Файл: 1 Билет Биохимия наука, изучающая вещества, входящие в состав живых организмов, их превращения, а также взаимосвязь этих превращений с деятельностью органов и тканей..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 150
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Глюкозо-6-фосфат + 2 NADP+ + Н2О → Рибулозо-5-фосфат + 2 NADPH + Н+ + СО2.
Реакции окислительного пути протекают только в том случае, если восстановленный кофермент NADPH
возвращается в исходное окисленное состояние NADP+ при участии NADPH-зависимых дегидрогеназ (т.е.
при условии использования гидрированного NADPH в восстановительных процессах). Если потребности клетки в NADPH незначительны, рибо-зо-5-фосфат образуется в результате обратимых реакций неокислительного этапа пентозофосфатного пути, используя в качестве исходных веществ метаболиты гликолиза - глицеральдегид-3- фосфат и фруктозо-6-фосфат.
Роль пентозофосфатного пути в анаболических процессах организма:
Часть анаболических процессов - восстановительные синтезы. В этих реакциях синтез вещества сопровождается потреблением восстановительных эквивалентов, ведущую роль среди которых, играет НАДФН+Н+. Роль донора выполняет пентозофосфатный путь.. В тканях, где интенсивно протекают данные реакции, активны и
ферменты пентозофосфатного пути. К таким тканям относятся: надпочечники, печень, жировая ткань,
лактирующая молочная железа. Особую функцию несет пентозофосфатный путь в эритроцитах, где водороды
НАДФН+Н+ используется для защиты этих клеток от повреждающего действия активными формами кислорода
(супероксидным анион-радикалом и пероксидом водорода).
Обезвреживание большинства ксенобиотиков происходит в 2 фазы:
I – фаза химической модификации;
II – фаза коньюгации.
Химическая модификация – это процесс ферментативной модификации исходной структуры ксенобиотика, в результате которой происходит:
разрыв внутримолекулярных связей;
присоединение к молекуле дополнительных функциональных групп (-СН
3
, -ОН, -NH
2
),
удаление функциональных групп путем гидролиза.
Типы модификаций:
окисление (микросомальное, пероксисомальное);
восстановление;
изомеризация;
ацетилирование, метилирование, гидроксилирование;
гидролиз и т.д.
145
Система обезвреживания включает множество разнообразных ферментов (оксидоредуктазы, изомеразы, лиазы, гидролазы), под действием которых практически любой ксенобиотик может быть модифицирован. Наиболее активны ферменты метаболизма ксенобиотиков в печени.
В результате химической модификации ксенобиотики становятся более гидрофильными, повышается их растворимость, и они легче выделяются из организма с мочой. Дополнительные функциональные группы необходимы, чтобы вещество вступило в фазу конъюгации.
Коньюгация – процесс образования ковалентных связей между ксенобиотиком и эндогенным субстратом.
Образование связей происходит, как правило, по ОН- или NH
2
-группе ксенобиотика. Образовавшийся коньюгат малотоксичен и легко выводится из организма с мочой.
+Выделяют глюкуронидную, сульфатную, тиосульфатную, ацетильную коньюгации. В них принимают участие эндогенные соединения, образующиеся в организме с затратой энергии: УДФ-глюкуронат, ФАФС, тиосульфат, ацетил-КоА.
3. Основной путь получения энергии - аэробный распад глюкозы по ГБФ-пути. Глюкоза - почти единственный энергетический субстрат, поступающий в нервную ткань, который может быть использован ее клетками для образования АТФ. Постоянный и непрерывный приток глюкозы и кислорода из кровеносного русла - необходимое условие энергетического обеспечения нервных клеток, так как содержание гликогена в нервной ткани ничтожно (0,1% от массы мозга) и не может обеспечить мозг энергией на короткое время.
Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается работой высокоактивной гексокиназы мозга. Здесь гексокиназа не является ключевым ферментом всех путей метаболизма клюкозы.
Ключевые ферменты ГБФ-пути в нервной ткани - фосфофруктокиназа и изоцитратгидрогеназа.
Фосфофруктокиназа ингибирует фруктозо-1,6-бифосфат, АТФ и цитрат, активирует фруктозо-6-фосфат,
АДФ,
АМФ и неорганический фосфат.
Активной изоцитрат ДГ даже при нормальных условиях утилизации глюкозы в состоянии покоя максимальна. Поэтому при повышенном энергопотреблении нет возможностей ускорения реакций цикла трикарбоновых кислот.
Энергия АТФ в нервной ткани используется неравномерно во времени. Резкое повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию.
