления. Откладывается в цитозоле в виде гранул и несут резервную функцию.

#1059;глеводы с преимущественно структурной функцией.

Гликопротеины и гликолипиды входят в состав мембран клеток и участвуют в специфических взаимодействиях (например, рецепторы). Гликозамингликаны входят в состав соединительной ткани. Некоторые из них (гепарин) выполняют регуляторную функцию.

Моносахариды. Эти углеводы называют простыми сахарами. Состоят из одной молекулы и представляют собой твердые кристаллические вещества, растворимые в воде, сладкие на вкус. В зависимости от числа углеродных атомов, входящих в молекулу углевода, различают:

• триозы – моносахариды, содержащие 3 атома углерода;
• тетрозы - 4 атома углерода;
• пентозы - 5 атомов углерода;
• гексозы - 6 атомов углерода.

Из триоз в живых организмах важное значение имеют, например, глицерин и его производные (молочная кислота и пировиноградная кислота).

Из тетроз - эритраза – один из промежуточных продуктов фотосинтеза.

Пентозы широко представлены в животном и растительном мире. Эта группа содержит такие важные вещества как рибоза и дезоксирибоза — сахара, входящие в состав мономеров нуклеиновых кислот РНК и ДНК. В дезоксирибозе около одного из атомов углерода отсутствует кислород, отсюда и название этого углевода.

Из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза, галактоза.

Их общая формула С6Н12О6.

Глюкоза. Глюкоза – виноградный сахар – чрезвычайно широко распространен в природе. В свободном состоянии глюкоза встречается как в растениях, так и в животных организмах. Она входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Глюкоза – первичный источник энергии в клетках. Она обязательно находится в крови. Снижение её количества в крови влечет за собой немедленное нарушение жизнедеятельности нервных и мышечных клеток, иногда, сопровождаемых судорогами или обморочным состоянием. Глюкоза входит в структуры почти всех клеток органов и тканей, регулирует осмотическое давление. Является основным метаболитом углеводного обмена.

Источники: пища, распад резервного полисахарида гликогена, синтез глюкозы из неуглеводных предшественников (главным образом из гликогенных аминокислот) – глюконеогенез.

Пути расходования:

1. Образование энергии при аэробном и анаэробном окислении глюкозы.
2. Превращение в другие моносахара.
3. Превращение в гликоген и гетерополисахариды.
4. Превращение в жир, некоторые аминокислоты и др.

В кровь глюкоза поступает из кишечника (пища), печени и почек. Остальные ткани потребляют глюкозу.

Катаболизм глюкозы у человека. Аэробный гликолиз включает 10 реакций специфического пути превращения глюкозы до пирувата, перенос пирувата на митохондрии, его окислительное карбоксилирование с получением энергии воды и углекислого газа.

Фруктоза. Фруктоза – широко распространена в природе. В большом количестве в свободном виде встречается в плодах, поэтому её часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в мёде, сахарной свёкле, фруктах. Путь распада фруктозы в организме короче, чем глюкозы, что имеет важное значение при питании больного сахарным диабетом, когда глюкоза очень слабо усваивается клетками.

Катаболизм фруктозы у человека. Около 80% поступающей с пищей фруктозы метаболизируется в печени 2 путями:

Главный путь:

Фруктоза фосфорилируется в первом положении с образованием фруктозо-1-фосфата, который под действием ферментов превращается в глюкозу по реакции глюконеогенеза или подвергается распаду (аэробному или анаэробному). Для глюконеогенеза фруктоза нерентабельна, поскольку ее концентрация в крови ниже концентрации глюкозы в 20 раз. Для продукции энергии в клетках (и прежде всего в печени) фруктоза особенно важна, так как ферменты для нее не находятся под строгим гормональным контролем. Поэтому при патологии систем регуляции обмена углеводов и поражении печени целесообразно назначать фруктозу как источник энергии для клеток.

Второстепенный путь:

Фруктоза фосфорилируется в 6-м положении с образованием глюкозо-6-фосфата, который изомеризуется в глюкозу (печень). Процесс идет медленно.

При наследственном нарушении обмена фруктозы возникает фруктозурия. Известны 2 дефекта:

1. При недостатке ферментов расщепления фруктозы в печени, она (фруктоза) поступает в кровь и затем в мочу. Заболевание протекает бессимптомно, поскольку глюкоза обеспечивает энергетику клетки.

