Роль біохімії в стоматології
«Медик без задоволеного пізнання хімії досконалий бути не може» (Ломоносов)
Біохімія - це наука, що вивчає хімічний склад органів і тканин тварин і рослинних організмів, а також хімічні процеси, що лежать в основі їх життєдіяльності.
Біохімія виникла на стику таких наук як біологія, хімія, фізіологія і вже у 2й половині ХХ століття стала одним з лідерів в біології та медицині.
Перед біохімією ставляться завдання першорядної важливості:
1) пізнання біохімічних механізмів життєдіяльності людини;
2) вдосконалення методів діагностики, профілактики та лікування найбільш поширених захворювань;
3) отримання нових ефективних лікарських засобів;
4) впровадження у виробництво нових біотехнологічних процесів і методів дослідження.
Для того, щоб виконати поставлені завдання для цього необхідно:
• Сформувати у Вас уявлення про будову, функції і класифікації основних біоорганічних сполук таких як білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти і ін.
• Вивчити обмін речовин в сукупності процесів катаболізму і анаболізму
• Вивчити ряд біохімічних методів застосовуваних у клініці для діагностики тих чи інших захворювань в стоматології, а зараз ми починаємо з загального курсу біохімії зі структури, фізико-хімічних властивостей білків.
Фізико-хімічні властивості білків визначають їх структурні елементи - амінокислоти. Природа радикальних груп обумовлює відмінність у властивостях амінокислот. Так амінокислоти з гідрофобними групами (аланін, валін, лейцин) відрізняються низькою розчинність проти «ОН» - сер, тре, тир, «SH» - цистеїну, NH2 - аспарагін і глутамін. Оскільки ці полярні групи можуть утворити водневі зв'язки з молекулами води.
Загальною ознакою характерним для всіх амінокислот, що входять до складу білків, є наявність вільних «СООН» і «NH2» у 2 вуглецевого атома які також визначають важливі властивості амінокислот і отже і білків. (Написати пептид.)
Білкові речовини як високомолекулярні сполуки у водному середовищі- колоїдні розчини. Колоїдним характером володіють розчини тих речовин, діаметр частинок яких коливається в межах 0,1-0,001мк
З колоїдним характером розчинів білка пов'язаний ряд їх властивостей. Промінь світла проходячи через розчин білка стає видимим, в слідстві розсіювання світла частками розчиненої речовини - явище Тиндаля. Вода ж є оптично порожньою (промінь не бачимо).
Молекули білка не можуть проникати через пори тваринних і рослинних мембран, в слідстві свого великого розміру. А низькомолекулярні речовини вільно проходять через такі мембрани - цей метод називають діалізом можна відокремити білки від низькомолекулярних речовин.
Білки належать до високомолекулярним речовинам, що володіють гідрофільними властивостями тобто мають схожість до Н2О. Гідрофільні властивості обумовлені наявністю на поверхні СООН, SH, ОН груп. Гідрофільні властивості залежать від:
• Якісного складу амінокислот;
• Кількісного складу амінокислот;
Кожна колоїдна частка вступає у взаємодію з Н2О в результаті навколо неї утворюється водна або сольватна оболонка.
Стійкість молекули білка залежить від наявності водної оболонки і заряду, яка завдяки наявності амінокислотних полярних груп. Розчини білка відрізняються вкрай нестійкістю і легко випадають в осад від додавання різних солей і водоотнимающих засобів. Білки можна осадити спиртом, ацетоном, розчинами хлориду натрію і багатьма іншими. Залежно від завдання дослідник використовує той чи інший осадитель. Якщо необхідно виділити з розчину ті або інші білки незмінними, частіше використовують солі (NH4) 2SО4. Метод виділення білків з водних розчинів нейтральними розчинами концентрованих солей лужно і лужноземельні металів висолювання.
Залежно від концентрації в осад будуть переходити різні білкові фракціі.Белкі, сироватки складаються з 2 фракцій - альбуміну і глобуліну.
Альбуміни осідають насиченим розчином (NH4) 2SО4 для осадження глобулінових фракцій необхідні напівнасичені різні концентрації (NH4) 2SО4. Дослідження білків виділених методом висолювання показали що ці білки не змінюють своєї структури. При Висолювання відбувається лише дегідратація водної оболонки і нейтралізація заряду. При видаленні (NH4) 2SО4 методом діалізу, білок може знову розчинений і не змінює свої нативні властивості. Таким методом виділяють багато ферментів, індивідуальні білки, фібриноген. У зв'язку з цим Ви повинні мати чітке уявлення про білку про живому - нативном. Нативний білок - це білок в системі обміну в системі клітини. Білок виділений з клітини не є живий білок, а є об'єкт дослідження (значить ми маємо справу не з живим білком, а з об'єктом дослідження, 1 для якого характерні багато важливих властивості нативного білка).
Велика частина білкових молекул зберігає біологічну активність тільки в межах дуже вузької області температури і РН. В області екстремальних значень РН і температури в молекулах білків відбуваються зміни, які називають денатурацією.
Під денатурацією білків розуміють процес, в результаті якого просторове розташування поліпептидних ланцюгів всередині молекули стають іншим, на відміну від розташування їх у нативному білку, що призводить до порушення впорядкованої структури білкової молеули, зниження розчинності (білки замість гідрофільних властивостей, набувають - гідрофобні) на поверхні білкової молекули з'являються гідрофобні нерозчинні в Н2О групи, вуглеводневі ланцюги амінокислот, гетероциклічні структури і т.д. зниження біологічної активності (якщо це білок фермент, то він втрачає здатність каталізувати відповідні хімічні реакції) і т.д. Але денатурація процес незворотного осадження білка (зазвичай лише на перших етапах її може бути оборотна). Що ж відбувається?
