Вибрані глави біохімії рослин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Розділ 1

1.1 Будова ферментів

1.2 Особливості будови ферментів

Розділ 2.

2.1 Клас Гідролази

2.2 Підклас естераз

2.3 Глікозидази

2.4 Пептидгидролази

2.5 Застосування гідролаз

Висновок

Перелік використаної літератури



Розділ 1

1.1 Будова ферментів

Ферменти або ензими (від латів. fermentum, греч. - закваска) - зазвичай білкові молекули або молекули РНК (рибозимы) або їх комплекси, прискорюючі (що каталізують) хімічні реакції в живих системах. Реагенти в реакції, що каталізується ферментами, називаються субстратами а речовини, що виходять, - продуктами. Ферменти специфічні до субстратів (АТФаза каталізує розщеплювання тільки АТФ, а киназа фосфорилази фосфорилює тільки фосфорилазу). Ферментативна активність може регулюватися активаторами і інгібіторами (активатори - підвищують, інгібітори - знижують). Білкові ферменти синтезуються на рибосомах, а РНК - в ядрі.

Ферменти - білки, що виконують роль каталізаторів в живих організмах. Осн. ф-ции ферментів- прискорювати перетворення в-в, що потрапляють в організм і утворюються при метаболізмі (для оновлення клітинних структур, для забезпечення його енергією та ін.), а також регулювати биохим. процеси (напр., реалізацію ге-нетич. інформації), в т. ч. у відповідь на умови, що змінюються.

Структуру ферментів вивчають методами хим. модифікації, рентгенівського структурного аналізу, спектроскопії. Цінні результати отримані методом сайт-специфічного мутагенезу заснованого на спрямованій заміні амінокислот у білковій молекулі методами генетичної інженерії. До кін. 20 ст. відомі і охарактеризовані ок. 3000 ферментів.

Терміни "фермент" і "ензим" давно використовують як синоніми (перший в основному в російській і німецькій науковій літературі, другій, - в англо- і франкомовною).

Наука про ферменти називається энзимологией а не ферментологією (щоб не змішувати корені слів латинської і грецької мов).

У природі існують як прості, так і складні ферменти. Перші цілком представлені поліпептидними ланцюгами і при гідролізі розпадаються виключно на амінокислоти. Такими ферментами (прості білки) є гідролітичні ферменти, зокрема пепсин, трипсин папаїн, уреаза, лізоцим, рибонуклеаза, фосфатаза та ін. Більшість природних ферментів відносяться до класу складних білків, що містять, окрім поліпептидних ланцюгів, який-небудь небілковий компонент (кофактор) присутність якого є абсолютно необхідною для каталітичної активності. Кофактори можуть мати різну хімічну природу і розрізнятися по міцності зв'язку з поліпептидним ланцюгом. Якщо константа дисоціації складного ферменту настільки мала що в розчині усі поліпептидні ланцюги виявляються пов'язаними зі своїми кофакторами і не розділяються при виділенні і очищенні, то такий фермент отримує назву холофермента (холоэнзим), а кофактор - простетической групи що розглядається як інтегральна частина молекули фермента. Поліпептидну частину ферменту прийнято називати апоферментом.

У літературі досі вживаються і інші найменування компонентів складних ферментів, зокрема "фермент-протеїд", "білковий компонент" (апофермент), "кофермент" (коензим) і "простетическая група". Під коферментом часто мають на увазі додаткову групу, легко відокремлювану від апофермента при дисоціації. Припускають, що простетическая група може бути пов'язана з білком ковалентними і неко-валентными зв'язками. Так у молекулі Ацетилкоэнзим-А-карбоксилази кофактор біотваней ковалентний пов'язаний з апоферментом за допомогою амідного зв'язку (див. главу 7). З іншого боку, хімічні зв'язки між кофакторами і пептидними ланцюгами можуть бути відносно слабкими (наприклад, водневі зв'язки електростатичні взаємодії та ін.). У таких випадках при виділенні ферментів спостерігається повна дисоціація обох частин, і изолированый білковий компонент виявляється позбавленим ферментативній активності, поки не буде доданий ззовні недостаючий кофактор. Саме до подібних ізольованих низькомолекулярних органічних речовин застосуємо термін "кофермент", типовими представниками яких є вітаміни В1, В2, В6, РР, що містять коферменти. Відомо також, що і простетические групи і коферменти активно включаються в хімічні реакції, виконуючи функції промежу-тоных переносників електронів, атомів водню або різних функціональних груп (наприклад, амінів, ацетилових, карбоксильних). У подібних випадках кофермент розглядають в якості другого субстрату, або косубстрата.

