Каталог

Помощь

Корзина

Биохимия - ИжГСХА

Оригинальный документ?

1. Построим формулу трипептида глутатиона:

1. Построим формулу трипептида глутатиона

 

2. Составим схему гидролиза под действием карбоксипептидазы и под действием аминопептидазы:

Ала – Вал – Глу

Ала Вал Глу 


Аланин 

Формула


Валин 

 

Формула


Глутаминовая кислота 

Глутаминовая кислота

3. Составим схему декарбоксилирования серина:

3. Составим схему декарбоксилирования серина

 

при декарбоксилировании серина образуется этаноламин.

6. Построим пептид так, чтобы он гидролизовался под действием

а) пепсина; б) трипсина

Составим схемы гидролиза пептида:

вал, цис, арг, глн, мет;

 

9. Приведем строение фрагмента РНК АГА:

 

Разные       т РНК         А-Г-А

 

                   м РНК        У-Ц-У

 

10. Приведем структуру фрагмента ДНК АЦТГ:

 

Разные       т ДНК        А-Ц-Т-Г

 

                   м ДНК       Т-Г-А-Ц

 

Разные       т ДНК        А-Ц-Т-Г

 

                   м РНК        У-Г-А-Ц


17. Напишем уравнения реакций, соответствующие полному окислению соединений фосфоенолпирувата:

17. Напишем уравнения реакций, соответствующие полному окислению соединений

 

23. Рассчитаем энергетический эффект полного окисления карбоновой кислоты в

 

23. Рассчитаем энергетический эффект полного окисления карбоновой кислоты (в скобках дано общее число атомов углерода в молекуле кислоты);  укажите число молекул ацетил – SKoA, образующееся при окислении кислоты; назовите все ферменты β -окисления жирных кислот, коферменты и витамины, входящие в их состав капроновой (С6)


Исходная формула копроновой кислоты: СН3(СН2)4СООН

Исходная формула копроновой кислоты СН3СН24СООН

 

С5Н12 = 32 (АТФ)

 

Е = Еглицирина + Eпентана = 22+32=54

 

29. Определим количество молекул АТФ, образующихся при протекании реакций:

яблочная кислота   +   НАД+  ®  щавелевоуксусная кислота  +   НАД Н2, с последующим участием ферментов дыхательной цепи

яблочная кислота НАД щавелевоуксусная кислота НАД Н2, с последующим участием

 

Е = 23 (АТФ)

 

32. Рассмотрим классификацию гормонов глюкагон по химической структуре. Определим к какому типу относятся приведённые ниже гормоны, укажите основные направления действия гормонов. 

32. Рассмотрим классификацию гормонов глюкагон по химической структуре 

 

 Таблица 1. Классификация гормонов

Класс химических соединений

Гормон (сокращенное название)

Основной источник

Амины

Дофамин

ЦНС

Норадреналин

ЦНС, мозговой слой надпочечников

Адреналин

Мозговой слой надпочечников

Мелатонин

Эпифиз

Иодтиронины

Тироксин (Т4)

Щитовидная железа

Трииодтиронин (Т3)

Периферические ткани (щитовидная железа)

Небольшие пептиды

Вазопрессин (антидиуретический гормон, АДГ)

Задняя доля гипофиза

Окситоцин

Задняя доля гипофиза

Меланоцитстимулирующий гормон (МСГ)

Промежуточная доля гипофиза

Тиреотропин – рилизинг гормон (ТРГ)

Гипоталамус, ЦНС

Гонадотропин-рилизинг гормон (ГнРГ, ЛГ-РГ)

Гипоталамус, ЦНС

Соматостатин (СРИФ)

Гипоталамус, ЦНС, панкреатические островки

Кортикотропин-рилизинг-гормон (КРГ)

Гипоталамус, ЦНС

Соматокринин (СТГ-РГ, СТГ-РФ)

Островковые опухоли, гипоталамус, ЦНС

Ангиотензины (А II, А III)

Кровь (из предшественника), ЦНС

Белки

Инсулин

бета-клетки, панкреатические островки

Глюкагон

альфа-клетки, панкреатические островки

Гормон роста, или соматотропин (ГР, СТГ)

Передняя доля гипофиза

Плацентарный лактоген (ПЛ)

Плацента

Пролактин (ПРЛ)

Передняя доля гипофиза

Паратиреоидный гормон, или паратгормон (ПТГ)

Паращитовидные железы

бета-.липотропин и энкефалин

Гипофиз, ЦНС

Кальцитонин

К-клетки, щитовидная железа

Адренокортикотропный гормон (АКТГ)

Передняя доля гипофиза

Секретин

Желудочно-кишечный тракт, ЦНС

Холецистокинин (ХЦК)

Желудочно-кишечный тракт, ЦНС

Гастрин

Желудочно-кишечный тракт, ЦНС

Желудочный ингибиторный пептид (ЖИП)

Желудочно-кишечный тракт

Гликопротеины

Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ)

Передняя доля гипофиза

Лютеинизирующий гормон (ЛГ)

Передняя доля гипофиза

Хорионический гонадотропин (ХГ)

Плацента

Тиреотропный гормон (ТТГ)

Передняя доля гипофиза

Стероиды

Эстрогены (Э2, Э3)

Яичники, плацента

Прогестерон (П)

Желтое тело, плацента

Тестостерон (Т)

Семенники

Дигидротестостерон (ДГТ)

Ткани, чувствительные к тестостерону

Глюкокортикоиды

Кора надпочечников

Альдостерон

Кора надпочечников

Метаболиты холекальциферола (вит. D)

