билеты. Комплементарность взаимодействия молекул белка с лигандом. Обратимость связывания. Основы функционирования белков

• Название: Комплементарность взаимодействия молекул белка с лигандом. Обратимость связывания. Основы функционирования белков
• Дата: 05.10.2022
• Размер: 488.86 Kb.
• Имя файла: билеты.docx
• Тип: Документы; #716082
• страница: 18 из 21

Билет 31 (1, 106, 95, 176)
1.ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ, ИЕРАРХИЧЕСКАЯ

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ КАК ВАЖНЕЙШИЕ ПРИЗНАКИ ЖИВОЙ

МАТЕРИИ.

Биологическая химия —наука, которая изучает химическую природу веществ, входящих в состав живых

организмов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью клеток, органов, тканей и

организма.

Карл Нейберг (1903г.)– наука о химическом составе живых организмов, химических превращениях,

протекающих в организме животных и растений

Главная задача биохимии – установление связи между молекулярной структурой и биологической функцией

химических компонентов живых организмов)

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Уровни организации биоты

1. Молекулярный - отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы

передачи генной информации

2. Клеточный и субклеточный уровни - отражают особенности специализации клеток, а также

внутриклеточные структуры. На этом уровне происходят процессы жизнедеятельности (обмен веществ,

питание, дыхание, раздражимость и т. д.)

3. Организменный и органно-тканевый уровни - отражают признаки отдельных особей, их строение,

физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ

4. Популяционно-видовой - образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того

же вида, совокупность особей одного вида

5. Уровень биогеоценозов - структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и

неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс – экосистему

6. Биосферный - вся совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Важнейшее проявление жизни – непрекращающийся обмен веществом и энергией организма с окружающей

средой

Метаболизм (обмен веществ и энергии) – совокупность химических превращений веществ от момента их

поступления в клетку до выделения конечных продуктов. Обмен веществ состоит из двух противоположных,

одновременно протекающих процессов:

1. Катаболизм – совокупность поэтапных ферментативных процессов расщепления сложных молекул до

простых. Идет с высвобождением энергии – экзэргонический процесс.

2. Анаболизм – совокупность поэтапных ферментативных процессов построения сложных веществ из более

простых предшественников. Идет с затратой энергии – эндэргонический процесс.

САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

Самовоспроизведение – способность живого организма, его органа, ткани, клетки или клеточного органоида к

образованию себе подобного

Самовоспроизведение свойственно целым организмам, отдельным их органам, тканям, клеткам, клеточным

включениям и многим органеллам. Самовоспроизведение осуществляется посредством вегетативного,

полового и бесполого размножений

В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено

информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте ДНК. Самовоспроизведение тесно связано с явлением

наследственности: любое живое существо рождает себе подобных, путем реализации механизма матричного

синтеза ДНК.
2 .НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, СТРОЕНИЕ. ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК И РНК,

СВЯЗИ, ФОРМИРУЮЩИЕ ПЕРВИЧНУЮ СТРУКТУРУ.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

– биополимеры (полинуклеотиды), состоящие из мононуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями

ДНК хранит наследственную информацию, т.е. информацию о первичной структуре белков данного организма,

а РНК (мРНК, тРНК и рРНК) ее реализуют, т.е. участвуют в синтезе белков.

Виды РНК:

 м-РНК является копией гена и матрицей (планом) для синтеза белка;

 т-РНК осуществляет транспорт аминокислот к месту синтеза белка и встраивает аминокислоту в

полипептидную цепочку в соответствии с кодоном;

 р-РНК вместе с белками формирует рибосому – место синтеза белка.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

В молекуле ДНК углевод (пентоза) представлен дезоксирибозой, а в молекуле РНК – рибозой, отсюда их

названия: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и

рибонуклеиновая (РНК) кислоты. Кроме того, они содержат фосфорную кислоту, по два пуриновых и по два

пиримидиновых основания; различия только в пиримидиновых основаниях: в ДНК содержится тимин, а в РНК –

урацил.

