Мусил Я., Новикова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах

Подождите немного. Документ загружается.

J. Musil

O. Novakova

K. Kunz

Avicenum

Czechoslovak Medical Press

Prague

Biochemistry

in schematic

perspective

Я.Мусил

О.Новакова

К.Кунц СОВРЕМЕННАЯ

БИОХИМИЯ

В СХЕМАХ

2-е издание

Перевод с английского

д-ра хим. наук С. М. Аваевой

и канд. хим. наук А. А. Байкова

Москва «Мир» 1984

ББК 28.072

М91

УДК

577.1

Мусил Я., Новикова О., Кунц К.

М91 Современная биохимия в схемах: Пер. с англ.- 2-е

изд., исправл. - М.: Мир, 1984.-216 с., ил.

Второе издание книги известных чешских авторов, вызвав-

шей большой интерес и отличные отзывы советских специали-

стов (1-е изд. «Мир», 1981). Богато иллюстрированное учебное

пособие дает возможность с помощью наглядных схем и крат-

кого пояснительного текста ознакомиться с современным со-

стоянием биохимических проблем в самых различных аспек-

тах.

Предназначена для широкого круга специалистов - хими-

ков, биохимиков, биологов, медиков, для студентов, специали-

зирующихся в указанных областях, а также для преподавате-

лей средней школы.

ББК 28.072

57.04

Редакция литературы по химии

ОПЕЧАТКА

В книге Мусил и другие

«Современная биохимия в схемах»

замеченные опечатки (следует читать):

стр. 72, 12-ая строка сверху:

«таким образом в гликолиз. Реакции пентознго»

стр. 151, 2-ое уравнение после 3-его абзаца сверху:

«миозин•АТР + Н

О <=> миозин* ADP•Р

+ H

стр. 177. 5-ая строка снизу в таблице:

«Инсулин 5500 1.11 98»

1980 by Avicenum, Czechoslovak Medical Press, Prague

Перевод на русский язык, «Мир», 1981

От переводчика

Вниманию читателей предлагается совершенно необычная,

уникальная книга по биохимии - «Современная биохимия в схе-

мах». В последнее время на русском языке появился ряд пре-

красных книг по биохимии, предназначенных главным образом

для специалистов, работающих в данной области. Новая книга

принципиально отличается от них по крайней мере двумя осо-

бенностями. Во-первых, своим объемом. Фундаментальные ос-

новы биохимии и новейшие достижения этой науки изложены

в ней очень лаконично. Концентрация огромного фактического

материала достигнута за счет того, что центральное место от-

ведено очень наглядным схемам, а краткий текст лишь пояс-

няет их и включает определения основных понятий. Однако

надо подчеркнуть, что «Современная биохимия в схемах» не

научно-популярное, а именно научное издание, своего рода

конспект различных разделов биохимии.

Вторая особенность книги заключается в том, что она рас-

считана на самый широкий круг читателей. Она окажется по-

лезной для всех, кто изучает биохимию, и особенно для тех, кто, не

имея специальной подготовки, столкнулся с ее проблемами. Био-

химия во всей сложности и многообразии часто представляется

чрезвычайно трудным предметом. Книга Мусила, Новаковой и

Кунца максимально облегчает знакомство с этой областью нау-

ки и адресована читателям с самым разным уровнем подготовки.

В основу «Современной биохимии в схемах» положено изда-

ние, написанное группой чешских авторов и вышедшее на ан-

глийском языке.

По своей сути книга близка к блестящему учебнику, напи-

санному А. Ленинджером*. Она знакомит читателей с широ-

ким кругом проблем биохимии - строением основных классов

биополимеров - белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липи-

дов, рассматривает пути их распада и синтеза в живом орга-

низме. Детально разобран метаболизм аминокислот, глико-

лиз и превращения в цикле лимонной кислоты. Дано строение

клетки, клеточных мембран и обсуждены проблемы транспор-

та, накопления и расхода энергии. Существенное внимание

уделено вопросам репликации, транскрипции и трансляции ге-

нетической информации. В заключительной главе рассмотрена

регуляция биологических процессов как частный случай управ-

ляемых систем. Очень удобно, что в книге приведены некоторые

единицы СИ и их соотношение с внесистемными и устаревшими

единицами.

* Ленинджер А. Биохимия: Пер. с англ.- М: Мир, 1974.

Русское издание «Современная биохимия в схемах» зна-

чительно более полное по сравнению с книгой на английском

языке. Оно включает шесть новых глав, посвященных вопро-

сам, которые ранее в книге не рассматривались («Сократи-

тельная система мышечной клетки», «Нервная клетка: струк-

тура и функция», «Соединительная ткань», «Вода и ионы»,

«Кислотно-основной баланс и обмен газов» и «Биохимия им-

мунной системы»).

