Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция №9
Необратимое ингибирование ферментов: действие йодацетамида, который ингибирует ферменты, содержащие в активном центре сульфгидрильные группы.
Происходит блокирование этой группы и ковалентное взаимодействие.
Обратимое ингибирование ферментов предполагает нековалентное связывание ингибитора с ферментным и по своей природе может быть
Конкурентное ингибирование– ингибитор конкурирует с субстратом в активном центре.
Происходит расщепление субстрата. Ингибитор конкурирует с субстратом за активный центр, т.е. какой-то частью он структурно напоминает субстрат, как бы включается и образуется фермент-ингибиторный комплекс, субстрат уже сюда включиться не может. Чтобы снять это влияние, необходимо повысить концентрацию субстрата, он будет вымывать фермент из этого комплекса.
Примером может служить действие фермента сукцинатдегидрогиназы на янтарную кислоту:
Вступать в реакцию могут кислоты, имеющие две карбоксильные группы (щавелево-уксусная кислота, малоновая кислота).
Неконкурентное ингибирование: ингибитор связывается с ферментом не в активном центре, а где-то в другом месте, при этом меняется структура активного центра, активный центр становится непригодным для связывания субстрата.
Отличить конкурентное ингибирование от неконкурентного ингибирования можно обнаружить снятием скорости ферментативной реакции от
С увеличением концентрации ингибитора возрастает константа Михаэлиса, т.е. необходимо увеличить концентрацию субстрата, чтобы насытить фермент.
Если же ингибирование неконкурентное, тогда вид зависимости будет иным, будет изменяться максимальная скорость.
[I0] < [I1] < [I2]
Бесконкурентное ингибирование – ингибитор взаимодействует уже с образовавшимся с фермент-субстратным комплексом, образуется ингибиторно-фермент-субстратный комплекс, дальше катализ не идет.
Меняется и константа Михаэлиса и максимальная скорость процесса.
В ферменте всегда можно выделить каталитический центр – это тот участок в ферменте, где происходит непосредственное взаимодействие с субстратом. Его можно условно разделить на две части: собственно каталитический участок и контактная (якорная) площадка, которая обеспечивает специфическое сродство к субстрату. Если фермент – сложный белок, то каталитическую функцию выполняет кофермент, а якорная площадка – уникальная третичная структура белка. Если же фермент – простой белок, то и якорная площадка и каталитический участок определяются уникальной комбинацией радикалов аминокислот в одном месте в ферменте.
Мультиферментые системы.
В клетке многие ферменты как правило работают одновременно, катализируя последовательные цепи реакции, в которых продукты первой реакции являются субстратами для второй реакции и т.д. субстраты и продукты реакции как низкомолекуолярные соединения диффундируют в клетке и быстро находят каждый свой фермент. По сложности молекулярной организации такие мультиферментные системы можно разделить на три группы:
Каждый фермент работает самостоятельно, обособлено.
АПБ – ацил-переносящий белок
Синтетаза жирных кислот – комплексная мультиферментная система. При таком синтезе даже не нужно АТФ, т.к. синтез происходит с минимальными затратами энергии.
Мембрана помогает действию этих ферментов. Другой пример – это рибосомы, в них происходит процесс синтеза белка, а все остальные части рибосомы – ферменты.
Регуляция ферментативной активности.
В каждой ферментной системе есть хотя бы один фермент, выполняющий роль дирижера, который задает скорость всей последовательности реакции, т.к. катализирует самую медленную стадию.
В большинстве мультиферментых систем дирижер катализирует первую реакцию, а все остальные протекают с очень высокой скоростью.
Эти ферменты-дирижеры, активность которых зависит от разных факторов (молекулярных сигналов) можно разделить на два типа:
Модулятором регуляторного фермента E1 является конечный продукт – изолейцин. Как только концентрация изолейцина превышает стационарную концентрацию, избыточное количество включается в аллостерический центр E1, фермент становится не активным и цепочка прерывается. Как только концентрация становится стационарной, цепочка опять включается. Принцип такой регуляции очень часто встречается. Такие регуляторные ферменты могут не только понижать активность, но могут и увеличивать активность фермента. В этом случае таким модулятором выступают сами молекулы субстрат. В этом случае субстрат связывается не токльо в активном центре фермента, но еще и в других аллостерических центрах – гомеотропная регуляция, когда 2 или более аллостерических центр участвуют в регуляции. Многие ферменты имеют несколько аллостерических центров, куда могут присоединяться понижающие и повышающие активность молекулы.
Происходит отщепление от гликогена одного остатка глюкозы, образуется глюкоза-1-монофосфат, а гликоген укоротился на одно углеводное звено. Регуляция происходит в результате перехода фермента гликогенфосфорилазы–а (активный) под действием воды и фермента ферментфосфатазы, в результате получается гликогенфосфорилазы–b (неактивная) и две молекулы фосфорной кислоты.
Киназафосфорилаза-b
Изоферменты или изоинзимы.
