какая наука изучает белки жиры углеводы
Биохимия
Биохи́мия (биологи́ческая, или физиологи́ческая хи́мия) — наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности. Термин «биохимия» эпизодически употреблялся с середины XIX века, в классическом смысле он был предложен и введён в научную среду в 1903 году немецким химиком Карлом Нойбергом (Carl Neuberg).
Биохимия находится на стыке нескольких наук, прежде всего — биологии и химии.
Содержание
Смежные дисциплины
История развития
Как самостоятельная наука биохимия сформировалась примерно 100 лет назад, однако биохимические процессы люди использовали ещё в глубокой древности, не подозревая, разумеется, об их истинной сущности. В самые отдалённые времена уже была известна технология таких основанных на биохимических процессах производств, как хлебопечение, сыроварение, виноделие, выделка кож. Необходимость борьбы с болезнями заставляла задумываться о превращениях веществ в организме, искать объяснения целебным свойствам лекарственных растений. Использование растений в пищу, для изготовления красок и тканей также приводило к попыткам понять свойства веществ растительного происхождения.
Итальянский учёный и художник Леонардо да Винчи на основании своих опытов сделал важный вывод о том, что живой организм способен существовать только в такой атмосфере, в которой может гореть пламя.
XVIII век ознаменовался трудами М. В. Ломоносова и А. Л. Лавуазье. На основе открытого ими закона сохранения массы веществ и накопленных к концу столетия экспериментальных данных, была объяснена сущность дыхания и исключительная роль в этом процессе кислорода.
В 1882 году Иван Горбачевский впервые в мире осуществил синтез мочевой кислоты из глицина. В дальнейших исследованиях он установил источник и пути её образования в человеческом и животном организмах. В 1885 году ему удалось получить метилмочевую кислоту из метилгидантоина и карбамида. В 1886 году он предложил новый метод синтеза креатина, а в 1889—1891 годах открыл фермент ксантиноксидазу. Иван Горбачевский одним из первых указал, что аминокислоты являются составляющими белков.
Новый толчок развитию биологической химии дали работы по изучению брожения, инициированные Луи Пастером. В 1897 г. Эдуард Бухнер доказал, что ферментация сахара может происходить в присутствии бесклеточного дрожжевого экстракта, и это процесс не столько биологический, сколько химический. На рубеже XIX и XX веков работал немецкий биохимик Э. Фишер. Он сформулировал основные положения пептидной теории строения белков, установил структуру и свойства почти всех входящих в их состав аминокислот. Но лишь в 1926 г. Джеймсу Самнеру удалось получить первый чистый фермент, уреазу, и доказать, что фермент — это белок.
Биохимия стала первой биологической дисциплиной с развитым математическим аппаратом благодаря работам Холдейна, Михаэлиса, Ментен и других биохимиков, создавших ферментативную кинетику, основным законом которой является уравнение Михаэлиса-Ментен.
Открытие ферментов позволило начать грандиозную работу по полному описанию всех процессов метаболизма, не завершённую до сих пор. Одними из первых значительных находок в этой области стали открытия витаминов, гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.
В 1928 г. Фредерик Гриффит впервые показал, что экстракт убитых нагреванием болезнетворных бактерий может передавать признак патогенности неопасным бактериям. Исследование трансформации бактерий в дальнейшем привело к очистке болезнетворного агента, которым, вопреки ожиданиям, оказался не белок, а нуклеиновая кислота. Сама по себе нуклеиновая кислота не опасна, она лишь переносит гены, определяющие патогенность и другие свойства микроорганизма. В 1953 году американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик описали структуру ДНК — ключ к пониманию принципов передачи наследственной информации. Это открытие означало рождение нового направления науки — молекулярной биологии.