2. При дефекте фермента Ф-1-Ф возникает непереносимость фруктозы. После приема фруктозы в печени происходит ее накопление, ингибируется ряд ферментов обмена глюкозы и уменьшает запасы АТФ. На фоне фруктозурии развивается резкая гипогликемия (вплоть до летального исхода).

Галактоза. Галактоза – пространственный изомер глюкозы – отличается от нее расположением гидроксильной группы и водорода у 4-того углеродного атома.

Основным источником галактозы является лактоза пищи, которая в пищеварительном тракте расщепляется до глюкозы и галактозы. Обмен галактозы начинается с превращения ее в галактозо-1-фосфат. Эта реакция катализируется галактокиназой. Известно, что количество галактокиназы в печени плода и ребенка примерно в 5 раз выше, чем у взрослого человека. Последующее превращение галактозы-1-фосфат может быть характерным для новорожденных и детей до 2-х лет, или старшего возраста. Интересно, что второй путь превращения по мощности всего 1\6 первого, так как после грудного вскармливания доля молока в питании резко падает и получение организмом глюкозы идет за счет более сложных углеводов.

Заболевание галактоземия вызвано дефектом образования ферментов, участвующих в обмене лактозы. При этом в крови значительно увеличивается количество галактозы (может превышать в 2-3 раза нормальное содержание глюкозы). Чаще всего проявляется у детей в младенчестве характеризуется умственной отсталостью и катарактой. Эффективным методом лечения является исключение из пищи молочных продуктов.

Наследственные инзимопатии возникают при генетическом дефекте того или иного фермента обмена углеводов:

• непереносимость лактозы. Прием лактозы вызывает нарушения работы ЖКТ. Дефект – образование лактозы в слизистый кишечник.
• непереносимость фруктозы. После приема фруктозы развивается гипогликемия. Дефект – нарушение ферментативного обмена в печени.
• галактоземия. Развивается катаракта, торможение умственного развития. Дефект – отсутствие ферментов в печени.

Лабораторный практикум по разделу «Углеводы».

Практическая работа.

Обнаружение продуктов дрожжевого

сбраживания глюкозы

Реактивы, исследуемый материал: глюкоза, 5%раствор; NaOH, 10%раствор; 10%раствор йода в концентрированном иодиде калия; дрожжи.

Ход работы:

1. Свежие дрожжи (1 г) растирают в ступке, приливая небольшими порциями 5% раствор глюкозы (20 мл). Затем смесь переносят в бродильный аппарат: закрытое колено аппарата должно быть заполнено полностью, а расширенная его часть — до половины. Для этого смесь наливают в расширенную часть аппарата, закрывают отверстие большим пальцем и переворачивают аппарат. После заполнения трубки прибор помещают в термостат при 37 °С на 30—50 мин. Когда в процессе брожения глюкозы в верхней части закрытого колена прибора произойдет накопление газа, проделывают качественные реакции на обнаружение СО2 и спирта.

2. Обнаружение CO2. В бродильный аппарат наливают 10% раствор едкого натра до краев сосуда и, закрыв отверстие большим пальцем, перемешивают содержимое. Углекислый газ поглощается щелочью, создавая вакуум, и палец присасывается к отверстию прибора.

3. Обнаружение этилового спирта происходит с помощью реакции получения йодоформа:

С2Н5ОН + 4I2 + 6NaOH CHI3 + 5NaI+ HCOONa + 5H2O

Для этого 2—3 мл жидкости из бродильного аппарата отфильтровывают в пробирку, добавляют несколько капель 10% раствора йода (до получения желтого окрашивания) и слегка нагревают. Через некоторое время ощущается характерный запах йодоформа.

Практическая работа.

Проба на глюкозу.

Реактивы, исследуемый материал: CuS04∙7H20; Na2C03 (в виде порошка).

Ход работы:

Несколько капель мочи добавляют в пробирку с небольшим количеством смеси, состоящей из равных частей порошков 1 и 2. Смесь нагревают до кипения и охлаждают.

Отметить результат реакции.

Практическая работа.

Проба на фруктозу.

Реактивы, исследуемый материал: 0,5% раствор резорцина в 1 н. НСl, виноградный сок, мед, раствор сахарозы.

Ход работы:

В пробирку №1 к 1 мл 0,5% раствора резорцина прибавляют 2 мл виноградного сока. Смесь быстро нагревают на водяной бане до закипания.