Многие ферменты могут в нескольких формах, встречающихся у одного и того же организма и даже в одной клетке. В таких случаях все формыкатализирут одну и ту же реакцию, но отличаются по своим каталитическим, кинетическим параметрам, по структуре и аминокислотному составу. Их можно выделить и идентифицировать. Такие множественные формы ферментов называются изоферментами. Один из первых ферментов, который был описан лактатдегидрогиназа. Под действием этого фермента молочная кислота превращается в пировиноградную и образуется.
Лактатдегидрогиназа существует в тканях животных в виде 5 разных ферментов, которые можно разделить методом электрофореза. Каждая из форм состоит из 4 полипептидных цепей, молекулярная масса примерно 3500. все 5 изоформ содержат в разных соотношениях полипептидные цепи двух типов, различающихся по аминокислотному составу и последовательности. Так, например, форма A4 выделена из скелетной мышцы быка, а B4 – из сердечной мышцы, а все остальные формы, которые содержатся в других клетках и тканях имеют состав A3B, A2B2, AB3. Изоформы очень полезны для живого организма, т.к. одни ферменты могут заменять друг друга в цепочке, повреждения на генетическом уровне не происходит.
Классификация ферментов.
В 1961 г. на международном биохимическом съезде была предложена классификация:
1. Оксидоредуктазы – это ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
2. Трансферазы – это ферменты, катализирующие реакции переноса групп с одно субстрата на другой.
3. Гидралазы – это ферменты, катализирующие реакции гидролиза.
4. Лиазы – это ферменты, катализирующие присоединение групп к двойным связям или отщепление групп с образованием двойной связи.
5. Изомеразы – это ферменты, катализирующие реакции изомеризации.
6. Синтетазы (лигазы) – это ферменты, катализирующие реакции увеличения цепочки, образования связи CN CO CC и т.д.
Каждый класс ферментов разделяется на подкласс и подподкласс, в зависимости от индивидуальных превращений, при этом учитывается природа кофермента, тип связи, на который действует фермент.
Такая классификация позволяет идентифицировать индивидуальные ферменты с помощью шифра, состоящего из 4 цифр.
1-я цифра класс;
2-я цифра подкласс;
3-я цифра подподкласс;
4-я цифра порядковый номер фермента в данном подподклассе.
Дегидрогиназы – с помощью этих ферментов происходит отщепление атомов водорода от субстрата и переноса на другой субстрат.
Оксидазы – катализируют реакции окисления в результате переноса электронов с донора к акцептору.
1 – класс
1 – что является донором
1 – акцептором служит
НАД – никотинамидадениндинуклеотид – небелковая часть дегидрогиназы.
1 - класс
1
2 – акцептором служит цитохром
1– класс
1
3 – акцептором служит кислород
1 – класс
2 – донор альдегидная группа.
1 – акцептором служит НАД и НАДФ
Пример: 1-2-1-12 глицеральальдегидтрифосфат: НАД-оксидоредуктаза (фосфорилирующая).
2. Трансферазы.
2
2.1 – переносят одноуглеродные остатки
2 – трансферазы оксиметильных, формильных, метиленовых групп
Источником этих групп является тетрагидрофолевая кислота.
– трансферазы, которые переносят альдегидные и кетонные группы.
- ацилтрансферазы, переносят остатки кислоты
2.3.1 – ацетилтрансферазы переносят остатки уксусной килоты
Лекция №10
Коэнзим А (небелковой частью является ацетилтрансферазой)
Небелковая часть ацетилтрансферазы: Коеэнзим А
Ацетилхолинтрансфераза 2-3-1-6
2-6 ферменты: перенос азотистых групп, входит большое число ферментов аминотрансфераз. Небелковой частью является витамин B6 – фосфоперидаксаль.
Реакция переаминирования: глютаминовая кислота + пировиноградная кислота – перенос аминогруппы с глютаминовой кислоты на пировиноградную.
2-7 ферменты: переносят фостфатные группы.
2-7-1 – фосфокеназы.
Глюкофосфокеназа
Если перенос фосфатной группы осуществляется внутри одной молекулы – такой фермент называется фосфомутаза.
Гидралазы – ферменты, способствующие гидролитическому расщеплению.
3-1 – эстеразы, действюут на сложноэфирные группы.
3-1-1 – липаза, расщепляет сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.
3-1-1-4 – лецитиназа, расщепляет эфирные связи в фосфотидил производных.
3-1-1-4
3-1-1-5
3-1-3
Лецитиназа A2 отщепляет непредельную жирную кислоты R1-COOH, после этого образуется соединение лизолецитин, это вещество вызывает гемолиз эритроцитов. A2 входит в состав змеиного яда.
3-2 ферменты – гликозидазы, способствуют гидролизу гликозидных связей.
3-2-1-12 – амилаза, она действует на крахмал и расщепляет крахмал по 1,4-гликозидным связям.
Альфа- (3-2-1-20) и бета-гликозидазы (3-2-1-21) – расщепляет альфа гликозидные связи и бета-гликозидные связи соответственно.
К бета-гликозидазе относится фермент сахараза.
-гликозидазы
- гликозидазы
3-4 ферменты – пептидазы, действуют на пептидные связи, разделяются на эндопептидазы (пепсин, трепсин, хемотрепсин), которые расщепляют внутренние пептидные связи и экзопептидазы (аминопептидаза, карбоксипептидазы), расщепляют внешние пептидные связи.