СТРОЕНИЕ

Каждый нуклеотид содержит 3 химически различных компонента:

гетероциклическое азотистое основание, моносахарид (пентозу) и остаток

фосфорной кислоты. В зависимости от числа имеющихся в молекуле

остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфаты (НМФ),

нуклеозиддифосфаты (НДФ), нуклеозидтрифосфаты (НТФ) .

В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания двух типов:

пуриновые - аденин (А), гуанин(G) и пиримидиновые - цитозин (С), тимин (Т)

и урацил (U).

ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК И РНК

- порядок чередования (дезокси)рибонуклеозидмонофосфатов (дНМФ) в

полинуклеотидной цепи.

Концевые нуклеотиды ДНК различают по структуре: на 5'-конце находится

фосфатная группа, а на 3'-конце цепи - свободная ОН-группа.

Н. к. обладают видовой специфичностью, т. е. у каждого вида

характеризуются определённым нуклеотидным составом.

СВЯЗИ, ФОРМИРУЮЩИЕ ПЕРВИЧНУЮ СТРУКТУРУ

Каждая фосфатная группа в полинуклеотидной цепи, за исключением

фосфорного остатка на 5'-конце молекулы, участвует в образовании двух эфирных связей с участием 3'- и 5'-

углеродных атомов двух соседних дезоксирибоз, поэтому связь между мономерами обозначают 3', 5'-

фосфодиэфирной.
3 .ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ АММИАКА В ОРГАНИЗМЕ, ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ АММИАКА В МЕСТЕ

ОБРАЗОВАНИЯ, ТРАНСПОРТНЫЕ ФОРМЫ АММИАКА.

Аммиак – токсичное соединение, особенно для центральной нервной системы. Это судорожный яд,

требующий постоянного обезвреживания.

Механизм токсического действия аммиака:

1. на обезвреживание аммиака расходуется α-кетоглутаровая кислота, это приводит к выключению ее из цикла

трикарбоновых кислот, блокаде ЦТК и развитию гипоэнергетического состояния,

2. повышенная концентрация аммиака в крови (гипераммониемия) приводит к нарушению кислотно-основного

состояния, развивается алкалоз,

3. нарушается синтез медиаторов, нарушается проведение нервных импульсов, страдает нервная система,

4. изменяется концентрация в крови катионов натрия и калия, нарушается электролитный баланс.

Поскольку аммиак очень токсичен, его необходимо

повсеместно обезвреживать с образованием транспортных

форм (глутамата, глутамина, амидированных карбоксильных

групп белков плазмы крови), которые затем направляются в

печень или в почки, где осуществляется окончательное

обезвреживание аммиака с образованием менее токсичных

форм его выведения – мочевины, аммонийных солей. При

катаболизме сложных белков распад простетических групп

приводит к образованию других азотсодержащих конечных

продуктов (желчных пигментов, мочевой кислоты). Высокая

степень разветвленности метаболических путей

превращения аминокислот вовлекает в процесс множество

высокоспецифичных ферментных систем, генетические

дефекты которых обуславливают появление большого

количества наследственных нарушений аминокислотного

обмена, проявляющихся тяжелыми наследственными

болезнями.

ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ АММИАКА В ОРГАНИЗМЕ

Аммиак в организме образуется в результате дезаминирования

аминокислот, биогенных аминов и нуклеотидов. Часть аммиака

образуется в кишечнике в результате действия бактерий на пищевые

белки (гниение). Концентрация аммиака в крови в норме – 0,4-0,7мг/л.

Это токсичное соединение, поэтому аммиак не накапливается, а

вступает в реакцию с глутаминовой или аспарагиновой кислотами с

образованием индифферентной транспортной формы – глутамина

или аспарагина.

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ АММИАКА В МЕСТЕ ОБРАЗОВАНИЯ

В почках глутамин под влиянием глутаминазы расщепляется с

образованием аммиака, идущего на нейтрализацию кислых

соединений с образованием аммонийных солей. Этот процесс

является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного

равновесия в организме и сохранения важнейших катионов (Na+

, K+

)

для поддержания осмотического давления. Глутамин – основной

донор азота в организме. Амидный азот глутамина используется для

синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аспарагина,

аминосахаров, белков, глюкозы. Также источниками образования

аммиака служат процессы:

- дезаминирования биогенных аминов;

- распад пиримидиновых оснований (урацил, тимин,

цитозин);

- дезаминирования аминокислот;

- дезаминирования пуриновых оснований (гуанина и

аденина).