Роль кофермента (До) в якості переносника, наприклад, атомів водню може бути представлена у вигляді схеми, де SH - субстрат, Яке - хо-лофермент, А - акцептор протона :

Мал. 1:

Субстрат піддається окисленню, віддаючи електрони і протони, а Яке - відновленню, приймаючи електрони і протони. У наступній напівреакції відновлений КоЕН може віддавати електрони і протони який-небудь інший проміжний переносник електронів і протонів або на кінцевий акцептор.

Коензим, кофактор, простетическая група - двозначний біохімічний жаргон. Досі триває термінологічна суперечка, оскільки часто визначення "коензим", "кофактор" і "простетическая група" розглядаються через призму їх ролі в реакціях энзиматического (ферментативного) каталізу. Слідує, проте, зважати на той безперечний факт що у багатьох випадках небілкові органічні молекули, як і іони металів, абсолютно потрібні білковому компоненту при виконанні певної біологічної функції, що не має відношення до біокаталізу. Поза сумнівом мають значення також тип і характер зв'язку небілкового компонента з молекулою білку. Тому очевидно, що кофактором може служити будь-який чинник, абсолютно необхідний для виконання білком його каталітичною або будь-якій іншій біологічній ролі. З іншого боку, коферментом може бути будь-який небілковий чинник, який безпосередньо залучений в реакцію энзиматического каталізу. Кофактор який безпосередньо не бере участь в акті каталізу, не є коензимом. В той же час простетическую групу (ковалентний пов'язаний небілковий компонент, необхідний для певної функції) можна назвати коферментом якщо вона безпосередньо бере участь в энзиматической реакції. Простетическая група, яка не залучена в акт каталізу, але функціонально є істотним як для ферменту, так і для некаталітичного білку, може бути названа кофактором. І нарешті кофактор і кофермент, неміцно пов'язані (чи слабо пов'язані) з ферментом або білком, проте не класифікуються в якості простетических груп.

Багато двовалентних металів (Mg2+, Мn2+, Са2+), як буде показано далі, також виконують роль кофакторів, хоча вони не відносяться ні до коферментів, ні до простетическим груп. Відомі приклади, коли іони металів міцно пов'язані з білковою молекулою виконуючи функції простетической групи. Зокрема, очищений фермент, що каталізує окислення аскорбінової кислоти (вітамін С) в дезоксиаскорбиновую кислоту, містить 8 атомів міді на одну молекулу; усі вони настільки міцно пов'язані з білковою молекулою що навіть не обмінюються з іонообмінними смолами і не відділяються методом діалізу. Більше того, за допомогою методу електронного парамагнітного резонансу показана участь іонів міді в проміжному перенесенні електронів. Цікаво відмітити що вільні іони міді також наділені каталітичною активністю при окисленні аскорбінової кислоти, проте ця активність підвищується у багато тисяч разів, якщо іони міді з'єднуються з апофер-ментом в єдиний комплекс - холофермент.

Отримані докази кофакторной функції у ферментативних реакціях і ряду інших біологічно активних з'єднань, що не відносяться до вітамінів : HS -глутатиона, АТФ, ліпоєвої кислоти, похідних ну-клеозидов (уридинфосфат, цитидинфосфат, фосфоаденозинфосфосульфат) порфиринсодержащих речовин та ін. Сюди ж можуть бути віднесені тРНК, які у складі ферментів аминоацил-тРНК-синтетаз беруть активну участь в транспорті амінокислот в рибосомі, де здійснюється синтез білку.