3-4-1-1 – пепсин, он действует в желудке и проводит гидролиз пептидных связей, прилегающих к остаткам ароматических и дикарбоновых кислот с N-конца.
3-4-4-4 – трепсин, в кишечнике, гидролиз пептидных связей, амидов, сложно-эфирных связей у аргинина и лизина с С-конца.
3-4-4-5 – хемотрепсин, расщепляет полипептиды, белки по карбоксильным группам ароматических аминокислот.
3-5 ферменты – гидралазы, действующие на CN-связи, отличные от пептидных.
3-5-1-5 – уреаза, расщепляет мочевину на аммиак и углекислый газ.
Аргиназа, аргигнин расщепляется на орметин и мочевину.
3-6 ферменты, действуют на кислотно-ангидридные связи.
АТФ + H2O АМФ + пирофосфат.
Пирофосфат:
Лиазы.
4-1 – углерод углеродные лиазы
4-1-1 – декарбоксилиаза кетона и аминокислот.
Пировиноградная кислота превращается в уксусный альдегид и выделяется углекислый газ, т.е. происходит декарбоксилирование.
Небелковая часть фермента – витамин B1 – тиаминпирофосфат или (дифосфотиамин).
4-1-2 альдолаза.
фруктоза-1-6-дифостфат расщепляется и образуется фосфодиоксиацетон и фосфоглицериновый альдегид.
4-2-CO-лиазы, т.е. расщепляют углерод-кислородные связи.
Например, гидратаза.
Яблочная кислота образует фумаровую кислоту, отщепляя молекулу воды.
4-3-CN-лиазы
Изомерезы.
5-1 – рацемазы, способствуют переходу D в L форму.
5-1-1-1 – аланинрацемаза
5-2 – цис-транс-изомеразы, фумаровая в малеиновую и наоборот.
5-3 – эпимеразы, превращение эпимеров друг в друга.
Синтетазы (или лигазы).
6-1-1 аминоацил транспортной РНК синтетазы
6-2 образуются углерод-серные связи, кислотно-тиоловые лигазы.
6-4 ацетилкоэнзим-А-карбоксилаза, с помощью неё происходит образование углерод-углеродных связей.
Механизм ферментативного действия.
Превращение субстрата в продукты реакции под влиянием ферментов может быть выражено в общем виде
Образование промежуточных комплексов требует меньше энергии, чем непосредственное превращение субстрата.
Все молекулы в системе должны обладать каким-то запасом энергии, чтобы превратиться продукты реакции. Образование разных фермент-субстратных комплексов приводит к тому, что энергетический барьер каждого субстратного комплекса значительно ниже, чем общий барьер реакции.
Теория индуцированного состояния.
Согласно этой теории, фермент связывается с правильным субстратом и сам фермент приобретает в процессе некоторое изменение – индуцированное соответствие (состояние).
Образование фермент-субстратного комплекса происходит индуцированное соответствие – фермент и субстрат претерпевают структурные изменения, чтобы соответствовать друг другу.
Факторы, которые способствуют:
Хемотрепсин – это полипептид, содержащий 245 аминокислотных остатков, имеет 5 дисульфидных мостиков.
57 – гистидин;
102 – аспарагиновая кислота;
195 – сирин;
Неактивный хемотрепсин превращается в активную форму превращается после того, как под действием фермента трепсина и активного хемотрепсина расщепляются 4 пептидные связи. Но удерживается дисульфидными связями.
Это был процесс расщепления пептидной связи под действием хемотрепсина в активном состоянии.
Лекция №11
Действие аминотрансферазы.
На первой стадии происходит образовании шиффового основания, далее происходит группировка.
Реакции переаминирования, протекают очень активно при отщеплении аминокислот.
Биологическое окисление, биэнергетика.
Все клетки такни потребляют кислород и выделяют углекислый газ и воду, т.е. все клетки дышат. При дыании во всех клетках и тканях окисляются питательные вещества, это осуществляется с помощью окислительно-восстановительных реакций. Процесс окисления и дегидрирования – это процессы эквивалентные. В одних случаях происходит окисление, в результате отщепления атомов водорода от субстрата, а в других случаях происходят переносы электронов.
Все дегидрогиназы можно разделить на два типа:
1. Анаэробные дегидрогиназы – переносят атомы водорода на какие-то промежуточные компоненты.
Всего анаэробных дегидрогиназ известно около 150. Впервые НАД и НАДФ были выявлены и идентифицированы с 1933 по 1936 Гварбургом и Эйлером. Многие клетки содержат трансгидрогиназы, катализирующие обратимый перенос атомов водорода с НАД восстановленного на НАД окисленный.
Больше всего в клетках находится НАД, в основном он присутствует в митохондриях, НАДФ – в митохондриях и цитоплазме. Связь кофермента с белковой частью в процессе катализа обратимо разрушается, т.е. связь не прочная.
2. Аэробные дегидрогиназы – переносят атомы водорода на атомы кислорода с образованием перекиси.
