Лекции биохимия 2. Резюме по модульной единице 4
 Скачать 2.84 Mb.
|
(Р) дегидрогеназа С–НВопросы для повторения. 1. Какова биологическая роль ферментов? 2. Как используются ферменты в пищевых производствах, сельском хозяйстве, медицине? 3. Какое строение имеют молекулы ферментных белков? 4. В чём состоит механизм ферментативного превращения молекул субстратов? 5. Какие свойства ферментов объясняют гипотезы «ключа и замка» и «индуцированного соответствия»? 6. В чём заключаются особенности действия ферментов, имеющих в качестве коферментов флавиновые и железо-серные группировки, а также гемы? 7. Каковы механизмы действия ферментов, имеющих в качестве коферментов НАД и НАДФ? 8. Как определяется и в каких единицах выражается каталитическая активность ферментов? 9. Что характеризует показатель «период полужизни фермента»? 10. В чём состоит природа образования изоферментов? 11. Какова биологическая роль изоферментов? 12. Как изменяется активность ферментов в зависимости от температуры, рН физиологической среды, концентрации фермента и субстрата? 13. Как действуют на ферменты активаторы и ингибиторы? 14. Какие известны разновидности активаторов и ингибиторов ферментов? 15. Каковы особенности локализации ферментов в клетках организмов? 16. Как осуществляется регуляция конститутивных ферментов? 17. В чём состоят механизмы регуляции индуцируемых ферментов? 18. Каковы механизмы регуляции ферментативной активности с участием гормонов, зимогенов, а также под действием света? 19. По какому принципу осуществляется классификация ферментов? Резюме по модульной единице 7. Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы, с помощью которых осуществляются химические реакции в живых организмах. Вещества, подвеогающиеся превращениям под действием ферментов называют субстратами. Субстрат реагирует с определённым участком белковой молекулы фермента, который называют каталитическим, или активным центром. В состав каталитического центра центра фермента входят аминокислотные остатки белковой молекулы с реакционноспособными группировками, занимающее разное положение в первичной структуре полипептидов, но сближающиеся при формировании третичной структуры. У двухкомпонентных ферментов в составе активного центра содержится дополнительная группировка неаминокислотной природы, называемая коферментом. Коферменты являются производными витаминов, нуклеотидов, гетероциклических соединений, а также соединений, содержащих катионы металлов и железо-серные группировки. К важнейшим коферментам относятся НАД и НАДФ, ФАД, кофермент А, биотин, липоевая кислота, гемы, производные пиридоксина и фолиевой кислоты. Ферметы синтезируются в организмах в виде множественных молекулярных форм, называемых изоферментами. Изоферменты – это белковые молекулы, различающиеся попервичной структуре, но катализирующие одну и ту же биохимическую реакцию и обладающие одним типом субстратной специфичности. С помощью изоферментов обеспечивается специфичность обмена веществ у разных генотипов, в разных органах и тканях одного и того же организма, или даже в разные фазы его развития. Кроме того, с участием изоферментов происходит адаптация организмов в изменяющихся условиях внешней среды. Каталитическое действие фермента осуществляется главным образом за счёт электростатических и гидрофобных взаимодействий между группировками каталитического центра и молекулой субстрата, в ходе которых происходит перевод субстрата в активированное состояние, в результате чего осуществляется его превращение в продукты реакции. Действие фермента характеризуется очень высокой специфичностью. Он катализирует превращение только субстрата и способен распознавать пространственные изомеры органических веществ. На активность ферментов существенное влияние оказывают состав и условия физиологической среды: температура, рН среды, наличие активаторов и ингибиторов ферментов. Структурное соответствие между каталитическим центром фермента и субстратом характеризует показатель, называемый константой Михаэлиса. Одноэтапные превращения субстратов катализируют молекулы фермента, растворённые в физиологической среде и не образующие ферментные комплексы. Многоэтапные превращения субстратов катализируют ферменты, объединённые в мультиферментные комплексы, которые находятся в растворённом состоянии в жидкой физиологической среде или связаны с внутриклеточными мембранами. Важную роль в регуляции ферментативных пеакций играют аллостерические ферменты, способные своим аллостерическим центром взаимодействовать с определёнными продуктами биохимических реакций и под их влиянием повышать или понижать каталитическую активность. Активность индуцибельных ферментов регулируют специфические белки, которые, как и аллостерические ферменты, способны перестраивать свою пространственную структуру под воздействием определённых химических веществ. Тестовые задания к лекции 4. Тесты № 81-114. Лекция 5. Обмен углеводов. Аннотация. Рассматриваются биохимические реакции первичного синтеза углеводов у С₃- и С₄-растений, взаимопревращения моносахаридов – триоз, эритрозы, пентоз и гексоз. Излагаются молекулярные механизмы синтеза и распада олиго- и полисахаридов. Даются необходимые сведения о ферментах, катализирующих реакции синтеза и превращений углеводов. Ключевые слова: цикл Кальвина, цикл Хетча-Слэка, рибулозодифосфат-карбоксилаза, фосфопируваткарбоксилаза, фотосинтетически активная радиация (ФАР), С₃- и С₄-растения, гликолиз, цикл Кребса, пентозофосфатный цикл, фотофосфорилирование, окислительное фосфорилирование, нуклеозиддифосфатпро-изводные моносахаридов (УДФ-глюкоза, УДФ-галактоза и др.), сахарозосинтетаза, гликозилтрансферазы, амилазы, инулаза, целлюлозосинтетаза, пектиназы и пртопектиназы. Рассматриваемые вопросы:
Модульная единица 8. Обмен углеводов. Цели и задачи изучения модульной единицы. Изучить механизмы синтеза, превращений и распада моносахаридов, олигосахаридов и полисахаридов, а также особенности действия ферментов, катализирующих эти реакции. Научить студентов использовать знания по обмену углеводов для прогнозирования биохимических процессов при обосновании технологий выращивания сельскохозяйственных культур и оценке качества растительной продукции.
