бх сессия. 1. Под денатурацией понимают изменение пространственной структуры белков и, как следствие, уменьшение или полное подавление функциональной активности, растворимости и других биологических и физикохимических свойств
 Скачать 24.88 Kb.
|
|
1.Под денатурацией понимают изменение пространственной структуры белков и, как следствие, уменьшение или полное подавление функциональной активности, растворимости и других биологических и физико-химических свойств. В результате изменениям подвергается четвертичная (при ее наличии), третичная и в меньшей степени вторичная структуры. Денатурирующие агенты делятся на химические и физические. К физическим относится прежде всего температурное воздействие, в частности замораживание или нагревание, а также давление, ультразвуковое воздействие, облучение и др. Химические агенты — это органические растворители, концентрированные кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов. В лабораторной практике в качестве денатурирующих агентов чаще всего используют мочевину или гуанидинхлорид, легко разрывающие водородные и гидрофобные связи, при помощи которых формируется третичная структура белка. Максимальное денатурирующее действие оба реагента проявляют при высоких концентрациях (8—10 моль/л). Тепловая денатурация белков в растворах при 50—60 вС также связана с разрывом связей, при помощи которых образуется третичная структура. Денатурация, осуществляемая в мягких условиях, часто оказывается обратимой, т. е. при удалении денатурирующего агента происходит восстановление нативной конформации белковой молекулы. Для ряда белков восстановление связей может быть 100%-м, причем это касается не только водородных или гидрофобных связей, но и дисульфид- ных мостиков. Денатурация изменяет как стабильность, так и функции белков, поэтому весьма важно определять ее характер в научных экспериментах, а также при применении белков в промышленности и медицине. Как правило, при денатурации изменяется форма белковой молекулы, поэтому для контроля ее нативности применяют такие методы, как коэффициент вращательной диффузии, рассеяние света, электронная микроскопия. Кроме того, при переходе молекулы белка в денатурированную форму меняется ее растворимость, спектры поглощения, иммунохимичсскис свойства. 2. Ферменты (энзимы) – это биокатализаторы белковой природы, которые ускоряют химические реакции в организме В составе фермента выделяют области, выполняющие различную функцию: 1. Активный центр – комбинация аминокислотных остатков (обычно 12-16), обеспечивающая непосредственное связывание с молекулой субстрата и осуществляющая катализ. В активном центре выделяют два участка: якорный (контактный, связывающий) – отвечает за связывание и ориентацию субстрата в активном центре, каталитический – непосредственно отвечает за осуществление реакции. У ферментов, имеющих в своем составе несколько мономеров, может быть несколько активных центров по числу субъединиц. Также две и более субъединицы могут формировать один активный центр. У сложных ферментов в активном центре обязательно расположены функциональные группы кофактора. Классификация ферментов (КФ): 6 классов КФ 1. Оксидоредуктазы: перенос Н+, е-, Н Дегидрогеназы, оксидазы, оксигеназы, цитохромы КФ 2. Трансферазы: перенос хим.групп метил-, сульфо-, амино-, фосфо-, ацил-гликозил- трансферазы киназы КФ 3. Гидролазы: р-ции гидролиза - расщепление S при участии Н2О пептидазы, эстеразы, гликозидазы, фосфатазы КФ 4. Лиазы: расщепление связей между атомами C, O, N, S без Н2О декарбоксилазы, альдолази, дегидратазы КФ 5. Изомеразы: р-ции изомеризации мутазы, цис-транс-изомеразы, рацемазы, эпимеразы КФ 6. Лигазы (синтетазы): реакции синтеза с использованием энергии АТФ Механизмы регуляции Регуляция активности ферментов бывает пассивная (с помощью изменения условий среды), то есть существуютпостоянные ферменты инепостоянные, которые появляются под действием каких-либо факторов среды под действием температуры) или с помощью ионной силы и рН, {S} и {Е}. Активная регуляция классифицируется: 1) изостерическая (регуляция с помощью субстрата и продукта) 2) аллостерическая (регуляция активности фермента с помощью веществ, отличных от субстрата и продукта). Регуляция активности путём изменения количества фермента. У бактерий хорошо изучен феномен индуцированного синтеза ферментов при выращивании на средах с одним углеводом, например, глюкозой. Замена глюкозы на