Биологические активнқе вишества. Биологически активные вещества - StudentLib.com. "Биологически активные вещества"
 Скачать 398.55 Kb.
|
|
Одновременно развивалось направление, где в основу классификации ферментов был положен тип реакции, подвергающейся каталитическому воздействию. Наряду с ферментами, ускоряющими реакции гидролиза (гидролазы), были изучены ферменты, участвующие в реакциях переноса атомов и атомных групп (феразы), в изомеризации (изомеразы), расщеплении (лиазы), различных синтезах (синтетазы) и т. д. Это направление в классификации ферментов оказалось наиболее плодотворным, так как объединяло ферменты в группы не по надуманным, формальным признакам, а по типу важнейших биохимических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности любого организма. По этому принципу все ферменты делят на 6 классов. . Оксидоредуктазы - ускоряют реакции окисления - восстановления. 2. Трансферазы - ускоряют реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков. 3. Гидролазы - ускоряют реакции гидролитического распада. 4. Лиазы - ускоряют не гидролитическое отщепление от субстратов определенных групп атомов с образованием двойной связи (или присоединяют группы атомов по двойной связи). 5. Изомеразы - ускоряют пространственные или структурные перестройки в пределах одной молекулы. 6. Лигазы - ускоряют реакции синтеза, сопряженные с распадом богатых энергией связей. Эти классы и положены в основу новой научной классификации ферментов. К классу оксидоредуктаз относят ферменты, катализирующие реакции окисления - восстановления. Окисление протекает как процесс отнятия атомов Н (электронов) от субстрата, а восстановление - как присоединение атомов Н (электронов) к акцептору. В класс трансфераз входят ферменты, ускоряющие реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков от одного соединения к другому. Это один из наиболее обширных классов: он насчитывает около 500 индивидуальных ферментов. В зависимости от характера переносимых группировок различают фосфотрансферазы, аминотрансферазы, гликозилтрансферазы, ацилтрансферазы, трансферазы, переносящие одноуглеродные остатки (метилтрансферазы, формил-трансферазы), и др. Например, амидазы ускоряют гидролиз амидов кислот. Из них важную роль в биохимических процессах в организме играют уреаза, аспарагиназа и глутаминаза. Уреаза была одним из первых белков-ферментов, полученным в кристаллическом состоянии. Это однокомпонентный фермент (М=480000), молекула его глобулярна и состоит из 8 равных субъединиц. Уреаза ускоряет гидролиз мочевины до NН3 и СО2. Характерные черты действия ферментов класса лигаз (синтетаз) выявлены совсем недавно в связи со значительными успехами в изучении механизма синтеза жиров, белков и углеводов: Оказалось, что старые представления об образовании этих соединений, согласно которым они возникают при обращении реакций гидролиза, не соответствуют действительности. Пути их синтеза принципиально иные. Главная их особенность - сопряженность синтеза с распадом веществ, способных поставлять энергию для осуществления биосинтетического процесса. Одним из таких природных соединений является АТФ. При отрыве от ее молекулы в присутствии лигаз одного или двух концевых остатков фосфорной кислоты выделяется большое количество энергии, используемой для активирования реагирующих веществ. Лигазы же каталитически ускоряют синтез органических соединений из активированных за счет распада АТФ исходных продуктов. Таким образом, к лигазам относятся ферменты, катализирующие соединение друг с другом двух молекул, сопряженное с гидролизом пирофосфатной связи в молекуле АТФ или иного нуклеозидтрифосфата. Механизм действия лигаз изучен еще недостаточно, но, несомненно, он весьма сложен. В ряде случаев доказано, что одно из участвующих в основной реакции веществ сначала дает промежуточное соединение с фрагментом распадающейся молекулы АТФ, а вслед за этим указанный промежуточный продукт взаимодействует со вторым партнером основной химической реакции с образованием конечного продукта. По строению ферменты могут быть однокомпонентными, простыми белками, и двухкомпонентными , сложными белками. Во втором случае в составе ферментов обнаруживается добавочная группа небелковой природы. В разное время возникли различные наименования белковой части и добавочной группы в двухкомпонентных ферментах. Добавочную группу, прочно связанную, не отделяемую от белковой части, называют простетической группой; в отличие от этого добавочную группу, легко отделяющуюся от апофермента и способную к самостоятельному существованию, обычно именуют коферментом. Химическая природа важнейших коферментов была выяснена в 30-е годы нашего столетия благодаря трудам О. Варбурга, Р. Куна, П. Карра и др. Оказалось , что в основном роль коферментов в двухкомпонентных ферментах играют большинство витаминов ( Е, К, В1, В2, В6, В12, С и др. ) или соединений, построенных с участием витаминов. IV. Гормоны . Общая характеристика фермент витамин гормон Гормоны - специфические вещества, которые вырабатываются в организме и регулируют его развитие и функцианирование. В переводе с греческого - гормоны- означают двигаю, возбуждаю. Гормоны образуются специальными органами - железами внутренней секреции ( или эндокринными железами ) .