Слід зазначити одну відмітну особливість двокомпонентних ферментів : ні кофактор окремо (включаючи більшість коферментів), ні сам по собі апофермент каталітичною активністю не наділені, і тільки їх об'єднання в одно ціле, що протікає не хаотично а відповідно до програми їх структурної організації, забезпечує швидке протікання хімічної реакції.

1.2 Особливості будови ферментів

Мол. маса ферментів складає від 104 до 1010 і більше. Найчастіше зустрічаються ферменти з мол. м. 20-60 тис., більші зазвичай складаються з декількох однакових (гомомери) або різних (гетеромери) субодиниць, пов'язаних між собою нековалентними зв'язками. Субодиниця може складатися з двох і більше ланцюгів, сполучених дисульфідними зв'язками.

У первинній структурі однотипних ферментів, виділених навіть з еволюційно віддалених організмів, часто спостерігається певна гомологія а нек-рые ділянки практично залишаються незмінними. Вторинна структура відрізняється великою різноманітністю за змістом -спиралей і -структур (див. Білки). -Структуры складають ядро багатьох ферментів, утворюючи "опорну" структуру. Сукупність стандартних елементів вторинних структур і специфічно укладених ділянок поліпептидного ланцюга, певним чином розташованих в просторі, утворює третинну структуру, визначальну біологічну властивість ферментів.

Третинна структура унікальна для кожного ферменту, проте у однотипних ферментів, що навіть сильно відрізняються по первинній структурі, просторове, що має в розпорядженні ланцюгів м. би. схожим (напр., хімотрипсини і субтилизины). Часто в третинній структурі можна виділити окремі компактні частини (домени), сполучені ділянками поліпептидного ланцюга. Організація в просторі неск. субодиниць визначає четвертинну структуру ферментів.

Мал. 2 : Крива насичення хімічної реакції, що ілюструє співвідношення між концентрацією субстрату [S] і швидкістю реакції v

На пов-сти білкової глобулы ферменту або, частіше, в спец. щілині, поглибленні і т. п. виділяють відносно невелику ділянку, наз. активним центром. Він є сукупністю функц. груп амінокислотних залишків, що безпосередньо взаємодіють з субстратом. У активний центр ферменту, окрім функц. груп, можуть входити небілкові складові - коферменти. Такий комплекс наз. х про л про -ферментом, а його білкову частину - апоферментом. Амінокислотні залишки, що входять в активний центр, відносяться до наиб. консервативним в цій групі ферментів. У активному центрі можна виділити субстрат-связывающий ділянку і власне каталітично активні групи ферментів. До останніх, наприклад, в підклассі серинових протеаз відносяться функц. групи залишків серину-195, гістидину-57 і аспарагіновою кислоти -102. Крім того, в якості каталітично активних груп ферментів виступають група SH цистеїну, група COOH глугаминовой кислоти, фенольний гидроксил Тирозину та ін., а також функц. групи коферментів - никотинамидное кільце никотинамидных коферментів , альдегідна група (у вигляді альдимина) пиридоксальфосфата, тиазолино-вое кільце тіамінпірофосфату, іони металів (напр., Zn 2+, Co 2+, Mn 2+ ) та ін.

Субстратом (S) називають речовину, хімічні перетворення якої на продукт (Р) каталізує фермент (Е). Та ділянка поверхні молекули ферменту, який безпосередньо взаємодіє з молекулою субстрату, називається активним центром ферменту.

Активний центр ферменту утворений із залишків амінокислот, що знаходяться у складі різних ділянок поліпептидного ланцюга або різних поліпептидних ланцюгів, просторово зближених. Утворюється на рівні третинної структури білку-ферменту.

У його межах розрізняють Адсорбційну ділянку (центр) і каталітичну ділянку (центр). Крім того, поза активним центром ферменту зустрічаються особливі функціональні ділянки; кожного з них означають терміном аллостерический центр.