При денатурації не відбувається зміни первинної структури, яка обумовлена послідовністю розташування амінокислотних залишків у білку, саме нею визначається нативная конфігурація (структура) білкової молекули, що виникає в результаті взаємодії амінокислотних бічних ланцюгів один з одним.
Приклад: ренатурації, у РНКази під впливом сечовини відбувається денатурація - руйнування внутрішньомолекулярних містків. Після видалення сечовини відбувається спонтанне згортання і окислення зв'язків. Молекула знову набуває нативную конформацию і активність.
Реконструкція нативних структур після денатурації процес дуже повільний не відповідає швидкості синтезу білків у живій клітині. Відомо, наприклад, що в печінці бика є ферментна система здатна прискорювати активацію відновленої РНКази.
При денатурації відбувається не тільки зміна багатьох властивостей білка, але також відбувається зняття заряду - потужного чинника стабілізації колоїдних систем. Білки є не тільки колоїдів, а й амфотерними електролітами. У водному середовищі відбувається дисоціація СООН груп з утворенням «Н» - іонів що надають білку кислий характер.
При розчиненні в воді ізотопи «Н» утворилися в результаті дисоціації СООН груп приєднується і NН2 груп переходить в іонізовану форму.
Поведінка білка буде залежати від РН навколишнього середовища. Якщо білок помістити в кисле середовище він проявляє - основні властивості, в лужне середовище - проявляє кислі властивості. Відомо таке значення РН коли сума (+) = сумі (-), а сумарний електричний заряд дорівнює фактично (= 0).
Це значення РН - називають ізоелектричної точкою. І.Т. для більшості білків лежить в слабокислою зоні. У цьому стані білок менш стійкий і його можна легко осадити. Наявність у білків властивостей амфотерних елктролітов дозволяє проводити фракціонування складних білкових сумішей за допомогою методу електрофорезу. Принцип цього методу (електрофорез на папері, агар-агар, поліакриламідному гелі) заснований на різній рухливості в постійному електричному полі частинок білка, що несуть неоднакові за величиною або знаку заряди. Електрична рухливість білка при інших рівних умовах повинна бути тим вище, чим вище заряд білка. Він залежить від значення РН білка. Таким чином суміш, що складається з білків з різною величиною заряду може легко розділена шляхом електрофорезу (Таблиця)
В даний час метод електрофорезу використовується в медицині для вивчення фракційного складу білків сироватки і плазми крові, який змінюється при різних захворюваннях, докладне знайомство на практичних заняттях.
Фізіологічне значення та обмін @ і Д амінокислот абсолютно різні. Амінокислоти Д ряду абсолютно не усваіваютсяі тваринами і рослинами погано засвоюються так як ферментні системи тварин і рослин специфічно пристосовані до @ амінокислотам.
Всі амінокислоти можна розділити на:
• Ациклические - куди входять:
Амінокислоти не зустрічаються в білках: В-аланін, цістомін, оргнітіі, аміномасляна кислота. Вони є проміжними продуктами обміну речовин. Так По-аланін служить попередником одного з вітамінів, пактотеновой кислоти, цітрулліі і Орніт є проміжними продуктами синтезу аргінін, ГАМК - функціонує в якості хімічних агентів при передачі нервових імпульсів.
Крім перерахованих класифікацій існує класифікація за властивостями радикалів і з біологічної ролі амінокислот в організмі.
Перші експерименти по з'ясуванню біологічної ролі окремих амінокислот в організмі проводилися шляхом дачі різних сумішей амінокислот тваринам. Встановлено, що ряд амінокислот є для більшості тварин і людини незамінними - це значить, що вони не синтезуються в організмі, а повинні надходити з їжею.
Потреба дорослої людини в незамінних амінокислотах за даними воза виражається в г на добу:
Три - 1г Илей - 2 - 3
Фен - 4-4,5г Вал - 3 - 4
Тре - 2-3 Гли - 2-3
Мет - 2-4 Лей - 8-9
Гіс і арг є умовно замінними.
Харчова потреба в певних амінокислотах залежить від ряду умов в тому числі і від наявності в їжі метаболічно близьких сполук. Так, наприклад, тирозин знижує кількість потрібного фен, а глутамінова кислота може подібним чином «заміщати аргінін, таким чином для судження про незамінності». Амінокислоти необхідно враховувати інші компоненти їжі. Крім того, потреба в амінокислотах змінюється в залежності від фізіологічного стану людини (хвороби, віку та інших факторів).
Біологічна цінність білків оцінюється повним набором незамінних амінокислот, якщо відсутня хоча б одна незамінна амінокислота - білок неповноцінний. Повноцінність білка оцінюється ще ступенем його засвоєння організмом (може містити незамінні амінокислоти, але не може бути засвоєний так як немає ферментів)
• Останнім часом запропоновано поділяти амінокислоти в залежності від проміжних продуктів обміну на гликогенние і кетогенні.
До глікогену - відносяться ті, які на проміжних етапах перетворення дають з'єднання використовуються для біосинтезу вуглеводів (гли - ала - вал - сер - тре - цис - асп - глу - арг - про - тир - фен)
Кетогенні - це амінокислоти, які при розпаді крім інших продуктів утворюють кетонові тіла, які використовуються для біосинтезу жирів (лей, Ілей, тир, фен)