Образование креатинфосфата способно удерживать макроэргические связи. Реация обратима. Направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается фосфокреатин. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации
АТФ.
Работа мозга требует значительных энергетических затрат. Около 25% кислорода, поступающего в организм, расходуется в тканевом дыхании клеток мозга (У детей до 4 лет - до 50%). Газообмен серого вещества более интенсивный, чем в белом. Клетки мозга очень чувствительны к недостатку кислорода. Кислородное голодание начинается в течении нескольких секунд приводит к потере сознания, отсутствие кислорода через 5 минут вызывает необратимые изменения функций мозга.
Нервная ткань отличается от других высокой активностью окислительных процессов. Только аэробное окисление способно удовлетворить постоянные потребности нервных клеток в энергии. Около 70% АТФ в мозге расходуется, на поддержание ионных градиентов между содерджанием нервных клеток и окружающей средой. Высокая потребность АТФ обусловлена тем, что проведение нервных импульсов сопровождается прохождением мощного потока ионов через мембрану нервной клетки. При этом в клетках постоянно работают метаболические механизмы, возвращающие исходный уровень электрического потенциала мембран после прохождения нервного импульса.
4. Одной из главных особенностей белков является их большая молекулярная масса, которая колеблется в диапазоне от 6000 до нескольких миллионов дальтон.
Структура белка определяет его свойства. Существует несколько групп свойств.
I. Электрохимические свойства белков:
146 1 - белки - амфотерные полиэлектролиты (амфолиты). Это достигается за счет наличия концевых СОО- и NH3+ групп, а также ионогенных групп боковых радикалов (Глутаминовая кислота, АСПарагиновая кислота, ЛИЗин,
АРГинин, ГИСтидин)
2 - буферность белков (поддержка рН среды). При физиологических значениях рН буферные свойства ограничены и обусловлены наличием кислотных и основных групп. Наибольшим буферным действием обладает гистидин, которого много в гемоглобине, за счет чего последний является мощным буфером крови;
3 - наличие заряда в белковой молекуле. Обусловлено соотношением кислых и основных АК, а также ионизацией бокового радикала. Степень ионизации зависит от рН среды. Если среда кислая, то ионизация СООН групп заторможена и белок приобретает «+» заряд. В щелочной среде заторможена ионизация NH2 групп и белок заряжается «--».
Изоэлектрическое состояние белка наступает, когда заряд белковой молекулы равен 0, а рН среды, при котором белок находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрической точкой (рI). Она определяется соотношением кислых и основных радикалов. У большей части белков цитоплазмы рI меньше 7, т.е. эти белки кислые; у ядерных белков больше 7, т.е. они основные.
Наличие заряда используется для разделения белков с помощью электрофореза – движения белков в электрическом поле. Наличие заряда обусловливает устойчивость в растворе. В изоэлектрическом состоянии белки наименее устойчивы и выпадают в осадок.
II. Коллоидные свойства.
Растворы белков чаще всего достаточно устойчивы. Хорошая растворимость приближает растворы белков к истинным растворам, но высокая молекулярная масса придает им свойства коллоидных систем:
1 - способность рассеивать свет (опалисценция). Наблюдается помутнение при боковом освещении - эффект
Тиндаля. Используется в световой микроскопии (нефелометрии);
2 - малая скорость диффузии;
3 - высокая вязкость растворов белков;
4 - неспособность белков проникать через полупроницаемые мембраны (явление осмоса). На этом основан диализ – очищение белков;
5 - способность белковых растворов образовывать гель. Наиболее выражено у фибриллярных белков.
III. Гидрофильные свойства.
Белки хорошо связываются водой, обусловлено наличием полярных гидрофильных групп. Вода может проникать в белок и связываться с его гидрофильными группами, вызывая его набухание. Также возможно образование гидратной оболочки. 100г белка связывают 30-35г воды.
IV. Растворимость белков.
Чем больше полярных групп содержит белок, тем больше он растворим. Глобулярные белки растворяются лучше.
Растворимость белков зависит от 2-х факторов:
- наличия заряда;
- образования гидратной оболочки.
Чтобы осадить белок, необходимо ликвидировать эти 2 фактора. Осаждение белков с помощью нейтральных солей называется высаливание – обратимое осаждение. После удаления высаливающегося фактора белок сохраняет все свои свойства.
147
V. Денатурация.
Под действием внешних факторов нарушается высшие уровни (вторичный, третичный, четвертичный) структурной организации белков с сохранением первичной структуры. При этом белок теряет свои нативные свойства. При денатурации разрываются связи, удерживающие высшие структурные организации. Денатурацию вызывают физические и химические факторы: давление, температура, механическое воздействие, ультразвук, ионизирующее излучение, кислоты, щёлочи, органические растворители, соли тяжёлых металлов.
