1-МОДУЛЬ-ПО-БИОХИМИИ. Статистическая биохими представление об углеводах. Классификация углеводов
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
35. Металлопротеины. Представители и функции Металопротеины – сложные комплексные соединения, содержащие ионы одного или нескольких металлов. В состав белков могут входить ионы железа, меди, кобальта, марганца, кальция, натрия и т.п. Ионы металлов связаны с белковой частью в основном за счёт координационных взаимодействий. Функции ионов металлов в составе белков: являются активный центром, служат мостиком между активным центром фермента и субстрата, служат акцептором электронов на определенной стадии ферментативной реакции. К этому классу относят: 1. алкогольдегидрогеназу (содержит цинк), гексокиназу (магний), амилазу (кальций) – выполняют ферментативную функцию 2. транспортную функцию выполняют трансферрин (железо 3 + ) 3. резервную функцию выполняет ферритин (железо 2 + ) 4. гормональная – инсулин (цинк) 5. минерализующая – кальций-связывающий белок 6. рецепторная – цинк-зависимые рецепторы эпителиальных клеток отвечают за различение вкуса и запаха 36. Представление о структуре нуклеопротеинов. Природа белкового компонента. Локализация в клетке, функции Нуклеопротеины – сложные белки, в состав которых входят белки (гистоны), небелковая часть представлена нуклеиновыми кислотами: ДНК и РНК. Гистоны – белки с резко выраженными основными свойствами, т.к. они содержат более 30% арг и лиз. Эти аминокислоты сообщаются белку положительный заряд, а нуклеиновая кислота всегда за счёт свободных фосфатных остатков в каждом нуклеотиде имеет отрицательный заряд. Поэтому при формировании нуклеопротеинов участвуют силы электростатического притяжения. Дезоксирибонуклеопротеины (простетическая группа – ДНК) – хранение и передача наследственной информации (хромосомы) Рибонуклеопротеины (простетическая группа – РНК) – реализация наследственной информации – синтез белка (рибосомы) 37. Общая характеристика нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Физико- химические свойства нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты – это длинные полимерные цепи, состоящие из многих тысяч мономерных единиц, которые соединяются между собой 3’, 5’-фосфодиэфирными связями. Мономером нуклеиновой кислоты является мононуклеотид, который состоит из азотистого основания, пентозы и остатка фосфорной кислоты. К физико-химическим свойствами нуклеиновых кислот относится денатурация, ренатурация, растворимость в воде, молекулярная масса 38. Компоненты нуклеиновых кислот. Сходство и различие в компонентах РНК и ДНК. Биологическая роль нуклеиновых кислот (ДНК, мРНК, рРНК, тРНК) ДНК и РНК отличаются по структуре и функциям: 1. Нуклеотиды ДНК содержат А, Г, Т и Ц, дезоксирибозу и фосфорную кислоту. ДНК находится в ядре клетки и составляет основу сложного белка хроматина. 2. Нуклеотиды РНК содержат А, Г, У и Ц, рибозу и фосфорную кислоту. Различают 3 вида РНК: 1. матричная РНК, или информационная – копия гена ДНК, содержит информацию о первичной структуре белка 2. рибосомальная РНК – образует скелет рибосомы в цитоплазме 3. транспортная РНК – участвует в активации и транспорте аминокислот к рибосоме, локализована в цитоплазме 39. Нуклеотиды – структурные блоки нуклеиновых кислот. Свободные нуклеотиды и их биологическое значение. Свободные нуклеотиды присутствуют в клетке в свободном виде и выполняют самостоятельные функции. Например, АТФ – универсальный источник энергии в клетке. Нуклеозидтрифосфаты служат источниками нуклеотидов в процессе репликации ДНК и при синтезе РНК. ЦТФ – активирует аминоспирты при синтезе фосфолипидов, УТФ – активирует углеводные остатки при синтезе гликогена, гетерополисахаридов. Циклические нуклеотиды (АМФ и ГМФ) являются мессенджерами – вторичными посредниками гормонов – передают гормональный сигнал внутри клетки. 