Как постигать медицину: биохимия
Автор: Ирина Ивченкова
Редакция: Cornu Ammonis, Михаил Гусев
Оформление: Никита Родионов

Итак, ты — студент второго курса медицинского университета. Ты только пару месяцев назад сдал биологию и химию, но уже хочется чего-то нового, почти медицинского. И тут в расписании тебе на глаза попадается биохимия. «Ну, химию мы все в школе сдавали, и зачет на первом курсе по ней простой был, тоже будет несложно», — думаешь ты. Но потом приходишь на пару, видишь на стене цикл Кребса, апоптоз, гликолиз или пути распада билирубина, или еще что-то масштабное и непонятное. Вроде также куча реакций, как и на химии, но соединения, а также их метаморфозы — сложнее. Везде формулы, везде реакции, длинные названия ферментов в 30 знаков, а самое главное, непонятно, что откуда берется и как получается. И если с самого начала не разобраться, КАК УЧИТЬ БИОХИМИЮ, полюбить этот предмет будет почти невозможно.




Биохимия (биологическая химия, или физиологическая химия) — наука о химическом составе живых организмов, а также о лежащих в основе их жизнедеятельности химических процессах.
Нам, как врачам, медицинская биохимия нужна, чтобы связать в единое целое функционирование разных органов, понять причинно-следственные связи в организме, назначать и интерпретировать результаты лабораторных исследований (биологических жидкостей, биоптатов и т. д.). К примеру, именно на биохимии вы поймете, как отсутствие буквально одного фермента вызывает тяжелое заболевание (ферментопатия), почему витамины так важны для организма, или же узнаете, каким способом можно ускорить липолиз (всякий, кто интересуется обменом веществ с практической стороны, не пожалеет о потраченном времени).


Все клинические дисциплины базируются на фундаментальных медико-биологических дисциплинах: анатомии, биохимии, физиологии, микробиологии, патанатомии и патофизиологии. Убираем что-то одно — и остается большая пропасть в голове и ничем не обоснованные гадания о типе болезни, ее причинах и стратегиях лечения.


Как не терять время зря

Итак, основные советы для изучения биохимии:


1) Сразу типичный совет: старайтесь не зубрить. Некоторые вещи типа лабораторных показателей, формул и т. п. таки придется запомнить, но часто при освоении материала необходимо опираться на логику, имеющиеся знания по предыдущим предметам, понимание процессов.
Зубрить — это самый тяжелый путь, под силу не каждому. А биохимия невероятно логичный предмет (в плане логики построения и номенклатуры названий не уступает химии), и если действительно в ней разобраться, учиться станет намного приятнее и интереснее.


2) Поатомно запоминать придется далеко не все формулы.
Достаточно запомнить лишь основные и изучить, как из одного вещества получается другое. Первая тренировка с формулами будет при встрече с аминокислотами. Часто они отличаются заместителями, и запомнив основной скелет, можно легко из него «доделать» еще несколько аминокислот.

3) В учебниках никогда не пропускайте схемы, таблицы и рисунки. Они значительно облегчают усвоение. Будет еще лучше, если вы начнете рисовать свои.
Биохимия — это предмет, который можно учить на схемах и атласах, и достаточно часто текст учебника или лекций использовать только в качестве пояснений.

4) Рисуйте. Рисуйте формулы, реакции, схемы, да и вообще любую наглядную информацию. Только самостоятельно нарисовав и объяснив себе метаболический путь, вы действительно разберетесь в нем.

5) Если начали учить последовательность реакций, не прекращайте на середине.
Как показывает опыт, лучше с самого начала разобраться в какой-то схеме до конца. В биохимии все реакции исходят одна из другой (это называется метаболический путь), и если понять их логику и довести до конца, они станут понятны. Не обязательно учить саму реакцию, можно просто понять, какая модификация происходит (часто это легко выясняется по названию фермента).

6) И наоборот, изучайте один путь за раз. Если вы попытаетесь одновременно выучить все (или несвязанные) метаболические пути, то высок риск запутаться и как следует не запомнить ни один из них. Лучше сосредоточиться на одном пути и посвятить время только ему одного, прежде чем перейти к изучению другого.