Процесс обратный денатурации - ренатурация. При продолжительном и сильном воздействииренатурация становится невозможной, а денатурация необратимой.
Методы разделения и очистки белков
1.Высаливание - метод осаждения нативного белка ,основанный на различной растворимости белков при разной концентрации в растворе солей щелочных и щелочноземельных металлов. В основном, для разделения белков данным методом используют сульфат аммония, при воздействии различных концентраций которого , происходит обратимое осаждение белков. После его удаления белки вновь переходят в растворенное состояние, сохраняя при этом свои нативные свойства.
Для удаления низкомолекулярных соединений, в частности сульфата аммония после васаливания, используют диализ.
2.Хроматогрфические методы основаны на распределение веществ между двумя фазами, одна из которых подвижна, а другая нет
А)Адсорбционная хроматогафия
Метод основан на различной сорбируемости белков на твердом сорбенте
Разновидностью является ионообменная х. В этом случае в качестве неподвижной фазы используются ионообменники- полимерные органические вещества,содержащие заряженные функциональные группы. Различают анионообменники(положительно заряженные,
диэтиламино-этилцеллюлозы
) и катионообменники(отрицательно заряженные,
Карбоксиметилцеллюлоза
).Для выделения положительно заряженного белка используют катионообменник ,соответственно и «-»зар.белок-анионообменник.
Б)Распределительная хроматография
Может осуществляться на бумаге и на колонках. тут твердая фаза служит только опорой для стационарной жидкой фазы.В качестве жидкой фазы используют влажный крахмал или силикагель.Образец растворяю в подходящем растворителем ,наносят на колонку.Разделяемые белки, подвергающиеся многократному распределению между неподвижной и движущейся фазой,с разной скоростью перемещаются ко дну колонки.
В)Гель-хроматография
Метод основан на том, что вещества, отличающиеся по молекулярной массе, распределяются между неподвижной и подвижной фазами различным образом. Колонка заполняется гранулами пористого полисахаридного вещества(сефадекс).Разделение белков основано на том,что большие молекулы не проникают во внутреннюю водную фазу геля,являющуюся стационарной,и остаются снаружи,двигаясь вместе с подвижной фазой вниз вдоль колонки;небольшие молекулы,напротив,свободно диффундируют внутрь гранул, и соответственно с меньшей скоростью движутся вдоль колонки.
В)Аффинная х.
Основана на принципе избирательного взаимодействия белка с закрепленным на носителе специфическими веществами-лигандами , которыми могут быть субстраты или коферменты,антигены,и т.д.При этом благодаря высокой специфичности белков к иммобилизированному лиганду,связанному с носителем ,на колонке остается только один белок из смеси ,остальные-выходят с элюатом.Метод позволяет выделить заданный белок с высокой степенью чистоты.
3.Электрофорез
Метод основан на том,что при определенном значении pH и ионной силы раствора белки двигаются в электрическом поле со скоростью, пропорциональной заряду.,Белки, имеющие суммарный отрицательный заряд,двигаются к аноду,а положительно заряженные к катоду.Электрофорез проводят на различных носителях: бумаге,крахмальном геле.)
148
Билет 44
1.классификация ферментов
Ферменты — биологические катализаторы белковой природы, обеспечивающие в живых организмах осуществление многообразных химических реакций: синтеза, распада, взаимопревращения , химических соединении.
В основу классификации положен тип катализируемой реакции, в соответствии с чем выделено 6 главных классов ферментов:
1.
Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы. ускоряют перенос протонов и электронов от донора к акцептору.
2.
Трансферазы — катализируют перенос функциональных групп с одного субстрата на другой.
3.
Гидролазы Катализируют реакции расщепления с участием воды.
4.
Лиазы катализируют распад органических соединений негидролитическим путем, сопровождающимся образованием двойной связи или присоединением групп к месту двойной связи.
5.
Изомеразы катализируют различные внутримолекулярные превращения.
6.
Лигазы катализируют реакции синтеза органических веществ из двух молекул с использованиемэнергии
АТФ.
В каждом классе имеются подклассы, характеризующиеся субстратом, на который действует данный фермент.
Подклассы делятся на подподклассы, которые детализируют тип реакции в каждом подклассе и определяются по акцепторам.
Каждый фермент имеет свой шифр из четырехзначного числа, где первая цифра означает класс, вторая – подкласс, третья – подподкласс, а четвертая цифра – порядковый номер фермента в данном подклассе.