40. Химическая природа ферментов. Сходство и различие ферментов и небиологических катализаторов Ферменты – биологические катализаторы белковой природы, образуемые живой клеткой, действующие с высокой активностью и специфичностью. Фермент является катализатором, поэтому для него характерны все свойства катализаторов: 1. Катализирует энергетически возможные реакции 2. Энергия химической системы остаётся постоянной 3. В ходе катализа направление реакции не изменяется 4. Фермент не расходуется в процессе реакции Однако, благодаря белковой природе, ферменты имеют отличия от небиологических катализаторов: 1. Скорость ферментативных реакций выше 2. Ферменты обладают высокой специфичностью 3. Ферментативная реакция проходит в оптимальных условиях 4. Активность фермента можно регулировать 41. Строение ферментов. Простые и сложные ферменты. По строению ферменты могут быть простыми и сложными белками. К ферментам – простым белкам – относятся пищеварительные ферменты (пепсин, трипсин). Это однокомпонентные ферменты (протеины), состоят только из белковой части. К ферментам – сложным белкам – можно отнести ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Это двухкомпонентные ферменты (протеиды), состоящие из белковой части и добавочной группы небелковой природы. Если добавочная группа прочно связана с белковой частью и не может существовать самостоятельно, то она называется простетической группой. Если добавочная группа не прочно связана с белковой частью и может существовать самостоятельно, то она называется коферментом. 42. Классификация ферментов 1. Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции (дегидрогеназа, гидролаза, оксигеназа) 2. Трансферазы – катализируют межмолекулярный перенос групп, с одной молекулы на другую (аминотрансферазы, ацилотрансферазы) 3. Гидролазы – катализируют реакции гидролиза 4. Лиазы – осуществляют реакции по месту двойной связи 5. Изомеразы – катализируют реакции изомеризации 6. Лигазы (синтетазы) – катализируют реакции синтеза с использованием энергии 43. Механизм действия ферментов. Фермент-субстратный комплекс. Влияние концентрации субстрата и фермента на скорость реакции В основу теории механизма действия ферментов положено образование фермент- субстратного комплекса. Механизм действия фермента можно представить поэтапно: 1. Образование фермент-субстратного комплекса (субстрат прикрепляется к активному центру фермента). На 1 стадии ферментативного процесса может меняться не только конформация фермента. Изменению подвергается и субстрат. В субстрате возникают дополнительные связи 2. На второй стадии ферментативного процесса, которая протекает медленно, происходят электронные перестройки в фермент-субстратном комплексе. Фермент и субстрат начинают сближаться, чтобы вступить в максимальный контакт и образовать единый фермент-субстратный комплекс 3. На третьей стадии происходит сама химическая реакция с образованием продуктов реакции. В результате реакции субстрат превращается в продукт реакции, фермент- субстратный комплекс распадается и фермент выходит неизменным из ферментативной реакции. Влияние концентрации фермента: скорость ферментативной реакции прямо пропорциональна концентрации фермента Влияние концентрации субстрата: при низких концентрациях субстрата скорость реакции пропорциональная концентрации субстрата. По мере увеличения концентрации субстрата активные центры молекул фермента взаимодействуют с молекулами субстрата до полного насыщения активных центров всех молекул. Когда активные центры всех молекул фермента связаны с субстратами, скорость ферментативной реакции максимальна. Константа Михаэлиса – такое количество субстрата, при котором скорость ферментативной реакции равна половине от максимальной. 44. Функциональные центры ферментов. Их роль в ферментном катализе Активный центр фермента – это центр, в котором превращается субстрат. Он формируется на третичном или четвертичном уровне и представляет собой уникальное сочетание аминокислотных остатков. В активном центре выделяют каталитический и якорный участки. Якорный (контактный) участок обеспечивает субстратную специфичность и отвечает за связывание с субстратом. Каталитический участок обеспечивает специфичность пути превращения. Именно в этом участке происходит превращение субстрата в продукт реакции Аллостерический (регуляторный) центр – участок молекулы фермента, который пространственно удалён от активного центра (располагается в другой субъединице), обратимо связывается с низкомолекулярными веществами. Эти вещества называются эффекторами, или модуляторами (положительные модуляторы – активаторы, отрицательные модуляторы – ингибиторы). 45. Кофакторы ферментов, их роль в процессе катализа Для каталитической активности сложных ферментов необходим дополнительный химический компонент, который называется кофактор. Роль кофактора могут играть как неорганические вещества (ионы железа, магния, цинка, меди), так и органические вещества – коферменты. Для работы ряда ферментов необходимы и кофермент, и ион металла (кофактор). Коферменты – низкомолекулярные органические вещества небелковой природы, связанные с белковой частью фермента временно и непрочно. В случае, когда небелковая часть фермента связана с белковой прочно и постоянно, то такую небелковую часть называют простетической группой. Белковая часть сложного белка-фермента называется апоферментом. Вместе апофермент и кофактор образуют холофермент. 