Методы
В основе биохимической методологии лежит фракционирование, анализ, изучение структуры и свойств отдельных компонентов живого вещества. Методы биохимии преимущественно формировались в XX веке; наиболее распространенными являются хроматография, изобретённая М.С. Цветом в 1906 г., центрифугирование (Т. Сведберг, 1923 г., Нобелевская премия по химии 1926 г.) и электрофорез (А. Тизелиус, 1937 г., Нобелевская премия по химии 1948 г.).
Роспотребнадзор (стенд)
Роспотребнадзор (стенд)
Обучающие (просветительские) программы по вопросам здорового питания:
Нутрициология – наука о питании.
Нутрициология – наука о питании
Название происходит от латинского слова nutritio – «питание».
Нутрициология изучает все, что имеет отношение к пище и вопросам питания: белки, жиры, углеводы, витамины и микроэлементы, их взаимодействие, усвоение, расходование, выведение и то, какое влияние все это оказывает на здоровье и качество жизни человека.
Из чего состоит нутрициология
Изучать нутрициологию можно долго, разбираясь в ее тонкостях и подходах к здоровому питанию. Однако науку можно разделить на несколько направлений, которые изучают:
Чем нутрициология отличается от диетологии
Нутрициология подходит к питанию комплексно, углубляясь в состав и качество продуктов. Это наука о питании во всех его аспектах: от химии, биологии, молекул и клеток до глобальных геополитических процессов, связанных, например, с недостатком питания или его безопасностью. Нутрициология изучает физиологические потребности человека в различных компонентах пищи, химический состав пищевых продуктов, технологии производства продуктов и даже мотивы выбора пищи человеком.
Диетология – это более утилитарная область знаний. Она изучает как рацион для поддержания здоровья, так и питание человека с различными заболеваниями. Диетология направлена на рационализацию и индивидуализацию питания. Из-за того, что индивидуализация осуществляется с помощью строго организованных систем питания – диет, она так и называется. Квалифицированный диетолог предлагает своим клиентам определенные системы и принципы питания.
Что делают нутрициологи
Нутрициологи изучают каждый компонент пищи как отдельный элемент большой системы, учатся правильно комбинировать и дозировать эти элементы в ежедневном рационе. Часто недостаток определенных компонентов приводит к серьезным заболеваниям. Специалисты в этой области разбираются в тонкостях и особенностях питания, которые в обычной жизни люди не замечают. Например, они знают, когда и как нужно есть, какие продукты сочетать между собой, как с помощью определенной пищи вылечить организм от хронических заболеваний.
Нутрициологи комплексно изучают все вопросы, которые касаются питания и помогают выстраивать здоровый и грамотный рацион исходя из особенностей организма человека. При этом учитывается возраст, индивидуальные потребности, образ жизни и вид работы, климатические особенности проживания. Специалисты в этой области не забывают и о вкусовых предпочтениях человека, позволяя ему не просто питаться правильно, но и вкусно, получая удовольствие от любимых продуктов питания.
Помощь нутрициолога может стать необходимостью для каждого человека, который хочет получать от еды больше пользы. Ведь задача нутрициологии – выявить потребности организма и подобрать качественную и полезную пищу, которая будет давать энергию и силу, убирать воспалительные процессы и очищать тело.
Какая наука изучает белки жиры углеводы
Биохимия – это целая наука которая изучает, во-первых, химический состав клеток и организмов, а во-вторых, химические процессы, которые лежат в основе их жизнедеятельности. Термин был введён в научную среду в 1903 году химиком из Германии по имени Карл Нойберг.
Однако сами процессы биохимии были известны ещё с давних времён. И на основе этих процессов люди пекли хлеб и варили сыр, делали вино и выделывали кожи животных, лечили болезни при помощи трав, а потом и лекарственных средств. И в основе всего этого лежат именно биохимические процессы.
Так, например, не зная ничего о самой науке, арабский учёный и врач Авиценна, который жил в 10 веке, описал многие лекарственные вещества и их влияние на организм. А Леонардо да Винчи сделал вывод – живой организм способен жить только в той атмосфере, в которой способно гореть пламя.