Каталітичний центр - це та область (зона) активного центру ферменту, яка безпосередньо бере участь в хімічних перетвореннях субстрату. Формується він за рахунок радикалів двох, іноді трьох амінокислот, розташованих в різних місцях поліпептидного ланцюга ферменту але просторово зближених між собою за рахунок вигинів цього ланцюга. Наприклад, каталітичний центр "серин-гистидиновых" ферментів формується за рахунок радикалів амінокислот серину і гістидину. Якщо фермент є складним білком те у формуванні каталітичного центру нерідко бере участь простетическая група молекули ферменту (кофермент). Коферментную функцію виконують усі водорозчинні вітаміни і жиророзчинний вітамін K.

Адсорбційний центр - це ділянка активного центру молекули ферменту, на якому відбувається сорбція (зв'язування) молекули субстрату. Він формується одним, двома, частіше трьома радикалами амінокислот, які зазвичай розташовані поряд з каталітичним центром. Головна його функція - зв'язування молекули субстрату і передача цієї молекули каталітичному центру в найбільш зручному положенні (для каталітичного центру). Ця сорбція відбувається тільки за рахунок слабких типів зв'язків і тому є оборотною. У міру формування цих зв'язків відбувається конформаційна перебудова адсорбційного центру, яка призводить до тіснішого зближення субстрату і активного центру ферменту, точнішої відповідності між їх просторовими конфігураціями. Така відповідність - не заздалегідь "готове", а що формується в ході взаємодії - американський учений Кошленд поклав в основу теорії індукованої відповідності (чи наведеної відповідності), яка здолала обмеженість такою, що існувала раніше теорії ключа і замку (жорсткої відповідності структури субстрату структурі адсорбційного центру).

Очевидно, що саме структура адсорбційного центру визначає субстратную специфічність ферменту, т. е. вимоги ферменту до молекули хімічної речовини щоб вона могла стати для нього відповідним субстратом.

Деякі речовини, що мають відповідні характеристики (т. е. схожі на субстрат), можуть теж зв'язуватися з адсорбційним центром ферменту. Але якщо в їх молекулі немає такого хімічного зв'язку на яку може впливати каталітичний центр цього ферменту, то хімічних перетворень цієї речовини не станеться. Займаючи активний центр ферменту, такі молекули блокують його роботу, т. е. є оборотними інгібіторами цього ферменту (оборотними тому що пов'язані з ферментом слабкими типами зв'язків). Підвищуючи концентрацію субстрату, їх можна витіснити з адсорбційного центру. Тому такі інгібітори називають конкурентними. Вони конкурують з істинним субстратом даного ферменту за володіння його адсорбційним центром.

Аллостерическими центрами називають такі ділянки молекули ферменту поза його активним центром, які здатні зв'язуватися слабкими типами зв'язків (значить - оборотно) з тією або іншою речовиною (лігандом). Причому таке зв'язування призводить до такої конформаційної перебудови молекули ферменту, яка поширюється і на активний центр, полегшуючи, або утрудняючи (уповільнюючи) його роботу. Відповідно такі речовини називаються аллостерическими активаторами або аллостерическими ингибаторами цього ферменту.

Термін "аллостеричний" (тобто тий, що "має іншу просторову структуру") з'явився у зв'язку з тим що ці эфектори по своїй просторовій конфігурації зовсім не схожі на молекулу субстрату цього ферменту (і тому не можуть зв'язуватися з активним центром ферменту). Було зроблено укладення що і аллостерический центр не схожий по своїй структурі на активний центр ферменту.

Аллостеричні центри знайдені не у всіх ферментів. Вони є у тих ферментів, робота яких може змінюватися під дією гормонів, медіаторів і інших біологічно активних речовин. Деякі штучно синтезовані ліки мають біологічну активність тому що їх молекули комплементарны аллостерическому центру деяких ферментів організму.

Мал. 3: Схема будови ферменту

Значення молекулярних мас ферментів коливаються в широких межах: від декількох тисяч до декількох мільйонів. У природі налічується декілька десятків ферментів, що мають порівняно невеликі молекули (до 50 тис.). Проте більшість ферментів представлена білками вищої молекулярної маси, побудованими з субодиниць. Так, каталаза (М=25200) містить в молекулі шість протомеров з М=42000 кожен. Молекула ферменту прискорюючого реакцію синтезу рибонуклеїнових кислот (РНК-полимераза, М = 400000), складається з 6 нерівних субодиниць. Повна молекула глутаматдегидрогеназы, прискорюючою процес окислення глутамінової кислоти (М=336000), побудована з 6 субодиниць з М=56000.