Печень, почки


7.1 Напишем уравнения реакций орнитинового цикла

Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез мочевины. Последняя выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного, обмена. На долю мочевины приходится до 80–85% от всего азота мочи. Основным и, возможно, единственным местом синтеза мочевины является печень. Впервые Г. Кребс и К. Гензеляйт в 1932 г. вывели уравнения реакций синтеза мочевины, которые представлены в виде цикла, получившего в литературе название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса. Следует указать, что в биохимии это была первая циклическая система метаболизма, описание которой почти на 5 лет опеределило открытие Г. Кребсом другого метаболического процесса – цикла трикарбоновых кислот (см. ранее). Дальнейшие исследования в основном подтвердили циклический характер биосинтеза мочевины в печени. Благодаря исследованиям Г. Коена, С. Ратнер и сотр. были уточнены промежуточные этапы и ферментные системы, катализирующие образование мочевины.

Таким образом, весь цикл мочевинообразования может быть представлен следующим образом. На первом этапе синтезируется макроэрги-ческое соединение карбамоилфосфат – метаболически активная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза пи-римидиновых нуклеотидов (соответственно ДНК и РНК) и аргинина (соответственно белка и мочевины):

Таким образом, весь цикл мочевинообразования может быть представлен следующим


К настоящему времени открыты три разных пути синтеза карбамоил-фосфата de novo, катализируемые тремя разными ферментами. Первую необратимую реакцию катализирует регуляторный фермент – аммиакзави-симая карбамоилфосфатсинтетаза:

К настоящему времени открыты три разных пути синтеза карбамоил-фосфата de novo

Реакция требует затраты двух молекул АТФ, открыта в митохондриях клеток печени и используется преимущественно для синтеза аргинина и мочевины. В этой реакции в качестве активного стимулирующего ал-лостерического эффектора действует N-ацетилглутамат.

Вторую, также необратимую, реакцию катализирует глутаминзависимая карбамоилфосфатсинтетаза:

Вторую, также необратимую, реакцию катализирует глутаминзависимая

Данная реакция открыта в цитозоле клеток животных и требует наличия ионов Mg2+. Следует указать, что благодаря включению гидролитической стадии она используется преимущественно для синтеза пиримидиновых нуклеотидов. Фермент широко распространен в клетках животных.

Третью обратимую реакцию катализирует карбаматкиназа:

Третью обратимую реакцию катализирует карбаматкиназа

Реакция открыта у разных микроорганизмов и, возможно, используется скорее для ресинтеза АТФ, чем для синтеза карбамоилфосфата.

На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитин-карбамоилтрансфераза.

На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозави-симая,– это конденсация цитруллина и аспарагиновой кислоты с образованием аргининосукцината (эту реакцию катализирует аргининосукцинат-синтетаза). Аргининосукцинат распадается в следующей реакции на аргинин и фумарат при участии другого фермента – аргининосукцинатлиазы. На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием аргиназы.

Необходимо подчеркнуть, что аргиназа содержится в печени тех животных, которые экскретируют с мочой мочевину как основной и конечный продукт азотистого обмена. В печени птиц, например, аргиназа отсутствует, поскольку птицы вместо мочевины выделяют мочевую кислоту.

Суммарная реакция синтеза мочевины без учета всех промежуточных продуктов может быть представлена в следующем виде:

Суммарная реакция синтеза мочевины без учета всех промежуточных продуктов может

7.2 Укажем ферменты соответствующих стадий

7.2 Укажем ферменты соответствующих стадий

Орнитиновый цикл Кребса-Гензелейта

Окислительное дезаминирование глутамата происходит в митохондриях. Ферменты орнитинового цикла распределены между митохондриями и цитозолем. Поэтому необходим трансмембранный перенос глутамата, цитруллина и орнитина с помощью специфических транслоказ. На схеме показаны пути включения азота двух разных аминокислот (аминокислота 1 и аминокислота 2) в молекулу мочевины:

• одна аминогруппа - в виде аммиака в матриксе митохондрии;

• вторую аминогруппу поставляет аспартат цитозоля.

 

12. Сформулируем правила Чаргаффа

Правила Чаргаффа — система эмпирически выявленных правил, описывающих количественные соотношения между различными типами азотистых оснований в ДНК. Были сформулированы в результате работы группы биохимика Эрвина Чаргаффа в 1949—1951 гг.

До работ группы Чаргаффа господствовала так называемая «тетрануклеотидная» теория, согласно которой ДНК состоит из повторяющихся блоков по четыре разных азотистых основания (аденин, тимин, гуанин и цитозин). Чаргаффу и сотрудникам удалось разделить нуклеотиды ДНК при помощи бумажной хроматографии и определить точные количественные соотношения нуклеотидов разных типов. Они значительно отличались от эквимолярных, которых можно было бы ожидать, если бы все четыре основания были представлены в равных пропорциях. Соотношения, выявленные Чаргаффом для аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц), оказались следующими:

Количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.

Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А+Г=Т+Ц.

Количество оснований с 6 аминогруппами равно количеству оснований с 6 кетогруппами: А+Ц=Г+Т.

Вместе с тем, соотношение (A+Т):(Г+Ц) может быть различным у ДНК разных видов. У одних преобладают пары АТ, в других — ГЦ.

Масса одного нуклеотида равна 345 А.е.м.

Длина одного витка молекулы ДНК=3,4 нм (1нм,или nm=0,000000001 м).