В пробирку №2 к 1 мл 0,5% раствора резорцина прибавляют 2 мл меда. Смесь быстро нагревают на водяной бане до закипания.

В пробирку №3 к 1 мл 0,5% раствора резорцина прибавляют 2 мл раствор сахарозы. Смесь быстро нагревают на водяной бане до закипания.

Отметить результат реакций.

Зачтенные вопросы по разделу

«Углеводы».

1. Назовите основные углеводы тканей человека, их биологическую роль.
2. Опишите биологические функции углеводов. Приведите примеры.
3. Что является источниками глюкозы для человека и куда она может расходоваться?
4. Чему равна суточная норма углеводов в питании человека? Имеются ли незаменимые компоненты пищи углеводной природы?
5. На какие группы можно разделить углеводы по происхождению? В чем особенность их усвоения?
6. В каких основных отделах ЖКТ происходит преобразование углеводов у человека?
7. Что происходит с углеводами в ротовой полости?
8. Каким изменениям подвергаются углеводы в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике?
9. В чем особенности обмена углеводов растительного происхождения?
10. Что такое аэробный гликолиз? Как он происходит?
11. В чем биологический смысл аэробного гликолиза?
12. Где происходит запас углеводов у человека? Как это происходит?
13. Почему иногда в крови обнаруживается фруктоза? Существует ли опасность такой аномалии?
14. Какие два пути обмена фруктозы вы знаете?
15. Почему с энергетической точки зрения превращение фруктозы в глюкозу является нерентабельным?
16. Что такое лактоза? Источники и особенности обмена лактозы?
17. что такое галактоземия? Какое существует лечение данного заболевания?
18. Почему гликоген депонируется в печени и мышцах? Как он накапливается?
19. Опишите путь превращения гликогена говядины в гликоген человека.
20. что происходит с гликогеном мышц при движении? В чем биологический смысл этого процесса?
21. Какие наследственные энзимопатии возникают у человека?

Раздел 3. Белки.

§ 11 Физико-химические свойства белков.

Общая характеристика. Белки являются биополимерами, построенными из аминокислот, за счет которых и осуществляются практически все функции. В большинстве белков содержание азота составляет 16%. Различные ткани отличаются по содержанию белков. В пересчете на сухую массу в клетках селезенки содержится 84% белков, в легких – 82%, в мышцах – 80%, в костях – 24-28%.

Термин «белок» происходит от нем. Eiweiss, что означает буквально яичный белок. Другое название - протеины, происходит от гр. Protos – первичный.

Протеиногенные аминокислоты делят на 4 группы по полярности радикалов:

• неполярные (гидрофобные);
• полярные (гидрофильные) незаряженные;
• отрицательно заряженные;
• положительно заряженные.

Классификация белков.

Белки - высокомолекулярные полипептиды. Граница между полипептидами и белками лежит в диапазоне молекулярной массы 6000 – 12000 Да.

Простые белки состоят только из аминокислот, сложные белки содержат кроме аминокислот добавочные группы:

• липопротеиды (липиды);
• гликопротеины (углеводы);
• металлопротеины (металлы).

Физико–химические свойства белков. Белки образуют коллоидные растворы, для которых важны следующие характеристики: низкое осмотическое давление, высокая вязкость, низкая способность к диффузии. Важным физико-химическим свойством белков является их амфотерность.

Реакция осаждения белков. Реакции осаждения белков могут быть обратимыми. В первом случае белки не подвергаются глубоким изменениям, поэтому получаемые осадки могут быть вновь растворены в первоначальном растворителе с сохранением своих нативных свойств. При необратимых реакциях осажденные белки подвергаются глубоким изменениям – денатурации.

Реакции осаждения дают возможность:

1. Изучить свойства белков,
2. Освободить жидкость от присутствия белков.
3. Установить наличие белка в биологических жидкостях
4. Высаливанием с помощью различных концентраций нейтральных солей или спиртом выделить отдельные белковые фракции.

Белки осаждаются, если убрать оба фактора устойчивости белковой молекулы – заряд и гидратную оболочку. Это обеспечивается нагреванием при достижении изоэлектрической точки. Для большинства белков изоэлектрическая точка соответствует слабокислой среде (рН около 5,0). Кроме рН среды важную роль в осаждении белков при нагревании играет концентрация солей. Реакция высаливания (осаждения белков с помощью высоких концентраций нейтральных солей) обусловлена дегидратацией макромолекул белка с одновременной нейтрализацией электрического заряда. Для высаливания различных белков требуется неодинаковая концентрация одних и тех же солей.

