Химия в организме человека

        Транспортной формой углеводов в крови позвоночных является глюкоза.  Глюкоза поступает в клетки, где используется в качестве клеточного "топлива" (гликолиз) или превращается в другие метаболиты. Гликоген откладывается в некоторых органах (печень, мышцы) в качестве резервного полисахарида. 

         Полисахариды служат строительным материалом для многих организмов. Так, в клеточных стенках бактерий в качестве стабилизирующего структурного компонента присутствует муреин . В растениях эту функцию выполняют целлюлоза и другие полисахариды . Олигомерные и полимерные углеводы часто встречаются в ковалентно связанном виде с липидами (гликолипиды) или белками (гликопротеины), входящими в состав клеточных мембран. Растворимые гликопротеины присутствуют в плазме крови , а также входят в состав протеогликанов, которые являются важными структурными компонентами межклеточного матрикса[5].

 

 

 

 

   

    Б. Структура моносахаридов.

    Важнейший природный моносахарид, D-глюкоза, является алифатическим альдегидом, содержащим шесть углеродных атомов, пять из которых имеют гидроксильные группы. Поскольку атомы С-2 — С-5 являются хиральными центрами, кроме D-глюкозы существует 15 изомерных альдогексоз, лишь немногие из которых встречаются в природе. У большинства природных моносахаридов С-5 имеет конфигурацию D-глицеринового альдегида.

     В нейтральном растворе менее 0,1% молекул глюкозы находятся в ациклической форме (1). Подавляющая часть глюкозы присутствует в форме циклического полуацеталя, образованного в результате взаимодействия карбонильной группы с одной из гидроксильных групп. В альдогексозах реакция идет главным образом по гтдроксильной группе  С-5 с образованием шестичленного пиранового цикла. Сахара с шестичленным циклом называются пиранозами. Замыкание кольца с участием гидроксильной группы С-4 дает фурановый цикл, а сахара с таким циклом называются фуранозами. В растворе все три формы, пиранозная, фуранозная и ациклическая находятся в динамическом равновесии.

      Циклические  формы моносахаридов принято изображать в виде проекционных формул (2), где цикл представлен в перспективе (проекции Хеуорса). Заместители при хиральныхатомах углерода располагаются над или под плоскостью кольца в зависимости от их конфигурации. ОН - группы, которые в фишеровской проекции находятся справа, в проекции Хеуорса располагаются под плоскостью кольца, а группы, находящиеся слева, — над плоскостью кольца.

       При образовании полуацеталей в молекуле появляется дополнительный асимметрический центр С-1, что делает возможным существование двух стерео изомеров. Соответствующие связи на схеме указаны волнистыми линиями.

 

                                                     3.2 Липиды

       А. Классификация липидов

       Липиды — большая группа веществ биологического происхождения, хорошо растворимых в органических растворителях, таких, как метанол, ацетон, хлороформ и бензол. В то же время эти вещества нерастворимы или мало растворимы в воде.

        Слабая растворимость связана с недостаточным содержанием в молекулах липидов липидов атомов с поляризующейся электронной оболочкой, таких, как  О, N, S или P.

         Липиды подразделяются на омыляемые и неомыляемые. Из огромного множества липидов здесь приведены лишь некоторые представители.

        Омыляемые липиды. Структурные компоненты омыляемых липидов связаны сложноэфирной связью. Эти липиды легко гидролизуются в воде под действием щелочей или ферментов. Омыляемые липиды включают три группы веществ: сложные эфиры, фосфолипиды и гликолипиды.

       В группу сложных эфиров входят нейтральные жиры (глицерин + трижирные кислоты), воски (жирный спирт + жирная кислота) и эфиры стеринов (стерин + жирная кислота). Группа фосфолипидов включает фосфатидовые кислоты (глицерин + двежирные кислоты + фосфатная группа), фосфатиды(глицерин + две жирные кислоты + фосфатная группа + спирт) и сфинголипиды (сфингозин + жирная кислота + фосфатная группа + спирт)[6].

        К группе гликолипидов относятся цереброзиды (сфингозин+жирная кислота+один углеводный остаток) и ганглиозиды (сфингозин + жирная кислота + несколько углеводных остатков, в том числе нейраминовая кислота).

     Группа неомыляемых липидов включает углеводороды и каротиноиды, а также спирты. В первую очередь спирты с длинной алифатической цепью, циклические стерины (например, холестерин) и стероиды (эстрадиол, тестостерон и др.). Важнейшую группу липидов образуют жирные кислоты. К этой группе относятся также эйкозаноиды, которые можно рассматривать как произволные жирных кислот.