7) Не переходите к следующей реакции в пути, если не поняли предыдущую.
Нельзя вырвать какой-то кусок и надеяться, что прокатит. Не прокатит! Так что уделите лучше еще немного времени предыдущей реакции.

Соблюдая эти правила, вы сможете избежать несистемности знаний. Как в любом предмете, ваш успех в биохимии будет зависеть от качества и сохранности приобретенных знаний за прошлые годы. А последующий успех в учебе, что логично, будет зависеть от знаний по биохимии.


Несколько «китов» биохимии

В биохимии есть несколько особо важных разделов, изучение которых откладывать не стоит никоим образом. На них зиждется изучение всей биохимии, и без этих знаний углубляться в изучение предмета не стоит.


Раз и навсегда стоит выучить:

1) Главные азотистые основания. Их всего пять, а их знание значительно облегчит жизнь.


2) Аминокислоты и витамины (которые в 90 % случаев являются кофакторами). Выучите, как таблицу умножения. Потом будете радоваться, что это сделали.

3) Типы реакций и как они идут.
Это общие принципы, по которым идут реакции. К примеру, прямое окислительное дезаминирование аминокислот. Если вы разберетесь, вам будет достаточно знать, какие реакции идут по данному пути. Написать реакцию не составит труда, так как все они однотипные.

4) Химическую номенклатуру и классификацию ферментов
Лучше потратить немного времени и разобраться в них, чем потом мучительно запоминать такие названия, как глицеральдегид-3-фосфат или гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансфераза.

5) Катаболизм, анаболизм питательных веществ и их стадии.
Не в формулах, а просто чтобы знать где какая из стадий протекает, и понимать, что при катаболизме мы расщепляем в большинстве случаев до простых соединений, как CO2, вода, аммиак, а при анаболизме чаще всего происходит синтез сложных веществ из более простых (глюконеогенез, фотосинтез).

6) Лабораторные показатели анализов. Да, много цифр. Да, самих показателей много. Но это надо знать, так как разбираться с анализами придется на протяжении всей учебы. Почти невозможно найти патологические изменения в анализе, если не знаешь нормальные.

Данных разделов вполне достаточно, чтобы начать изучение метаболических путей — самой важной части биохимии.


Как не запутаться

Метаболические пути — это последовательно связанные серии химических реакций, происходящих внутри клетки. Реагенты, конечные и промежуточные продукты реакций называют метаболитами. Они поэтапно модифицируются в серии химических реакций, катализируемых ферментами.


Особенность метаболических путей в том, почти все метаболиты будут использоваться в других метаболических путях, за исключением небольшого числа, которые выводятся из организма.
Большинство метаболических путей часто представлены в учебниках в виде цепочки реакций, где продукт одной реакции становится субстратом следующей. Существует несколько типов метаболических путей:

1) Линейный метаболический путь
Каждая реакция линейного пути генерирует только один продукт, который является реагентом для следующей реакции в пути.

2) Разветвленный метаболический путь
Такие пути обычно генерируют два продукта, каждый из которых имеет свою метаболическую судьбу.

3) Циклический метаболический путь
Циклические пути содержат несколько метаболитов, которые регенерируют в течение каждого хода цикла, и служат как реагентами, так и продуктами в каждой реакции. То есть циклический путь и начинается, и заканчивается одним и тем же веществом.

Такой способ записи значительно отличается от принятого в школе, но к нему придется привыкнуть, так как даже в более серьезной литературе очень сложно найти подробно расписанные реакции в виду их масштабности и сложности.


В организме есть несколько основных метаболических путей:

1) Цикл трикарбоновых кислот Кребса (система биохимических реакций, посредством которой организм получает основную энергию в результате окисления пищи)

2) Пентозофосфатный путь (прямое окисление глюкозы, в результате которого происходит укорочение молекулы глюкозы на один атом)

3) Гликолиз (сложный ферментативный процесс распада глюкозы до пирувата)

4) Глюконеогенез (метаболический путь, приводящий к образованию глюкозы из неуглеводных соединений)

5) Бета-окисление (метаболический процесс распада жирных кислот)

6) Биосинтез жирных кислот (метаболический путь, в результате которого происходит образование жирных кислот из более простых соединений)

7) Орнитиновый цикл (циклический ферментативный процесс, состоящий из последовательных превращений аминокислоты орнитина и приводящий к синтезу мочевины)

Чтобы не запутаться в них стоит твердо знать, какой путь за что отвечает. К примеру, глюконеогенез — это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата, кетокислот, аминокислот. Из этого можно сделать вывод, из чего и что именно у нас должно выйти в конце. Для каждого пути стоит помнить начальное вещество и конечное, а для циклов — как он будет замыкаться. Это важно, так как каждый из основных путей состоит из как минимум пяти реакций, происходящих одна из другой. Крайне сложно составить путь, если не знаешь, к какому результату должен прийти.