Способи компонування протомеров в мультизаходи різноманітні. Украй важливо, що добудований з субодиниць фермент проявляє максимальну каталітичну активність саме у виді мультиміра: дисоціація на протомеры різко знижує активність ферменту. Не усі ферменты-мультимеры побудовані виключно з каталітично активних протомеров. Разом з каталітичними в їх складі відмічені регуляторні субодиниці, як, наприклад, у аспартат-карбамилтрансферази.

Серед ферментов-мультимеров безумовно переважають димери і тетрамери (їх декілька сотень) у меншій мірі поширені гексамеры і октамери (декілька десятків) і незвичайно рідко зустрічаються тримеры і пентамери.

Молекули ферментов-мультимеров у ряді випадків складені з субодиниць двох типів, що означають умовно як субодиниці типу А і В. Вони схожі один з одним, але відрізняються по деяких деталях первинною і третинною структур. Залежно від співвідношення протомеров типу А і У в мультимірі останній може існувати у вигляді декількох ізомерів, які називають изозимами. Так при чотирьох субодиницях можливі 5 ізозимів:

I AAAA

II AAAB

III AABB

IV ABBB

V BBBB

Нині інтерес до ізозимів різко підвищився. Виявилось, що окрім генетично детермінованих изозимов існує велика група ферментів, що має множинні форми, що виникають в результаті їх посттрансляційної модифікації. Множинні форми ферментів і изозимы зокрема використовуються зараз для діагностики хвороб в медицині, прогнозування продуктивності тварин підбору батьківських пар при схрещуванні для забезпечення максимального гетерозису в потомстві і т. п.

Значення просторової організації ферментів особливе яскраво виявляється при вивченні будови так званих мультиензимів, тобто ферментів, що мають здатність прискорювати одночасно декілька хімічних реакцій і здійснювати складні перетворення субстрату. Прикладом може служити мультиензим, прискорюючий реакцію окислювального декарбоксилювання піровиноградної кислоти. Цей багатоферментний комплекс з М=4500000 складається з трьох видів ферментів. Перший з них (E1) прискорює реакцію декарбоксили піровиноградної кислоти. До складу комплексу входить 12 димерних молекул цього ферменту (До=19200). Другий і третій ферменти, що каталізують окислювально-відновні процеси при окисленні піровиноградної кислоти, зосереджені усередині мультиэнзимного комплексу. Один з них (Е3) представлений шістьма димерними молекулами (М=112 000), інший (Е2) - 24 протомерами (М=70000).

У тих випадках, коли мультиэнзимный комплекс обслуговує єдиний, багатоступінчастий процес біохімічних перетворень його називають метаболоном (від слова метаболізм - обмін речовин). Такі метаболоны гліколізу, біосинтезу ряду амінокислот, циклу дикарбонових і трикарбоновых кислот та ін.

В результаті злагодженої в часі і просторі дії усіх трьох видів ферментів, що входять до його складу, мультиензим з величезною швидкістю здійснює перетворення піровиноградної кислоти. Саме у кооперативному характері каталітичного процесу і криється головна відмінність біокаталізаторів від каталізаторів неорганічної природи, саме тому інтенсивність біокаталізу в десятки, сотні і тисячі разів перевершує потужність дії неорганічних каталізаторів.

Порівняно недавно виявлена ще одна своєрідна риса у будові ферментів : деякі з них є поліфункціональними, тобто володіють декількома энзиматическими активностями, але усього лише одним поліпептидним ланцюгом. Річ у тому, що цей єдиний ланцюг при формуванні третинної структури утворює декілька функціонально і стерически відособлених глобулярних ділянок - доменів кожен з яких характеризується своєю каталітичною активністю.

При вивченні мультиензимних комплексів і поліфункціональних ферментів вдалося зрозуміти найбільш важливу особливість ферментативного каталізу а саме - естафетну передачу проміжних продуктів реакції від одного компонента каталітичної системи до іншого без їх вивільнення.