Например, пепсин классификационный номер – КФ.3.4.4.1, где 3 – класс гидролаз; 4 – подкласс реакции гидролиза пептидной связи белка; 4 – подподкласс: разрыв пептидной связи, образованной ароматическими аминокислотами
(эндопептитаза); 1 – порядковый номер фермента в данном подподклассе.
Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками. Сложные ферменты состоят из белковой части - апофермента и небелковой – кофактора. Апоферменты и кофакторы порознь мало активны или вообще неактивны; объединение их вместе дает активную молекулу фермента. Функции и свойства апофермента и кофактора следующие. Апофермент термолабилен, определяет специфичность фермента, участвует в соединении фермента с субстратом, активирует кофактор. Кофактор термостабилен, стабилизирует апофермент, участвует в катализе.Коферменты представлены веществами органичской природы-нуклеопротеидами,витаминами и др.
2.Гликолиз
Аэробный гликолиз - распад глюкозы до 2 молекул пирувата, который происходит в аэробных условиях и сопровождается синтезом
8 молекул
АТФ.
Анаэробный гликолиз - распад глюкозы до 2 молекул лактата без участия кислорода.
Аэробный гликолиз - ферментативный процесс, который включает в себя 10 реакций. Все эти реакции протекают в цитозоле клетки. В последовательности реакций можно выделить два этапа. На первом этапе из молекулы глюкозы образуются 2 триозы: глицероальдегид-3-фосфат(ГАФ) и дигидроксиацетонфосфат(ДАФ). Этот этап идет с затратой энергии.
1 этап:
1. Фосфорилирование глюкозы гексокиназой с образованием глюкозо-6-фосфата, которое идет с затратой АТФ.
2.
Изомеризация глюкозо-6-фосфата во фруктозу-6-фосфат при участии фосфоглюкоизомеразы.
3.
Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата фосфофруктокиназой с затратой
АТФ.
4.Альдольное расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата, катализ. альдолазой, с образованием триоз ГАФ и ДАФ
5.
Изомеризация
ДАФ и
ГАФ под действием триозофосфатизомеразы.
Первый этап гликолиза требует затраты 2 молекул АТФ и приводит к образ 2 молекул ГАФ
149 2 этап:-гликолитическая оксидоредуктация. обеспечивает синтез АТФ. В него вступают 2 молекулы ГАФ, поэтому коэф для всех последующих реакций гликолиза равен
2.
6. Дегидрирование ГАФ НАД-зависимой глицероальдегидфосфатдегидрогеназой при участии фосфорной кислоты, котороее приводит к образованию
1,3-бисфосфоглицерата, содерж макроэргическую связь.
7.
Превращение
1,3-бифосфоглицерата в
3-фосфоглицерат под действием фосфоглицераткиназы, сопровождающееся субстратным фосфорилированием
АДФ.
8.
Изомеризация
3-фосфоглицерата в
2-фосфоглицерат, катализ фосфоглицератмутазой
9. Дегидротация 2-фосфоглицерата ферментом енолазой с образованием фосфоенолпирувата, содерж макроэргическую связь
10. Образование пирувата из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы, сопряженное с субстратным фосфорелированием АДФ
Значение:
1). Энергетическое. Аэробный гликолиз - 8 АТФ, превращ 2 пируватов в 2 ацетил КоА = 6 АТФ, окисление 2 ацетилКоА - 24 АТФ. ВСЕГО 38 АТФ
Анаэробное
окисление
глюкозы.
10 реакций идентичны реакциям аэробного гликолиза. Отличаются 11-ой реакцией, в которой идет восстановление пирувата в лактат под действием лактатдегидрогеназы. Эта реакция необходима для регенерации НАД+ из
НАДН+Н без участия митохондриальной цепи переноса электрона в ситуации когда клеткам мало кислорода
Значение:
1.
Единственный путь окисления глюкозы в бескислородных условиях.
2.
Энергетическое
- выход
2 молекул
АТФ
3. Пластическая - в десятой реакции образ пировиноградная кислота - из нее образ заменимые аминокислоты, холестерин, кетоновые тела, высшие жирные кислоты.
Состоит из
3 этапов:
1.
Гликолитические реакции до образования пировиноградной кислоты(10 реакций)
2. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты с образованием ацетил-КоА и НАДН2 3.