Эти органы названы так потому, что продукты их работы не выделяются во внешнюю среду ( как, например, у потовых или пищеварительных желез) , а “ подхватываются “ током крови и разносятся по всему организму. “Истинные” гормоны ( в отличии от местных регуляторных веществ ) выделяются в кровь и действуют практически на все органы, в том числе значительно удаленные от места образования гормона. Биологически активные вещества, образующиеся в других, отличных от желез внутренней секреции, органах и тканях, принято называть “ парагормонами”, “гистогормонами”, “биогенными стимуляторами” . На участие этях веществ в регуляции функций организма впервые указал русский физиолог В.Я. Данилевский ( в 1899г. На 7- м съезде общества русских врачей в память Н.И.Пирогова). Термин “гормоны” впервые был применен У. Бейлиссом и Э. Старлингом в 1902г. По отношению к специфическому продукту секреции слизистой оболочки верхней части кишечника - т.н. секретину, стимулируюшему отделение сока поджелудочной железы. Однако секретин следует отнести к гистогормонам. Биологически активные продукты обмена веществ образуются и в растениях, но относить эти вещества к “гормонам” совершенно не правильно. Беспозвоночные животные не имеют сформировавшейся эндокринной системы ( т.е. функционально взаимлсвязанных желез внутренней секреции). Так, у насекомоядных обнаружены лишь отдельные железистые образования, в которых повидимому, и происходит выработка гормональных веществ ( напр. вызывающих линьку, окукливание и пр.) У кольчатых червей существует только зачаток адреналовой системы в форме хромафинных клеток, а у переходных форм от безпозвоночных к позвоночным - асцидий ( оболочников) - имеются гомологи гипофиза и щитовидной железы. Эндокринная система со специфическими физиологическими функциями достигает полного развития лишь у позвоночных животных и человека. У высших позвоночных животных и человека эндокринная система начинает функционироватьна довольно на ранних этапах зародышевого развития. У человека напр. , гормон щитовидной и поджелудочной желез, отдельные гормоны гипофиза обнаружены уже на 3-4-м месяце у эмбриона. Первоначально термином “гормон” обозначали химические вещества, которые секретируются железами внутренней секреции в лимфатические или кровеносные сосуды, циркулируют в крови и оказывают действие на различные органы и ткани, находящиеся на значительном расстоянии от места их образования. Оказалось, однако, что некоторые из этих веществ (например, норадреналин), циркулируя в крови как гормоны, выполняют функцию нейропередатчика (нейротрансмиттера), тогда как другие (соматостатин) являются и гормонами, и нейропередатчиками. Кроме того, отдельные химические вещества секретируются эндокринными железами или клетками в виде прогормонов и только на периферии превращаются в биологически активные гормоны (тестостерон, тироксин, ангиотензиноген и др.). Гормоны, в широком смысле слова, являются биологически активными веществами и носителями специфической информации, с помощью которой осуществляется связь между различными клетками и тканями, что необходимо для регуляции многочисленных функций организма. Информация, содержащаяся в гормонах, достигает своего адресата благодаря наличию рецепторов, которые переводят ее в пострецепторное действие (влияние), сопровождающееся определенным биологическим эффектом. 2. Варианты действия гормонов В настоящее время различают следующие варианты действия гормонов: a) гормональное, или гемокринное, т.е. действие на значительном удалении от места образования; b) изокринное, или местное, когда химическое вещество, синтезированное в одной клетке, оказывает действие на клетку, расположенную в тесном контакте с первой, и высвобождение этого вещества осуществляется в межтканевую жидкость и кровь; c) нейрокринное, или нейроэндокринное (синаптическое и несинаптическое), действие, когда гормон, высвобождаясь из нервных окончаний, выполняет функцию нейротрансмиттера или нейромодулятора, т.е. вещества, изменяющего (обычно усиливающего) действие нейротрансмиттера; d) паракринное разновидность изокринного действия, но при этом гормон, образующийся в одной клетке, поступает в межклеточную жидкость и влияет на ряд клеток, расположенных в непосредственной близости; e) юкстакринное разновидность паракринного действия, когда гормон не попадает в межклеточную жидкость, а сигнал передается через плазматическую мембрану рядом расположенной другой клетки; f) аутокринное действие, когда высвобождающийся из клетки гормон оказывает влияние на ту же клетку, изменяя ее функциональную активность; g) солинокринное действие, когда гормон из одной клетки поступает в просвет протока и достигает таким образом другой клетки, оказывая на нее специфическое воздействие (например, некоторые желудочно-кишечные гормоны). 