Длина одного нуклеотида равна 0,34 нм.

 

16. Допишите фразу:

  Процесс синтеза гликогена из глюкозы называется гликогенезом.

 Гликогенолиз – это биохимическая реакция, протекающая главным образом в печени и мышцах, во время которой гликоген расщепляется до глюкозы и глюкозо-6-фосфата.

 Распад гликогена под действием тканевых амилаз называется метаболизмом глюкозы.

 Биологический смысл образования гликогена заключается в передаче нервного импульса

 Прямой аэробный путь окисления глюкозы называется Гексозомонофосфатный шунт

 Апотомическое окисление глюкозы характерно для следующих тканей: в печени, молочной железе, жировой ткани, коре надпочечников, в половых железах, то есть там, где усиленно синтезируются жиры

  Энергетический эффект пентозофосфатного окисления глюкозы  составляет 38 моль АТФ

 Апотомический путь распада глюкозы отличается от дихотомического пути тем, что апотомический – это прямой путь, а дихотомический – непрямой

• Гликолизом называется процесс окисление глюкозы до пировиноградной кислоты

 Биологическое значение гликолиза заключается в образовании богатых энергией фосфорных соединений.

 Гликолиз называют дихотомическим путём, потому что это непрямой процесс анаэробного окисления (превращения) глюкозы до молочной кислоты.

  Общий энергетический эффект гликолиза оставляет 2 молекулы АТФ.

  Ферменты гликолиза расположены в  цитоплазме клетки.

  Биологическая роль цикла Кребса заключается в том, что цикл Кребса является тем центром, где сходятся практически все метаболические пути. Таким образом, цикл Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп, в которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»- углеводов, жирных кислот и аминокислот.

 Энергетический эффект окисления ацетил-SKoA в цикле Кребса составляет 24 мол. АТФ.

 В цикле Кребса молекулы АТФ образуются на следующих стадиях:

- на этапе аэробного гликолиза ( до образования ПВК)– 2 молекулы АТФ (реакции субстратного фосфорилирования);

- за счет окисления в митохондриях 2 мол. гликолитического НАДН2 – 4-6 мол. АТФ (в процессе аэробного гликолиза в цитоплазме клеток образуется 2 мол. НАДН2 , которые транспортируются на дыхательную цепь митохондрий специальными челночными малат-аспартатной и глицерофосфатной системами; считается, что 2 мол. АТФ расходуются на процесс переноса);

- в процессе окислительного декарбоксилирования 2 мол ПВК : 2х3 = 6 мол.АТФ;

- в результате окисления 2 мол. ацетил-КоА в ЦТК Кребса : 2х12= 24 мол. АТФ.

Таким образом, общее количество АТФ, полученное при полном аэробном окисления 1 мол. глюкозы до СО2 и Н2О, составляет 36-38 мол. АТФ.

 

19. Чем отличается процесс гликолиза от спиртового брожения?

Брожение — это процесс, важный в анаэробных условиях, в отсутствие окислительного фосфорилирования. В ходе брожения, как и в ходе гликолиза, образуется АТФ. Во время брожения пируват преобразуется в различные вещества.

Хотя на последнем этапе брожения (превращения пирувата в конечные продукты брожения) не освобождается энергия, он крайне важен для анаэробной клетки, поскольку на этом этапе регенерируется никотинамидадениндинуклеотид (NAD+), который требуется для гликолиза. Это важно для нормальной жизнедеятельности клетки, поскольку гликолиз для многих организмов — единственный источник АТФ в анаэробных условиях.

Принципиально отличается в обоих процессах способ преобразования химической энергии расщепляемых веществ. При горении вся энергия переходит в тепловую. Дальнейшее использование ее для производства работы всегда происходит с низким к. п. д. При биологическом окислении главная часть энергии переходит в химическую энергию универсального энергетического вещества - АТФ, которое в дальнейшем используется клеткой с к. п. д., недостижимым для тепловых двигателей.

 

21. Допишите фразу:

· Жирами называются сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот.

· Маслами называются жиры в жидком состоянии.

· В состав масел входят следующие карбоновые кислоты: Метановая, Этановая, Пропановая, Бензойная, Октадециловая, Пропеновая, Этандиовая, Пропандиовая, Бутандиовая, Фталевая, Терефталевая.

· Качество жира можно охарактеризовать следующими константами: консистенция, жирно-кислотный состав, влажность

·   В желудочно-кишечном тракте человека липиды перевариваются под действием ферментов поджелудочной железы, кишечного сока и желчи.

В желудке в составе желудочного сока содержится липаза. Однако роль ее в переваривании липидов невелика, т.к. в кислой среде (рН – 2) фермент мало активен, а липиды, будучи гидрофобными имеют малую поверхность контакта. Активность желудочной липазы проявляется у новорожденных животных. У них кислотность желудочного сока меньше (рН – 5), а липиды молока высоко эмульгированные, что является важным условием для работы гидролаз.

·  В состав желчи входят: на 96 – 99% желчь состоит из воды. Сухой остаток состоит из желчных кислот, холестерина, фосфолипидов, гормонов, некоторых иммунных белков (Ig A), минеральных веществ. Приведите структурные формулы натриевых солей     гликодезоксихолевой и таурохолевой кислот.

Гликодезоксихолевая кислота

Гликодезоксихолевая кислота

Таурохолевая кислота 

Таурохолевая кислота

·   Внутриклеточным липолизом называется процесс гидролиза жира в клетке, окисление глицерина и жирных кислот. Ацетил КоА-конечный продукт окисления жирных кислот. Синтез триацилглицеридов. Взаимосвязь между обменом углеводов и липидов.