Осаждение белков солями тяжелых металлов, в отличие от высаливания, происходит при небольших концентрациях солей. Белки при взаимодействиях с солями тяжелых металлов (свинца, меди, серебра, ртути и т.д.) адсорбируют их, образуя с ними солеобразные и комплексные соединения в избытке этих солей (за исключением солей AgNO3 HgCl2), но нерастворимые в воде. Соли тяжелых металлов вызывают необратимое осаждение белков, т.е. денатурацию. Растворение осадка в избытке солей называется адсорбционной пептизацией. Данное явление происходит вследствие возникновения одноименного положительного заряда на частицах белка.

Концентрированные минеральные кислоты вызывают денатурацию белка. Выпадение белка в виде осадка связано с денатурацией белковых частиц и образованием комплексных солей белка с кислотами. В избытке всех минеральных кислот, за исключением азотной, выпавший в осадок белок растворяется. В связи с этим реакция осаждения белков азотной кислотой особо распространена при клинических исследованиях мочи.

Органические кислоты вызывают необратимое осаждение белков, чаще используют растворы трихлоруксусной и сульфосалициловой кислот. Сульфосалициловая кислота широко используется в клинике при обнаружении малых количеств белка в моче и других биологических жидкостях (чувствительность реакции 1:50 000). Кроме белков она осаждает продукты их распада – высоко молекулярные пептоны и полипептоны. Трихлоруксусная кислота способна осаждать только белки и не осаждает продукты распада белков. В связи с этим трихлоруксусной кислотой осаждают, например, белки крови.

В органических растворителях (спирт, ацетон и т. д.) белки не растворяются и выпадают в осадок. В зависимости от природы белка для его осаждения требуется различные концентрации спирта. Спирт связывает воду, вызывая дегидратацию мицелл белка и неустойчивость их в растворе. При осаждении спиртом раствор белка должен быть нейтральным или слабокислым, но не щелочным. Реакция облегчается присутствием электролита хлористого натрия вследствие снятия заряда с частиц белка. Реакция осаждения белка спиртом или кратковременным действием спирта обратима при охлаждении. Если осадок быстро отделить от спирта, то белок может сохранить нативное состояние.

Лабораторный практикум по разделу «Белки».

Практическая работа

Цветные реакции на белки и аминокислоты.

Опыт 1. Биуретовая реакция.

Реактивы, исследуемый материал: белок, дистиллированная вода, вытяжка животного белка; едкий натр, 10 % раствор; сернокислая медь, 1% раствор.

Ход работы:

В 1 пробирку внести 0,5 мл белка.

Во 2 пробирку внести 0,5 мл дистиллированной воды.

В 3 пробирку внести 0,5 мл вытяжки животного белка.

В каждую пробирку добавить 5 капель едкого натра, 10 % раствора, и 2 капли сернокислой меди, 1% раствор.

Отметить результаты реакций.

Опыт 2. Ксантопротеиновая реакция.

Реактивы, исследуемый материал: белок, дистиллированная вода, вытяжка животного белка: концентрированная азотная кислота.

Ход работы:

В 1 пробирку внести 0,5 мл белка.

Во 2 пробирку внести 0,5 мл дистиллированной воды.

В 3 пробирку внести 0,5 мл вытяжки животного белка.

В каждую пробирку добавить по 10 капель концентрированной азотной кислоты, кипятить до появления цвета.

Отметить результаты реакций.

Опыт 3. Реакция Фоля.

Реактивы, исследуемый материал: белок, дистиллированная вода, вытяжка животного белка: едкий натр, 10 % раствор; хлорид железа.

Ход работы:

В 1 пробирку внести 0,5 мл белка.

Во 2 пробирку внести 0,5 мл дистиллированной воды.

В 3 пробирку внести 0,5 мл вытяжки животного белка.

В каждую пробирку добавить 5 капель едкого натра, 10 % раствора и 3 капли хлорида железа.

Отметить результаты реакций.

Практическая работа

Осаждение белков кипячением.

Реактивы, исследуемый материал: белок, раствор уксусной кислоты, раствор едкого натра, насыщенный раствор хлористого натрия.

Ход работы:

1. В пробирку поместить 5 капель белка, нагреть пробирку.

Отметить результаты реакции.

2. В пробирку поместить 5 капель белка и добавить 2 капли раствора уксусной кислоты.