3. Классификация гормонов по химической природе По химической природе гормоны делятся на белковые, стероидные (или липидные) и производные аминокислот. Белковые гормоны подразделяют на пептидные: АКТГ, соматотропный (СТГ), меланоцитостимулирующий (МСГ), пролактин, паратгормон, кальцитонин, инсулин, глюкагон, и протеидные - глюкопротеиды: тиротропный (ТТГ), фолликулостимулирующий (ФСГ), лютеинизирующий (ЛГ), тироглобулин. Гипофизотропные гормоны и гормоны желудочно-кишечного тракта принадлежат к олигопептидам, или малым пептидам. К стероидным (липидным) гормонам относятся кортикостерон, кортизол, альдостерон, прогестерон, эстрадиол, эстриол, тестостерон, которые секретируются корой надпочечника и половыми железами. К этой группе можно отнести и стеролы витамина D - кальцитриол. Производные арахидоновой кислоты являются, как уже указывалось, простагландинами и относятся к группе эйкозаноидов. Адреналин и норадреналин, синтезируемые в мозговом слое надпочечника и других хромаффинных клетках, а также тироидные гормоны являются производными аминокислоты тирозина. Белковые гормоны гидрофильны и могут переноситься кровью как в свободном, так и в частично связанном с белками крови состоянии. Стероидные и тироидные гормоны липофильны (гидрофобны), отличаются небольшой растворимостью, основное их количество циркулирует в крови в связанном с белками состоянии. Гормоны осуществляют свое биологическое действие, комплексируясь с рецепторами - информационными молекулами, трансформирующими гормональный сигнал в гормональное действие. Большинство гормонов взаимодействуют с рецепторами, расположенными на плазматических мембранах клеток, а другие гормоны - с рецепторами, локализованными внутриклеточно, т.е. с цитоплазматическими и ядерными эффектом. . Свойства гормонов Особый интерес представляет способность организма сохранять гормоны в иноктивированном ( недеятельном) состоянии. Гормоны, являясь специфическими продуктами желез внутренней секреции, не остаются стабильными, а изменяются структурно и функционально в процессе обмена веществ. Продукты превращения гормонов, могут обладать новыми биокаталитическими свойствами и играть определенную роль в процессе жизнидеятельности: напр., продукты окисления адреналина - дегидроадреналин, адренохром, как это показал А.М. Утевский, являются своеобразными катализаторами внутреннего обмена. Работа гормонов осуществляется под контролем и в теснейшей зависимости с нервной системой. Роль нервной системы в процессах гормонообразования впервые была доказана в начале 20в. русским ученым Н.А. Миславским, изучавшим нервную регуляцию деятельности желез внутренней секреции. Им был открыт нерв, усиливающий секрецию гормона щитовидной железы; его ученику М.Н. Чебоксарову принадлежит (1910 г.) аналогичное открытие в отношении гормона надпочечника. И.П.Павлов и его ученики показали громадное регулирующее значение коры больших полушарий головного мозга в гормонообразовании. Специфичность физиологического действия гормонов является относительной и зависит от состояния организма как целого. Большое значение имеет изменение состава среды, в которой действует гормон, в частности, увеличение или уменьшение концентрации водородных ионов, сульфгидрильных групп, солей калия и кальция, содержание аминокислот и прочих продуктов обмена веществ, влияющих на реактивность нервных окончаний и взаимоотношения гормонов с ферментными системами. Так, действие гормона коры надпочечника на почки и сердечно-сосудистую систему в значительной степени определяется содержанием хлористого натрия в крови. Соотношение между количеством активной и неактивной формы адреналина определяется содержанием аскорбиновой кислоты в тканях. Доказано, что гормоны находятся в тесной зависимости от условий внешней среды, влияние которой опосредуется рецепторами нервной системы. Раздражение болевых, температурных, зрительных и др. рецепторов оказывает влияние на выделение гормона гипофиза, щитовидной железы, надпочечника и др. желез. Составные части пищи могут служить , с одной стороны источником структурного материала для построения гормонов ( йод, аминокислоты, стерины), а с дугой стороны - путем изменения внутренней среды и влияние на интерорецепторы, воздействовать на функцию желез, образующих гормоны. Так, установлено, что углеводы, преимущественно влияют на выделение инсулина; белки - на образования гормона гипофиза, половых гормонов, гормона коры надпочечника, гормона щитовидной железы; витамин С - на функцию щитовидной железы и надпочечника и т.