 

 

 
         Б. Биологические функции липидов

          1.Макроэргические вещества. Липиды  — наиболее важный из всех питательных веществ источник энергии. В количественном отношении липиды — основной энергетический резерв организма. В основном жир содержится в клетках в виде жировых капель, которые служат метаболическим «топливом». Липиды окисляются в митохондриях до воды и диоксида углерода с одновременным образованием большого количества АТФ.

         2.Структурные блоки. Ряд липидов принимает участие в образование клеточных мембран. Типичными мембранными липидами являются фосфолипиды, гликолипиды, и холестерин. Следует отметить, что мембраны не содержат жиров.

        3. Изолирующий материал. Жировые отложения в подкожной ткани и вокруг различных органов обладают высокими теплоизолирующими свойствами. Как основной компонент клеточных мембран липиды изолируют клетку от окружающей среды и за счет гидрофобных свойств обеспечивают формирование мембранных потенциалов.

        4.Прочие функции липидов. Некоторые липиды выполняют в организме специальные функции. Стероиды, эйкозаноиды и некоторые метаболиты фосфолипидов выполняют сигнвльные функции. Они служат в качестве гормонов, медиаторов и вторичных переносчиков (мессенджеров). Отдельные липиды выполняю роль «якоря», удерживающего на мембране белки и другие соединения. Некоторые липиды являются кофакторами, принимающими участие в ферментативных реакциях, например, в свертывании крови или в трансмембранном переносе электронов. Светочувстыительный каротиноид ретиналь играет центральную роль в процессе зрительного восприятия. Поскольку некоторые липиды не синтезируются в организме человека, они должны поступать с пищей в виде незаменимых жирных кислот и жирорастворимых витаминов.

 

3.3 Пептиды и белки

       А. Белки

       При  соединении аминокислот в цепочку  образуется линейная макромолекула  белка. 

       В  любом живом организме содержаться  тысячи белков, выполняющих разнообразные функции. Чтобы дать представление о многообразии белков, на схеме с увеличением примерно 1 х 1500000 приведен общий вид молекул (с соблюдением формы и размера) ряда вне- и внутриклеточных белков. Функции, выполняемые белками, распределяются примерно следующим образом[6].

      Структурообразующие функции. Структурные белки отвечают за поддержание формы и стабильности клеток и тканей. В качестве примера структурного белка на схеме представлен фрагмент молекулы коллагена. В заданном масштабе целая молекула коллагена размером 1500000 • 300 нм заняла бы три страницы.

        К структурным белкам можно  отнести также гистоны, функцией  которых является организация укладки ДНК в хроматине. Структурные единицы хроматина, нуклеосомы, состоят из октамерного комплекса гистонов, на который навита молекула ДНК (DNA).

        Транспортные функции. Наиболее  известным транспортным белком  является гемоглобин эритроцитов  (слева внизу), ответственный за перенос кислорода и диоксида углерода между легкими и тканями .В плазме крови содержатся множество других белков, выполняющих транспортные функции. Так, преальбумин переносит гормоны щитовидной железы — тироксин и трииодтиронин. Ионные каналы и другие интегральные мембранные белки осуществляют транспорт  ионов и метаболитов через биологические мембраны[6].

        Защитные функции. Иммунная система  защищает организм от возбудителей  болезней и чужеродных веществ.  В качестве ключевого компонента этой системы здесь представлен иммуноглобулин G ,который на эритроцитах образует комплекс с мембранными гликолипидами.

        Регуляторные функции. В биохимических  сигнальных цепях белки осуществляют  функции сигнальных веществ (гормонов) и гормональных рецепторов. В качестве примера здесь представлен комплекс гормона роста соматотропина с соответствующим рецептором. При этом экстрацеллюлярные домены двух молекул рецептора связывают одну молекулу гормона. Связывание с рецептором активирует цитоплазматические домены комплекса и тем самым обеспечивает дальнейшую передачу сигнала . Роль низкомолекулярного белкового гормона инсулина подробно рассматривается в последующих разделах. В регуляции обмена веществ и процессов дифференцировки принимают решающее участие ДНК-ассоцированиые белки. Особенно детально изучено строение и функции белков-активаторовкатаболизма и других бактериальных факторов транскрипции.