Розділ 2

2.1 Клас Гідролази

Гідролази (КФ3) - це клас ферментів, каталізуючий гідроліз ковалентного зв'язку. Загальний вигляд реакції, що каталізується гідролазою виглядає таким чином :

A-B + H2O > A-OH + B-H

Це ферменти, широко поширені в природі, зустрічаються в клітинах і травних соках. Майже усе гідролази ЖКТ однокомпонентні ферменти. У клітинах гідролази знаходяться в особливих органелах - лізосомах і тому називаються лізосомальними ферментами. Лізосомальні ферменти виконують захисну роль: під їх впливом сторонні речовини, що поступили в клітину, а потім в лізосоми, піддаються розщеплюванню. Розщеплюються також речовини, невикористані організмом тому лізосомальні ферменти називають клітинними санітарами. При інфекційних захворюваннях, при запальних процесах, зменшенні рН, гіпоксії мембрани лізосом стають проникними і гідролази можуть виходити з них, починаючи переварювати власну клітину викликаючи аутоліз клітини. Тому лізосоми називають клітинними самовбивцями.

Клас гідролаз включає ферменти, прискорюючі гідролітичні реакції складних ефірів, глікозидів, простих ефірів, пептидів, інших З-N зв'язків, ангидридов кислот. Для зручності викладу використовується наступна класифікація гідролаз (на дошці писати поетапно, по ходу розбору без представників окрім гликозидаз).



2.2 Підклас естераз

Підклас естераз включає ферменти, які розщеплюють сложноефірні зв'язки, утворені спиртом і різними кислотами. Перший підпідкласс - ліпази - розщеплюють ефірний зв'язок, утворений карбоновими кислотами, тобто сприяють відщепленню карбонових кислот від субстратів. Субстратами для цих ферментів є нейтральні ліпіди і ФЛ.

Представники:

1) Ліпаза шлункового соку. Фермент малоактивний у дорослих, активний у дітей раннього віку. Це пов'язано з оптимумом рН який для цього ферменту складає від 4,0 до 5,0. рН середовища шлунку в ранньому дитячому віці відповідає опт.рН цього ферменту. У дорослому організмі рН шлункового соку від 1,5 до 2,0, тому ліпаза шлункового соку у них неактивна. Ліпаза жел. Соку розщеплює тільки емульговані жири молока;

2) Ліпаза підшлункової залози виробляється в неактивному стані, активується жовчними кислотами і їх солями. Ліпази шлункового і підшлункового соків прискорюють реакції гідролізу ТАГів;

3) Ліпаза кишкового соку утворюється у невеликих кількостях в активному виді, прискорює гідроліз Бетта-МАГів;

4) Фосфолипази А1 і А2 - утворюються в підшлунковій залозі і гідролізують зв'язки, утворені жирними кислотами в першому і другому положеннях молекул фосфоліпідів;

5) ЛПЛ - знаходиться в капілярах і бере участь у внутрішньосудинному ліполізі (гідролізує ТАГ до гліцерину і 3СЖК);

6) Холестеринестераза - утворюється в підшлунковій залозі і гідролізує ефіри холестерину.

Другий подподкласс естераз - фосфоэстеразы, або фосфатази - розщеплюють фосфоэфирные зв'язки. Субстратами для цих ферментів є ефіри фосфорної кислоти. Розрізняють фосфомоноэстеразы і фосфодіестерази. До фосфомоноэстеразам відносяться наступні представники:

1) Глюкозо-6-фосфатаза;

2) Фруктозо-1,6-дифосфатаза (альдолаза), а також кисла і лужна фосфатази, фосфопротеинфосфатаза.

Ці ферменти є в клітинах і в кишковому соку. До фосфодіестераз відносяться наступні представники:

1)АТФ-аза: АТФаАДФ+Ф+33кДж. Розрізняють мітохондріальні АТФ-азу, Са-АТФ-азу, Na - K -АТФ-азу, миозиновую АТФ-азу.

2) АДФ-ази: АДФаАМФ+Ф+33кДж;

3) АТФ-пірофосфатаза: АТФаАМФ+ФФ+33кДж;

4) ФДЭ циклічних нуклеотидів; перераховані фосфодіестерази знаходяться в клітинах.