·  В крови можно обнаружить следующие типы липопротеидов:

Липопротеиды низкой плотности (LDL) - ЛПНП. Их функция - переносить холестерол из клеток печени к другим клеткам организма. Его нарастание может причинить вред и стать причиной развития сердечно-сосудистых заболеваний. Обычно в крови содержится примерно 70% ЛПНП, однако у разных людей он может меняться.

Липопротеиды высокой плотности (HDL) - ЛПВП. По мнению специалистов, он предотвращают сердечно-сосудистые заболевания, выполняя противоположные ЛПНП функции, а значит перенос холестерина от клеток обратно в печень. В печени ЛПВП либо расщепляется либо выводится.

Триглицериды – главный энергетический источник для клеток, в комплексе с холестерином, образуют жиры крови (или липиды плазмы). В плазму триглицериды попадают с жирами пищи или производятся из других источников энергии в организме, например углеводов. Потребляемые с пищей излишки калорий превращаются в триглицериды и хранятся в жировых клетках, а при необходимости высвобождаются них и используются в качестве энергии. 

· Транспорт липидов кровью осуществляется в следующих направлениях:

Промежуточная форма превращения ЛПОНП в ЛПНП под действием фермента ЛП-липазы

Транспорт холестерола в ткани

 

· Биосинтез триацилглицеридов в организме человека осуществляется следующими путями: В 12-перстную кишку тонкого отдела кишечника с соком поджелудочной железы поступает липаза в виде неактивной формы – пролипазы. С желчью туда же поступают желчные кислоты, под действием которых липаза активируется. Желчные кислоты ориентируются на каплях жира, что приводит к уменьшению поверхностного натяжения и дроблению их на более мелкие. Т.е. желчь эмульгирует жиры. 

На поверхности таких мелких капель адсорбируется липаза и гидролизует эфирные связи в молекулах триацилглицеридов. В результате от глицерина отщепляются поочередно остатки жирных кислот (ЖК). Высвобождающиеся ЖК усиливают эмульгирование жиров. Желчные кислоты образуют комплекс с ЖК и моноацилглицеридами, который легко проникают в клетки слизистой оболочки кишечника. В толще слизистой желчные кислоты отщепляются от ЖК и с портальным кровотоком поступают обратно в печень, где вновь включаются в состав желчи. Из кишечника ЖК транспортируются по лимфе и крови к органам и тканям. Поскольку эти вещества гидрофобны, то они переносятся по крови в комплексе с белками, образуя липопротеиды.

· К кетоновым телам относятся ацетон, ацетоуксусная кислота и бета-оксимаслянная кислота. Группа органических соединений, являющихся промежуточными продуктами жирового, углеводного и белкового обменов.

Появление повышенных количеств К. т. в крови и моче является важным диагностическим признаком, свидетельствующим о нарушении углеводного и жирового обменов.

Главным путем синтеза К. т., происходящего в основном в печени, считается реакция конденсации между двумя молекулами ацетил-КоА (см. Коферменты), образовавшегося при β-окислении жирных кислот (см. Жировой обмен) или при окислительном декарбоксилировании пирувата (пировиноградной кислоты) в процессе обмена глюкозы и ряда аминокислот. Этот путь синтеза К. т. более других зависит от характера питания и в большей степени страдает при патологических нарушениях обмена веществ.

Из печени К. т. поступают в кровь и с нею во все остальные органы и ткани, где они включаются в универсальный энергообразующий цикл — цикл трикарбоновых кислот, в котором окисляются до углекислоты и воды. К. т. используются также для синтеза Холестерина, высших жирных кислот (Жирные кислоты), фосфолипидов (см. Липиды) и заменимых аминокислот (Аминокислоты).

При голодании, однообразном безуглеводистом питании и при недостаточной секреции инсулина использование ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот подавляется, т.к. все метаболически доступные ресурсы организма превращаются в глюкозу крови. В этих условиях увеличивается синтез К. т.

При повышении содержания К. т. в крови они начинают выводиться с мочой, а также с выдыхаемым воздухом в виде ацетона. Наиболее значительное повышение концентрации К. т. в крови (гиперкетонемия) наблюдается при диабетической (кетоацидотической) коме (см. Диабет сахарный). Интенсивное образование К. т. происходит при приеме с пищей так называемых кетогенных аминокислот (лейцина, тирозина, фенилаланина, изолейцина), некоторых белков и большого количества жиров (при усиленной мобилизации жира из жировых депо). Щелочные соли также проявляют кетогенный эффект, который обусловлен вызываемым ими нарушением функционирования цикла трикарбоновых кислот. Введение с пищей углеводов тормозит образование К. т. Инсулин стимулирует синтез жирных кислот из ацетил-КоА и активирует использование последнего в цикле трикарбоновых кислот, в результате чего снижается интенсивность синтеза К. т.

У здорового взрослого человека в сыворотке крови содержится 34,4—430,5 мкмоль/л (0,2—2,5 мг/100 мл) кетоновых тел (в пересчете на ацетон), в эритроцитах концентрация К. т. меньше; с мочой за сутки выделяется 20—54 мг кетоновых тел. Такие концентрации К. т. не могут быть определены обычными методами, используемыми в клинике, поэтому принято считать, что в норме в крови к моче К. т. нет.