лактозу приводит к индуцированному синтезу фермента галактозидазы, расщепляющей лактозу на глюкозу и галактозу. В животных тканях подобный быстрый синтез ферментов наблюдается реже, однако при поступлении в организм некоторых ядов, канцерогенных веществ наблюдается резкое увеличение количества (а значит и активности) гидроксилаз, окисляющих чужеродные вещества в не токсические продукты. С другой стороны, иногда под действием этих гидроксилаз чужеродные вещества превращаются в более токсичные продукты (летальный синтез). Регуляция активности по принципу обратной связи. Допустим, в клетке есть многоступенчатый биосинтетический процесс, каждая стадия которого катализируется собственным ферментом. ЕЕЕЕ А-------- Х --------- Б --------- В --------- Г --------- Р Наполнение продукта Р оказывает мощное стабилизирующее действие на фермент Е. Аллостерическая регуляция. Аллостерические ферменты– это ферменты, располагающиеся в начале метаболического потока или на его узловых этапах и управляют этим метаболическим потоком. Свойства аллостерических ферментов: 1) Являются олигомерами, состоящими из протомеров; 2) Имеют 2 центра: активный центр и центр аллостерической регуляции; 3) Имеют ось симметрии; 4) Протомеры изменяют свою структуру в пределах олигомеров; 5) Изменение конформации олигомеров ограничено локализациями отдельных протомеров. Существует 2 вида веществ (эффекторы, которые оказывают на фермент двойное действие: активаторы ингибиторы Аллостерический фермент имеет 2 центра аллостерической регуляции: центр аллостерической активации центр аллостерического ингибирования При взамодействии аллостерического фермента с аллостерическим активатором резко возрастает степень сродства активного центра к субстрату. При взаимодействии аллостерического ингибитора с аллостерическим ферментом резко снижается степень сродства фермента к субстрату. Наличие двух центров в аллостерических ферментах доказывается путём технической денатурации в мягких условиях (под действием мочевины), следовательно, при этом аллостерический фермент теряет регуляторные свойства (они связаны с центрами аллостерической регуляции), но сохраняют каталитические свойства, связанные с активными центрами. Регуляция активности с помощью гормонов. Гормональная регуляция осуществляется на генетическом уровне путём обратимого фосфорилирования. Например, под действием адреналина происходит активация процесса распада гликогена. В ходе этого процесса образуется небелковое соединения – у-АМФ. у-АМФ – внутриклеточный гормон (вторичный посредник) является аллостерическим регулятором большого числа протеинлипаз. у-АМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклаз. Регуляция активности путём химической модификации. Химическая модификация- присоединение каких-либо функциональных групп к ферменту, с последующим изменением его активности. Химическая модификация обратима. Так например, ключевые ферменты энергетического обмена - фосфорилаза, гликогенсинтаза контролируются путём фосфорилирования и дефосфорилирования , осуществляемого специфическими ферментами - протеинилазой и фософотазой . И уровень активности ключевых ферментов будет определятся соотношением фосфорилированных и дефосфорилированных форм этих ферментов. Ограниченный протеолиз. Все ферменты ЖКТ и поджелудочной железы синтезируются в неактивной форме в виде проферментов. Регуляция в этом случае сводится к превращению их в активную форму. Так, например, активация трипсиногена идёт под действием энтерокиназы и ведёт к отщеплению избыточной последовательности аминокислот. При этом происходит формирование активного центра и третичной структуры трипсина. Это явление получило название ограниченный протеолиз. Его биологическое значение заключается в том, что он исключает самопереваривание органа (аутокатализ), что, например, происходит при активации трипсина в самой поджелудочной железе. Во-вторых, обеспечивается более тонкая регуляция количества фермента. Ограниченный протеолиз находится под контролем факторов среды, рН, в клетке – под контролем Са. 3. Переваривание белков, жиров и углеводов в пищеварительном тракте. Углеводы присутствуют в растительной пище в основном в виде крахмала. В процессе пищеварения он превращается в глюкозу, которая может запасаться в виде полимера – гликогена – и использоваться организмом. Молекула крахмала – очень крупный полимер, образованный множеством молекул глюкозы. В сыром