Биохимия и Патобиохимия

Същност и значение на науките Биохимия и Патобиохимия!

Химичен състав на живите организми. Химична структура и биологична роля на въглехидрати и липиди. Предмет на Биохимията (БХ) и патобиохимията:

Биохимията изучава молекулните основи на живота в разнообразните му проявления – от вирусите до човека. Биохимията също изучава:

• веществата, изграждащи живите организми;
• състава, структурата и функциите на клетъчните и извънклетъчни компоненти;
• реакциите и процесите които протичат в клетките и извънклетчните структури на организма;
• както и механизмите и факторите, регулиращи тези процеси.

 

Патобиохимията изучава молекулните причини и прояви на патологичните състояния, които се получават при нарушения в биомолекулите, биохимичните реакции или процеси и в тяхната регулация.

 

Особености в състава на живите организми

• Органични съединения – съединения на С
• Всички организми са изградени от еднотипни съединения: H₂O; въглехидрати (ВХ) и техни производни; карбоксилови киселини и техни производни; АК и белтъци; липиди; нуклеотиди и НК
• От прости органични структури (градивни елементи) се синтезират по-сложни съединения – производни
• Свързването на градивните елементи – чрез няколко основни типа връзки: естерна (ТАГ, ФЛ, гл-6-Ф; НК); етерна (по-рядко); 0-гликозидна (дизахариди, полизахариди); N-гликозидна (нуклеотиди, НК); карбоксиамидна, пептидна (пептиди, белтъци); анхидридна (пирофосфатна в АТФ, АДФ, НАД⁺)
• В структурата на всички живи организми участват макромолекули (биополимери): хомобиополимери (гликоген, скорбяла, целулоза); хетеробиополимери (белтъци, НК, глюкозамингликани [ГАГ], наричани преди мукополизахариди)
  • Всички организми съдържат голямо количество H₂O (при възрастни хора -60%, новородени – 80%).
  • Всички организми съдържат йони, като елементите включени в тях в зависимост от количеството се делят на:
  • Макроелементи: K (K⁺), Na (Na⁺), Ca (Ca²⁺), Mg (Mg²⁺), P (HPO₄^2-, H2PO₄^–), Cl (Cl^–), S (SO₄^2-)
  • Микроелементи: Fe (Fe²⁺, Fe³⁺), Cu (Cu⁺, Cu²⁺), Co, Zn (Zn²⁺), J, F, Mn (Mn²⁺)

 

Въглехидрати

Въглехидрати (захарите) – голяма група по-просто или по-сложно устроени органични съединения, съдържащи голямо количество (> 2) –ОН групи + карбонилна група: алдехидна (-СНО) – полихидроксиалдехиди; кетонна група (=СО) – полихидроксикетони.

• Въглехидрати: монозахариди; олигозахариди (2-10 остатъка); полизахариди
• Производни на Въглехидратите – окислени (глюкуронова киселина, галактуронова к-на), редуцирани (дезоксирибоза)
• Производни на Въглехидратите: могат да съдържат N (аминозахари, ГАГ), S (сулфатирани монозахариди, ГАГ), P (фосфорилирани монозахариди: гл-6-Ф, фр-6-Ф, рибозо-5-Ф)
• Производни на Въглехидратите с белтъци (гликопротеини и протеогликани) и с липиди (гликолипиди – цереброзиди и ганглиозиди)

 

Монозахариди = прости захари

Класификация на база карбонилна група:

• с алдехидна група (-СНО) – алдози (глюкоза, галактоза, рибоза)
• с кетонна група (=СО) – кетози (фруктоза)

Класификация на база брой С атоми

• с 3 С атоми – триози (глицералдехид, дихидроксиацетон)
• с 4 С атоми – тетрози (еритроза)
• с 5 С атоми – пентози (рибоза, дезоксирибоза)
• с 6 С атоми – хексози (глюкоза, галактоза, фруктоза)
• с 7 С атоми – хептулози (седохептулоза)

 

Изомерия

• Всички монозахариди съдържат поне 1 асиметричен С атом (С*, хирален център), което определя техните свойства като оптично активени съединения – оптична изомерия
• Всеки оптичен изомер има различни свойства и се разглежда като отделно съединение
• Оптични изомери различаващи се само по 1 С* атом – епимери

 

Хексозите и пентозите имат възмойност да образуват циклични молекули (вътрешни полуацетали или полукетали)

• При формирането на циклични молекулни форми при С атом с карбонилна група (1С при глюкоза и галактоза, и 2С при фруктоза) се образува нова –ОН група, наречена гликозидна хидроксилна група.
• Тя е по-реактивоспособна от другите –ОН групи и С атоми, свързани с нея също са оптично активни.
• Така се оформират още 2 стереоизомера, наречени диастереомери (a-глюкоза, b-глюкоза)

 

ДИАСТЕРЕОМЕРИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хомополизахариди

Гликоген – разклонен хомополизахарид – от глюкозни остатъци, свързани с алфа-1-4 връзки в основната верига и с алфа-1-6 при разклоненията.

Роля на гликогена: резервен въглехидрат, доставящ глюкоза за енергетичните процеси в клетките в периодите между приема на въглехисратна храна

Скорбяла – амилоза и амилопектин – хомополизахарид от растителен произход (алфа1-4, алфа1-6 връзки), изграден от глюкозни остатъци. Роля – основно хранително вещество с въглехидратен характер.

Целулоза – линеен неразклонен хомополизахарид от растителен произход (бета1-4), изграден от глюкозни остатъци. Роля – баластно вещество в храната – подпомага перисталтиката на ГИТ.

 

Полизахариди

СТРУКТУРА НА ГЛИКОГЕНА

Чернодробен гликоген – резервоар на глюкоза като доставя молекулна глюкоза за поддържане на концентрацията на глюозата в кръвра в периодите между прием на храна.

Мускулен и друг гликоген – резервоар на глюкоза и доставя активирана глякоза за енергетичните и други нужди в самите клетки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хетерополизахариди

Срещат се само в комплекси с белтъци (без хепарина)→ гликопротеини, мукопротеини и протеогликани (ГАГ+малки белтъци).

Роля на гликопротеини – в стр. на клетъчните мембрани (някои рецептори и транспортни белтъци); ензими; плазмени протеини

Глюкозамингликани (ГАГ, мукополизахариди) – съдържат N- хиалуронова к-на, дерматансулфат, хепарансулфат, хепарин и др. – линейни хетерополизахариди, изградени от остатъци от глюкоза, галактоза, глюкуронова к-на, галактуронова к-на, и различни аминозахари.

Роля на ГАГ- в структурата на протеогликаните – участват във формирането на извънклетъчното основно вещество (матрикс); антикоагулантни свойства (хепарин).

 

Липиди – обща характеристика

Хетерогенна група от хидрофобни съединения;

Обща характеристика – наличие на липофилни групи, определящи тяхната добра разтворимост в неполярни разтворители (етер, хлороформ, бензол) и тяхната почти пълна неразтворимост във вода.

Някои имат амфифилен (и липофилен и хидрофилен) характер (фосфолипиди и гликолипиди).

Много от липидите са естери или амиди на средно- и дълговерижни мастни киселини (ВМК), които са наситени, моно- или полиненаситени.

Природните МК най-често са с четен брой С атоми – 16, 18, 20, 22, и са неразклонени.

Природните ненаситени МК са sic изомери.

Есенциални мастни киселини: линолова (С18:2), линоленова (С18:3), арахидонова (С20:4), ейкозопентаенова (С20:5), докозахексаенова к-на (С22:6)

 Автор на статията: Доц. Татяна Влайкова!