Как и любая другая наука, биохимия применяет свои собственные методы исследования и изучения. И самые важные из них – это хроматография, центрифугирование и электрофорез.
Биохимия сегодня- это наука, которая сделала большой скачок в своём развитии. Так, например, стало известно, что из всех химических элементов на земле в теле человека присутствует чуть больше четверти. И большинство редких элементов, кроме йода и селена, совершенно не нужны человеку для того, чтобы поддерживать жизнь. А вот такие два распространённых элемента, как алюминий и титан в организме человека пока найдены не были. Да и найти их просто невозможно – для жизни они не нужны. И среди всех них только 6 – это те, что необходимы человеку ежедневно и именно из них состоит наш организм на 99%. Это углерод, водород, азот, кислород, кальций и фосфор.
Биохимия – это наука, которая изучает такие важные составляющие продуктов, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Сегодня об этих веществах мы знаем практически всё.
Некоторые путают две науки – биохимию и органическую химию. Но биохимия – это наука, которая изучает биологические процессы, которые протекают только в живом организме. А вот органическая химия – это наука, которая изучает те или иные соединения углерода, а это и спирты, и эфиры, и альдегиды и многие-многие другие соединения.
Однако молекулярная биология, как правило, работает с нуклеиновыми кислотами, а вот биохимикам больше интересны белки и ферменты, которые запускают те или иные биохимические реакции.
Сегодня биохимия всё чаще и чаще применяет разработки генной инженерии и биотехнологий. Однако сами по себе – это тоже разные науки, которые изучают каждый своё. Например, биотехнология изучает методы клонирования клеток, а генная инженерия пытается найти способы того, как заменить больной ген в организме человека на здоровый и тем самым избежать развития многих наследственных заболеваний.
И все эти науки тесно связаны между собой, что помогает им развиваться и работать на благо человечества.
Урок Бесплатно Органические вещества клетки. Белки. Жиры. Углеводы
Ведение
В клетках нашего организма помимо неорганических веществ содержатся органические вещества, которые необходимы клетке для построения ее структур и обеспечения нормальной жизнедеятельности не только отдельно взятой клетки, но и всего организма в целом.
Органические вещества, которые входят в состав живого организма, многообразны, и многие из них имеют очень сложное молекулярное строение.
Каждое сложное органическое вещество построено из повторяющихся единиц- мономеров.
Если мономеров в веществе большое количество, то такое вещество называют полимер ( от греч. «поли»- много, «мерос»- часть).
Если полимеры встречаются в природе в естественном виде, то есть входят в состав живых организмов, их называют биополимерами.
Количество мономеров в молекуле полимера может исчисляться от нескольких штук до десятков миллионов.
К примеру, молекула ДНК бактерий построена более чем из 3 млн мономеров (нуклеотидов).
Основные и наиболее важные группы органических веществ клетки:
Сегодня мы рассмотрим эти группы органических веществ, узнаем их строение и значение для организма.
Белки
Белки- это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
Аминокислоты содержат в своём составе карбоксильную (-СООН) и аминогруппу (-NH2)
Молекулы белка могут содержать сотни и даже тысячи аминокислотных остатков.
А если молекула содержит до 100 аминокислотных остатков, то принято называть эту молекулу пептидом.
Также в состав белков входят углерод, водород, кислород и азот, сера.
Белок характеризуется определенной последовательностью аминокислот. Благодаря этой последовательности формируется химическая формула белка, то есть его структура.
Кроме определенной последовательности аминокислотных остатков, очень важна и трехмерная структура белка, которая формируется в результате сворачивания цепочки из аминокислот.