Это солжные белки, содержащие в качестве небелковой компоненты флавинмононуклеотид (у растений) и флавинадениндинуклеотид (у животных). Флавинмононуклеотид – это фосфорный эфир рибофлавина и является витамином В2.
ФМН
Были впервые выделены флавиновые ферменты Гварбургом и Куном в середине 30-х годов. У большинства дегидрогиназ этого типа влавиновые нуклеотиды очень прочно связаны с белковой частью и не отщепляются от нее в процессе катализа. В окисленной форме флавиновые дегидрогиназы интенсивно окрашены в красный, коричневый цвета. Восстановленный ФАД способен дальше реагировать:
Далее в процессе окисления или дыхания принимает участие коэнзим-Q (КоQ или убихинон). Он имеет углеводородную структуру и растворим в липидном слое мембран, он функционирует в этом слое от одной системы дыхания к другой, перенося атомы водорода. Все остальные ферменты белковой природы жестко связаны с мембраной, не растворимы.
Оксидазы, которые участвуют в процессе дыхания – это в основном цитохромы (тирозиназа, пероксиназа). Это ферменты, с помощью которых происходит еренос электронов с одного субстрата на другой. Цитохромы – это гем-содержащие белки, участвующие в процессе переноса электронов в аэробных услових. Они включаются в процесс переноса электронов в определенной последовательности и переносят электроны от флавиновых ферментов к молекуле кислорода. Все цитохромы содержат в качестве простетической группы железо-порфериновое кольцо, т.е. гемм. Отличаются все цитохромы природой белковой части и некоторыми радикалами в гемме.
Всего выделено 5 типов цитохромов: В, C, C1, A, A3. Участвуют в процессе дыхания.
Радикалы
|
b каталаза, пероксидаза |
с |
а |
|
|
X |
CН2=СН- |
||
|
XX |
СН2=СН- |
СН2=СН- |
|
|
XXX |
СН3 |
Все цитохромы обладают различными окислительно-восстановительными потенциалами. Перенос электронов осуществляется за счет изменения степени окисления железа.
В результате многочисленных экспериментальных данных было выяснено, что схема переноса электронов в дыхательной цепи осуществляется в следующей последовательности:
Цитохромы A и A3 – это цитохромоксидаза, она состоит из 6 или из 7 субъединиц в зависимости от суборганизмов, где она присутствует. Каждая из этих субъединиц содержит гиминовую группу и атом меди. Предполагают, что две субъединицы относятся к цитохрому А, а остальные к цитохрому А3. Восстановленный цитохром A3 – это единственный компонент митохондрий, который способен легко восстанавливать молекулярный кислород.
В цепи дыхания функционируют ещё и другие компоненты – железо-серные центры. Из митохондриальной мембраны удалось выделить структурно-обособленные комплексы функционально связанных между собой переносчиков электронов.
Комплекс 1 состоит из НАД восстановленной дегидрогиназы и её железо-серных центров, которые функционируют в тесной связи друг с другом.
Комплекс 2 включает сукцинат дегидрогиназу и железо-серные центры.
Комплекс 3 состоит из цитохрома A и B и железо-серных центров.
Комплекс 4 состоит из цитохромов A и A3 и железо-серных центров.
Убихинон служит связующим звеном между комплексами 1, 2, 3, а цитохром С связывает между собой комплекс 3 и 4.
Биоэнергетика.
Живые существа нуждаются в постоянном притоке свободной энергии для выполнения трех основных задач:
Используемая для этих целее свободная энергия поддерживает организм в неустойчивом состоянии, т.е. состоянии далеком от равновесия и поступает из окружающей среды. Все организмы делятся на два типа: фототрофы – используют солнечную энергию и хемотрофы – получают энергию путем окисления пищевых продуктов.
Свободная энергия, прежде чем быть использованной в процессах движения, активного транспорта, синтеза должна быть преобразована в специальную форму удобную для организма. Таким специальным носителем свободной энергии является АТФ или ДТФ, УТФ, ЦТФ.
Центральная роль АТФ в обмене энергией была раскрыта в 1941 г. Активный комплекс АТФ – аденозинтрифосфат с ионами магния, кальция. При гидролизе АТФ выделяется большое количество энергии. Количество свободной энергии зависит от ионной среды и концентрации магния и кальция. Используют среднее значение 7,3 ккал/моль. АТФ как образуется, также сразу используется. В обычной клетке АТФ расходуется через несколько мин после образования.
Макроэргические связи разрываются с выделением энергии. Аденозинмонофосфат – эфирная связь, которая разрывается с выделением 3 ккал/моль.
Синтез АТФ может осуществляться как на субстратном уровне (неустойчивый субстрат превращается в стабильную форму). Основная масса АТФ образуется в процессе дыхания – фосфорилирование, сопряженное с дыханием.
Окислительное фосфорилирование.
Лекция №12
Фокислительное фосфорилирование.
Процесс дыхания и сопряженный процесс фосфорилирования локализован в митохондриях. Это особые органоиды клеток (энергетические станции клеток), обнаруживаются во всех клетках животных и растений, представляют собой овальные тельца 0,5-3мкм (петельки, палочки). В клетке в зависимости от её функций может находиться от нескольких десятков до тысяч. В клетках митохондрии распределяются равномерно, но их больше расположено в активных местах клетки, где происходит биосинтез. Структура изучена электронной микроскопией.