46. Регуляция активности ферментов в организме. Активаторы ферментов, механизм их действия. Ингибиторы ферментов. Типы ингибирования. Значение ингибирования ферментов в медицинской практике Одним из свойств ферментов – возможность регулировать их активность. В живой клетке скорость ферментативных реакций находится под строгим контролем, что позволяет каждой метаболической цепочке реакций постоянно изменять свою скорость, приспосабливаясь к меняющимся условиям среды и потребностям клетки в продукте. В каждой метаболической цепи есть один или несколько ферментов, которые определяют скорость всей цепи реакций. Они называются регуляторными ферментами. Существует несколько способов регуляции действия ферментов: 1. Изменение количества ферментов 2. Наличие модуляторов 3. Аллостерическая регуляция 4. Частичный протеолиз 5. Ретроингибирование 6. Ассоциация и диссоциация субъединиц 7. Ковалентная модификация 8. Компартментализация На скорость химической реакции влияют различные вещества. Те из них, которые тормозят ферментативные процессы, называются ингибиторами. Те, которые усиливают реакции – активаторами. К числу факторов, повышающих активность ферментов, относятся катионы металлов и некоторые анионы. Чаще всего активаторами ферментов являются катионы Mg2+ , Mn2+ , Zn2+ , K+ и Со2+ , а из анионов – Clˉ. Катионы действуют на ферменты по-разному. В одних случаях они облегчают образование фермент-субстратного комплекса, в других – способствуют присоединению кофермента к апоферменту, либо присоединяются к аллостерическому центру фермента и изменяют его третичную структуру, в результате чего субстратный и каталитический центры приобретают наиболее выгодную для осуществления катализа конфигурацию. Ингибиторы тормозят действие ферментов. Ингибиторами могут быть как эндогенные, так и экзогенные вещества. Ингибирование по прочности связывания с ингибитором бывает обратимым и необратимым, по отношению ингибитора к активному центру бывает конкурентное и неконкурентное. Необратимое ингибирование – связывание или разрушение функциональных групп фермента, необходимых для проявления его активности. Обратимое ингибирование – происходит непрочное связывание ингибитора с функциональными группами фермента, вследствие чего активность фермента постепенно восстанавливается Конкурентное ингибирование – ингибирование, при котором ингибитор по своей структуре похож на субстрат, соперничает с субстратом за активный центр (за контактный участок), что приводит к уменьшению связывания субстрата с ферментом и нарушению катализа. Вернуть активность фермента в данном случае можно, увеличив концентрацию субстрата. Неконкурентное ингибирование – вид ингибирования, связанный с присоединением ингибитора не в активном центре, а в другом месте молекулы, при этом меняется структура активного центра, связь с субстратом становится невозможной. 47. Факторы, влияющие на активность ферментов (pH, температура среды) Общие свойства ферментов характеризуют ферменты как катализаторы белковой природы. К общим свойствам ферментов относятся термолабильность, влияние pH, специфичность. 1. Влияние температуры (термолабильность). Ферменты не устойчивы к температурному воздействию. С повышением температуры ускоряется движение молекул, что приводит к повышению вероятности взаимодействия реагирующих веществ. Оптимальной температурой для действия ферментов организма человека является температура 37 градусов. 2. Влияние pH. Ферментативная реакция происходит наиболее активно при определенных значениях pH. Такая величина pH, при которой скорость реакции является максимальной у данной ферментативной реакции, называется pH-оптимумом фермента. pH пепсина – 2-2,5; pH амилазы – 6,8; pH ферментов крови – строго 7,34; pH трипсина – 8. 48. Специфичность действия ферментов. Виды специфичности. Специфичность – очень высокая избирательность ферментов по отношению к субстрату. Специфичность фермента объясняется совпадением пространственной конфигурации субстрата и субстратного центра. За специфичность фермента ответственен как активный центр фермента, так и апофермент. Различают 3 вида специфичности: 1. Абсолютная – такой специфичностью обладают ферменты, которые действуют только на один субстрат. Например, сахараза гидролизует только сахарозу, лактаза – лактозу, уреаза – мочевину 2. Относительная специфичность – способность фермента действовать на группу субстратов с общим типом связи, т.