виде крахмал заключен в гранулы, которые должны быть разрушены, чтобы он смог превратиться в глюкозу. Обработка и приготовление пищи приводят к разрушению части крахмальных гранул. Некоторые пищевые продукты содержат углеводы в форме дисахаридов. Эти сравнительно простые сахара, в частности сахароза (тростниковый сахар) и лактоза (молочный сахар), в процессе пищеварения превращаются в еще более простые соединения – моносахариды. Последние не нуждаются в переваривании. Белки представляют собой различные по составу полимеры, в образовании которых участвуют 20 видов аминокислот. При переваривании белков образуются в качестве конечных продуктов свободные аминокислоты и аммиак. Важными промежуточными продуктами переваривания являются альбумозы, пептоны, полипептиды и дипептиды. Жиры. Пищевые жиры представлены в основном нейтральными жирами, или триглицеридами. Это сравнительно простые соединения, которые в процессе пищеварения распадаются на составные части – глицерин и жирные кислоты. Переваривание и всасывание белков Во рту переваривания белков не происходит. Содержащаяся в желудке соляная кислота коагулирует пищевые белки. Это значит, что крупные молекулы пищевых белков разворачиваются и образующийся в желудке фермент пепсин может начинать частичное переваривание (гидролиз) белков. Ферменты, необходимые для окончательного переваривания белков, выбрасываются поджелудочной железой в верхний отдел тонкой кишки – двенадцатиперстную кишку. Работающий в желудке пепсин вместе с работающими в двенадцатиперстной кишке трипсином и другими ферментами расщепляют большинство пищевых белков до аминокислот. Образуется также небольшое количество коротких пептидов, которые расщепляются до аминокислот под воздействием ферментов каемчатых энтероцитов тонкой кишки. Во время нахождения перевариваемой пищевой массы в тощей кишке, среднем отделе тонкой кишки, происходит всасывание образовавшихся из белков или присутствовавших в пище свободных аминокислот. Получившиеся вещества всасываются непосредственно в кровоток или лимфатическую систему. Кровь доставляет питательные вещества в первую очередь в печень, где происходит задействование аминокислот. Переваривание и всасывание липидов Жиры (триглицериды – состоят из трех жирных кислот и глицерола) составляют 95–98 % пищевых липидов. Основными присутствующими в пище липидами как раз и являются жиры. Существенного расщепления жиров во рту не происходит. Тем не менее, во рту присутствует образующийся под языком фермент липаза, который расщепляет небольшие количества жиров. В желудке присутствует фермент желудочная липаза. Он обладает несильным действием, но поскольку он относительно стоек к воздействию кислоты, то в желудке происходит умеренное расщепление некоторого количества триглицеридов. Триглицериды должны быть сначала преобразованы в верхнем отделе тонкой кишки – в двенадцатиперстной кишке – в тонкую эмульсию, и только затем соответствующие ферменты (липазы) смогут расщепить их на глицерол и жирные кислоты. Чрезвычайно большую роль в образовании эмульсии играют желчные соки и их соли. Молочные белки (казеины) – тоже очень хорошие тонкие эмульгаторы пищи. Образованию тонкой эмульсии способствует также то, что выбрасываемые поджелудочной железой бикарбонаты реагируют с поступающей из желудка кислотной пищевой массой, в результате чего образуются необходимые для пищеварения газы, основательно перемешивающие эту пищевую массу. Перистальтика стенок кишечника также помогает перемешивать его содержимое. Из поджелудочной железы в двенадцатиперстную кишку поступает главный фермент процесса переваривания жиров – панкреатическая липаза. Он вместе с другими ферментами расщепляет пищевые липиды на простые соединения (триглицериды, глицерол, свободные жирные кислоты), а фосфолипиды – на их первичные компоненты. Во время нахождения перевариваемой пищевой массы в среднем отделе тонкой кишки происходит всасывание образовавшихся из пищевых жиров глицерола и жирных кислот. Получившиеся вещества всасываются непосредственно в кровоток или лимфатическую систему. Переваривание и всасывание крахмала С точки зрения переваривания сложных углеводов наиболее важным является расщепление именно крахмала. Из всех пищевых углеводов только крахмал начинает перевариваться во рту. Это осуществляется за счет содержащегося в слюне фермента амилазы. Под его воздействием часть крахмала расщепляется на более мелкие