Состоит из наружной и внутренней мембран. Внутри матрикс – желеобразная масса и межмембранное пространство.
Митохондриальные мембраны представляют собой липопротеидные структуры, толщиной 5-7 нм. Многочисленные складки внутренней мембраны – кристы.
Внутренняя мембрана со стороны матрикса имеет многочисленные грибовидные выросты – элементарные тельца. Представляют собой АТФ-азы.
Наружная мембрана гладкая, хорошо проницаемая для веществ, имеющий молекулярную массу меньше 10 000.
Количество липидов и белков в наружной мембране 1:1. В ней содержатся ферменты и белки-переносчики.
Все процессы расщепления происходят в митохондрии.
Внутренняя мембрана не проиницаема для большинства веществ, а также для заряженных частиц Н+, ОН-, а могут проходить молекулы с Ar 150 (аминокислоты). Через неё может проходить ещё кислород.
Отношение фосфолипидов к белкам 1:3.
Внутренняя мембрана во всех клетках выполняет функцию сопряжения окисления с синтезом АТФ (т.е. дыхание с фосфорилированием).
Внутренняя мембрана содержит все ферменты синтеза АТФ и дыхательной цепи.
У бактерий митохондрий нет, но аэробное коисление и фосфорилирование проходят в цитоплазматической мембране и в мезосомах – особых мембранных образованиях.
Как расположены все ферменты во внутренней мембране митохондрии?
Двойной липидный слой
b, c1, c, a, a3 – цитохромы
Энергетика переноса электронов.
Знания стандартных восстановительных потенциалов различных биологических систем позволяют определить направление потока электронов. По законам термодинамики электроны будут переходить от системы с наименьшим значением отрицательного потенциала к системе наибольшего положительного потенциала. (от -0,32 к 0, 82)
Зная величины стандартных восстановительных потенциалов можно рассчитать изменение свободной энергии.
- изменение восстановительного потенциала
n – количество переносимых электронов
А – число Фарадея (23 ккал/моль, 95600 кДж)
Если рассчитать для каждой пары, то свободная энергия будет выделяться -220КДж (52,4 ккал/моль)
В физиологических условиях клетки для образования 1 молекулы АТФ необходимо 7,2 ккал/моль.
Используя это уравнение можно рассчитать, что для синтеза 1 молекулы АТФ достаточно разность потенциалов 0,15В (0,15В – точка фосфорилирования (образование АТФ)).
З молекулы АТФ возможно при переносе 1 электрона:
1. Образование от НАД восстановленного до ФАД окисленного.
2. От цитохрома b к цитохрому С1
3. От а3 на кислород
Вся энергия, выделяющаяся при переносе электрона, разделяется по 3 порциям (выделяются 3 молекулы АТФ).
Синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, который происходит с использованием свободной энергии, освобождающейся при окислении веществ в клетке, и сопряженный с переносом электронов, называется окислительным фософрилированием. Оно было открыто в 30-е годы Энгельгардом.
Механизм энергетического сопряжения в митохондриях.
Существуют три теории:
(энергия сосредотачивается в промежуточном веществе)
(Ф – фосфат)
Вся энергия ушла в АТФ.
Имеются какие-то промежуточные вещества, которые аккумулируют свободную энергию и передают её дальше АТФ. Эта гипотеза не объясняет двух фактов:
Химеосмотическая, протондвижущая концепция.
Сформулирована английским биохимиком Питером Митчелом. В основе этой теории лежит положение о том, что внутренняя мембрана митохондрии обладает высоким электрическим сопротивлением и очень низкой проницаемостью для заряженных частиц. Окислительно-восстановительные ферменты расположены вокруг внутренней мембраны. Предполагают, что в ней также содержится система ферментов – протонных насосов, приводимая в действие потоком электронов в дыхательной цепи. Используя энергию, выделившуюся при переносе электронов, «насосы» выкачивают протоны из матрикса в межмембранное пространство против градиента концентрации. В результате этого наружная сторона сопрягающей мембраны (внутренней мембраны) получает положительный заряд, а матриксная сторона заряжается отрицательно. Таким образом на внутренней мембране митохондрии одновременно с градиентом концентрации протонов возникает градиент электрического потенциала. Внутренняя мембрана митохондрии уподобляется конденсатору, поверхность – обкладки конденсатора. Обратный поток протонов по градиенту концентрации из межмембранного пространства в матрикс осуществляется через АТФ-синтетазный комплекс, именно этот поток протонов служит движущей силой для синтеза АТФ. Согласно теории Митчела на каждые два протона, прошедшие через мембрану синтезируется одна молекула АТФ. Т.о. должно содержаться три протонных насоса.
Действие АТФ-синтетазы и образование АТФ – обратимые процессы.
АТФ-синтетаза – состоит из растворимой АТФ-азы – фактор F1 и нерастворимой – FO. Фактор F1 – белок, обладающий сложной четвертичной структурой, состоит из 5 типов субъединиц, предполагают, что состав α3, β3, γ, δ, ε.