Существует несколько типов биохимических реакций:

1) Присоединение

Это реакции, в результате которых атомы или молекулы присоединяются по кратным связям.

2) Отщепление (Элиминирование)

Процесс, обратный присоединению — отщепление молекул воды с образованием двойной связи.

3) Диссоциация

Перенос протона на основание.

4) Протонирование

Перенос протона на молекулу кислоты.

5) Замещение

Замена одной функциональной группы на другую.

6) Окислительно-восстановительные реакции.

Это химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления путем перераспределения электронов между атомом-окислителем (акцептором) и атомом-восстановителем (донором).
Именно окислительно-восстановительные реакции обычно вызывают затруднения.

Начав изучать метаболические пути, вы обязательно наткнетесь на окислительно-восстановительные реакции. Не стоит их пугаться, они не такие сложные, как может показаться, и в большинстве случаев в них, как в школе, не получается совершенно другое вещество.



К примеру, вот заключительная реакция второй стадии катаболизма питательных веществ — окислительное декарбоксилирование пирувата. Мы знаем, что окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся переносом электронов от донора к акцептору. Все реакции реакции данного типа будут сопровождаться тем, что вещество-донор (в нашем случае пируват), будет отдавать Н+ в пользу НАД+, а также от НS-КоА при присоединении к пирувату, будет отщепляется Н+ также в пользу НАД+. В результате акцептор НАД+ в ходе реакции превращается в НАДН+Н+, а донор в текущей реакции — в ацетил-КоА.

На таком принципе построены все реакции окислительного декарбоксилирования. В случае реакций окислительного дезаминирования изменится только то, что отделяться от донора будет NH3, а не СО2. Стоит один раз в них разобраться, чтобы потом спокойно писать. Присутствуют еще обратные реакции, когда наоборот, от НАДН+Н+ в ходе реакции отщепляются электроны и присоединяются к веществу. В таких случаях делается все то же самое, только в обратную сторону. Есть еще один тип окислительно-восстановительных реакций — окислительное фосфорилирование. Порядок написания реакции такой же, только коферментом будет ФАД и будет получаться ФАДН2. Понимание схемы написания реакций такого типа позволит без больших усилий писать десяток реакций метаболических путей.


Лайфхаки

В любой сфере есть свои секреты, помогающие облегчить жизнь. Биохимия не исключение. Много поколений студентов медицинских ВУЗов искали способы упростить изучение предмета. Интернет полон различных лайфхаков, надо просто найти или придумать свой.


1) Попробуйте использовать мнемотехники.
Для запоминания названий соединений в метаболических путях существуют специальные стихи. Классическим примером является такой стих-мнемоника о цикле Кребса:

ЩУКа съела ацетат, получается цитрaт,
Через цисaконитaт будет он изоцитрaт.
Вoдoрoды отдaв НАД, oн теряет СО2,
Этoму безмернo рaд aльфa-кетоглутaрaт.
Окисление грядет — НАД похитил вoдoрoд,
ТДФ, коэнзим А забирают СО2.
А энергия едва в сукциниле пoявилась,
Сразу АТФ рoдилась и oстался сукцинат.
Вот дoбрался он дo ФАДа — вoдoрoды тому надo,
Фумарат воды напился, и в малат oн превратился.
Тут к малату НАД пришел, вoдoрoды приобрел,
ЩУКа снoва oбъявилась и тихoнькo затаилась.

Еще есть вот такой способ:


«Целый ананас и кусочек суфле сегодня фактически мой обед»
ц — цитрат
а — (цис)-аконит
к — (альфа)-кетоглутарат
с — сукцинил-КоА.
с — сукцинат
ф — фумарат
м — малат
о — оксалоацетат

Запоминалка для незаменимых аминокислот:


Валя изобрела лейку, Лиза метлу, Феня трещит трижды.