составляющие. Если долго пережевывать богатую крахмалом пищу (а это очень полезно), то небольшая часть крахмала будет расщеплена до гликозина (так при долгом жевании хлеба он становится сладким). Прочие содержащиеся в пище углеводы (например, сахароза и лактоза) во рту не расщепляются. Поскольку в желудке из-за соляной кислоты среда сильно кислотная, дальнейшего переваривания углеводов там практически не происходит. Соляная кислота нужна в первую очередь для превращения расщепляющего белки фермента пепсиногена в пепсин и высвобождения многих гормонов, обеспечивающих работу желудочного сока. Соляная кислота также истребляет бактерии. Из поджелудочной железы в верхний отдел тонкой кишки, двенадцатиперстную кишку, выбрасывается панкреатическая амилаза. Это самый важный фермент для переваривания углеводов, который расщепляет основную часть крахмала. Панкреатическая амилаза вместе с собственными ферментами тонкой кишки доводит до конца процесс расщепления крахмала до глюкозы. Под воздействием ферментов каемчатых энтероцитов тонкой кишки (сахаразы, лактазы и других) происходит расщепление на компоненты также и сахарозы и лактозы. Во время нахождения перевариваемой пищевой массы в тощей кишке, среднем отделе тонкой кишки, происходит всасывание образовавшихся из сложных углеводов или присутствовавших в пище свободных глюкозы и фруктозы, которые всасываются напрямую в кровоток или лимфатическую систему. Кровь доставляет питательные вещества в первую очередь в печень, где происходит их использование. Микроорганизмы, обитающие в толстой кишке, расщепляют клетчатку, которую пищеварительные ферменты расщепить не в состоянии. В ходе этого процесса образуются короткие жирные кислоты, которые всасываются в кровь и которые организм может использовать для получения энергии, а также активизации перистальтики. Микрофлора толстой кишки помогает расщепить значительную часть целлюлозы, в результате чего также образуются короткие жирные кислоты. Значительная часть этих жирных кислот всасывается в клетки слизистой оболочки толстой кишки, в которых их расщепление покрывает часть энергетической потребности данных клеток. 4. Классификация витаминов Все витамины делятся на водорастворимые и жирорастворимые. Краткая характеристика отдельных витаминов Водорастворимые Витамин В1 (тиамин) способствует активному использованию в обмене веществ белков, жиров и углеводов. Принимает активное участие в регуляции сердечной деятельности, а также кишечника. Большое значение имеет в регуляции жирового обмена, синтезируя жирные кислоты. При гиповитаминозе В1 страдает не только функция сердечной мышцы, но и центральной нервной системы. Много этого витамина содержится в муке грубого помола (особенно в ржаном хлебе), картофеле, бобовых, капусте, а в пище животного происхождения - в почках, печени, мозгах. Витамин В2 (рибофлавин) имеет первостепенное значение в регуляции работы органов пищеварения, а в сочетании с витамином А - и для функции органов зрения. Этот витамин оказывает активное влияние и на обмен белков и углеводов. При данном гиповитаминозе наблюдается отставание в росте и развитии, происходит выпадание волос, воспаление слизистых оболочек глаз и ротовой полости, развивается малокровие и ухудшается функция печени. Богаты витамином В2 молочные продукты, мясо, печень, почки, сердце, яичный желток, грибы, пищевые дрожжи. Он содержится также в овощах и фруктах. Витамин ВЗ (ниацин). Снижает уровень холестерина, способствует усвоению белков, жиров и сахаров, снижает высокое кровяное давление, поддерживает нервную систему и желудочно-кишечный тракт, отвечает за здоровый вид кожи, предотвращает такое заболевание, как пеллагра, повышает работоспособность организма. Содержится в мясе, молоке, яйцах, рыбе, птице, зерновых. Недостаток приводит к головокружениям, слабости, расстройствам желудочно-кишечного тракта. Витамин В5, или РР, или никотиновая кислота, активно участвует в дыхании организма, стимулирует обмен веществ в клетках, повышает активность пищеварительных ферментов, участвует в механизме свертываемости крови. При дефиците этого витамина развиваются воспалительные и дегенеративные изменения кожи вплоть до появления пеллагры. Серьезно страдает система пищеварения, одним из тягостных симптомов являются хронические поносы. Поражение нервной системы протекает в виде тех или иных нервно-психических расстройств. Гиповитаминоз РР обычно проявляет себя при