Основное каталитическое действие локализовано в месте контакта альфа и бета субчастиц, там находятся активные центры. Альфа обладает сродством к субстрату, а на бета – активные ценры. Дельта и гамма обеспечивают связь между F1 и FO
Епсилан субчастица является ингибитором АТФ-азной активности.
В состав FO входят 4 типа полипептидов, эти полипептиы относят к числу самых неполярных белков известных в настоящее время, они не содержат триптофан, гистидин. Обогащены глицином, митионином, лейцином, аланином. Встраивание FO в мембрану объясняется его гидрофобной структурой. FO представляет собой тот канал, простирающийся через мембрану, через которой протоны могут проходить к активным центрам АТФ-синтетазы.
Конформационная теория.
Работа митохондрий рассматривается аналогично работе мышц – митохондрии могут сокращаться и расслабляться. По той теории химическая энергия сначала используется для сжатия и лишь затем превращается в химическую энергию АТФ. Эта концепция не получила подтверждение.
Большинство ученых склоняются к хемиосмотической теории.
Углеводы.
Функции углеводов в живых организмах – разнообразны. Углеводы – это единственное органическое вещество, из которого в живых организмах образуется вся другая органика. Именно углеводы образуются в растениях в процессе фотосинтаза, дальше углерод из углеводов переходит во все остальные органические вещества – белки, аминокислоты, витамины. Основа жизни – это углеводов. Углеводы исользуются на синтез многих органических веществ в живых организмах.
Энергетическая функция, окисляясь углеводы выделяют примерно 16,9 кДж энергии.
Защитная функция – основные компоненты оболочек растительных тканей – углеводы, они участвуют в построении склета насекомых, ракообразны, образуют клеточные стенк бактерий и входят в состав клеточных мембран всех живых организмаов.
Опорная функция – целлюлоза и другие полисахариды растительных клеток не только защищают от внешней среды, но образуют прочный остов растений. В комплексе с белками углеводы являются основой хрящевых и соединительных тканей у млекопитающих.
Регуляторная функция – клетчатка для млекопитающих очень важна, она вызывает механическое улучшает пищеварение. Глюкоза участвует в осмотических процессах
Специфическая функция – углеводсодержащие вещества (гликопротеиды) служат маркерами в процессах узнавания молекул и клеток друг друга. Именно гликопротеиды определяют антигенную специфичность, определяют группу крови. Некоторые полисахариды являются рецепторами для связывания токсинов, бактериальных ядов вирусов.
Углеводы являются запасным питательным веществом. Крахма, фруктезаны – в растениях, гликоген – у млекопитающих.
Все углеводы делят на три класса:
Моносахариды.
По форме: альдозы и кетозы.
По количеству углеродных атомов: треозы, пентозы, гексозы и т.д.
Предшественники: рибоза, дезоаксирибоза, глюкоза, моноза, галактоза.
По свойствам:
вcе альдозы легко окисляются до альдоновых кислот, окисление идет даже гидроксидом меди II. В более жестких условиях окисляются до альдаровых кислот. Ферментативноокисляются до альтуроновых кислот.
При восстановлении образуются многоатомные спирты, из фруктозы глюкозы – сорбит, из монозы монит и сорбит, из галактозы – дульцит.
Очень важными компонентами являются аминосахара, наибольшее значение имеет 2-аминодезоксиглюкоза – это глюкозамин (вместо гидроксильной группы во втором положении амино-группа) или хитозамин, потому что является структурной единицей хитина.
2-аминодезоксиглюкоза (глюкозамин) или хитозамин, т.к. является структурной единицей хитина
2-амино-2-дезоксигалактоза или хандрозамин
Очень часто по амино-группе происходит ацилирование, получается N-ацетилглюкозамин.
Производным аминосахаров нейроминовая кислота – можно представить как продукт конденсации пировиноградной и N-ацетилмонозамина.
Лекция №13
В природе наибольшее значение имеют производные аминосахаридов – гликозиды.
Для полной идентификации олигосахаридов надо установить:
Для мальтозы можно предложить следующее название: α-глюкоза-пиранозил-4-глюкопираноза. Лактоза: β-галактопиранозил-4-глюкопираноза. Сахароза: α-глюкопиранозил-β-фруктофуранозил (связь 1-2). Β-глюкопиранозил-4-глюкопираноза.
Полисахариды.
Гомополисахариды содержат единственную мономерную единицу. К ним относятся наиболее распространенные полисахариды. На каждого человека на земле каждые сутки.
Полисахарид крахмал – состоит из двух основных частей: амилоза, имеющая линейное строение, 1,4-альфагликозидная связь, амилоза имеет молекулярную массу до 500 тысяч, легко гидрализуется, легко извлекается горячей водой; вторая составная часть амилопептин. На каждые 25 таких фрагментов приходится ответвление в положении 6.
Амилопептин (гликоген), входя в крахмал, образует небольшие глыбы, которые образуют зерна. По своему содержанию крахмал в разных культурах представлен по разному. Крахмал, который находятся в яблоках и др. фруктах, почти полностью амилаза – легко усваиваемый. В картофеле уже есть амилопептин. Амилопептин – более длительно усваиваемый углевод. Амилоза слюны и амилоза желудочного сока расщепляет 1,4-альфа-гликозидные связи. А связи 1,6-распщкпляются другим ферментом – 1,6-гликозидаза.