Кетонемию и кетонурию наблюдают при сахарном диабете, углеводном голодании, лихорадочных состояниях, общем голодании и истощении (повышен кетогенез), приеме богатой кетогенными веществами пищи (усилен кетогенез), при приеме значительных количеств щелочных веществ, при состояниях после операций, гликогенозах I, II и VI типа (нарушен кетолиз), гиперинсулинизме, тиреотоксикозе, выраженной глюкозурии, акромегалии, гиперпродукции глюкокортикоидов, инфекционных болезнях (скарлатине, гриппе, туберкулезном менингите и др.) и тяжелых интоксикациях (например, при отравлении свинцом) и др.

  

24. Приведем схему синтеза масляной кислоты из ацетил – SКoA:

24. Приведем схему синтеза масляной кислоты из ацетил SКoA

  

26. Допишите фразу:

· Совокупность окислительно-восстановительных реакций, происходящих в клетках с участием ферментов и являющихся источником энергии в организме, называется энергетический обмен.

· Окислительно-восстановительными реакциями называются реакции, сопровождающиеся переносом электронов от донора к акцептору

· Тканевое дыхание – это совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды.

· Биологическое окисление отличается от горения тем, что расщепление органических веществ, происходящее в клетке, часто сравнивают с горением: в обоих случаях происходит поглощение кислорода и выделение продуктов окисления — СО2 и Н2О. Однако состав продуктов горения неопределенный и непостоянный, он меняется в зависимости от соотношения окисляемого вещества и кислорода, зависит от температуры и других условий. Дыхание же происходит в результате высокоупорядоченного процесса, ряда последовательных ферментативных реакций. Образование CO2 при горении происходит в результате прямого присоединения кислорода к углероду, а при биологическом окислении CO2 возникает путем расщепления органических кислот под влиянием ферментов.

· Окислительное фосфорилирование – это процесс образования аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) из аденозиндифосфорной и фосфорной кислот за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ в живых клетках.

· Ферменты тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования расположены в непосредственной близости к дыхательной цепи.

· Универсальным аккумулятором, донором и трансформатором энергии в организме является АТФ.

Универсальным аккумулятором, донором и трансформатором энергии в организме

· Макроэргической связью называется ковалентная связь, при гидролизе которой выделяется не менее 30 кДж/моль энергии.

· Макроэргические связи отличаются от обычных химических связей тем, что макроэргитические связи - высокоэнергетические, отличающиеся большим запасом свободной энергии химические связи, имеющиеся в соединениях, которые входят в состав живых организмов. Расщепление М. с. сопровождается освобождением большого количества энергии — от 7000 до 15 000. кал на 1 грамм-молекулу вещества (при расщеплении обычных связей освобождается не более 2000—3000 кал на 1 грамм-молекулу вещества). Основными веществами, запасающими анергию М. с., являются аденозиндифосфат (АДФ) и аденозиитрифосфат (АТФ). Переход АТФ в АДФ является источником энергии для многих процессов растительного организма; при обратном превращении запасается энергия, накапливающаяся при фотосинтетическом и окислительном фосфорилировании.

· При окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты образуется ацетил-КоА, который является высокоэнергетическим (макроэргическим) соединением.

 

27. Опишем строение и функции основных ферментов, заполнив таблицу:

Название фермента и кофермента

Строение

Функция

1. Анаэробные дегидрогеназы

а) кофермент НАД+

б) кофермент НАДФ+

а. Никотинамидадени-

ндинуклеотидфосфат

б. Представляет собой динуклеотид, построенный из аденинрибонуклеотида и никотинамидрибонуклеотида (последний отвечает за проявление каталитической активности НАД), связанных фосфоангидридным мостиком, а НАДФ имеет третий остаток фосфорной кислоты в положении 2" рибозы аденилового нуклеотида

а. Клеточное дыхание

б. Анаболические процессы (участвуют в восстановительных биосинтетических реакциях)

2. Аэробные дегидрогеназы

а) ФМН

б) ФАД

в) каталаза

г) убихинон (кофермент Q)

д) цитохром

а. Флавинадениндинуклеотид

б. Ибофлавин-аденозиндифосфат

в. Хромопротеид

г. Оэнзим Q10 или кудесан

д. Неактивный апоцитохром

в. Разлагает образующуюся в процессе биологического окисления перекись водорода на воду

 28. Приведем схему тканевого дыхания

28. Приведем схему тканевого дыхания

 

30. Допишите фразу:

· Ферментами, или энзимами, это специфические белки, ускоряющие во много раз химические реакции, протекающие в живых организмах.

· По строению ферменты подразделяются на простые (однокомпонентные) и сложные (двухкомпонентные).

· Простые ферменты состоят из белковой части. Примерами простых ферментов являются пепсин.

· Сложные ферменты состоят из белка и небелкового компонента.

· Примерами сложных ферментов являются Хромопротеиды, липопротеиды.

· Термолабильность ферментов объясняется тем, что температура, с одной стороны, воздействует на белковую часть фермента, приводя при слишком высоких значениях к денатурации белка и снижению каталитической функции, а с другой стороны, оказывает влияние на скорость реакции образования фермент-субстратного комплекса и на все последующие этапы преобразования субстрата, что ведет к усилению катализа. Оптимальный для работы ферментов интервал температур называется температурный оптимум. Для млекопитающих он составляет между 40 и 50°С.

