бх экзамен. 1. Химический состав и природа белков
 Скачать 0.94 Mb.
|
|
41. Биологическое окисление. Основным путем выделения энергии служит окислительное расщепление Именно окислительным путем разрывается основное количество химических святей питательных веществ Например аминокислоты образующиеся при гидролизе белка расщепляются затем до углекислого газа воды и аммиака Какие же способы окисления веществ реализуются в клетке? Соединения могут окислятся по современным представлениям тремя различными способами 1 Реакции оксиденации Т е окисление путем прямого присоединения кислорода к окисляемому субстрату 2 Путь передачи электронов Некоторые реакции окислительные сопровождаются только потерей электронов, а затем происходит присоединение протонов 3 главный (основной) Путем отщепления атомов водорода от окисляемого субстрата - дегидрирование Принято различать 2 вида дегидрирования а) Аэробное б) Анаэробное В чем различие? Суть различия сводится к вопросу о первичном акцепторе отщепленного водорода Если атомы водорода отщепленные от субстрата переносятся сразу на кислород - аэробное Если отщепленные атомы водорода переносятся на соединения отличные от кислорода - анаэробное Классификация фермента» участвующих в биоокислении. Оксиредуктазы Все ферменты катализирующие окислительно-восстановительные процессы Какие же здесь группы 1 Отщепление атомов водорода от окисляемого субстрата катализируется ферментами оегиАрогинюами Их разделяют на 2 подподкласса а) Аэробные дегидрогиназы б) Анаэробные дегидрогиназы В чем разница между ними? Аэробные дегидропшазы катализируют перенос отщепленных атомов водорода от окисляемого субстрата на кислород в итоге образуется токсичная перекись водорода H-S-H + О2 -> S окисл + Н2О2 Анаэробные дегидрогиназы катализируют перенос отщепленных атомов водорода на какое-то соединение отличающееся от кислорода (НАД, ФАД, ФМН), а субстрат окисляется, потеряв 2 атома водорода H-S-H + X ->ХН2 + Зокисл 2 Оксигеназы Ферменты катализирующие присоединение кислорода или реакцию оксидинации Принято длить на 2 группы а) Монооксигеназы (гидроксилазы) присоединяют атомарный кислород к окисляемому субстрату б) Дноксигеназы присоединяют молекулу кислорода а) р H-S + О2 + КН2 -» S ^H2O + Кокисл Реакции монооксигеназного типа требуют еще одного участника так называемого Косубстрата Чаще всего выступает восстановленный НАД К субстрату присоединяется один атом кислорода б) H-S-H + О2 >HO- S-OH ->S--O + H2O 3 Цитохромы Катализируют окисление веществ путем отдачи электронов Гемовое железо В одном из цитохромов имеется так же атом меди. 4 Вспомогательные ферменты биологического окисления К ним относятся такие ферменты как католаза и пероксидаза. которые играют защитную роль разрушая перекись водорода или органические перекиси образующихся в ходе окислительных процессах Перекиси представляют собой достаточно агрессивные соединения которые могут вызвать значительные изменения в клеточных структурах ФУНКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ 1 Важнейшей функцией биологического окисления является несомненно высвобождение энергии которая в дальнейшем используется в эндоорганических процессах 2 В ходе окисления питательных веществ образуется ряд низкомолекулярных соединений, которые клетка использует потом для биосинтеза Назыв - пластическая функция Например синтез аминокислот из продуктов окисления глюкозы или жиров используется в биосинтетических реакциях Генерация восстановительных эквивалентов (потенциалов). 