Окисление ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот
Второй и третий этап протекает в митохондриях. Окислительное декарбоксилирование ПВК проиходит под действием пируватдегидрогеназного комплекса (состоит из трех ферментов и пяти коферментов). В результате реакции образ ацетил-КоА, НАДН2,СО2
150
Реакции окислительного пути протекают только в том случае, если восстановленный кофермент NADPH
возвращается в исходное окисленное состояние NADP+ при участии NADPH-зависимых дегидрогеназ (т.е.
при условии использования гидрированного NADPH в восстановительных процессах). Если потребности клетки в NADPH незначительны, рибо-зо-5-фосфат образуется в результате обратимых реакций неокислительного этапа пентозофосфатного пути, используя в качестве исходных веществ метаболиты гликолиза - глицеральдегид-3- фосфат и фруктозо-6-фосфат.
Роль пентозофосфатного пути в анаболических процессах организма:
Часть анаболических процессов - восстановительные синтезы. В этих реакциях синтез вещества сопровождается потреблением восстановительных эквивалентов, ведущую роль среди которых, играет НАДФН+Н+. Роль донора выполняет пентозофосфатный путь.. В тканях, где интенсивно протекают данные реакции, активны и
ферменты пентозофосфатного пути. К таким тканям относятся: надпочечники, печень, жировая ткань,
лактирующая молочная железа. Особую функцию несет пентозофосфатный путь в эритроцитах, где водороды
НАДФН+Н+ используется для защиты этих клеток от повреждающего действия активными формами кислорода
(супероксидным анион-радикалом и пероксидом водорода).
Обезвреживание большинства ксенобиотиков происходит в 2 фазы:
I – фаза химической модификации;
II – фаза коньюгации.
Химическая модификация – это процесс ферментативной модификации исходной структуры ксенобиотика, в результате которой происходит:
разрыв внутримолекулярных связей;
присоединение к молекуле дополнительных функциональных групп (-СН
3
, -ОН, -NH
2
),
удаление функциональных групп путем гидролиза.
Типы модификаций:
окисление (микросомальное, пероксисомальное);
восстановление;
изомеризация;
ацетилирование, метилирование, гидроксилирование;
гидролиз и т.д.
145
Система обезвреживания включает множество разнообразных ферментов (оксидоредуктазы, изомеразы, лиазы, гидролазы), под действием которых практически любой ксенобиотик может быть модифицирован. Наиболее активны ферменты метаболизма ксенобиотиков в печени.
В результате химической модификации ксенобиотики становятся более гидрофильными, повышается их растворимость, и они легче выделяются из организма с мочой. Дополнительные функциональные группы необходимы, чтобы вещество вступило в фазу конъюгации.
Коньюгация – процесс образования ковалентных связей между ксенобиотиком и эндогенным субстратом.
Образование связей происходит, как правило, по ОН- или NH
2
-группе ксенобиотика. Образовавшийся коньюгат малотоксичен и легко выводится из организма с мочой.
+Выделяют глюкуронидную, сульфатную, тиосульфатную, ацетильную коньюгации. В них принимают участие эндогенные соединения, образующиеся в организме с затратой энергии: УДФ-глюкуронат, ФАФС, тиосульфат, ацетил-КоА.
3. Основной путь получения энергии - аэробный распад глюкозы по ГБФ-пути. Глюкоза - почти единственный энергетический субстрат, поступающий в нервную ткань, который может быть использован ее клетками для образования АТФ. Постоянный и непрерывный приток глюкозы и кислорода из кровеносного русла - необходимое условие энергетического обеспечения нервных клеток, так как содержание гликогена в нервной ткани ничтожно (0,1% от массы мозга) и не может обеспечить мозг энергией на короткое время.
Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается работой высокоактивной гексокиназы мозга. Здесь гексокиназа не является ключевым ферментом всех путей метаболизма клюкозы.
Ключевые ферменты ГБФ-пути в нервной ткани - фосфофруктокиназа и изоцитратгидрогеназа.
Фосфофруктокиназа ингибирует фруктозо-1,6-бифосфат, АТФ и цитрат, активирует фруктозо-6-фосфат,
АДФ,
АМФ и неорганический фосфат.
Активной изоцитрат ДГ даже при нормальных условиях утилизации глюкозы в состоянии покоя максимальна. Поэтому при повышенном энергопотреблении нет возможностей ускорения реакций цикла трикарбоновых кислот.
Энергия АТФ в нервной ткани используется неравномерно во времени. Резкое повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию.
Образование креатинфосфата способно удерживать макроэргические связи. Реация обратима. Направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается фосфокреатин. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации
АТФ.