       Катализ.  Среди 2000 известных белков наиболее  многочисленную группу составляют  ферменты. Самые низкомолекулярные из них имеют мол. массу 10-15 кДа. Белки среднего размера, как, например, приведенная на схеме алкогольдегидрогеназа, имеют мол. массу 100-200 кДа. Молекулярная масса высокомолекулярных ферментов, к которым относится глутаминсинтетаза, построенная из 12 мономеров, могут достигать 500 кДа.

     Запасные  функции. В растениях содержатся  запасные белки, явлющиеся ценными  пищевыми веществами. В организмах  животных мышечные белки служат  резервными питательными веществами, которые мобилизуются при крайней необходимости[6].

 

3.4 Аминокислоты

     А. Биологические функции аминoкислoт

     В живых  организмах аминокислоты выполняют  множество функций.

1. Стpуктуpные элeменты  пeптидов и белков. В состав  белков входят 20 протеиногенных  аминокислот, которые кодиpyютcя  генетичеcким кодом и постоянно  oбнapyживaютcя в белкax. Некоторые  из них пoдвеpгaютcя посттрансляционной модификации, т.е. мoгyт быть фocфopилиpовaны, aцилиpoваны или гидpoксилирoваны[6].

2. Структурные элeмeнты  дpyгих природных соeдинeний. Аминoкиcлoты  и их производные входят в  cocтaв коферментов, желчных кислот,антибиотиков[6] .

3. Пepeнoсчики сигналов. Некоторые из aминoкиcлoт являются  нейромедиаторами или предшественниками  нейромедиаторов, медиаторов или  гормонов[6].

4. Метаболиты. Аминoкиcлоты  — важнейшие, а некоторые из  них жизненно важные компоненты  питания. Некоторые aминoкиcлoты принимают участие в обмене веществ, нaпpимep, cлyжaт донорами азота. Непротеиногенные aминoкиcлoты oбpaзyютcя в качестве прoмeжyточныx продуктов при биоcинтeзе и деградациипротеиногенных аминокислот или в цикле мочевины[6].

       Б. Стeрeoхимия аминокислот

       Природные аминокислоты являютcя 2-аминокарбоновыми кислотами (или α-аминокислотами, в отличие от β-аминокислот, такиx, как β-аланин и тaypин). У α-aминoкиcлoт при атоме C-2 (Cα) имеются четыре различных зaмecтитeля: каpбокcильнaя группа, аминогруппа, вoдopoдный атом и бокoвaя цепь R. Таким образом, вcе α-аминокислоты, кpoмe глицина, имеют асимметрический (хиральный) α-углеродный атом и cущeствуют в виде двух энантиомеров .Пpотeиногенныe аминoкиcлoты oтноcятcя к L-ряду. D-Аминoкиcлоты вcтpeчaютcя в бaктepиях, например в сocтaвe муреинов ,и в пептидных антибиотиках[6].

        На плоcкости хиральные центры принято изoбpaжaть о помощью прoeкциoнныx формул, прeдлoжeнных Фишеpoм. Проекционные фoрмyлы вывoдятcя из тpeхмepной cтpyктypы cледyющим образом: тетраэдр пoвoрачивaют таким образом, чтобы наиболее окиcлeннaя гpyппa (в cлyчаe аминокиcлoт карбокcильная) была ориентировaнa вверх. Затем вpащают до тех nop, пока линия, coeдиняющaя CОО- и R (oкрaшенa в кpасный цвет), не oкaжeтcя в плoскocти стола. В этом пoлoжeнии y L-aминокиcлот NН3+-группа бyдeт нanрaвлeнa влево, а у D-аминокислот — вправо[6].

      

      

 

 

 

 

 

 

 

                                                         

 

 

 

 

                                                            Заключение

 

       В работе рассмотрен химический состав организма человека. К макроэлементам относятся:  K, Na, Ca, Cl, к микроэлементам: Fe, Cu, Zn, Si, Br, F, I, Se .

    Выявление биологической роли отдельных химических элементов в функционировании живых организмов (человека, животных, растений) - важная и увлекательная задача. Минеральные вещества, как и витамины, часто действуют как коферменты при катализе химических реакций, происходящих все время в организме.

 

 

                                Список использованной литературы.

 

1.  Аналитическая химия: Медицина / Ю.А. Золотов,2002
2. Внутренняя секреция. Физиология человека: Медицина /В.М. Покровский, Г.Ф. Коротько,2001

3. Краткий химический справочник: Химия / В. А. Рабинович,

З. Я. Хавин ,2002.