Аминокислотные остатки в белке связаны пептидной связью:
Выделяют четыре структуры белка:
Структуры белка
Строение
Типы химических взаимодействий(связи)
Примеры белков и графическое изображение
Первичная структура
(линейная)
Последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи
Альбумин, яичный белок, состоит из аминокислот. Мономеры связаны пептидными связями, молекула образует первичную, вторичную и третичную структуры
Скручивание в спираль первичной структуры белка, стабилизировано водородными связями и гидрофобными взаимодействиями
Водородные между пептидными группами (C=O…H–N) и гидрофобные связи
Альбумин- вареный яичный белок, кератин (в сухожилиях человека), коллаген (в волосах, ногтях)
Упаковка вторичной спирали в клубок- глобулу (в виде шарика), также встречается фибриллярная структура (в виде волокон)
Ковалентные связи, ионные (электростатические) взаимодействия (между противоположно заряженными аминокислотными остатками);
Объединение нескольких глобул в сложный комплекс
Фибриллярные и глобулярные белки:
Фибриллярные белки
Глобулярные белки
Представляет собой длинные, узкие закрученные нити
Имеет округлую, сферическую форму
Отчасти растворимы (образуют коллоидные растворы)
Коллаген (кожа, кости, зубы, сухожилия), кератин (волосы, ногти)
Гемоглобин (в эритроцитах), инсулин (гормон поджелудочной железы), каталаза (обеспечивает распад пероксида водорода в живых клетках)
Структура и функции
Коллаген существует в виде тройной спирали, механически стойкой и прочной.
Много в сухожилиях, связках, соединительной ткани, мышцах, коже и других тканях, испытывающих на себе сильное механическое воздействие, выполняют структурную и сократительную функцию
Выполняют различные функции в клетках.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Гемоглобин- белок содержащийся в кровяных клетках, эритроцитах, который переносит кислород и углекислый газ, обладает четвертичной структурой.
В связывании кислорода принимает участие непосредственно ион железа, который содержится в молекуле гемоглобина.
Оксид углерода СО (угарный газ) связывается с железом в сотни раз прочнее кислорода, поэтому угарный газ смертельно опасен для человека, поскольку лишает гемоглобин возможности присоединять кислород
Денатурация и ренатурация белков
Белки могут быть активны в организме и выполнять свою функцию только при определенных физических показателях.
Например, при повышении или понижении температуры, радиации, воздействии кислот естественная структура белка может нарушаться, что, в свою очередь, может привести к гибели всей клетки.
Процесс разрушения характерной для данного белка естественной структуры (вторичной, третичной, четвертичной), носит название денатурация.
Причиной денатурации является разрыв связей, стабилизирующих определенную структуру белка.
Как правило, при этом первичная структура белка не разрушается.
Пример денатурации является свертывание яичного белка при его варке.
Денатурация бывает обратимой и необратимой.
При варке яйца происходит необратимая денатурация, так как исходную структуру восстановить уже практически невозможно и происходит разрыв большого количества связей.
Обратимая денатурация происходит если возможно восстановление свойственной белку структуры.
Если белок подвергся обратимой денатурации, то при восстановлении нормальных условий среды он способен полностью восстановить свою структуру и, соответственно, свои свойства и функции.
Процесс восстановления структуры белка после денатурации называется ренатурацией.
Функции белков в организме связаны с пространственной структурой белка и зависят от последовательности аминокислот в белке.
Основные функции белков:
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Липиды (жиры)
Липиды— сборная группа биологических соединений, полностью или почти полностью нерастворимых в воде, но растворимых в органических растворителях и друг в друге.
Таким образом, липиды — это гидрофобные соединения, то есть их молекулы по своим свойствам «стремятся» избежать контакта с водой.
Липиды широко распространены в природе и являются обязательным компонентом каждой живой клетки и ее мембран.
Липиды в клетке образуются на гладкой эндоплазматической мембране.
Они образуют энергетический резерв организма и участвуют в передаче нервного импульса, в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов и др.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Особое место среди липидов занимают стероиды: полициклический спирт холестерол (чаще называемый холестерин) и его производные.