Работа мозга требует значительных энергетических затрат. Около 25% кислорода, поступающего в организм, расходуется в тканевом дыхании клеток мозга (У детей до 4 лет - до 50%). Газообмен серого вещества более интенсивный, чем в белом. Клетки мозга очень чувствительны к недостатку кислорода. Кислородное голодание начинается в течении нескольких секунд приводит к потере сознания, отсутствие кислорода через 5 минут вызывает необратимые изменения функций мозга.
Нервная ткань отличается от других высокой активностью окислительных процессов. Только аэробное окисление способно удовлетворить постоянные потребности нервных клеток в энергии. Около 70% АТФ в мозге расходуется, на поддержание ионных градиентов между содерджанием нервных клеток и окружающей средой. Высокая потребность АТФ обусловлена тем, что проведение нервных импульсов сопровождается прохождением мощного потока ионов через мембрану нервной клетки. При этом в клетках постоянно работают метаболические механизмы, возвращающие исходный уровень электрического потенциала мембран после прохождения нервного импульса.
4. Одной из главных особенностей белков является их большая молекулярная масса, которая колеблется в диапазоне от 6000 до нескольких миллионов дальтон.
Структура белка определяет его свойства. Существует несколько групп свойств.
I. Электрохимические свойства белков:
146 1 - белки - амфотерные полиэлектролиты (амфолиты). Это достигается за счет наличия концевых СОО- и NH3+ групп, а также ионогенных групп боковых радикалов (Глутаминовая кислота, АСПарагиновая кислота, ЛИЗин,
АРГинин, ГИСтидин)
2 - буферность белков (поддержка рН среды). При физиологических значениях рН буферные свойства ограничены и обусловлены наличием кислотных и основных групп. Наибольшим буферным действием обладает гистидин, которого много в гемоглобине, за счет чего последний является мощным буфером крови;
3 - наличие заряда в белковой молекуле. Обусловлено соотношением кислых и основных АК, а также ионизацией бокового радикала. Степень ионизации зависит от рН среды. Если среда кислая, то ионизация СООН групп заторможена и белок приобретает «+» заряд. В щелочной среде заторможена ионизация NH2 групп и белок заряжается «--».
Изоэлектрическое состояние белка наступает, когда заряд белковой молекулы равен 0, а рН среды, при котором белок находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрической точкой (рI). Она определяется соотношением кислых и основных радикалов. У большей части белков цитоплазмы рI меньше 7, т.е. эти белки кислые; у ядерных белков больше 7, т.е. они основные.
Наличие заряда используется для разделения белков с помощью электрофореза – движения белков в электрическом поле. Наличие заряда обусловливает устойчивость в растворе. В изоэлектрическом состоянии белки наименее устойчивы и выпадают в осадок.
II. Коллоидные свойства.
Растворы белков чаще всего достаточно устойчивы. Хорошая растворимость приближает растворы белков к истинным растворам, но высокая молекулярная масса придает им свойства коллоидных систем:
1 - способность рассеивать свет (опалисценция). Наблюдается помутнение при боковом освещении - эффект
Тиндаля. Используется в световой микроскопии (нефелометрии);
2 - малая скорость диффузии;
3 - высокая вязкость растворов белков;
4 - неспособность белков проникать через полупроницаемые мембраны (явление осмоса). На этом основан диализ – очищение белков;
5 - способность белковых растворов образовывать гель. Наиболее выражено у фибриллярных белков.
III. Гидрофильные свойства.
Белки хорошо связываются водой, обусловлено наличием полярных гидрофильных групп. Вода может проникать в белок и связываться с его гидрофильными группами, вызывая его набухание. Также возможно образование гидратной оболочки. 100г белка связывают 30-35г воды.
IV. Растворимость белков.
Чем больше полярных групп содержит белок, тем больше он растворим. Глобулярные белки растворяются лучше.
Растворимость белков зависит от 2-х факторов:
- наличия заряда;
- образования гидратной оболочки.
Чтобы осадить белок, необходимо ликвидировать эти 2 фактора. Осаждение белков с помощью нейтральных солей называется высаливание – обратимое осаждение. После удаления высаливающегося фактора белок сохраняет все свои свойства.
147
V. Денатурация.
Под действием внешних факторов нарушается высшие уровни (вторичный, третичный, четвертичный) структурной организации белков с сохранением первичной структуры. При этом белок теряет свои нативные свойства. При денатурации разрываются связи, удерживающие высшие структурные организации. Денатурацию вызывают физические и химические факторы: давление, температура, механическое воздействие, ультразвук, ионизирующее излучение, кислоты, щёлочи, органические растворители, соли тяжёлых металлов.