4 Окислительные процессы несут защитную роль Многие ксенобиотики обезвреживаются путем окисления в том числе многие лекарственные препараты 5. Огромная роль в поддержании температуры тела Таким образом существование живых существ невозможно без окислительных процессов | 42. Общая схема катаболизма питательных веществ. Все катаболические процессы можно разделить на 3 этапа (фазы) В 1 фазе происходит распад полимерных молекул на мономеры (белки до амк и тд) Эта фаза локализуется в желудочно-кишечном тракте это так называемый распад экзогенных полимеров и распад эндогенных полимеров локализующихся в клетках т е распад резервных углеводов, липидов, обновление белков Объем распадающихся эндогенных полимеров ни чуть не меньше экзогенных Например белков мы потребляем примерно 100 гр, а эндогенных белков расщепляется еще 400 гр В этой фазе нет окислительных процессов Основные процессами химическими является гидролиз, фосфоролиз и при этом выделяется 1-2% энергии от общего запаса в пнтат вещ-ах Вся энергия рассеивается в виде теплоты В этой фазе происходит важное событие Это резкое уменьшение числа соединений, которые затем вступают во вторую фазу катаболизма Огромное разнообразие пищевых соединений вступающих в первую фазу на выходе дает около 50 соединений, что значительно упрощает дальнейшую переработку Во второй фазе примерно этих ЭД соединений подвергаются дальнейшему- расщеплению и на входе из этой фазы остается в основном 5 соединекий(Ацетил-КоА, (ЩУК, Пировинограт,) Оксалоацетат Фумарат, 2-оксоглуторкг, сукцинил-КоА) Иначе говоря, дальнейшая переработка соединений во второй фазе сопровождается еще большей унификацией промежуточных продуктов В отношении характера химических процессов вторая фаза носит смешанный характер Здесь как и в первой фазе встречаются реакции гидролиза, фосфоролиза, тиолиза, лиазного расщепления и в отличии от первой фазы - окислительные процессы Благодаря окислительным процессам и другим процессам, на этой стадии выделяется 1/3 часть энергии заключенной в питательных веществах Причем часть этой энергии уже аккумулируется в виде макроэргов. В третей фазе все 5 соединений вступают в единый метаболический путь получивший название Цикла Кребса В котором они и расщепляются до конечных продуктов, а из Цикла Кребса выходят атомы водорода, которые проходя через цепь дыхательных ферментов соединяются с кислородом с образованием воды Эта фаза носит исключительно окислительный характер В ней выделяется 2/3 энергии питат вещ-в и аккумуляция энергии достигает 40% Внутренняя логика такой организации катаболических процессов заключается в том, что по мере углубления распада питательных веществ, количество промежуточных продуктов уменьшается Такой принцип построения катаболических процессов получил название - принципа конвергениции. таболические процессы 1 и 2 фаз катаболизма обычно индивидуальны для каждого соединения или узкой группы соединения одного класса, поэтому они получили названия специфических путей катаболизма Метаболические процессы 3 фазы в независимости от того какое исходное вещество расщепилось является общим отсюда название -общие метаболические пути (цикл КреОса, цепь дыхательных ферментов) Наличие общим метаболических путей в 3 фазе метаболизма несомненно повышает адаптационные возможности живых организмов, поскольку позволяет сравнительно легко переключатся с одного типа питательных веществ на другой.ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВАПластический материал для биосинтеза и они же источник энергии Белки норма - 100 гр Калорический коэфнцент 4,1 Часть продукта распада белков выводится в неокисленном виде (мочевина, креатинин) При рачсщеплении питательных веществ и процессе всасывания часть энергии превращается в теплоту - специфический и динамический действия пищиПища человека содержит множество химических соединений как органических, так и минеральных Главную долю органических веществ пищи составляют основные пищевые вещества — углеводы, жиры, белки Часть органических веществ — это минорные пищевые вещества, требующиеся в малых количествах К ним принадлежат, в частности, витамины.