Отметить результаты реакции.

3. В пробирку поместить 5 капель белка и добавить 2 капли раствора уксусной кислоты и довести до кипения.

Отметить результаты реакций.

4. В пробирку поместить 5 капель белка и добавить 2 капли раствора уксусной кислоты и прилить 2 капли хлористого натрия. Довести до кипения.

Отметить результаты реакций.

5. В пробирку поместить 5 капель белка добавить 2 капли хлористого натрия и довести до кипения.

Отметить результаты реакций.

Зачтенные вопросы по разделу «Белки».

1. Дайте общую характеристику белков.
2. Классифицируйте белки в зависимости от состава.
3. Какие белки являются заменимыми а какие нет в организме?
4. Амфотерность растворов белков. Значение и показатели этого свойства.
5. Чем обусловлены реакции осаждения белков?
6. Какими реакциями вызывается обратимое осаждение белков?
7. Какими реактивами вызывается необратимое осаждение белков?
8. Какое значение имеют для медицины реакции осаждения белков?
9. Что такое изоэлектрическая точка белка? Какой заряд будут иметь водные растворы белка с избыточным количеством свободных карбоксильных групп?
10. Какой заряд будут иметь водные растворы белка с избыточным количеством свободных аминогрупп?
11. Дайте определение первичной структуры белка. Объясните свойства пептидной связи.
12. Что понимают под вторичной структурой белка? Какие бывают разновидности вторичной структуры?
13. Что понимают под третичной структурой белка?
14. Что такое нативная структура в чем ее особенности?
15. Для каких уровней структурной организации белков характерны ионные связи между карбоксильными и аминогруппами радикалов аминокислот.
16. Для каких уровней структурной организации белков характерны ковалентные связи.
17. Для каких уровней структурной организации белков характерны водородные связи между пептидными группировками.
18. Что понимают под денатурацией белка. Какие изменения происходят при этом процессе?
19. В каком случае пептидная цепь закручивается в спираль?

Раздел 4. Липиды.

§ 14. Липиды.

Липиды – это группа соединений, нерастворимых в воде, но растворимых в органических растворителях.

Классификация липидов. Липиды делят на две группы: неомыляемые (не содержат жирных кислот) и омыляемые. К неомыляемым относятся стероиды, каротиноиды и терпеноиды (построены из изопреновых остатков). Омыляемые липиды делят на простые и сложные. К простым относятся жиры- триацилглицерины (резерв энергии) и воски-эфиры одноатомного спирта с жирной кислотой (кожное сало). Сложные липиды делят на фосфолипиды и гликолипиды. В зависимости от типа спирта фосфолипиды подразделяются на глицерофосфолипиды-фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол, плазмалогены (вместо одного остатка жирной кислоты включен ее альдегид) и сфингофосфолипиды (входят в состав мембран и липопротеинов).

Характеристика жирных кислот. Жирные кислоты, входящие в состав омыляемых липидов, могут быть насыщенными и ненасыщенными. Как правило, содержат четное число углеродных атомов (12-22) и являются неразветвленными.

Характеристика жирных кислот. Жирные кислоты, входящие в состав омыляемых липидов, могут быть насыщенными и ненасыщенными. Как правило, содержат четное число углеродных атомов (12-22) и являются неразветвленными. В медицинской практике выделяют три семейства жирных кислот:

1) семейство олеиновой кислоты (при недостаточности линолевой и линоленовой кислот в пище накапливается жирная кислота);

2) семейство линолевой кислоты;

3) семейство а-линоленовой кислоты.

Незаменимыми (эссенциальными) являются линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты. При достаточном поступлении с пищей линолевой кислоты осуществляется адекватный синтез арахидоновой.

Незаменимые жирные кислоты выполняют три важные функции:

1) из них образуются биорегуляторы-эйкозаноиды;

2) обеспечивают текучесть мембраны;

3) предотвращают отложение холестерина и других липидов в стенках кровеносных сосудов.

§ 15 Переваривание липидов.

В ротовой полости и желудке нет ферментов и условий для переваривания липидов. Двенадцатиперстная кишка:

Эмульгировангие пищи с помощью желчных кислот и перистальтики;

Липаза (поджелудочная железа) в 12- перстной кишке адсорбируется на поверхности капелек жира и гидролизует сложноэфирные связи;

Эфиры холестерина гидролизируются панкреатическим ферментом на холестерин и жирную кислоту, которые всасываются в кровь.