· Оптимум рН ферментов – это оптимальное значение рН. Оптимум значения рН у разных ферментов различный. Ферменты, работающие в кислых условиях среды (например, пепсин в желудке или лизосомальные ферменты), эволюционно приобретают конформацию, обеспечивающую работу фермента при кислых значениях рН. Однако большая часть ферментов организма человека имеет оптимум рН, близкий к нейтральному, совпадающий с физиологическим значением рН.

Оптимум рН ферментов это оптимальное значение рН. Оптимум значения рН у разных

·  Под специфичностью ферментов понимают свойство ферментов, что очень близкие по структуре вещества — пространственные изомеры (a — и b-метилглюкозиды) расщепляются по эфирной связи двумя совершенно разными ферментами. Таким образом, ферменты могут различать химические соединения, отличающиеся друг от друга очень незначительными деталями строения, такими, например, как пространственное расположение метоксильного радикала и атома водорода при 1-м углеродном атоме молекулы метилглюкозида. Различают следующие виды специфичности ферментов: субстратная специфичность и специфичность действия.

· Активаторы – это вещества у которых, присутствие в реакционной среде некоторых ионов может активировать образование активного субстрат ферментного комплекса, и в этом случае скорость ферментативной реакции будет увеличивается, а ингибиторы – это вещество, замедляющее или предотвращающее течение какой-либо химической реакции.

· Витамины – это группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы.

· Только в животных тканях содержатся витамин В12.

· Гипо- и авитаминозы – это состояния организма, при которых когда все запасы витаминов полностью исчерпаны и это вызывает болезненные проявления. Для каждого витамина эти проявления свои. Авитаминоз может быть вызван долгим отказом от пищи или болезнью. При авитаминозе с недостатком витамина С развивается цинга. Это тяжелое заболевание. Для его развития необходимо чтобы витамин С не попадал в организм от одного до трех месяцев. При авитаминозе С появляется трудности с передвижением. Каждый шаг дается с трудом, мускулы болят. Во рту появляются ранки, из них сочится кровь. Далее начинаются внутренние кровоизлияния в мускулы, влекущие за собой осложнения и смерть. Авитаминоз А. При подобной болезни ухудшается состояние кожи, появляется «куриная слепота», может развиться воспаление слизистой оболочки глаз, нарушение целостности роговицы, полное исчезновение зрения, нарывы на коже, насморки, воспаления бронхов. Авитаминоз В1 часто развивается при употреблении только изделий из белой муки высшего сорта. При этом появляется мигренеподобные боли, боль в желудке, в районе сердца, нервозность, нарушения пищеварения.

·  Гипервитаминоз может возникать для витаминов D и А .

· Гормонами называются вещества, которые вырабатываются железами внутренней секреции (гипофиз, надпочечники и др.), поступают в кровь и отвечают за функционирование эндокринной системы.

· Эндокринные железы – это железы и параганглии, синтезирующие гормоны, которые выделяются в кровеносные (венозные) или лимфатические капилляры. Эндокринные железы не имеют выводных протоков, к ним относятся Щитовидная железаПаращитовидные железы, Вилочковая железа (тимус), Надпочечники, Параганглии, Половые железы — яички и яичники, Инкреторная часть поджелудочной железы, Гипоталамо-гипофизарная система (гипоталамус, гипофиз), Эпифиз 

 

33.1 Рассмотрим основные механизмы действия гормонов

Гормоны – это продукты внутренней секреции, которые вырабатываются специальными железами или отдельными клетками, выделяются в кровь и разносятся по всему организму в норме вызывая определенный биологический эффект.

Сами гормоны непосредственно не влияют на какие-либо реакции клетки. Только связавшись с определенным, свойственным только ему рецептором вызывается определенная реакция.

Гормоны имеют различную химическую структуру. Это приводит к тому, что они имеют разные физические свойства. Гормоны разделяют на водо- и жирорастворимые. Принадлежность к какому-то из этих классов обуславливает их механизм действия. Это объясняется тем, что жирорастворимые гормоны могут спокойно проникать через клеточную мембрану, которая состоит преимущественно из бислоя липидов, а водорастворимые этого не могут. В связи с этим рецепторы (Р) для водо- и жирорастворимых гормонов имеют различное место локализации (мембрана и цитоплазма). Связавшись с мембранным рецептором гормон вызывает каскад реакций в самой клетке, но никак не влияет на генетический материал. Комплекс цитоплазматического Р и гормона может воздействовать на ядерные рецепторы и вызывать изменения в генетическом аппарате, что ведет к синтезу новых белков.

 

33.2 Приведем основные отличия этих механизмов

Механизм действия стероидных (жирорастворимых) гормонов:

Проникновение стероида (С) в клетку

Образование комплекса СР. Все Р стероидных гормонов представляют собой глобулярные белки примерно одинакового размера, с очень высоким сродством связывающие гормоны

Трансформация СР в форму, способную связываться ядерными акцепторами [СР] Любая клетка содержит всю генетическую информацию. Однако при специализации клетки большая часть ДНК лишается возможности быть матрицей для синтеза иРНК. Это достигается путем сворачивания вокруг белков гистонов, что ведет к препятствию транскрипции. В связи с этим генетический материал клетки можно разделить на ДНК 3-х видов:

1.транскрипционно неактивная;

2.постоянно экспрессируемая;

3.индуцируемая гормонами или другими сигнальными молекулами.

Связывание [СР] с хроматиновым акцептором. 

Следует отметить, что этот этап действия С полностью не изучен и имеет ряд спорных моментов. Считается что [СР] взаимодействует со специфическими участками ДНК так, что это дает возможность РНК-полимеразе вступить в контакт к определенным доменам ДНК.