ТРАНСПОРТНЫЕ ФОРМЫ АММИАКА

1. Глутаминовая кислота

2. Амиды аминокислот (аспарагин и глутамин)

3. Амидированные белки

Транспортными формами аммиака из тканей в печень являются

глутамин и аланин, в меньшей степени аспарагин и глутамат,

некоторое количество аммиака находится в крови в свободном виде. Глутамин и аланин являются

наиболее представленными, их доля среди всех аминокислот крови составляет до 50%. Большая часть

глутамина поступает от мышц и нервной ткани, аланин переносит аминный азот от мышц и стенки

кишечника.
4 БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ И РАССЛАБЛЕНИЯ. РОЛЬ

ГРАДИЕНТА ОДНОВАЛЕНТНЫХ ИОНОВ И ИОНОВ КАЛЬЦИЯ В РЕГУЛЯЦИИ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

И РАССЛАБЛЕНИЯ.

Сокращением мышечного волокна управляют двигательные нейроны, которые выделяют нейромедиатор

ацетилхолин в нервномышечные синапсы. Ацетилхолин диффундирует через синаптическую щель и

взаимодействуют с холинэргическими рецепторами плазматической мембраны мышечных клеток.

Открываются трансмембранные ионные каналы, происходит деполяризация клеточной мембраны.

Потенциал действия быстро распространяется по всем направлениям, возбуждая все мышечные клетки. Цикл

сокращения мышечного волокна реализуется в течение нескольких миллисекунд.

Миофибриллы обладают способностью сокращаться лишь при наличии в среде определенных концентраций

ионов кальция. В цитозоле покоящихся клеток концентрация Са2+ очень низка (менее 10-5 моль). В

саркоплазматическом ретикулуме (СР) – существенно выше (около 10-3 моль). Высокая концентрация Са2+в

CP поддерживается Са2+

- АТФ-азами и специальным белком кальсеквестрином, который прочно связывает

ионы Са2+

.

Переносу потенциала действия на CP индивидуальной миофибриллы способствуют поперечные трубочки Тсистемы (трубчатые впячивания клеточной мембраны), находящиеся в тесном контакте с индивидуальными

миофибриллами.

Деполяризация плазматической мембраны передается через Т-трубочки, что приводит к открытию Са2+

-

каналов. Ионы Са2+ выбрасываются из CP в пространство между филаментами актина и миозина до уровня

>10–5 моль. Выброс Са2+ запускает механизм процесса сокращения миофибрилл.

В расслабленной скелетной мышце комплекс тропонина с тропомиозином препятствует

взаимодействию миозиновых головок с актином.

Быстро поступивший в цитоплазму Са2+ связывается с С-субъединицей тропонина. Это приводит к

конформационной перестройке в тропонине и тропонин-тропомиозиновый комплекс разрушается. На молекуле

актина освобождается участок связывания с миозином. Это инициирует цикл мышечного сокращения.

Сокращение мышечных волокон обусловлено продольным скольжением толстых миозиновых и тонких

актиновых филаментов относительно друг друга (модель весельной лодки). Толстые нити миозина скользят по

тонким нитям актина за счет перемещения головок миозина. Если с миозином не связана молекула АТФ, то

головка миозина связывается с глобулой фибриллярного актина. Если миозин связывает молекулу АТФ и

гидролизует ее до АДФ и фосфата, происходит циклическая серия конформационных изменений, при которых

миозин высвобождает одну субъединицу F-актина и связывает следующую за ней.
Билет 32 (19, 31, 69, 169)
1 ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И ИЗУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТОВ. СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ КАК КАТАЛИЗАТОРОВ.