Пищевые вещества могут быть заменимыми и незаменимыми Заменимые — это те, которые могут образоваться в организме из других веществ Например, жиры могут образ из углеводов, углеводы – из аминокислот, некоторые аминокислоты образ из других аминокислот или га углеводов Незаменимые пищевые вещества не синтезируются из других веществ и поэтому должны содержаться в пище в готовом виде. Основные пищевые вещества большей частью представляют собой полимеры В желудочно-кишечном тракте они гидролизуются при участии ферментов класса гидролаз на мономеры в этом заключается суть пищеварения В процессе пищеварения происходит уменьшение разнообразия веществ из бесчисленного количества белков разного строения, полисахаридов, жиров получается 20 разных аминокислот, небольшое число моносахаридов (главным образом глюкоза, фруктоза, галактоза), глицерин, жирные кислоты (главным образом олеиновая, стеариновая, пальмитиновая) Мономеры как низкомолекулярные вещества значительно легче проникают через клеточные мембраны кишечного эпителия (полимеры практически не всасываются) С кровью мономеры транспортируются во | |
| 43.ЦИКЛ КРЕБСА Это высокоорганизованная циклическая система взаимопревращений ди- и трикарбоновых кислот, катализируемых мультиферментным комплексом Он составляет основу клеточного метаболизма Несмотря на то, что этот метаболический путь является замкнутым его началом считается цитратсинтазная реакция в ходе которой конденсация Ацетия-КоА и оксалоацитата дает цитрат Далее следует реакция отщепление воды катализируемая ферментом аконитазой продуктом реакции является цис- Этот же фермент (аконитаза или аконитатгитротаза) катализирует реакцию гидротации в итоге образуется изомер -изолимонная кислота Окислительная реакция кот катализируется ферментом изоцитратдегидрогиназа (она еще и карбоксилирующая) а-кетоггаотаровая кислота В ходе реакции отщепляется СО2, энергия окислительного превращения аккумулируется в восстановленном НАД а-кетоглютаровая кислота под действием а-кетоглюторатдегидрогиназного комплекса (3 типа ферментов, 2 кофермента НАД, КоА и 3 простетических группы тиаминпирофосфат, липоевую кислоту и Флавинадениндннуклеотид) Это тоже реакция окисления идущая путем дегидрирования В данном случае часть энергии запасается еще и в макроэргической связи Образуется сукценил-КоА Сукцешга-КоА Фермент катализирует очень интересную реакцию в ходе которой из ГДФ и фосфорной кислоты образуется ГТФ Отщепляется КоА фермент - сукценил-КоА-синтаза (сукцинаттиокиназа) В итоге образуется янтарная кислота - сукцинат Эта реакция субстратно-окислительного фосфорноирования Сукцинат далее вступает вновь в реакцию окисления с участием фермент» сукцинатдегидрогиназы Это ФАД зависимый фермент остальные дегидрогиназы НАД зависимые ФАД восстанавливается а сукцинат окисляется с образованием фумаровой кислоты Происходит немедленное присоединение воды с участием фермента фумаразы и образуется малат (яблочная кислота) Малат, с участием малатдегидрогиназы содержащий НАД, окисляется в итоге образуется ЩУК т е происходит регенерация первого продукта ЩУК может снова вступать в реакцию конденсации с ацетил-КоА с образованием лимонной Что происходит в цикле Кребса? СНЗ-С + ЗНАД + ФАД + ГДФ + НЗРО4 + 2Н2О -> 2СОг + ЗНАДН+Н* + ФАДН2 + ГТФ + HSKoA Как регулируется цикл Кребса? Термодинамический контроль работы цикла Пусковой реакцией цикла является цитратсиктазная реакция она сопровождается большой потерей энергии Д G = - 7,7 ккал/моль В условиях клетки эта реакция практически необратима Большой потерей энергии сопровождается <х-кетоглюторатдегидрогиназная реакция ДО = -8 ккал/моль В условиях клетки эта реакция абсолютна необратима За счет пусковой стадии и особенно а-кетст люторатдегидрогиназной реакции движение метаболитов возможно лишь в одном направлении т е в направлении деградации (ращипления) ацетип-КоА т е здесь мы имеем дело с двойным термодинамическим контролем направления процесса Кинетический контроль скорости потока метаболитов. Обеспеченность клетки энергией можно характеризовать величиной энергетического ее заряда Он равен отношению концентрации АТФ и половины концентрации АДФ к концентрация АДФ, АТФ и АМФ Когда клетка хорошо обеспечена энергией большая часть ее адениловых нуклеотидов находится