В ходе темновых реакций фотосинтеза происходит эндергонический процесс образования углеводов из диоксида углерода (СО2) и воды, в котором в качестве энергетических источников используются продукты световых реакций НАДФ×Н и АТФ. Последовательность химических превращений в темновой стадии фотосинтеза была выяснена американскими биохимиками М Кальвином, А. Бенсоном и Д. Басхемом в 1946-53 г.г. и впоследствии названа циклом Кальвина вследствие того, что открытые ими превращения имели циклический механизм. Все эти реакции протекают в строме – жидкой дисперсионной среде хлоропластов. Для установления первичных продуктов, которые образуются при фотосинтезе из СО2 и Н2О, М. Кальвин и его сотрудники использовали культуру водорослей хлореллы, в которую вводили на свету меченный 14С СО2 в виде Н214СО3 и через короткие промежутки времени отбирали пробы клеток суспензии водорослей и фиксировали их метанолом. После этого из клеток хлореллы выделяли углеводы и другие органические вещества и в них определяли наличие радиоактивной метки, обусловленной включением в эти продукты 14С. При этом было установлено, что при коротких экспозициях (0,1-5 сек.) клеток водорослей в суспензионной среде, содержащей 14СО2, большая часть радиоактивной метки обнаруживалась в карбоксильной группе 3-фосфоглицериновой кислоты. Последнее свидетельствовало о том, что фосфоглицериновая кислота является первичным продуктом фотосинтеза. В дальнейшем с использованием радиоактивной метки в виде 14С и 32Р было показано, что первичным акцептором, с которым взаимодействует СО2 служит рибулозо-1,5-дифосфат. И эту реакцию катализирует фермент рибулозодифосфаткарбоксилаза (4.1.1.39). Учитывая, что для образования карбоксильной группы кроме СО2 требуется еще молекула воды, первую реакцию цикла Кельвина можно записать следующим образом: СН2О(Р) СН2О(Р) СООН (1) | | | С=О НО-С-Н + Н-С-ОН | + *СО2 + Н2О ¾¾® | | Н-С-ОН à СН2О(Р) *СООН СН2О(Р) | Ý | 2 молекулы Н-С-ОН С-ОН 3-фосфоглицериновой | || кислоты СН2О(Р) С-ОН рибулозо-1,5- | дифосфат Н-С-ОН | СН2О(Р) енольная форма 2 молекулы 3-фосфоглицериновой рибулозо-1,5- енольная форма кислоты дифосфат Диоксид углерода в ходе реакции взаимодействует с енольной формой рибулозо-1,5-дифосфата, при этом образуется неустойчивый продукт – β–кетокислота, который под действием фермента гидролизуется, превращаясь в 3-фосфоглицериновую кислоту. При этом радиоактивный углерод обнаруживается в карбоксильной группе одной из двух синтезирующихся молекул 3-фосфоглицериновой кислоты. Фермент рибулозодифосфаткарбоксилаза в большом количестве содержится в хлоропластах растений (до 16 % от общего количества белков), а также в клетках зелёных и пурпурных бактерий. Он состоит из восьми пар неидентичных субъединиц и имеет большую молекулярную массу (560000). Для проявления каталитической активности этого фермента необходимо присутствие катионов Mg2+. Рибулозодифосфаткарбоксилаза аллостерически активируется фруктозо-6-фосфатом и аллостерически ингибируется фруктозо-1,6-дифос-фатом, которые образуются при последующих превращениях в цикле Кальвина 3-фосфоглицериновой кислоты, являющейся продуктом действия данного фермента. Образовавшаяся под действием рибулозодифосфаткарбоксилазы 3-фосфоглицериновая кислота в последующих реакциях восстанавливается до альдегида. Вначале молекула 3-фосфоглицериновой кислоты активируется путём фосфорилирования с участием АТФ. Эту реакцию катализирует фермент фосфоглицераткиназа (2.7.2.3), включающий 355 аминокислотных остатков и активируемый катионами Мg2+: СООН О ½ фосфоглицерат- ‖ (2) Н–С–ОН + АТФ ¾¾¾¾¾® С– О |