Ферменты (латин. fermentum – «бродило», «закваска»)- энзимы (Е) (греч. en – в, внутри, zyme – дрожжи, т.е. «в

дрожжах») – специфические белки, присутствующие во всех живых клетках и обеспечивающие биокатализ

(изменение скорости химических реакций)

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И ИЗУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТОВ

Ещѐ в начале XIX века было известно- мясо переваривается желудочным соком, а слюна превращает крахмал

в сахар. Однако механизм этих явлений был неизвестен. История биохимии –в значительной степени история

ферментов.

XVIIIв- Р. Реомюр (француз) - механизм переваривания пищи в желудке хищных птиц.

1814 г. - К.С. Киргофф - проросший ячмень способен превращать полисахарид крахмал в дисахарид мальтозу,

а экстракт дрожжей расщепляет свекловичный сахар на моносахариды – глюкозу и фруктозу.

1836-Т. Шванн (немец) открыл в желудочном соке фермент пепсин (греч. pepto – «варю»)

1897-Э. Бухнеру - ферменты, полученные в виде экстракта из живых клеток, катализируют спиртовое брожение

(основные метаболические процессы, связанные с производством энергии, могут функционировать вне клетки)

Дж. Самнер- первый фермент в чистом кристаллическом виде- уреаза (разрушающий мочевину)

1936- Д. Нортроп получил кристаллы пепсина, трипсина и химотрипсина

СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ

Как белков

 Высокая молекулярная масса

 Образуют коллоидные растворы

 Имеют сложную структурную организацию (первичную, вторичную, третичную и, нек, четвертичную)

 Состоят из остатков аминокислот, соединѐнных пептидными связями

 Не способны к диализу через полупроницаемые мембраны

 Чувствительны к действию температуры

 Термолабильны

 Обладают высокой вязкостью, оптическими свойствами

 Могут обратимо и необратимо осаждаться

Как катализаторов

 Катализируют только термодинамически возможные реакции

 Не потребляются в ходе реакции и не входят в состав конечных продуктов

 В случае обратимости реакции ускоряют и прямую и обратную реакции

 Ведут реакцию «в обход энергетического барьера»

 Чувствительны к изменению параметров проведения реакции (температуре, рН, С катализатора и

реагир. в-в)

 Чувствительны к действию эффекторов – активаторов и ингибиторов

Собственные свойства

 Высокая биологическая активность

 Ферментная специфичность -действия

-субстратная

 Наличие механизмов регуляции активности

 -обладают высокой каталитической активностью по сравнению с минеральными катализаторами

Пример: реакцию разложения пероксида водорода платиновая чернь ускоряет в 2×104 раза, снижая энергию

активации с 18 до 12 ккал/моль, а в присутствии каталазы - возрастает в 2×1011 раза с энергией активации 2

ккал/моль. Высокая биологическая активность определяется белковой природой и строением активного центра.
2 .ОБМЕН ВЕЩЕСТВ, ЭТАПЫ: ПИТАНИЕ, ТРАНСПОРТ, МЕТАБОЛИЗМ, ВЫДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ

МЕТАБОЛИЗМА. ОРГАНИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПИЩИ..

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

—это совокупность химических реакций, протекающих в организме

—представляет собой высоко координированную и целенаправленную клеточную активность, обеспеченную

участием многих взаимосвязанных ферментативных систем, и включает два неразрывных процесса

анаболизм и катаболизм

—процессы, происходящие в просвете желудочно-кишечного тракта, не входят в понятие метаболизма,

поскольку полость желудочно-кишечного тракта рассматривается как часть внешней среды

—включает в себя более чем 100 000 разнообразных реакций, но существуют основные метаболические пути,

построенные по единому плану. Такие пути могут быть линейными и разветвленными. Ферменты,

катализирующие реакции, протекающие на этих путях, в организме объединены в мультиферментные системы.

В мультиферментных системах продукт предыдущей реакции является субстратом для последующей.

—это двуединый процесс, складывающийся из 2-х частей: катаболизма и анаболизма. В ходе катаболизма

происходит разрушение, расщепление сложных веществ до более простых. В процессе анаболизма организм

синтезирует собственные сложные из простых.

—Оба процесса связаны между собой большим числом реакций, хотя в клетке часто бывают пространственно

разделены.