А если аминокислоты расположить в соответствии с химическими свойствами радикалов, то их названия запоминаются таким описанием осеннего пейзажа.


Алый вальс. Летит из лога — аланин, валин, лейцин, изолейцин
Медь прощаний, трав финал. — метионин, пролин, триптофан, фенилаланин
Глина серая, тревога, — глицин, серин, треонин
Церемонность, тишина. — цистеин, тирозин
Аспидные глуби листопада — аспарагин и аспарагиновая кислота, глутамин и глутаминовая кислота, лизин.
Падают в гигантские аркады. — гистидин, аргинин.

Есть способ, согласно которому вы запоминаете названия в виде образов. Например, Щавелево-Уксусная Кислота — ЩУКа.

2) Изменяйте запись формулы, если она для вас непонятна.

К примеру, это реакция прямого окислительного дезаминирования глутамата. Однако глутамат записан крайне непривычно для человека, который учил аминокислоты. Взглянув на формулу, с первого раза сложно понять, что это именно глутамат. Поэтому проще взять и записать формулу так, как выучил и посмотреть, что в ней по итогу изменится.



Вариант из учебника


Наш вариант


Учебные материалы

Приводим подборку учебников, которые прекрасно справляются со своей задачей. Основные учебники достаточно полноценны и практически исчерпывают список экзаменационных вопросов. Также есть несколько других известных учебников, которые могут чуть подробней рассматривать некоторые моменты, и тем самым расширить ваш арсенал знаний.

Ключевые учебники по изучению медицинской биохимии:

Основной эшелон:

1. Северин Биохимия. изд 5. 2016 г ГЭОТАР. на 700 с лишним страниц. Следует отличать его от упрощенного варианта на 300 страниц. Самый ходовой и идеально вписывающийся в программу медицинского вуза учебник. Именно Биохимия Северина чаще всего выдается в библиотеках университета.

2. Основы биохимии Ленинджера. Классический величественный трехтомник, более универсален, охватывает гораздо больше тем. Содержит интересные задачи. Иной подход к структурированию материалов, больше разнообразия. Свежий переводной вариант — Нельсон, Кокс, издательство «Лаборатория знаний», третье издание. 2017. Часто содержится в количестве 1-2 комплекта на кафедру, личный экземпляр влетит вам в 6-9 тысяч, но вы не пожалеете.

Резерв:

1. Комов, Шведова, Биохимия. Легкий компактный вариант, но для глубокого изучения предмета его недостаточно. Иногда проясняет те моменты, которые не изложены в Северине, поэтому неплохим вариантом будет использовать эти 2 учебника в тандеме.

2. Сайт Тимина О. А. http://biokhimija.ru Изложено коротко, упрощенно и очень понятно. Удобная навигация, много схем и все они описаны.

3. Березов, Коровников «Биологическая химия».
Достаточно сложный учебник, в который входят темы, которых нет в программе. Но если вы действительно увлечены биохимией, стоит его изучить.

Ключевые учебники по изучению клинической биохимии:

1.  Ткачук. Клиническая биохимия. Рассчитан не на простого студента, а на людей, которые уже имеют базовые знания биохимии и стремятся их углубить. Рекомендуется тем, кто проходит данную дисциплину, ординаторам, практикующим врачам-клиницистам и очень продвинутым студентам-медикам.

2. Маршалл В.Д. Клиническая биохимия. Книга содержит большое количество наглядной информации в схемах, таблицах. Также в ней есть отличная подборка клинических примеров. Рассчитана на студентов-биохимиков, преподавателей и врачей.

3. Клиническая лабораторная диагностика, национальное руководство.

Англоязычная литература

Актуальность англоязычных учебников гораздо меньше ввиду наличия переведенного учебника Ленинджера. Но тем не менее:

1) BIOCHEMICAL PATHWAYS: AN ATLAS OF BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY. Атлас.

2) Biochemistry / Roger L. Miesfeld, Megan M. McEvoy

3) Jeremy M. Berg ohn L. Tymoczko Gregory J. Gatto, Jr. Lubert Stryer Biochemistry

4) Mary K. Campbell Biochemistry

5) Textbook of BIOCHEMISTRY for Medical Students D. M. Vasudevan.