- •Введение
- •1. Краткий исторический очерк развития биохимии и молекулярной биологии
- •2. Объекты исследования биохимии и молекулярной биологии
- •Часть первая. Молекулярные основы и механизмы наследственности
- •Глава 1. Организация генетического аппарата клетки
- •1.1. Становление постулата «днк — носитель генетической информации»
- •1.2. Типы нуклеиновых кислот и их функции
- •1.3. Структура и функции гена. Организация генов в хромосомах
- •1.4. Генетический код
- •1.5. Репликация нуклеиновых кислот
- •Глава 2. Сохранение постоянства и изменчивость геномов
- •2.1. Явление рестрикции—модификации днк
- •2.2. Репарация днк
- •2.3. Мутационный процесс
- •2.4. Генетический обмен и рекомбинация
- •2.5. Деятельность мобильных элементов
- •Глава 3. Экспрессия генов
- •3.1. Транскрипция днк
- •3.2. Регуляция генной экспрессии на уровне транскрипции
- •3.3. Трансляция генетического кода
- •3.4. Посттрансляционная модификация белков
- •Часть вторая. Структура и функции клеточных компонентов
- •Глава 4. Биомембраны
- •4.1. Особенности организации мембранных липидов
- •4.2. Свойства полярных липидов и их агрегатов
- •4.3. Организация и функции мембранных белков
- •4.4. Характерные свойства биомембран
- •4.5. Транспорт веществ через мембраны
- •4.6. Рецепторные функции мембран
- •4.7. Генерация и проведение нервных импульсов
- •Глава 5. Клеточные полисахариды
- •5.1. Резервные полисахариды
- •5.2. Структура клеточных стенок растений
- •5.3. Структура клеточных стенок прокариот
- •5.4. Структура клеточных стенок грибов
- •Глава 6. Белки. Особенности организации и функции ферментов
- •6.1. Особенности структуры ферментных молекул
- •6.2. Специфичность ферментов
- •6.3. Механизм ферментативного катализа
- •6.4. Свойства ферментов
- •6.5. Регуляция активности ферментов
- •Глава 7. Кофакторы
- •7.1. Переносчики восстановительных эквивалентов
- •7.2. Переносчики фосфатных групп. Преобразование энергии в клетке
- •7.3. Переносчики карбоксильных групп
- •7.4. Переносчики ацильных групп
- •Часть третья. Метаболизм. Процессы, приводящие к запасанию энергии
- •Глава 8. Закономерности метаболизма
- •Глава 9. Катаболические пути
- •9.1. Окисление жирных кислот
- •9.2. Катаболизм углеводов
- •Глава 10. Брожение
- •10.1. Спиртовое брожение
- •10.2. Молочнокислое брожение
- •10.3. Реакции субстратного фосфорилирования
- •Глава 11. Цикл трикарбоновых кислот
- •11.1. Окислительное декарбоксилирование пирувата
- •11.2. Химизм цтк
- •11.3. Баланс цтк
- •11.4. Регуляция цтк
- •11.5. Другие пути окисления одно- и двухуглеродных субстратов
- •Глава 12. Дыхание
- •12.1. Характеристика компонентов дыхательной цепи
- •12.2. Окислительно-восстановительный потенциал компонентов
- •12.3. Механизм окислительного фосфорилирования
- •12.4. Энергетический баланс
- •12.5. Особенности анаэробного дыхания
- •12.6. Использование неорганических доноров электронов
- •Глава 13. Улавливание энергии света биомолекулами
- •13.1. Фотосинтез
- •13.2. Зрительное восприятие
- •13.3. Биолюминесценция
- •Часть четвертая. Метаболизм. Процессы, требующие притока энергии
- •Глава 14. Особенности биосинтеза.