Гликоген (животный крахмал) – его структура аналогична структуре амилопептина, с той разницей, что он еще более разветвленный, ответвление приходится на каждые 10-12 звеньев. Гликоген исключительно важен в процессе содержания глюкозы в крови. Образуется из лишней глюкозы, когда необходимо расщепляется. Гомеостатическая регуляция глюкозы.
Декстраны – это резервные полисахариды дрожжей и бактерий. Очень разветвленные полисахариды, т.к. они выполняют такую же роль как гликоген для млекопитающих. Связи 1,6; 1,4; 1,3 с молекулярной массой до 10^8. Декстраны обладают антигеной специфичностью, поэтому они нашли широкое применение в качестве кровезаменителя. Используются в качестве антикоагулянтов и пролонгированных лекарств. Из них же получают такие продукты, как сефадексы, сефарозы, используемые для разделения смесей разных веществ.
Целлюлоза – при гидролизе дает только глюкозы. Имеет линейное строение, но фрагменты связаны 1,4-бета-гликозиддными связями. Для целлюлозы характерна специфическая германовская структура, которая определяет свойства данного вещества. Волокна, обладающие исключительной прочность, не гидрализуется в обычных условиях.
У млекопитающих нет фермента, расщепляющих 1,4-бетагликозидные связи. У жвачных животных имеются бактерии, которые расщепляют целлюлозу.
Гемицеллюлоза – вторая составная часть растений – это смесь полисахаридов: пентозанов, гексазанов, в зависимости от того, какие углеводные компоненты присутствует. Ксилан – составная часть гемицеллюлозы, представляет собой ксилозу с 1,4-бетагликозидной связью. Различают гемицеллюлозу хвойных (больше гексазана) и лиственных (больше пентазана).
Пептиновые вещества – это составная часть растений. Образуются овощах. При гидролизе образуется галактуроновая кислота и метиловый спирт. Это полимер, состоящий из метилового эфира галактуроновой кислоты. При нагревании с сахаром…
Хитин – это основной покровный материал членистоногих. Полисахарид, имеющий бета-гликозидную связь, мономерная единица N-ацетилглюкозамид.
Гетерополисахариды: линейные (имеют более простую структуру с каким-то повторяющимся звеном) разветвленные.
Гиалуроновая кислота, она содержится в соединительных тканях, покровных тканях, входит в состав стекловидного тела глаза, содержится в суставной жидкости. Это вязкое вещество хорошо предохраняет от воздействий. Этот полисахарид устойчив к гидролизу и расщепляется под действием специфического фермента гиалуронитазы. Глюкуроновая кислота образует бета-гликозидную связь с ацетилглюкозамином
Хандроитинсульфаты. Эти полисахариды – это основные структурные компоненты хрящевых тканей сухожилий, роговицы глаза, содержатся в костной ткани. Все заболевания суставов связаны с нарушением обмена вот хандроитилсульфатов. Полисахарид представляет собой повторяющиеся звенья дисахаридов – глюкуроновой кислоты, галактозамина и серной кислоты.
Вместо глюкуроновой кислоты может быть идуровая кислота.
Гепарин впервые был выделен из печени. Содержится н7а поверхности многих клеток, синтезируется во многих клетках, является их внутреклеточным веществом (в желудке, печени, крови). Это сильнейший антикоагулянт. Преохраняет кровь от свертывания. 1 мг препятствует свертыванию 0,5 литра крови. Гепарин влияет на халестириновый обмен. Используется для лечения Ожегов, тромбозов, в качестве стабилизаторов донорской крови. Структура различная. Повторяющимся звеном гепарина является дисахаридная единица, состоящая из глюкуроновой кислоты с сульфатом во втором положении и глюкозамина, сульфированного по 6 и по 2 атому этого фрагмента (N-сульфоглюкозамин). Может содержать некоторое количество идуровой кислоты вместо глюкуроновой кислоты. Олигосахаридная часть гепарина присоединяется к белку через вставочный фрагмент галактозил-бета-1,3-галактозил-бета-1,4-ксилоза бета-гликозидная связь ксилозы с гидроксилом серина белковой молекулы.
Гликованилин – это ароматический альдегид, связанный гликозидной связью с глюкозой.
Амигдалин, входит в состав горького миндаля, содержит два остатка глюкозы, связанные бета-гликозидной связью с другим остатком глюкозы, далее с нитрилом миндальной кислоты.
Синигрин – составная часть горчицы, представляет собой серосодержащую глюкозу.
Дубильные вещества – растительные вещества растворимые в воде, обладающие вяжущим вкусом, дают разные окрашивания с хлорным железом. Дубильные вещества – полифенолы. Используются в фармацее, медицине, в дубильной промышленности для дубления кож. Это олигомерные соединения с молекулярной массой до 3000. Различают гидрализуемые и негидрализуемые.