в форме АТФ и величина энергетического заряда приближается к 1 Высокая концентрация АДФ и АМФ признак нехватки энергии Отсюда работа цикла Кребса должна тормозиться высокой концентрацией АТФ Цикл Кребса должен стимулироваться высокой концентрацией АДФ и АМФ, энергии не хватает - пора включать цикл Аналогичную роль может играть отношение восстановленно! о НАД к окисленному Скорость работы цикла контролируется прежде всего на пусковой стадии, которая определяется в значительной мере концентрацией ЩУК в клетке Кроме того цитратсинтаза аллостерически угентается высокими концентрациями АТФ, восстав НАД, и сукцинил-КоА Угнетение активности ферментов высокими концентрациями АТФ вполне понятно - клетка обеспеченна энергией и цикл Кребса выключается Второе регуляторное звено - изоцитратдегидрогиназная реакция Изоцитратдегндрогиназа аллостерически ингибируется высокими концентрациями АТФ и восстановленного НАД В то же время АДФ выступает в качестве аллостерического активатора Аллостерическим активатором по некоторым данным является так же изоцитрат Третьим уровнем регуляции является а-кетоглюторатдегидропшазная реакция Здесь восстановленный НАД и АТФ явл аллостер ингибиторами работы этого комплекса Активатором выступает АМФ Высокие концентрации сукцинил-КоА угнетает работу комплекса Активность фермента сукцинатдегидрогиназы ингибируется по конкурентному механизму высокими концентрациями ЩУК и малоновой кислоты. | 44. Современные представления о тканевом дыхании. Распад органических веществ в живых тканях, сопровождающийся потреблением кислорода и выделением диоксида углерода, называют тканевым дыханием. Тканевое дыхание можно наблюдать, используя срезы тканей. Если срезы инкубировать в растворе глюкозы в замкнутом сосуде, то в растворе происходит убыль глюкозы, а в воздухе над жидкостью — убыль кислорода и прирост диоксида углерода. Интенсивность тканевого дыхания в разных тканях неодинакова. Термин тканевое дыхание прежде всего указывает на ту сторону процесса, которая связана с поглощением кислорода и выделением углекислого газа. Поглощение кислорода происходит в результате действия митохондриальной цепи переноса электронов и протонов, поэтому ее называют также дыхательной цепью. Выделение СО2 как мы видели, происходит за счет реакций де-карбоксилирования и общем пути катаболизма. | 45. Главная цепь дыхательных ферментов Здесь представлена главная цепь дыхательных ферментов в составе которой имеется три комплекса I III IV Кроме того здесь представлена редуцированная или укороченная цепь дыхательных ферментов в составе которой входит комплекс И содержащий ФАД зависимый фермент и железосерный центр обеспечивающий Такая организация переносчиков имеет свою логику Здесь вы видите что KoQ и циточром С не входят в состав комплекса Б этой системе KoQ и цитохром С выступают в качестве так называемых стыковочных узлов На ряду с Н АД KoQ и цитохром Г выступают в клетках в качестве коллекторов эгекгронов Поток этих электронов с окисляемых субстратов может подключатся на раэны уровнях дыхательной цепи Так например пиридин вые дегидрогиназы переносят протоны и электр ны на НАД из алаксозиновые на KoQ а фермент аскорабатоксндаза переносит э кктроны непосредственно на цитс хром С Причем на участке от восстановленного НАД до KoQ работает система двухелектронного переноса, а на участке где раоотают цитохромы переносится один электрон Вместе с тем, для того что бы молекула кислорода активировалась и стала способной связывать 4 протона с образованием 2 молекул воды требуется 4 электрона О2 4Н+ + 4е -* 2Н2О В цепи дыхательных фермент в используется основная масса поступающего а организм кислогя да конкретно 95° о Поэтому тканев е дыхание изучается in vitro мерой интенсивности проциессов аэробного окисления служит кислородный коэффициент. Он выражается в микролитрах кислорода поглощенного в один час в расчете на миллиграмм сухой ткани Обозначается Этот коэфицент для различных органов разный Например » кислородный коэфицент S надпочечники 10 печень 1 "• почки 23 пульпа 7, кожа 0 8 Поглощение кислорода тканями и органами сопровождается одновременным образованием в них СО2 и Н2О Этот процесс получил название тканевое дыхание. 