однообразном питании. Богаты по содержанию этого витамина пищевые дрожжи, мясо, печень, бобовые, гречневая и перловая крупа, картофель, орехи, сыр. Много его и в ржаном хлебе, молоке, капусте. Витамин В6 (пиридоксин) регулирует обменные процессы нервной системы, кожи, печени. При недостатке его в организме наблюдается общая слабость, повышенная утомляемость, симптомы неврастении, затруднения при ходьбе. Главными поставщиками витамина В6 являются злаки, дрожжи, мясо, яичный желток и многие свежие овощи. Витамин В12 (цианкобаламин) 5′-Дезоксиаденозилкобаламин (коферментная форма витамина В12)- обязательный компонент, без которого не может нормально синтезироваться ряд аминокислот. Он является непременной составной частью процессов кроветворения, особенно для созревания эритроцитов и свертываемости крови. Играет существенную роль и в обмене углеводов и жиров. При данном гиповитаминозе развивается малокровие за счет резкого снижения числа эритроцитов. Витамином В12 богаты печень, мясо, яйца, рыба, молочнокислые продукты, дрожжи. Витамин В15 (кальция пангамат) благоприятно влияет на обмен жиров, улучшает питание органов и тканей кислородом, регулирует работу мышц, печени. Обладает антисклеротическими свойствами. Содержится в разнообразных продуктах питания. Витамин С (аскорбиновая кислота). Активизирует пищеварительные ферменты, является абсолютно необходимым для роста и развития молодого организма. Принимает активное участие в образовании ряда гормонов, регулирует кислотно-щелочной состав крови. Велика роль витамина С в регуляции деятельности сосудистой системы. Он активно участвует и в обмене углеводов. При его недостаточности снижается работоспособность, активность иммунитета, что делает организм восприимчивым к инфекциям. В тяжелых случаях развивается цинга. Весьма богаты витамином С шиповник, черная смородина, лимон и многие другие овощи, фрукты, ягоды. Следует подчеркнуть, что витамин С малоустойчив к кулинарной обработке. Он быстро разрушается при чрезмерном нагревании, при длительном хранении соленых и маринованных овощей, а также компотов, варенья. Овощи, фрукты и ягоды поэтому лучше всего употреблять в свежем виде. А при варке их рекомендуется опускать в кипящую воду и варить в плотно закрытой посуде. Жирорастворимые Витамин А участвует в обмене фосфора, способствуя правильному развитию и формированию костей, это особенно важно в молодом возрасте, за что, кстати, этот витамин называют витамином роста. Он также поддерживает питание кожи и слизистых оболочек, стимулирует деятельность поджелудочной железы. Этот витамин необходим для нормальной функции глаз. Известно его регулирующее влияние на обмен жиров. При недостаточности витамина А довольно быстро нарушается обмен веществ, что проявляется в развитии кожных заболеваний, в частности фурункулеза, экземы. Существенно страдает и зрение, снижается иммунитет, что вызывает повышенную предрасположенность к инфекционным заболеваниям. Витамин Д принимает активное участие в минеральном обмене, главным образом фосфора и кальция, что особенно важно для детского организма. Потому этот витамин называют еще антирахитическим. При его дефиците в организме у детей развивается рахит, кроме того нарушаются функции паращитовидной железы, что приводит к нарушению костного скелета. Наиболее богатыми по содержанию витамином Д, а также и витамином А являются сливочное масло, цельное молоко, яичный желток, рыбий жир, печень трески и других рыб. Кроме того, витамин Д может синтезироваться в организме под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. А витамин А синтезируется в печени человека из каротина (провитамин А), в большом количестве содержащегося в моркови, шпинате, салате, помидорах, щавеле, шиповнике. Витамин Е (токоферол) еще называют витамином размножения, поскольку он оказывает регулирующее влияние на развитие пола, особенно в период внутриутробного развития ребенка. В том или ином количестве он содержится в продуктах животного происхождения, а также в зелени. Витамин К оказывает регулирующее влияние на процессы свертываемости крови, действуя через печень путем стимуляции синтеза в ней соответствующих ферментов. При недостаточности витамина К страдает процесс образования протромбина, а это способствует высокой предрасположенности к кровотечениям. К продуктам с богатым содержанием этого витамина относятся капуста и другая зелень, ягоды рябины, морковь, томаты. |