Номер 2, страница 133, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Какие методы используют в биологической химии? Приведите примеры.

В биологической химии используется широкий спектр методов, заимствованных из химии, физики и биологии, для изучения химического состава живых организмов, структуры, свойств и функций биомолекул, а также путей их превращений (метаболизма). Эти методы можно условно разделить на несколько групп.

1. Методы выделения, разделения и очистки биомолекул

Эти методы необходимы для получения индивидуальных веществ из сложных биологических смесей (например, из клеток или тканей) в чистом виде для дальнейшего анализа.

• Хроматография: группа методов, основанных на различном распределении компонентов смеси между двумя фазами — подвижной и неподвижной. Существует множество видов хроматографии:

  • Ионообменная хроматография разделяет молекулы по их заряду. Пример: разделение аминокислот или белков с разным изоэлектрическими точками.
  • Аффинная хроматография основана на специфическом связывании молекулы с лигандом, иммобилизованным на носителе. Пример: очистка фермента с помощью иммобилизованного на сорбенте его субстрата или ингибитора.
  • Гель-проникающая хроматография (гель-фильтрация) разделяет молекулы по их размеру. Пример: отделение высокомолекулярных белков от низкомолекулярных пептидов.
  • Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) — вариант жидкостной хроматографии с использованием высокого давления, что позволяет достичь высокой скорости и эффективности разделения. Пример: количественный анализ витаминов в плазме крови.

• Электрофорез: метод разделения заряженных макромолекул (белков, нуклеиновых кислот) в электрическом поле.

  • Электрофорез в полиакриламидном геле (ПААГ-ЭФ) часто используется для разделения белков по молекулярной массе (в присутствии додецилсульфата натрия, SDS-PAGE). Пример: анализ белкового состава вирусных частиц.
  • Электрофорез в агарозном геле применяется для разделения фрагментов ДНК. Пример: анализ результатов полимеразной цепной реакции (ПЦР).

• Центрифугирование: разделение частиц на основе их размера, формы и плотности под действием центробежной силы.

  • Дифференциальное центрифугирование используется для последовательного осаждения клеточных компонентов. Пример: выделение ядер, митохондрий и рибосом из клеточного гомогената.
  • Центрифугирование в градиенте плотности позволяет разделить молекулы по их плавучей плотности. Пример: разделение ДНК и РНК.

2. Аналитические и структурные методы

Эти методы позволяют определить состав, концентрацию, структуру и свойства биомолекул.

• Спектрофотометрия: измерение поглощения или пропускания света веществом на разных длинах волн. Пример: определение концентрации белка по методу Брэдфорда или определение концентрации ДНК по поглощению при 260 нм.

• Масс-спектрометрия: метод, позволяющий определить массу молекул и их фрагментов с высочайшей точностью. Пример: идентификация белков в сложных смесях (протеомика), определение аминокислотной последовательности пептидов.

• Рентгеноструктурный анализ (РСА): позволяет определить трехмерную структуру молекулы на атомарном уровне путем анализа дифракции рентгеновских лучей на кристалле вещества. Пример: установление пространственной структуры двойной спирали ДНК, гемоглобина, ферментов.

• Ядерный магнитный резонанс (ЯМР-спектроскопия): используется для определения структуры молекул в растворе, изучения их динамики и взаимодействия. Пример: исследование структуры небольших белков или конформационных изменений в молекуле при связывании с лигандом.

• Криоэлектронная микроскопия: позволяет получить изображение биологических макромолекул и их комплексов с высоким разрешением после их быстрой заморозки. Пример: определение структуры рибосомы, вирусных капсидов.

3. Молекулярно-биологические и генетические методы

Эти методы направлены на изучение нуклеиновых кислот и манипуляции с генами.

• Полимеразная цепная реакция (ПЦР): метод, позволяющий многократно копировать (амплифицировать) определенный участок ДНК. Пример: диагностика инфекционных и наследственных заболеваний, клонирование генов.

• Секвенирование ДНК: определение нуклеотидной последовательности ДНК. Пример: расшифровка геномов различных организмов, включая человека, идентификация мутаций.

• Сайт-направленный мутагенез: метод, позволяющий вносить целенаправленные изменения (мутации) в ген. Пример: замена определенной аминокислоты в активном центре фермента для изучения ее роли в катализе.

4. Методы изучения метаболизма

• Метод меченых атомов (изотопный метод): использование молекул, содержащих радиоактивные или стабильные изотопы, для отслеживания их превращений в организме. Пример: изучение путей биосинтеза холестерина с использованием ацетата, меченного углеродом-14 ($^{14}C$).

• Ферментативный анализ: использование ферментов для количественного определения различных веществ (субстратов). Пример: определение уровня глюкозы в крови с помощью фермента глюкозооксидазы в глюкометрах.

Ответ: В биологической химии применяют разнообразные методы, которые можно сгруппировать в несколько категорий: методы выделения и очистки (хроматография, электрофорез), аналитические и структурные методы (спектрофотометрия, масс-спектрометрия, РСА, ЯМР), молекулярно-биологические методы (ПЦР, секвенирование) и методы изучения метаболизма (метод меченых атомов). Примерами их использования являются очистка белков, определение их структуры, диагностика заболеваний и изучение метаболических путей.