—существуют химические реакции из числа обратимых, которые в равной степени можно отнести как к

катаболизму, так и анаболизму. Принадлежность той или иной реакции к одному из этих процессов

определяется -в какую сторону сдвинуто ее равновесие в данный момент времени

Анаболизм

— это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из простых

молекул

—сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источник-энергия АТФ.

—используется энергия, освобождающаяся при катаболизме (эндергонические реакции)

Катаболизм

—расщепление и окисление сложных органических молекул до простых конечных продуктов

—сопровождается высвобождением энергии, заключенной в химических связях веществ

—Большая часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть используется для синтеза АТФ.

—Конечные продукты превращений органических веществ у животных и человека - СО2, Н2О и мочевина

—сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции).

Направление химической реакции определяется значением ΔG.

Экзергоническая реакция=величина отрицательна-реакция протекает самопроизвольно и сопровождается

уменьшением свободной энергии

 Если при этом абсолютное значение ΔG велико, то реакция идёт практически до конца, и её можно

рассматривать как необратимую.

Эндергоническая реакция= ΔG положительно, то реакция будет протекать только при поступлении свободной

энергии извне

 Если абсолютное значение ΔG велико, то система устойчива, и реакция в таком случае практически не

осуществляется

 При ΔG, равном нулю, система находится в равновесии.

Энергетически сопряжённые реакции- в биологических системах термодинамически невыгодные

(эндергонические) реакции могут протекать лишь за счёт энергии экзергонических реакций

—Многие происходят при участии аденозинтрифосфата (АТФ), играющего роль сопрягающего фактора.

Высокоэнергетические фосфаты (макроэргические соединения)— группа органических фосфатов, гидролиз

которых приводит к освобождению большого количества свободной энергии.

ЭТАПЫ

I. Переваривание – ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов до растворимых в воде

аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящее в

различных отделах желудочно-кишечного тракта.

II. Транспорт веществ:

 всасывание (резорбция);

 физический транспорт кровью и лимфой;

 трансмембранный перенос в клетку.

III. Метаболизм (анаболизм + катаболизм), результатом которого является ферментативное расщепление

питательных веществ до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для построения

составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ и

воспроизведения клеток и тканей. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии,

которая используется для процесса синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в

целом.

Связь анаболизма и катаболизма: энергия и вещества, выделяющиеся в катаболических процессах,

используются в анаболических. Биомолекулы, образующиеся при анаболизме, разрушаются в

катаболических реакциях.

Значение метаболизма:

 снабдить клетку энергией;

 обеспечить строительными блоками;

 собрать макромолекулы для построения клеточных структур;

 обеспечить синтез и распад сецифических и функционально активных молекул (ферментов,

гормонов, медиаторов и др.), необходимых для выполнения клеткой своих функций.

IV. Выведение конечных продуктов обмена из организма (СО2, вода, мочевина, аммиак, мочевая

кислота, билирубин и др.) в составе мочи, кала, пота, через легкие и т.д.

ОРГАНИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПИЩИ

Основные компоненты пищи, которые необходимы в разных количествах и соотношениях: вода, витамины,

углеводы, жиры, белки, минеральные вещества. Необходимо рассказать про атомарное содержание и функции

в-в

ПОНЯТИЕ ОБ ОСНОВНЫХ И МИНОРНЫХ КОМПОНЕНТАХ ПИЩИ

1) Основные пищевые вещества (макронутриенты):

o белки (100 г/сут);

o липиды (100 г/сут);

o углеводы (450 г/сут).

2) Минорные пищевые вещества (микронутриенты): – природные компоненты пищи установленной

химической структуры (витаминоподобные соединения, некоторые минералы, индольные соединения,

флавоноиды, изофлавоны, фитостерины и др.), присутствующие в пище в миллиграммах и

микрограммах, играющие важную и доказанную роль в адаптационных реакциях организма и

поддержании здоровья, но не являющиеся эссенциальными пищевыми веществами.

o витамины (А, Д, Е, К, С, группа В);

o минеральные вещества (Na, K, Ca, Mg, Fe, Cl, P и т.д.).