Гидрализуемые – это наиболее хорошо изученные танины. В состав всех танинов входит галловая кислота (тргидроксибензольная кислота) в виде ди- и тригаловой кислоты. Танины при гидролизе дают галловые кислоты и глюкозу.
Г – галловая кислота
ДГ – дигаловая кислота
ТГ – тригаловая кислота
Эллаговые дубильные вещества – при гидролизе образуется эллаговая кислота не растворимая в воде. Образует с моносахаридами бета-гликозидные связи Содержатся в кожуре незрелых грецких орехов, в коре гранатового дерева.
Негидрализуемые, т.е. конденсируемые дубильне вещества при нагревании с разбавленными кислотами подвергаются дальнейшему уплотнению, они являются полимерами котехинов и лейкоантоцианов, которые являются производными флаваноидных соединений. Все флаваноиды могут быть разделены на 6 основных подгрупп:
Катехины – наиболее часто встречающаяся группа флаваноидов. В природе очень много катехинов образуется в плодах фруктов и ягод. Особенно катехинами богаты молодые побеги чайного растения – до 30% сухой массы. Окислительное превращение катехинов в более плотные конденированные структуры лежит в основе производства какао, виноделия, чайной промышленности. Они увеличивают упругость кровеносных материалов и нормализуют и нарушенную проницаемость. В растениях наиболее часто встречается рутин – витамин P – это гликозид кварцетина – производное флаванола. Бета-гликозидная связь с L-равнозидаглюкозы. Катехины могут быть эпи-катехины и гало-катехины. Они различаются различным количество гидроксильных групп в ароматическом кольце.
Антоцианы – это красящие вещества растений, они обусловливают окраску цветов, плодов, листьев, дают самые разнообразные оттенки в зависимости от pH среды и от заместителей в А и Б кольцах. Например, дельфинидин обусловливает синюю окраску черного винограда и красного вина.
Цианидин – обусловливает окраску розы.
Обмен углеводов.
Углеводы – основная часть пищи, основной источник энергии. Превращения большинства углеводов при переваривании начинается с ротовой полости. Пищевой комок поступает в желудок, амилаза действует только в пищевом комке. Дальнейшее превращение углеводов в двенадцатиперстной кишке. Углеводы расщепляются до моносахаридов в кишечнике под действием ферментов: 1,6-гликозидазы, бета-галактозидазы, мальтаза, т.е. все ферменты, которые действуют в кишечнике. Только моносахариды всасываются через стенки кишечника. Легче всего всасывается галактоза. Фруктоза и другие гексозы на 50%, глюкоза на 100%, на 25% моноза и пентоза. Целлюлоза в организме человека не расщепляется. Все эти моносахариды могут превращаться в глюкозу под действием ферментов – изомераз. В печень поступают различные моносахариды. В печени все моносахариды превращаются в глюкозу. В зависимости от количества от образовавшейся глюкозы осуществляется гомеостатическая регуляция. Если глюкозы много, то в печени синтезируется гликоген, если глюкозы мало, то накопленный гликоген расщепляется.
Только глюкоза циркулирует в организме, разносится во все клетки и ткани, где расщепляется в энергетических целях. Содержание глюкозы в крови, в организме человека должно быть регулярным. Содержание глюкозы в крови должно быть от 0,08% до 0,12%. Если содержание глюкозы в крови меньше 0,08% - то это гипоглекимия. Если 0,06% - обморок и смерть. Низкое содержание в крови глюкозы приводит к отмиранию клеток мозга. Выше 0,12% - гипергликимия. Это может быть связано с недостаточностью инсулина и заболеванием диабетом.
Е
фермент
+
S
субстрат
ES
Фермент-субстратный комплекс
Е
фермент
+
P
Е
фермент
+
I
ингибитор
EI
Фермент-ингибиторный комплекс
Е
фермент
+
*
I
*
1/V
1/S
1/Km
1/Vmax
I0
I1
I2
1/V
1/Km
I0
I1
I2
S
E1
E3
E2
E4
P1
P2
P3
E1
E2
E3
E4
E5
E6
АПБ
В3 – пантатеновая кислота
[ES]1
[ES]2
P
S
E
фермент
S
субстрат
15-14
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
57
102
195
245
147-148
Суб. Н2
Суб.
-0,42
НАД+
НАДН+Н+
-0,32
ФАДН2
ФАД
-0,03
2H+
0,04
Fe2+
2 цит.b
Fe3+
0,05
Fe3+
2 цит.C1
Fe2+
0,21
Fe2+
2 цит.a3
Fe3+
0,29
Fe2+
2 цит.C
Fe3+
0,23
Fe2+
2 цит.a3
Fe3+
0,38
1/2O2
O2-
0,82
НАД+
Ф
М
Н
Матриксная сторона:
FeS
FeS
b
C1
C
a
a3
Электроноперенос. цепи
АТФ-аза
2Н+
2Н+
2Н+
F0
НАД+
НАДН+Н
Н+ Н+
ΔpH Δφ
АТФ+Н++ОН-
АДФ3-+Р2-
Н+
АТФ4- переносчики
Р2-
Н+
АДФ3-
F1
F0
ε
γ
β
β
β
δ
α
α
α
4
4
4
4
*
*
*
*
*
*