Интересным является опыт, который показал, что период полужизни иРНК при стимуляции гормоном увеличивается. Это приводит к многим противоречиям: становится непонятно ¾ увеличение количества иРНК свидетельствует, о том что [СР] повышает скорость транскрипции или увеличивает период полужизни иРНК; в то же время увеличение полужизни иРНК объясняется наличием большого числа рибосом в гормон-стимулированной клетке, которые стабилизируют иРНК или другим действием [СР] неизвестным для нас на сегодняшний момент.

Избирательная инициация транскрипции специфических иРНК; координированный синтез тРНК и рРНК 

Можно полагать, что основной эффект [СР] состоит в разрыхлении конденсированного хроматина, что ведет к открыванию доступа к нему молекул РНК-полимеразы. Повышение количества иРНК приводит к увеличению синтеза тРНК и рРНК.

Процессинг первичных РНК

Транспорт мРНК в цитоплазму

Синтез белка

Посттрансляционная модификация белка

 

33.3 Функционирование гормонов по механизмам

Клетки-мишени - это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белки-рецепторы располагаются на наружной мембране клетки, или в цитоплазме, или на ядерной мембране и на других органеллах клетки.

Биохимические механизмы передачи сигнала от гормона в клетку-мишень.

Любой белок-рецептор состоит, минимум из двух доменов (участков), которые обеспечивают выполнение двух функций:

1.     узнавание гормона; 

2.     преобразование и передачу полученного сигнала в клетку. 

Каким образом белок-рецептор узнает ту молекулу гормона, с которой он может взаимодействовать?

Один из доменов белка-рецептора имеет в своем составе участок, комплементарный какой-то части сигнальной молекулы. Процесс связывания рецептора с сигнальной молекулой похож на процесс образования фермент-субстратного комплекса и может определяется величиной константы сродства.

Большинство рецепторов изучены недостаточно, потому что их выделение и очистка очень сложные, а содержание каждого вида рецепторов в клетках очень низкое. Но известно, что гормоны взаимодействуют со своими рецепторами физико-химическим путем. Между молекулой гормона и рецептором формируются электростатические и гидрофобные взаимодействия. При связывании рецептора с гормоном происходят конформационные изменения белка-рецептора и комплекс сигнальной молекулы с белком-рецептором активируется. В активном состоянии он может вызывать специфические внутриклеточные реакции в ответ на принятый сигнал. Если нарушен синтез или способность белков-рецепторов связываться с сигнальными молекулами, возникают заболевания - эндокринные нарушения.

Есть три типа таких заболеваний.

1. Связанные с недостаточностью синтеза белков-рецепторов.

2. Связанные с изменением структуры рецептора - генетических дефекты.

3.  Связанные с блокированием белков-рецепторов антителами.

Механизмы действия гормонов на клетки-мишени. В зависимости от строения гормона существуют два типа взаимодействия. Если молекула гормона липофильна, (например, стероидные гормоны), то она может проникать через липидный слой наружной мембраны клеток-мишеней. Если молекула имеет большие размеры или является полярной, то ее проникновение внутрь клетки невозможно. Поэтому для липофильных гормонов рецепторы находятся внутри клеток-мишеней, а для гидрофильных - рецепторы находятся в наружной мембране.

Для получения клеточного ответа на гормональный сигнал в случае гидрофильных молекул действует внутриклеточный механизм передачи сигнала. Это происходит с участием веществ, которых называют вторыми посредниками. Молекулы гормонов очень разнообразны по форме, а "вторые посредники" - нет.

Надежность передачи сигнала обеспечивает очень высокое сродство гормона к своему белку-рецептору.

Что такое посредники, которые участвуют во внутриклеточной передаче гуморальных сигналов?

Это циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), инозитолтрифосфат, кальций-связывающий белок - кальмодулин, ионы кальция, ферменты, участвующие в синтезе циклических нуклеотидов, а также протеинкиназы - ферменты фосфорилирования белков. Все эти вещества участвуют в регуляции активности отдельных ферментных систем в клетках-мишенях.

Разберем более подробно механизмы действия гормонов и внутриклеточных посредников.

Существует два главных способа передачи сигнала в клетки-мишени от сигнальных молекул с мембранным механизмом действия:

1.     аденилатциклазная (или гуанилатциклазная) системы;

2.     фосфоинозитидный механизм.

Аденилатциклазная система.

Основные компоненты: мембранный белок-рецептор, G-белок, фермент аденилатциклаза, гуанозинтрифосфат, протеинкиназы.

Кроме того, для нормального функционирования аденилатциклазной системы, требуется АТФ.

Белок-рецептор, G-белок, рядом с которым располагаются ГТФ и фермент (аденилатциклаза) встроены в мембрану клетки.

До момента действия гормона эти компоненты находятся в диссоциированнном состоянии, а после образования комплекса сигнальной молекулы с белком-рецептором происходят изменения конформации G-белка. В результате одна из субъединиц G-белка приобретает способность связываться с ГТФ.

Комплекс "G-белок-ГТФ" активирует аденилатциклазу. Аденилатциклаза начинает активно превращать молекулы АТФ в ц-АМФ.