46 Химическая природа дегидрогеназ. НАД Зависимые аегидрогеназы В реакциях, катализируемых этими ферментами, в качестве софермента участвует никотина мидадениндинуклеотид (НАД) Две половины молекулы НАД объединенные связью между статками фосфорной кислоты построены по Одна половина представляет ыбои остаток нуклеотнда (адеиило вой кислоты) Другая половина тоже нуклеотид, его азотсодержащая гетероциклическая группа представлена амидом никотиновой кислоты. НАД Зависимые дегидрогеназы катализируют реакции окисления веществ путем дегидрирования при этом окисляемое вещество служит донором водорода а НАД выполняет ротъ акцептора водорода, т е восстанавливается. НАД находится в цитозоле в свободном состоянии и взаимодействует с ферментом в момент реакции в этом отношении он сходен с субстратами ферментов НАД Зависимые дегидрогеназы катализируют следутощи типы реакции 1 Дегидрирование г и дрокснльн ы х групп 2 Дегидрирование альдегидных групп 3 Дегидрирование аминогрупп |
| 46. Гликозамнногликаны. Мукополисахариды представляют собой сложные высокомолекулярные соединения (полисахариды) с не вполне выясненной структурой, обычно построенные из гексозаминов (стр 82) и гексуроновых кислот, например глюкуроновой кислоты, формула которой приведена ниже В настоящее время с химической стороны наиболее изучены так называемые кислые Мукополисахариды, именуемые также мукополиурони-дами, т е полисахаридами, в состав которых входят уроновые кислоты (D-глюкуроновая, иногда ее изомер—идуроновая кислота) Мукополисахариды содержатся в различных живых организмах животных зги соединения входят в состав главным образом соединительной ткани и особенно в состав межтканевого н межклеточного веществ язкие секреты (слизи), выделяемые различными железами, предохраняющие стенки многих органов от механических повреждений или облегчающие прохождение тех или иных тел через узкие трубки (например, пищи через пишевод), также богаты мукополисахарндами Мукпшшисазмриды яаходятса в тканях частые г. свободной форме, частью в связанном с белками состоашщ, в форме мукопротеидов сыворотке крови в норме содержится лишь небольшое количество мукополисахаридов, частью непрочно связанных с белками Однако при некоторых заболеваниях, сопровождающихся изменением обменных процессов в соединительной ткани, наблюдается усиленный распад этих веществ, и тогда Мукополисахариды иди продукты их мимо этого, Мукополисахариды играют очень важную роль в процессах регенерации и роста тканей, в оплодотворении, взаимодействии организма с рядом инфекционных агентов (бактерий, вирусов) и т д з отдельных представителей кислых мукополисахаридов следует отметить гиалуроновую кислот>, х о ндрчэитиисе р-яую кислоту я гешри я ти Мукополисахариды содержат глюкуроновую кислоту и поэтому относятся к числу мукопояиуронидов Гиатуроновая кислота является одним ю наиболее распространенных и хорошо изученных мукополисахаридов олекула гиалуроновой кислоты построена из очень большого числа остатков глюкуроновой кислоты и заеткштжжазамжа Ниже пржеднт-ся структура фрагмента гиалуроновон кнсчеты олекулярный вес ее доходит до нескольких миллионов При растворении в воде гиалуроновая кислота и ее соли образуют чрезвычайно вязкие коллоидные растворы (гепи) иологическое значение гиалуроновой кислоты состоит прежде всего в том. что она является цементирующим, как бы склеивающим веществом соединительнотканных систем организма Она препятствует проникновению в ткани многих веществ, способных оказывать вредное действие на организм Барьерные функции ее физико-химическим состоянием В особенно большом количестве гиалуроновая кислота находится в стекловидном теле, в пупочном канатике, в синовиальной жидкости, в капсулах некоторых бактерий |