При подготовке русского издания авторами был внесен

также ряд изменений в ранее написанные главы. В гл. XI

«Митохондрии, дыхание, фосфорилирование» они по-новому

изложили хемиоосмотическую теорию окислительного фосфо-

рилирования, процессы транспорта фосфата и бикарбоната,

в гл. IX «Клетка» изменили раздел о строении интерфаз-

ного ядра и хромосом. Некоторые неточности оригинала уда-

лось исправить при переводе и редактировании книги; я бла-

годарна моим коллегам за ценные замечания, сделанные ими

при чтении отдельных ее разделов.

Можно не сомневаться, что книга будет полезна широко-

му кругу исследователей, работающих в смежных с биохи-

мией областях, студентам и аспирантам, изучающим биохи-

мию, а также преподавателям школ, техникумов и педагоги-

ческих вузов.

С. Аваева

Введение

Биохимия может быть определена как химия живых объектов (клеток и организмов). Живые объекты от-

личаются от неживых своей способностью к (а) метаболизму; (б) воспроизведению (с передачей генетической

информации).

При этом живые существа являются составной частью природы и подчиняются всем основным законам

природы, таким, как законы сохранения массы и энергии и законы термодинамики.

Живые объекты представляют собой открытые системы (с точки зрения термодинамики) или относитель-

но изолированные системы (с точки зрения кибернетики). В обоих случаях это означает, что живые системы

участвуют в обмене с окружающей средой. Этот обмен со средой осуществляется с помощью субстратов (ис-

точников свободной энергии) и приходящей извне информации (что приводит к снижению энтропии и повы-

шению уровня организации живых систем). Такого рода обмен со средой подчиняется в основном принципу

Ле Шателье и приводит к стационарному состоянию системы. Оно может быть охарактеризовано, как дина-

мическое состояние, при котором в каждый данный промежуток времени система получает от окружающей

среды те же количества вещества и энергии, что и возвращает в нее, и, таким образом, концентрация их вну-

три системы остается неизменной. Это является одной из характерных черт живых объектов, которая отли-

чает их от неживых изолированных систем, находящихся в независящем от времени равновесии. В таких не-

живых системах все количества вещества и энергии остаются неизменными и все процессы прекращаются.

Реакции живых систем протекают, таким образом, во времени и пространстве. В соответствии со степенью

развития эти системы различаются степенью сложности структуры.

Структуры живых объектов обычно образуются из простых неорганических и органических веществ

и обладают определенной пространственной конфигурацией, которая не отражается их простейшими химиче-

скими формулами. Эту особенность необходимо иметь в виду при рассмотрении реакционной способности,

часто зависящей от конфигурации. Относительно простые соединения объединяются в макромолекулы и, на-

конец, в надмолекулярные структуры, лежащие в основе главных строительных блоков, из которых состоят

живые системы,- клетки и их органеллы. Молекулы живых систем имеют определенные размеры и форму,

связанные с их функциями в организмах.

Функционирование живых систем основано на биохимических реакциях, протекающих как в уже упомя-

нутых клеточных и субклеточных структурах, так и в растворе цитоплазмы или в межклеточных жидкостях.

Биохимические реакции протекают в сравнительно узком интервале физических и химических параметров,

Кроме ограничений в температурах и давлениях это относится также к интервалу концентраций, или актив-

ностей водородных ионов (величины рН). Значения рН поддерживаются на нужном уровне буферными систе-

мами, подчиняющимися уравнению Гендерсона-Хассельбалха. Относительное постоянство значений рН весь-

ма существенно для того, чтобы предотвратить диссоциацию биологически активных соединений, поскольку

в результате может произойти изменение формы и реакционной способности молекул белков и соответствен-

но изменение их структурной стабильности или ферментативной активности. Некоторые биохимические реак-

ции протекают с оптимальной скоростью лишь при определенном осмотическом давлении и ионной силе

в среде, где сохраняется строго постоянным соотношение определенных ионов. Все эти факторы оказывают

существенное влияние на свойства и функции молекул и степень дисперсности систем. В зависимости от при-

роды раствора и размера растворенных частиц мы различаем истинные растворы, коллоидные растворы

и суспензии.

Биохимические реакции могут протекать лишь при соблюдении определенных энергетических требований.

Первичным источником энергии на нашей планете является излучение Солнца. Часть этой энергии запасается

в форме химической энергии в химических связях различных веществ. В настоящее время на Земле существен-

но преобладают аэробные условия, и большую часть энергии живые системы получают за счет окислительно-

восстановительных процессов (и в первую очередь за счет окисления органических соединений атмосферным

кислородом). Протекающие в организмах реакции являются либо экзергоническими (они протекают спон-

танно), либо эндергоническими (они требуют для своего осуществления внешний источник энергии). Мно-

гие из эндергонических реакций могут протекать лишь потому, что они сопряжены с экзергоническими реак-

циями. Наиболее распространенным переносчиком энергии является молекула аденозинтрифосфата (АТР).