Процесс обратный денатурации - ренатурация. При продолжительном и сильном воздействииренатурация становится невозможной, а денатурация необратимой.
Методы разделения и очистки белков
1.Высаливание - метод осаждения нативного белка ,основанный на различной растворимости белков при разной концентрации в растворе солей щелочных и щелочноземельных металлов. В основном, для разделения белков данным методом используют сульфат аммония, при воздействии различных концентраций которого , происходит обратимое осаждение белков. После его удаления белки вновь переходят в растворенное состояние, сохраняя при этом свои нативные свойства.
Для удаления низкомолекулярных соединений, в частности сульфата аммония после васаливания, используют диализ.
2.Хроматогрфические методы основаны на распределение веществ между двумя фазами, одна из которых подвижна, а другая нет
А)Адсорбционная хроматогафия
Метод основан на различной сорбируемости белков на твердом сорбенте
Разновидностью является ионообменная х. В этом случае в качестве неподвижной фазы используются ионообменники- полимерные органические вещества,содержащие заряженные функциональные группы. Различают анионообменники(положительно заряженные,
диэтиламино-этилцеллюлозы
) и катионообменники(отрицательно заряженные,
Карбоксиметилцеллюлоза
).Для выделения положительно заряженного белка используют катионообменник ,соответственно и «-»зар.белок-анионообменник.
Б)Распределительная хроматография
Может осуществляться на бумаге и на колонках. тут твердая фаза служит только опорой для стационарной жидкой фазы.В качестве жидкой фазы используют влажный крахмал или силикагель.Образец растворяю в подходящем растворителем ,наносят на колонку.Разделяемые белки, подвергающиеся многократному распределению между неподвижной и движущейся фазой,с разной скоростью перемещаются ко дну колонки.
В)Гель-хроматография
Метод основан на том, что вещества, отличающиеся по молекулярной массе, распределяются между неподвижной и подвижной фазами различным образом. Колонка заполняется гранулами пористого полисахаридного вещества(сефадекс).Разделение белков основано на том,что большие молекулы не проникают во внутреннюю водную фазу геля,являющуюся стационарной,и остаются снаружи,двигаясь вместе с подвижной фазой вниз вдоль колонки;небольшие молекулы,напротив,свободно диффундируют внутрь гранул, и соответственно с меньшей скоростью движутся вдоль колонки.
В)Аффинная х.
Основана на принципе избирательного взаимодействия белка с закрепленным на носителе специфическими веществами-лигандами , которыми могут быть субстраты или коферменты,антигены,и т.д.При этом благодаря высокой специфичности белков к иммобилизированному лиганду,связанному с носителем ,на колонке остается только один белок из смеси ,остальные-выходят с элюатом.Метод позволяет выделить заданный белок с высокой степенью чистоты.
3.Электрофорез
Метод основан на том,что при определенном значении pH и ионной силы раствора белки двигаются в электрическом поле со скоростью, пропорциональной заряду.,Белки, имеющие суммарный отрицательный заряд,двигаются к аноду,а положительно заряженные к катоду.Электрофорез проводят на различных носителях: бумаге,крахмальном геле.)
148
Билет 44
1.классификация ферментов
Ферменты — биологические катализаторы белковой природы, обеспечивающие в живых организмах осуществление многообразных химических реакций: синтеза, распада, взаимопревращения , химических соединении.
В основу классификации положен тип катализируемой реакции, в соответствии с чем выделено 6 главных классов ферментов:
1.
Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы. ускоряют перенос протонов и электронов от донора к акцептору.
2.
Трансферазы — катализируют перенос функциональных групп с одного субстрата на другой.
3.
Гидролазы Катализируют реакции расщепления с участием воды.
4.
Лиазы катализируют распад органических соединений негидролитическим путем, сопровождающимся образованием двойной связи или присоединением групп к месту двойной связи.
5.
Изомеразы катализируют различные внутримолекулярные превращения.
6.
Лигазы катализируют реакции синтеза органических веществ из двух молекул с использованиемэнергии
АТФ.
В каждом классе имеются подклассы, характеризующиеся субстратом, на который действует данный фермент.
Подклассы делятся на подподклассы, которые детализируют тип реакции в каждом подклассе и определяются по акцепторам.
Каждый фермент имеет свой шифр из четырехзначного числа, где первая цифра означает класс, вторая – подкласс, третья – подподкласс, а четвертая цифра – порядковый номер фермента в данном подклассе.