Транспорт липидов. Продукты переваривания липидов всасываются через стенки тонкого кишечника в кровь. Жирные кислоты с числом углеродных атомов менее 12 по воротной вене транспортируются в печень. Жирные кислоты с числом углеродных атомов более 12 переносится в жировую, мышечную ткань и в ткань молочных желез, где синтезируется фермент, разрушающий эти жиры. Кислоты остаются здесь до необходимости использования большого количества энергии.

Холестерин, освободившийся при распаде липидов пищи переносится кровью в жировую и мышечную ткани. При необходимости получения энергии холестерин в несколько этапов расщепляется до более простых веществ с выделением энергии – это происходит в клетках печени и непосредственно в кровяном русле.

Окисление жирных кислот происходит в митохондриях печени, почек, скелетной и сердечной мышц. Этот процесс условно делят на 3 этапа:

1) активация жирных кислот и их транспорт в митохондрию,

2) процесс окисления,

3) окисление образовавшегося Ацетил-КоА.

1 этап – активация жирных кислот происходит в цитоплазме под действием фермента ацетил-КоА-синтетаз. Образованный союз жирной кислоты и ацетил-КоА переносятся через мембрану митохондрий с помощью активных переносчиков.

2 этап – комплекс подвергается дегидрированию.

3 этап - жирная кислота расщепляется с выделением энергии, а ацетил-КоА вновь вступает в следующий цикл окисления.

Следует учитывать, что окисление - источник эндогенной воды (например, верблюд).

Регуляция окисления жирных кислот. Первостепенное значение имеет доступность жирных кислот. Поступление их определяется содержанием жиров в пище и скоростью липолиза эндогенных липидов.

Вторым контролирующим фактором является уровень запаса энергии в клетке: окисление активируется АДФ и ингибируется АТФ.

При липолизе триацлицеринов жировых клеток кроме жирных кислот образуется глицерин.

Окисление глицерина. Глицерин свободно транспортируется кровью. В почках, печени, лактирующих молочных железах имеется фермент глицеролкиназа. В цитозоле он катализирует фосфорилирование глицерина, который проникает в митохондрии и превращается в 3-фосфоглицериновый альдегид. Дальнейшее превращение 3-фосфоглицеринового альдегида могут быть двоякими.

1) по реакции глюконеогенеза - до образования глюкозы.

2) по реакции гликолиза – до образования углекислого газа и воды – с образованием 21 молекул АТФ.

Лабораторный практикум по разделу «Липиды».

Практическая работа.

Обнаружение ненасыщенных жирных
кислот в растительном масле

Реактивы, исследуемый материал: бромная вода, подсолнечное масло.

Ход работы:

К 3 каплям подсолнечного масла добавляют 2 капли бромной воды. После встряхивания окраска брома исчезает.

Практическая работа.

Обнаружение стиролов в растительном масле.

Реактивы, исследуемый материал: смесь концентрированной серной кислоты с формалином, 50:1; хлороформ; уксусный ангидрид; подсолнечное масло.

Ход работы:

В сухую пробирку вносят 2 капли подсолнечного масла, 20 капель хлороформа. Добавляют 20 капель смеси серной кислоты с формалином и взбалтывают. Раствор разделяется на два слоя: хлороформный (вишневого цвета) и серной кислоты (красно-коричневого цвета с зеленой флуоресценцией). Из верхнего хлороформного слоя отбирают 5—6 капель в сухую пробирку, добавляют 1—2 капли уксусного ангидрида и наблюдают появление синего окрашивания, переходящего в зеленое.

Практическая работа.

Влияние желчи на активность липазы.

Реактивы, исследуемый материал: панкреатин, 5% раствор; фенолфталеин, 0,5% спиртовой раствор; 0,05 н. раствор NaOH; молоко, прокипяченное и разведенное дистиллированной водой 1:1.

Ход работы:

Титровать раствором NaOH до слабо-розовой окраски, не исчезающей в течение 30. из стаканов с оставшейся смесью через каждые 10 мин отбирать по I мл смеси (5— 6 раз), добавлять по 1—2 капли фенолфталеина и титровать раствором NaOH до бледной окраски

Результаты определения выражают в миллилитрах титрованного раствора щелочи, строят график, где на оси ординат откладывают количество 0,05 н. раствора щелочи, потраченного на нейтрализацию жирных кислот (мл), а на оси абсцисс — время (в мин).