Биохимические реакции протекают со скоростями, зависящими от концентраций реагирующих молекул

и констант скоростей, характерных для данного типа реакции. Эти скорости существенным образом могут

быть изменены (обычно повышены) в присутствии катализаторов (ферментов). Вредные воздействия окру-

жающей среды проявляются в первую очередь на ферментативном уровне, ингибируя соответствующие

реакции.

Отдельные реакции в живых объектах контролируются самыми различными путями. Этот контроль осу-

ществляется как за счет изменения пространственных факторов (изменения энтропии живых систем), так и за

счет изменения скоростей реакций.

Производные единиц СИ образуются следующим образом:

а) умножением на фактор 10

Префикс

экза

пета

тера

гига

мега

кило

милли

микро

нано

пико

фемто

атто

Символ

мк

Множитель

-3

-6

-9

-12

-15

-18

б) в особых случаях умножением на фактор 10

Префикс

гекто

дека

деци

санти

Символ

да

Множитель

-1

-2

Соотношение внесистемных единиц длины и единиц СИ

1 м

метр (СИ)

1А

ангстрем

1 фт

(ft)

фут

1 д

(in)

дюйм

-10

0,305

25,4•10

-3

3,05•10

25,4•10

-7

фт

3,2787

3,2787•10

-10

8,333•10

-2

3,94•10

-9

Соотношение внесистемных единиц массы и единиц СИ

1 КГ

килограмм

(СИ)

1 г

грамм

1 ун. аптеч.

(oz. apoth.)

унция

аптечная

1 ф

(1b)

фунт

кг

-3

31,1035•10

-3

0,45359236

31,1035

4,5359•10

ун. аптеч.

32,2

3,22•10

-2

14,6

2,2046

2,2046•10

-3

68,5715•10

-3

ОСНОВНЫЕ ЕДИНИЦЫ СИ

Метр (м)

Килограмм (кг)

Секунда (с)

Ампер (А)

Кельвин (К)

Моль (моль)

Кандела (новая свеча) (кд)

СИ - международная система единиц (Systeme

International d'Unites).

Единицей длины является метр (м)

Рекомендуемые производные: км, см, мм, мкм, нм.

Единицей массы является килограмм (кг)

Рекомендуемые производные: Мг, г, мг, мкг.

Вспомогательная единица: 1 тонна (т) = 10

кг.

Соотношение внесистемных единиц времени и единиц СИ

1 с

секунда (СИ)

1 мин

минута

1 ч

час

1 сут

сутки

3,6•10

8,64•10

мин

1,6667•10

-2

1,44•10

2,78•10

-4

1,667•10

-2

сут

1,2•10

-5

6,94•10

-4

4,1667•10

-2

Соотношение внесистемных единиц температуры и единиц СИ

1 К

Кельвин (СИ)

1°С

градус

Цельсия

1°F

градус

Фаренгейта

1°R

градус

Ренкина

1°R

градус

Реомюра

5/9

(0,555)

5/9

(0,555)

5/4

(1,25)

°С

5/9

(0,555)

5/9

(0,555)

5/4

(1,25)

°F

9/5

(1,8)

9/5

(1,8)

9/4

(2,25)

°R

9/5

(1,8)

9/5

(1,8)

9/4

(2,25)

°Реомюра

4/5

(0,8)

4/5

(0,8)

4/9

(0,444)

4/9

(0,444)

Соотношение внесистемных единиц объема

и единиц СИ

1м

кубический метр (СИ)

1 л

литр

1 брл

(bbl)

сухой баррел (амер.)

1 гал

(gal)

галлон (амер.)

1 пт (lq. pt) (англ.)

пинта жидкости (англ.)

1 ун (fl. oz.) (англ.)

унция жидкости

-3

0,115628

3,78543•10

-3

5,68261•10

-4

2,8413•10

-5

1,15628•10

3,78543

0,568261

2,8413•10

-2

брл

8,64842

8,64842•10

-3

3,2738•10

-2

4,915•10

-3

2,45727•10

-4

гал

2,6417•10

0,26417

30,454

0,150118

7,50588•10

-3

пт

1,7597•10

1,7597

2,03477•10

6,661428

5,00•10

-2

ун

3,5195•10

35,195

4,0695•10

1,33288•10

20,00

Единицей времени является секунда (с)

Рекомендуемые производные: мс, мкс, нс

Вспомогательные единицы: минута (мин), час (ч),

сутки (сут).

Единицей термодинамической температуры

является кельвин (К)

Рекомендуемое производное: мК.

Вспомогательная единица: градус Цельсия (°С).

НЕКОТОРЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ЕДИНИЦ СИ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КНИГЕ

Единицей объема является кубический метр (м

)

Рекомендуемые производные: дм

, см

, мм

Вспомогательная единица: литр (л).