Например, пепсин классификационный номер – КФ.3.4.4.1, где 3 – класс гидролаз; 4 – подкласс реакции гидролиза пептидной связи белка; 4 – подподкласс: разрыв пептидной связи, образованной ароматическими аминокислотами
(эндопептитаза); 1 – порядковый номер фермента в данном подподклассе.
Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками. Сложные ферменты состоят из белковой части - апофермента и небелковой – кофактора. Апоферменты и кофакторы порознь мало активны или вообще неактивны; объединение их вместе дает активную молекулу фермента. Функции и свойства апофермента и кофактора следующие. Апофермент термолабилен, определяет специфичность фермента, участвует в соединении фермента с субстратом, активирует кофактор. Кофактор термостабилен, стабилизирует апофермент, участвует в катализе.Коферменты представлены веществами органичской природы-нуклеопротеидами,витаминами и др.
2.Гликолиз
Аэробный гликолиз - распад глюкозы до 2 молекул пирувата, который происходит в аэробных условиях и сопровождается синтезом
8 молекул
АТФ.
Анаэробный гликолиз - распад глюкозы до 2 молекул лактата без участия кислорода.
Аэробный гликолиз - ферментативный процесс, который включает в себя 10 реакций. Все эти реакции протекают в цитозоле клетки. В последовательности реакций можно выделить два этапа. На первом этапе из молекулы глюкозы образуются 2 триозы: глицероальдегид-3-фосфат(ГАФ) и дигидроксиацетонфосфат(ДАФ). Этот этап идет с затратой энергии.
1 этап:
1. Фосфорилирование глюкозы гексокиназой с образованием глюкозо-6-фосфата, которое идет с затратой АТФ.
2.
Изомеризация глюкозо-6-фосфата во фруктозу-6-фосфат при участии фосфоглюкоизомеразы.
3.
Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата фосфофруктокиназой с затратой
АТФ.
4.Альдольное расщепление фруктозо-1,6-бисфосфата, катализ. альдолазой, с образованием триоз ГАФ и ДАФ
5.
Изомеризация
ДАФ и
ГАФ под действием триозофосфатизомеразы.
Первый этап гликолиза требует затраты 2 молекул АТФ и приводит к образ 2 молекул ГАФ
149 2 этап:-гликолитическая оксидоредуктация. обеспечивает синтез АТФ. В него вступают 2 молекулы ГАФ, поэтому коэф для всех последующих реакций гликолиза равен
2.
6. Дегидрирование ГАФ НАД-зависимой глицероальдегидфосфатдегидрогеназой при участии фосфорной кислоты, котороее приводит к образованию
1,3-бисфосфоглицерата, содерж макроэргическую связь.
7.
Превращение
1,3-бифосфоглицерата в
3-фосфоглицерат под действием фосфоглицераткиназы, сопровождающееся субстратным фосфорилированием
АДФ.
8.
Изомеризация
3-фосфоглицерата в
2-фосфоглицерат, катализ фосфоглицератмутазой
9. Дегидротация 2-фосфоглицерата ферментом енолазой с образованием фосфоенолпирувата, содерж макроэргическую связь
10. Образование пирувата из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы, сопряженное с субстратным фосфорелированием АДФ
Значение:
1). Энергетическое. Аэробный гликолиз - 8 АТФ, превращ 2 пируватов в 2 ацетил КоА = 6 АТФ, окисление 2 ацетилКоА - 24 АТФ. ВСЕГО 38 АТФ
Анаэробное
окисление
глюкозы.
10 реакций идентичны реакциям аэробного гликолиза. Отличаются 11-ой реакцией, в которой идет восстановление пирувата в лактат под действием лактатдегидрогеназы. Эта реакция необходима для регенерации НАД+ из
НАДН+Н без участия митохондриальной цепи переноса электрона в ситуации когда клеткам мало кислорода
Значение:
1.
Единственный путь окисления глюкозы в бескислородных условиях.
2.
Энергетическое
- выход
2 молекул
АТФ
3. Пластическая - в десятой реакции образ пировиноградная кислота - из нее образ заменимые аминокислоты, холестерин, кетоновые тела, высшие жирные кислоты.
Состоит из
3 этапов:
1.
Гликолитические реакции до образования пировиноградной кислоты(10 реакций)
2. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты с образованием ацетил-КоА и НАДН2 3.
Окисление ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот
Второй и третий этап протекает в митохондриях. Окислительное декарбоксилирование ПВК проиходит под действием пируватдегидрогеназного комплекса (состоит из трех ферментов и пяти коферментов). В результате реакции образ ацетил-КоА, НАДН2,СО2
150
1 ... 22 23 24 25 26 27 28 29 ... 38