д. Некоторые химические вещества , вводимые в организм, могут специфически нарушать гормонообразование. . Использование витаминов В медицинской практике гормональные препараты используют для лечения заболеваний желез внутренней секреции, при которых функция последних понижена. Так, например, инсулин применяют для лечения сахарной болезни ( диабет). Помимо лечения заболеваний желез внутренней секреции гормоны и гормональные препараты применяются также и при других болезнях: инсулин - при патологическом истощении, заболеваниях печени, шизофрении; тиреоидин - при некоторых формах ожирения; мужской половой гормон (тестостерон) - при раке молочной железы у женщин, женский половой гормон (или синэстрол и стильбестрол) - при гипертрофии и раке предстательной железы у мужчин и др. Гормоны находят применение также в зоотехнике - для повышения продуктивности сельско-хозяйственных животных. Так, гормон щитовидной железы или заменяющий его препарат иодированного белка (казеина), по некоторым данным, способствует повышению удойности коров. Соединение гормона с белковыми комплексами, содержащими соли цинка и других металлов, удлиняют действие гормонов. Такого рода гормональные препараты (с «удлиненным») действием находят все большее применение в практике. Заключение Биологически активные вещества: ферменты, витамины и гормоны - жизненноважные и неоходимые компоненты человеческого организма . Находясь в малых количествах , они обеспечивают полноценнцую работу органов и систем. Ни один процесс в организме не обходится без участия тех или иных ферментов. Эти белковые катализаторы способны не толлко осуществлять самые удивительные превращения веществ, но и делаит это исключительно быстро и легко, при обычных температурах и давлении. В отличии от катализаторов неорганической природы ферменты обладают высокой специфичностью действия. Каждый данный фермент катализирует лишь определенную химическую реакцию, т.е. действует на вполне определенное вещество или на вполне определенный тип химической связи, обеспечивая строгую согласованность работы аппарата живой клетки. Эта высокая специфичность действия фермента заключена в архитектуре его молекулы. За последние годы достигнуты заметные успехи в изучении пространственного строения большого числа ферментов. Например, используя метод ренгеноструктурного анализа, удалось определить строение и создать модель молекулы - лизоцима. Лизоцим - это фетмент, содержащийся в слезах, слизи из полости носа и т. д. Он спосоден расщеплять молекулу сложного полисахарида, входящего в состав оболочки некоторых бактерий. Анализируя модель молекулы лизоцима, исследователи пришли к выволу о существовании явной связи между формой и функцией этого фермента. Полипептидная цепь лизоцима свернута очень сложным способом и образует компактную, почти глобулярную молекулу. Одной из примечательных лслбенностей строения этого фермента является наличие “ кармана” , расположенного примерно посредине молекулы. Субстрат (полисахарид) укладывается (встраивается) в этот “карман”, в котором, как полагают, расположен активный центр фермента. В процессе образования фермент-субстратного комплекса “карман” несколько сужается. В результате субстрат приобретает большую, чем обычно, реакционную способность. Можно предполагать, что особые группы ферментов оказываются в непосредственной близости к определеннйм участкам молекулы субстрата, вызывая изменения в распределении электронов, что, в свою очередь, приводит к ослаблению и разрыву связи. В последние годы удалось добиться существенных успехов ив разрешении вопроса о регуляции активности ферментов. Как уже отмечалось, существуеют две возможности ее регуляции: изменение активности «готовых» молекул фермента и и регулирование на генетическом уровне, которое реализуется в изменении скорости биосинтеза ферментного белка. Различают также наличную (имеющуюся) и потенциальную (регулируемую) активность ферментов. Наличная - характеризуется активностью фермента в исходном состоянии ткани, потенциальную - возможным изменением активности фермента в различных жизненных ситуациях, когда к системе предъявляются повышенные требования. В этой связи небезинтересно отметить, что к старости в первую очередь снижается потенциальная (регулируемая) активность ферментов. При старении уже в обычных условиях могут быть мобилизованы приспособительные возможности многих ферментных систем, диапазон дальнейшего приспособления систем резко сужается, т.е. мервичные механизмы старения, по-видимому, в значительной мере связаны с изменением (ослаблением) потенциальной активности ферментов. Можно предположить , что дальнейшее бурное развитие энзимологии уже в недалеком будущем принесет самые неожиданные возможности контроля над процессом старения, удлинит период высокой творческой активности человека. Список литературы 1. www.re-ferat.ru . www.referat.resurs.kz . www.MirSlovarei.com . www.temniera.referats.continent.kz . www.mediaget.ru |