Раздел 5. Ферменты.

§ 18. Регуляция обмена веществ. Ферменты.

Ферменты (от лат. Fermentum – брожение, закваска) - специфические белки всех живых клеток, играющих роль биологических катализаторов. С их помощью осуществляется обмен веществ и энергии в организме. Открытие ферментов было связано с процессами, идущими с выделением газов (приготовление теста, пива и др.) известно более 2000 ферментов.

Отличие ферментативного катализа от неорганического

1. Ферменты действуют в мягких условиях организма (р, t, pH).
2. Белки-ферменты чувствительны к денатурирующим агентам.
3. Для действия ферментов характерна высокая эффективность.
4. Активность ферментов контролируется (генетически на уровне строения различными биоругуляторами).
5. В организме, как правило, действуют полиферментативные системы, в результате чего достигается многоэтапное направленное превращение веществ с допустимыми для организма уровнями передачи энергии.
6. Для действия ферментов характерна специфичность:

а) абсолютная – фермент катализирует превращение строго определенного вещества (уреаза расщепляет только мочевину на СО2 и NH3);

б) относительная – фермент катализирует превращение одного пита связей в ряду близких по химическому строению веществ (липаза катализирует разрыв сложноэфирных связей не зависимо от типа радикала);

в) групповая относительная – то же, но для разрыва связи важны образующие ее атомные группировки.

Строение ферментов.

По строению ферменты бывают простыми и сложными белками.

Ферментативный катализ идет на поверхности фермента. Превращаемые вещества называются субстратами. Превращение субстрата происходит в области активного центра, который сформирован в третичной структуре большинства ферментов.

В активном центре выделяют две части:

• якорная – радикалы аминокислот обеспечивают фиксацию субстрата,
• каталитическая - радикалы аминокислот обеспечивают катализ.

Белки-ферменты с четвертичной структурой могут катализировать одну и туже реакцию, но несколько отличаются по строению (т.е. первичной структуре) субъединиц. Если это закреплено генетически – речь идет об изоферментах.

Механизм действия ферментов.

Субстрат подходит к ферменту (т.е к активному центру) как ключ к замку. Ферментативная реакция протекает в 3 стадии:

1. Образование фермент-субстратного комплекса – быстрая стадия, соответствующая фиксации субстрата на якорном участке активного центра. Ускорение реакции достигается за счет сближения и правильной ориентации субстратов относительно друг друга и увеличение их эффективной концентрации (поскольку в растворе их столкновения случайны).
2. Происходит химическая реакция через переходное состояние с образованием продукта реакции на поверхности фермента. Как правило, субстрат вступает во временные промежуточные реакции (взаимодействия) с определенными функциональными группами активного центра. В результате чего реакция требует более низкой энергии активации.
3. Продукт отделяется, а фермент в неизменном виде может вновь вступать в катализ.

Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

1. Концентрация субстрата. При увеличении концентрации субстрата и постоянной концентрации фермента скорость реакции увеличивается.

2. Концентрация фермента. При условии избытка субстрата скорость ферментативной реакции зависит от концентрации фермента.

3. Температура. Скорость химической реакции повышается в 2-4 раза при повышении температуры на 10 градусов. Однако из-за белковой природы фермента повышение температуры приведет к тепловой денатурации молекул ферментов. Поэтому оптимум температуры для ферментов растений при 45-50 градусов С, а для ферментов теплокровных – 37. Исключение: миокиназа мышц выдерживает температуру 100 гр. С.

4. рН среды. Ферменты, подобно всем белковым молекулам несут заряженные группы. Основное количество ферментов проявляют максимальную активность в узком диапазоне рН (для большинства – 7,4 однако пепсин – 1 – 1,5, для трипсина – 8,6).

Активаторы ферментов – это вещества:

• Формирующие активный центр фермента (Со, Мg, Zn, Fe, Ca)
• Облегчающие формирование фермент – субстратного комплекса (Мg)
• Стабилизирующие нативную структуру белка-фермента.

Ингибиторы ферментов – это соединения, которые, взаимодействуя с ферментом, препятствуют образованию нормального фермент-субстратного комплекса, уменьшая тем самым скорость реакции или прекращая её.

Ингибиторы делят на 2 группы:

Неспецифические, вызывающие денатурацию белка-фермента (соли тяжелых металлов, кислоты, щелочи и др.); их действие не связано с механизмами ферментативного катализа.

