Введение, краткая история биохимии.
HHHH HHHM HHMM HMMM MMMM
ЛДГ1,2
ЛДГ4,5
Изоферменты, их природа, биологическая роль, строение ЛДГ.
Изоферменты - это группа родственных ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию. Они происходят из одного предшественника за счет дупликациии гена с последующей мутацией образуемых аллелей. Они отличаются между собой:
1) скорстью катализа;
2) направлением катализируемой реакции;
3) условиями протекания реакции;
4) чувствительностью к регуляторам, факторам среды. (Более или менее устойчивы к ингибиторам);
5) сродством к субстрату;
6) особенностями структуры молекулы, ее ИЭТ, Mr, размерами и зарядом.
Изоферменты имеют адаптивное значение, т. е. придают специфику метаболизма.
Изоферменты обеспечивают межорганную связь, например, в процессе мышечной деятельности.
В миокарде и печени существуют различные изоферменты ЛДГ, которые обеспечивают метаболизм лактата:
в печени: ПВК -----> лактат
в сердце: лактат ------> ПВК
ЛДГ - олигомерный фермент, состоящий из 4-х субъединиц 2 типов.
H (heart) и M (muscle).
Существует 5 изоферментных форм:
H4 H3M H2M2 HM3 M4
ЛДГ1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4, ЛДГ5.
Поскольку H-протомеры несут более выраженный отрицательный заряд, то изофермент H4 (ЛДГ1) будет мигрировать при электрофорезе с наибольшей скоростью к аноду.
С наименьшей скоростью к аноду будет двигаться М4.
Остальные изоферменты занимают промежуточное положение.
Изоферменты ЛДГ локализованы в различных тканях:
ЛДГ1,2 ----> мозг, аэробные ткани (миокард).
ЛДГ3 ----> лейкозные клетки.
ЛДГ4,5 ----> анэробные ткани: мышечная, скелетная.
Изоферменты появляются на различных этапах онтогенеза и реализуют программу индивидуального развития.
Изоферментный профиль меняется в процессе развития.
При патологиях имеется существенный изоферментный сдвиг.
Биохимия - это наука, изучающая качественный и количественный состав, а также пути, способы, закономерности, биологическую и физиологическую роль превращения вещества, энергии и информации в живом организме.
Формирование биологической химии как самостоятельной дисциплины в системе биологических наук было длительным и сложным процессом. Современная биохимия сформировалась на рубеже ХIХ и ХХ вв. в недрах органической химии и физиологии, поэтому в ХIХ в. она называлась физиологической химией. Термин биохимия был предложен в 1858 году австрийским врачом и химиком Винцентом Клетцинским.
История биохимии отражает сложный путь познания человеком окружающего органического мира, истоки которого уходят во времена античности. В те времена гениальные пророческие идеи причудливо переплетались с наивными представлениям об окружающем мире. Так, например, Аристотель полагал, что живые существа образуются из сочетания пассивного, не имеющей жизни, начала - «материи» с активным началом - «формой», которая формирует тело и поддерживает в нем жизнь.
В последующем неоплатоники развивая эти идеи сформулировали понятие о «жизненной силе», «животворящем духе» и т.д., которые в различных модификациях существовали и в средние века. В VII – X веках в Европе с развитием алхимии стал накапливаться материал о составе сложных органических соединений.
Эпоха Возрождения характеризуется динамическим восприятием окружающего мира, которое превратило науку из ритуально-магической в открытую. Наука рассматривала человеческое тело как сложную механическую машину. Наш выдающийся современник, английский философ и историк науки Дж. Бернал так характеризует ту эпоху: «... врачи свободно общались с мастерами-художниками, математиками, астрономами и инженерами. По сути дела, многие из них занимались некоторыми из этих профессий. Так, например, Коперник получил образование и практиковал как врач...».
Именно это привело науку к новой ступени - живое стали оценивать химическими категориями. В XVI - XVII веках получила развитие ятрохимия (врачебная химия), важнейшим представителем которой был Парацельс (1493-1541), считавший, что в основе всех заболеваний лежат нарушения хода химических процессов в организме, поэтому лечить их надо тоже химическими веществами. Ятрохимия много дала практической медицине и способствовала ее сближению с химией.
Середина ХVII - конец ХVIII вв является эмпирическим периодом развития органической химии которая по определению великого шведского химика Й. Берцелиуса была химией «растительных и животных веществ». За это время произошло накопление огромного фактического материала, но еще не возникло теоретических, обобщающих представлений. Практические потребности человеческой деятельности (получение из природного сырья лекарств, масел, смол, красителей и т.д.) явились основной причиной, побуждающей к изучению органических соединений.
Совершенствование экспериментальных методов способствовало выделению индивидуальных органических соединений из растений (щавелевая, яблочная, лимонная и др. кислоты) и продуктов жизнедеятельности животных организмов (мочевина, мочевая и гиппуровая кислоты).
Следующий период - аналитический (конец ХVIII - середина ХIХ вв. - ознаменован исследованиями по установлению состава веществ, в результате которых стало очевидно, что все органические соединения содержат углерод. Вот лишь некоторые достижения этого периода:
В 1828 г. Ф. Вёлер впервые синтезировал мочевину, открыв тем самым эпоху органического синтеза.
В 1839 г Ю. Либих установил, что в состав пищи входят белки, жиры и углеводы.
В 1845 г. Г. Кольбе синтезировал уксусную кислоту
В 1854 г М. Бертло синтезировал жиры.
В 1861 г А.М. Бутлеров синтезировал углеводы.
Подводя итоги развития биохимии в ХIХ в. отметим, что основными факторами ее формирования было развитие химии важнейших природных соединений - липидов, углеводов и особенно белков, первые успехи энзимологии, разработка основных положений о многоступенчатости обмена веществ и роли ферментов в этих процессах. Биологическая химия того времени ставила своей главной целью изучение методами химии не суммарных процессов обмена веществ, а превращение в организме каждого отдельного соединения и разработка представлений о всех деталях обменных процессов в совокупности.
Наиболее интенсивно биохимия стала развивать в ХХ веке и особенно в последние десятилетия. В первой половине ХХ в. были сделаны важнейшие открытия, которые позволили построить общую схему обмена веществ, установить природу ферментов и исследовать их важнейшие свойства, значительно расширить знания об основных биологически активных соединениях. В 40-50-е годы интенсивно развивались и усовершенствовались методы биохимических исследований определившие в последующие десятилетия формирование отдельных направлений биохимии ставших самостоятельными науками - биоорганической химии, молекулярной биологии, молекулярной генетики, биотехнологии и др.
В последующем, при рассмотрении отдельных разделов биохимии, мы будем касаться их исторических аспектов, сейчас же кратко рассмотрим основные исторические этапы развития отечественной биологической химии.