Холестерин и его эфиры с жирными кислотами входят в состав биологических мембран клеток животных, придавая им определенную «жесткость».
У растений и грибов холестерин не встречается, его место у растений занимает стероид стигмастерол, а у грибов- эргостерол.
У животных из холестерина образуются гормоны
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Азбука еды: зачем нужны белки, жиры и углеводы
Что лежит в нашей тарелке, как считать калории и стоит ли это делать
Суперфуды (от англ. superfood) — продукты, которые якобы обладают особыми полезными свойствами благодаря большой концентрации питательных веществ. К ним относят, например, ягоды годжи, водоросли спирулина и какао-бобы. Термин не является ни научным, ни медицинским.
Про похудение во сне
Во сне энерготраты человека минимальны — в среднем 50 ккал в час, в то время как при активной ходьбе — около 300 ккал в час. Следовательно, за 8 часов сна мы сжигаем около 400 ккал, то есть в лучшем случае 70 граммов жира. Но даже эти 70 граммов могут остаться с нами, если мы калорийно поедим на ночь: организм будет получать энергию из пищи в желудочно-кишечном тракте, а не из собственных запасов.
Обязательно ли считать калории?
Профессор-диетолог из Нью-Йоркского университета Марион Нестле уверяет [7], что подсчет калорий не имеет смысла: их точное количество высчитать все равно не получится, а удовольствие от еды пропадет. Нестле считает, что нужно менять саму систему питания: выбирать здоровую пищу и уменьшать размеры порций.
А вот как ВОЗ рекомендует [14] сокращать общее количество потребляемых жиров:
— готовьте пищу на пару или варите ее, но не жарьте и не запекайте;
— замените сливочное масло и свиное сало на растительные масла, богатые полиненасыщенными жирами, например соевое, кукурузное или подсолнечное;
— употребляйте молочную продукцию со сниженным содержанием жиров и постное мясо;
— ограничьте потребление запеченных и жареных продуктов, а также заранее приготовленных сладостей (пончики, кексы, пироги, печенье), содержащих трансжиры промышленного производства.
Какие углеводы быстрые, а какие — медленные?
Если в продукте содержится одно из этих веществ, он является источником быстрых углеводов:
— глюкоза (фрукты, овощи, ягоды, мед);
— фруктоза (мед, фрукты, овощи);
— сахароза (сахарный тростник, сахарная свекла, фрукты, ягоды);
— мальтоза (зерновые, фрукты).
Кроме того, быстрые углеводы есть везде, где добавлен сахар: в выпечке, шоколаде, фруктовых соках, алкоголе, а также в колбасных изделиях и макаронах из мягких сортов пшеницы. Поступив в кровь, такие легкоусвояемые углеводы сразу же превращаются в энергию и при употреблении в небольшом количестве расходуются на сиюминутные потребности организма, не уходя в жир.
Если продукт содержит следующие вещества, это источник медленных углеводов:
— крахмал (картофель, рис, пшеница, бобовые, кукуруза);
— целлюлоза (овощи, фрукты, зерновые, бобовые);
— пектин (фрукты, бобовые, морские водоросли, злаки).
Медленные углеводы усваиваются сложнее, расщепляются постепенно и обеспечивают организм силами в течение дня. Макароны из твердых сортов пшеницы, бурый рис, цельнозерновой хлеб или каша будут долго и равномерно снабжать человека энергией.
Елена Григорьева, врач-диетолог, ассистент научно-образовательного центра гастроэнтерологии, гепатологии и диетологии Санкт-Петербургского государственного университета:
— Может возникнуть вопрос: достаточно ли мужчине, который тратит в день 1750 ккал, съесть два тортика и тем самым закрыть потребность в энергии? Увы, нельзя. Питание человека должно быть разнообразным. То есть нужны не только углеводы, но еще белки и жиры. Так что в этих условных «тортиках» должны быть прослойки из мяса, а сверху на каждом из них должен лежать кусочек сливочного масла.