ц-АМФ обладает способностью активировать особые ферменты - протеинкиназы, которые катализируют реакции фосфорилирования различных белков с участием АТФ. При этом в состав белковых молекул включаются остатки фосфорной кислоты. Главным результатом этого процесса фосфорилирования является изменение активности фосфорилированного белка. В различных типах клеток фосфорилированию в результате активации аденилат-циклазной системы подвергаются белки с разной функциональной активностью. Например, это могут быть ферменты, ядерные белки, мембранные белки. В результате реакции фосфорилирования белки могут становятся функционально активными или неактивными.

Такие процессы будут приводить к изменениям скорости биохимических процессов в клетке-мишени.

Активация аденилатциклазной систтемы длится очень короткое время, потому что G-белок после связывания с аденилатциклазой начинает проявлять ГТФ-азную активность. После гидролиза ГТФ G-белок восстанавливает свою конформацию и перестает активировать аденилатциклазу. В результате прекращается реакция образования цАМФ.

Кроме участников аденилатциклазной системы в некоторых клетках-мишенях имеются белки-рецепторы, связанные с G-белками, которые приводят к торможению аденилатциклазы. При этом комплекс "GTP-G-белок" ингибирует аденилатциклазу.

Когда останавливается образование цАМФ, реакции фосфорилирования в клетке прекращаются не сразу: пока продолжают существовать молекулы цАМФ - будет продолжаться и процесс активации протеинкиназ. Для того, чтобы прекратить действие цАМФ, в клетках существует специальный фермент - фосфодиэстераза, который катализирует реакцию гидролиза 3",5"-цикло-АМФ до АМФ.

Некоторые вещества, обладающие ингибирующим действием на фосфодиэстеразу, (например, алкалоиды кофеин, теофиллин), способствуют сохранению и увеличению концентрации цикло-АМФ в клетке. Под действием этих веществ в организме продолжительность активации аденилатциклазной системы становится больше, т. е. усиливается действие гормона.

Кроме аденилатциклазной или гуанилатциклазной систем существует также механизм передачи информации внутри клетки-мишени с участием ионов кальция и инозитолтрифосфата.

Инозитолтрифосфат - это вещество, которое является производным сложного липида - инозитфосфатида. Оно образуется в результате действия специального фермента - фосфолипазы "С", который активируется в результате конформационных изменений внутриклеточного домена мембранного белка-рецептора.

Этот фермент гидролизует фосфоэфирную связь в молекуле фосфатидил-инозитол-4,5-бисфосфата и в результате образуются диацилглицерин и инозитолтрифосфат.

Известно, что образование диацилглицерина и инозитолтрифосфата приводит к увеличению концентрации ионизированного кальция внутри клетки. Это приводит к активации многих кальций-зависимых белков внутри клетки, в том числе активируются различные протеинкиназы. И здесь, как и при активации аденилатциклазной системы, одной из стадий передачи сигнала внутри клетки является фосфорилирование белков, которое в приводит к физиологическому ответу клетки на действие гормона.

В работе фосфоинозитидного механизма передачи сигналов в клетке-мишени принимает участие специальный кальций-связывающий белок - кальмодулин. Это низкомолекулярный белок (17 кДа), на 30 % состоящий из отрицательно заряженных аминокислот (Глу, Асп) и поэтому способный активно связывать Са+2. 

Одна молекула кальмодулина имеет 4 кальций-связывающих участка. После взаимодействия с Са+2 происходят конформационные изменения молекулы кальмодулина и комплекс "Са+2-кальмодулин" становится способным регулировать активность (аллостерически угнетать или активировать) многие ферменты - аденилатциклазу, фосфодиэстеразу, Са+2,Мg+2-АТФазу и различные протеинкиназы.

В разных клетках при воздействии комплекса "Са+2-кальмодулин" на изоферменты одного и того же фермента (например, на аденилатциклазу разного типа) в одних случаях наблюдается активация, а в других - ингибирование реакции образования цАМФ. Такие различные эффекты происходят потому, что аллостерические центры изоферментов могут включать в себя различные радикалы аминокислот и их реакция на действие комплекса Са+2-кальмодулин будет отличаться.

Таким образом, в роли "вторых посредников" для передачи сигналов от гормонов в клетках-мишенях могут быть:

1.     циклические нуклеотиды (ц-АМФ и ц-ГМФ);

2.     ионы Са;

3.     комплекс "Са-кальмодулин";

4.     диацилглицерин;

5.     инозитолтрифосфат.

Механизмы передачи информации от гормонов внутри клеток-мишеней с помощью перечисленных посредников имеют общие черты:

1. одним из этапов передачи сигнала является фосфорилирование белков;

2. прекращение активации происходит в результате специальных механизмов, инициируемых самими участниками процессов, - существуют механизмы отрицательной обратной связи.

Гормоны являются основными гуморальными регуляторами физиологических функций организма, и в настоящее время хорошо известны их свойства, процессы биосинтеза и механизмы действия.

Признаки, по которым гормоны отличаются от других сигнальных молекул следующие.

1. Синтез гормонов происходит в особых клетках эндокринной системы. При этом синтез гормонов является основной функцией эндокринных клеток.

2. Гормоны секретируются в кровь, чаще в венозную, иногда в лимфу. Другие сигнальные молекулы могут достигать клеток-мишеней без секреции в циркулирующие жидкости.

3. Телекринный эффект (или дистантное действие) - гормоны действуют на клетки-мишени на больщом расстоянии от места синтеза.

Гормоны являются высокоспецифичными веществами по отношению к клеткам-мишеням и обладают очень высокой биологической активностью.

 

Список использованной литературы:

1.     Биологически активные вещества растительного происхождения: В 3 т. – М.: Наука, 2007. – Т. 1. – 350 с.