е. относительная специфичность проявляется по отношению к группе субстратов. Например, липаза расщепляет сложноэфирную связь в жирах животного и растительного происхождения. Алкогольдегидрогеназа окисляет спирты (метанол, этанол и др.) 3. Стереохимическая изомерия – способность фермента действовать только на один стереоизомер 49. Методы определения и единицы активности ферментов В биохимической практике количество ферментов не оценивается, оценивается активность ферментов. Для измерения каталитической активности ферментов используют такие показатели, как скорость реакции или активность фермента. Скорость ферментативной реакции определяется изменением количества молекул субстрата или продукта за единицу времени. Скорость ферментативной реакции – мера каталитической активности фермента, её обозначают как активность фермента. В медицинской и фармацевтической практике для оценки активности ферментов часто используют международные единицы активности – МЕ. Международная единица активности – это количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в 1 минуту в оптимальных условиях Катал (единица активности в системе СИ) — соответствует количеству фермента, которое катализирует превращение 1 моля субстрата в 1 секунду. Соотношение между единицами активности: 1 E = 16,67 нанокатал; 1 катал = 6*10 7 E. В медицине и биохимической практике активность ферментов выражают чаще всего в единицах активности на 1 л биологической жидкости. Удельная активность фермента — это активность, выраженная в единицах активности на 1 мг (или 1 г) белка или 1 мг (1 г) препарата фермента. По удельной активности судят об очистке фермента: чем меньше посторонних белков, тем выше удельная активность. 50. Изоферменты, их биологическая роль и диагностическое значение Изоферменты – это молекулярные формы одного и того же фермента, возникшие в результате небольших генетических различий в первичной структуре фермента, но катализирующие одну и ту же реакцию. Изоферменты отличаются сродством к субстрату, максимальной скоростью катализируемой реакции, чувствительностью к ингибиторам и активаторам, условиям работы. Например, лактатдегидрогеназа (ЛДГ) имеет 5 изоформ, которые образуются путём сочетания четырёх субъединиц двух типов М и Н. Изоферменты ЛДГ осуществляют превращение пирувата в лактат (и обратно) в разных тканях. Например, креатинкиназа (КК или КФК) имеет 3 изоформы, которые образуются путём сочетания двух субъединиц типов В и М. Изоферменты КК катализируют образование креатинфосфата с затратой АТФ (и обратную реакцию) в разных тканях 51. Применение ферментов в медицине. Энзимодиагностика и энзимотерапия. Выделяют следующие направления ферментов в медицине: 1. Энзимодиагностика – использование ферментов для диагностики заболеваний, а также применение ферментов в качестве реагентов для определения биохимических показателей в биологических жидкостях. Для этой цели используются индикаторные ферменты. 2. Энзимотерапия – применение ферментов в качестве лекарственных средств. Например, смесь препаратов пепсина, трипсина, амилазы (панкреатин, фестал) используют при заболеваниях ЖКТ; коллагеназы используются в хирургической практике для обработки рубцов, образовавшихся при ожогах, некрозах; лизоцим – для лечения конъюнктивитов 3. Энзимопатология – наука, которая изучается энзимопатии, заболевания, связанные с дефектом (частичным или полным отсутствием) ферментов. Различают наследственные и приобретенные. К наследственным относятся энзимопатии, связанные с нарушением превращения аминокислот (фенилкетонурия, альбинизм, алкаптонурия, дефект лактазы у новорожденных, галактозурия, фруктозурия). Приобретенные энзимопатии могут возникать в результате перенесенных соматических, инфекционных заболеваний, длительного применения лекарств (антибиотиков), вследствие авитаминозов, злокачественных опухолях. 52. Витамины. Классификация, их биологическая роль Витамины – низкомолекулярные органические соединения, которые являются незаменимыми пищевыми факторами для человека Делят на 2 группы: 1. Жирорастворимые витамины – А, Д, Е, К – хорошо растворяются в жирах и легко накапливаются в организме при их избыточном поступлении с пищей. Их накопление в организме может вызвать расстройство обмена веществ, и даже гибель организма 2. Водорастворимые витамины – В1, В2, РР, В6, Р, С – при избыточном поступлении в организм быстро выводятся из организма |