Специфические, действие которых связано с механизмами ферментативного катализа.

Различают два вида ингибирования: необратимое – происходит непрерывное модификация молекул фермента, в результате чего фермент частично или полностью теряет свою активность; обратимо – при котором фермент может возвращаться на первоначальный этап.

Лабораторный практикум по разделу «Ферменты».

Практическая работа.

Определение термолабильности амилазы слюны.

Реактивы, исследуемый материал: раствор слюны (1:10); дистиллированная вода, раствор крахмала, кипяченая слюна, раствор I2, 10% NaOH, 1%CuSO4;

Ход работы:

Ополоснуть ротовую полость водой, в пробирку собрать 1 мл слюны, разбавить дистиллированной водой до 10 мл.

В другой пробирке приготовить кипяченую слюну - кипятить 2 мл разведенной слюны 5 мин, охладить

Опыт 1.

Взять 3 пробирки:

В пробирку 1 – к слюне, 1:10 прибавить крахмал, 1% добавить 1 каплю раствора I2

Отметить результат реакции.

В пробирку 2 – к кипяченой слюне прибавить крахмал, 1% добавить 1 каплю раствора I2 .

Отметить результат реакции.

В пробирку 3 – к дистиллированной воде прибавить крахмал, 1% добавить 1 каплю раствора I2.

Отметить результат реакции.

Опыт 2.

Взять 3 пробирки:

В пробирку 1 – к слюне, 1:10 прибавить крахмал, 1% добавить 5 капель 10% NaOH и 3 капли 1% CuSO4 кипятить 1 мин.

Отметить результат реакции.

В пробирку 2 – к кипяченой слюне прибавить крахмал, 1% добавить 5 капель 10% NaOH и 3 капли 1% CuSO4 кипятить 1 мин.

Отметить результат реакции.

В пробирку 3 – к дистиллированной воде прибавить крахмал, 1% добавить 5 капель 10% NaOH и 3 капли 1% CuSO4 кипятить 1 мин.

Отметить результат реакции.

Практическая работа.

Влияние активаторов и ингибиторов

на активность амилазы.

Реактивы, исследуемый материал: раствор слюны (1:10); дистиллированная вода, раствор крахмала, 1%, раствор I2, 1% NaСl, 1 % CuSO4.

Ход работы:

Ополоснуть ротовую полость водой, в пробирку собрать 1 мл слюны, разбавить дистиллированной водой до 10 мл.

Взять 3 пробирки:

В пробирку 1 – к слюне, 1:10 добавить 2 капели 1% NaСl, прибавить 5 капель крахмала, 1% + 1 каплю раствора I2.

Отметить результат реакции.

В пробирку 2 – к слюне, 1:10 прибавить 2 капли дистиллированной воды, добавить 5 капель крахмала, 1% + 1 каплю раствора I2

Отметить результат реакции.

В пробирку 3 - к слюне, 1:10 добавить 2 капели 1% CuSO4, прибавить 5 капель крахмала, 1% + 1 каплю раствора I2.

Отметить результат реакции.

Зачтенные вопросы по разделу «Ферменты»

1. Что такое ферменты?
2. Специфичность ферментов, виды, характеристика, примеры.
3. Классификация и номенклатура ферментов.
4. Назовите отличия ферментативного катализа от неорганического.
5. Особенности строения ферментов?
6. Структурная организация ферментов. Роль белковой и небелковой части сложных ферментов.
7. Определите строение и роль активного центра ферментов.
8. Каким образом действуют ферменты на субстраты? Приведите примеры.
9. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.
10. Зависимость активности ферментов от температуры, рН, концентрации ферментов.
11. Как измениться активность ферментов при повышении температуры тела человека до 39 градусов?
12. Зависимость скорости ферментативных реакций от концентрации субстрата.
13. Стадии ферментативного катализа. Механизм действия ферментов.
14. Классификация ингибиторов ферментов
15. Конкурентные ингибиторы как лекарственные препараты. Примеры.
16. Неконкурентные ингибиторы, механизм действия, примеры.
17. Ингибиторы необратимого действия. Процесс ингибирования.
18. Активаторы ферментов.
19. Регуляция активности ферментов. Единицы активности ферментов
20. Почему сульфаниламидные препараты подавляют рост бактериальных клеток?
21. Значение определения активности ферментов для диагностики и лечения различных заболеваний.
22. Определите цель изучения ферментов с лечебной и аналитической точки зрения.