- •Биосинтез углеводов
- •14.1. Закономерности обмена и биосинтеза моносахаридов
- •14.2. Биосинтез полисахаридов
- •Глава 15. Биосинтез липидов
- •15.1. Биосинтез насыщенных жирных кислот
- •15.2. Образование ненасыщенных жирных кислот
- •15.3. Биосинтез полярных и неполярных липидов
- •Глава 16. Метаболизм азотсодержащих соединений
- •16.1. Белковый обмен
- •16.2. Круговорот азота в природе
- •16.3. Фиксация азота и включение его в состав органических молекул
- •16.4. Биосинтез аминокислот
- •16.5. Расщепление аминокислот
- •16.6. Выведение аммиака из организма
- •16.7. Судьба углеродных скелетов аминокислот
- •16.8. Метаболизм нуклеотидов
- •Глава 17. Биологическая роль и биосинтез витаминов
- •17.1. Общая характеристика витаминов
- •17.2. Жирорастворимые витамины
- •17.3. Водорастворимые витамины
- •Глава 18. Биологическая роль и закономерности биосинтеза антибиотиков
- •18.1. Механизмы действия антибиотиков на клеточные мишени
- •18.2. Закономерности биосинтеза антибиотиков
- •18.3. Механизмы устойчивости микроорганизмов к антибиотикам
- •19.1. Роль ключевых промежуточных соединений в интеграции метаболизма
- •Глава 19. Интеграция метаболизма
- •19.2. Регуляция метаболизма
- •Часть пятая. Основы генетической инженерии
- •Глава 20. Создание и анализ клонотек геномов
- •20.1. Получение генов
- •20.2. Введение гена в состав вектора
- •20.3. Стратегия клонирования генов
- •20.4. Создание клонотек геномов и идентификация в них генов.
- •20.5. Секвенирование днк
- •Глава 21. Практическое использование методов генетической инженерии
- •21.1. Получение эукариотических белков и решение проблем
- •Экспрессии чужеродных генов
- •21.2. Локализованный мутагенез и белковая инженерия
- •21.3. Достижения генетической инженерии в конструировании штаммов-продуцентов биологически активных веществ
- •21.4. Генетическая инженерия на службе медицины и сельского хозяйства
2. Объекты исследования биохимии и молекулярной биологии
Зачастую предметами исследования обеих наук служат одни и те же объекты, поэтому логично охарактеризовать их в общем составе.
1. Атомы. Средний диаметр — менее 0,4 нм. Наибольшее распространение в живой материи имеют атомы углерода, кислорода, азота и водорода. Поведение малых молекул определяется свойствами тех атомов, которые их формируют.
2. Малые молекулы. Величина — 0,5— 1,0 нм. Особое значение для живых систем имеют малые молекулы следующих классов: аминокислоты, моносахариды, азотистые основания, неорганический фосфат, глицерин. Из этих молекул, как из строительных блоков, формируются макромолекулы.
3. Гены. Это участки нуклеиновых кислот, определяющие структуру полипептидов, тРНК, рРНК, а также играющие роль в регуляции метаболизма. Одна молекула ДНК (РНК) может содержать от нескольких единиц до нескольких тысяч генов. Размер генов определяется числом пар нуклеотидов и может содержать их в количестве от нескольких десятков до десятков тысяч.
4. Макромолекулы. Имеют размер 3—300 нм. Наибольшее распространение и значение для организмов имеют белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды. Они участвуют в формировании вирусных частиц и клеточных органелл.
5. Органеллы — клеточные структуры, выполняющие специфические функции. Характеризуются размером 20 нм— 10 мкм. Наиболее крупные и высокоорганизованные органеллы (имеются только в клетках эукариот) — ядра, митохондрии, хлоропласты.
6. Вирусы — существа, имеющие неклеточное строение. Диаметр вирусных частиц составляет 20—300 нм. Не имеют собственного метаболизма, облигатные ультрапаразиты, не способны к самовоспроизведению без содействия соответствующих клеточных систем.
7. Клетки — минимальные единицы жизни, способные к самовоспроизведению. Существуют двух типов — прокариотические и эукариотические. Имеют размер 0,1— 100 мкм.
8. Организмы: одно- и многоклеточные; про- и эукариотические. От размеров одной клетки до гигантских форм.
Часть первая. Молекулярные основы и механизмы наследственности
Глава 1. Организация генетического аппарата клетки
Развитие представлений о ДНК как о веществе, в котором зашифрована наследственная информация клетки, осуществлялось в истории биохимии на протяжении примерно двадцати лет в ходе нескольких этапов. Причиной такого длительного спора между исследователями в отношении одного из главных вопросов естествознания послужила, с одной стороны, консервативность взглядов на структуру нуклеиновых кислот как на «просто организованные молекулы». При недостаточной их изученности полагалось, что ДНК и РНК представляют собой полимеры, в которых многократно повторяются тетрануклеотиды. В то же время белковые молекулы стали исследоваться раньше других клеточных макромолекул, и к 1928 г. в изучении их организации удалось достичь определенного прогресса: было известно, что в их составе присутствует, как минимум, 20 аминокислот, которые чередуются в произвольном порядке, определяя огромное количество вариантов строения полипептидов.
История становления постулата «ДНК — носитель наследственной информации» показательна с точки зрения изящества человеческой мысли, а также проливает свет на многие закономерности процессов наследования признаков организмами и достойна изучения.