5) Нуклеази гідролізують фосфодиэфирные зв'язки в ДНК (ДНК-ази) і в РНК (РНК-азы) - ДНК-ази і РНК-азы утворюються в підшлунковій залозі, а також знаходяться в клітинах.

Усе нуклеази діляться на экзонуклеазы і эндонуклеазы. Экзонуклеазы відщепляють від нуклеїнових кислот мононуклеотиди. Эндонуклеазы гідролізують внутрішні зв'язки в ДНК і РНК, призводячи до утворення олигонуклеотидных фрагментів. 6) фосфолипазы З і Д утворюються кишковими клітинами і гідролізують зв'язки у ФЛ, утворені фосфорною кислотою і гліцерином (ФЛС) і фосфорною кислотою і азотвмісною речовиною (ФЛД).

2.3 Глікозидази

Гликозидази ведуть гідроліз гликозидных зв'язків, діючи на полісахариди і дисахариди.

Представники:

1) Амілаза. У організмі людини є альфа- і гамма-амілаза. Альфа-амілаза міститься в слині, підшлунковому соку, в клітинах сполучної тканини. Субстратами альфа-амилазы є крохмаль і глікоген, фермент розщеплює їх до мальтози. Під дією гамма-амилазы, яка знаходиться тільки в печінці, глікоген розщеплюється до глюкози;

2) Мальтаза зустрічається в клітинах і кишковому соку. Фермент розщеплює мальтозу до 2 глюкоз.

3) Лактаза знаходиться в клітинах грудної залози, кишковому соку. Розщеплює лактозу до бета-галактозы і глюкози - показати на дошці схемний,

4) Сахараза знаходиться в кишковому соку, розщеплює сахарозу до глюкози і фруктози, показати на дошці схемний, повторити формули мальтози, лактози і сахарози. У шлунковому соку немає гликозидаз.

2.4 Пептидгидролази

Представники ведуть гідроліз пептидних зв'язків. Розрізняють 2 підпідкласа - Ендопептидази (протеази) і Екзопептидази (пептидаза).

1. Ендопептидази - ведуть гідроліз білків до поліпептидів, розриваючи пептидний зв'язок усередині білку.

Представники:

1) Пепсин - виділяється головними клітинами шлунку в неактивному стані у вигляді пепсиногену. Під дією соляної кислоти і в результаті аутокатализа (під дією пепсину) з N -конца пепсиногену відщепляється 42 амінокислотні залишки у вигляді пептидів і пепсиноген (363 амінокислотні залишки) перетворюється на пепсин (321 амінокислотних залишків). Оптимум рН пепсину від 1,5 до 2,0, що відповідає рН шлункового соку дорослого організму. Пепсин прискорює гідроліз білків до ПП, швидко гідролізує пептидні зв'язки, утворені ароматичними амінокислотами (три, фен, тир), - показати на дошці схемний, вказавши, що також діють і інші эндопептидазы. У шлунковому соку дітей є фермент реннін який у присутності кальцію перетворює казеїн молока на нерозчинний казеїнат кальцію (звурджування молока). Це затримує молоко на якийсь час для переварювання.

2) Трипсин утворюється в підшлунковій залозі у вигляді трипсиногена і активується за допомогою энтеропептидазы і шляхом аутокатализа (при дії самого трипсину). Энтеропептидаза (утворюється кишковими клітинами) відщепляє кінцевий гексапептид від трипсиногена в кишковику, перетворюючи трипсиноген на трипсин оптимум рН трипсину від 8 до 9, що відповідає рН кишковика. Показати на таблиці активацію трипсиногена (кінцевої гексапептид не дає сформуватися АЦ а коли гексапептид віддаляється, то формується АЦ). Трипсин гідролізує пептидні зв'язки, утворені диаминомонокарбоновыми амінокислотами, - арг і лиз. Трипсин активує усі інші протеази.

3) Хімотрипсини утворюються в підшлунковій залозі у вигляді хімотрипсиногена (245 амінокислотних залишків) і активується за допомогою трипсину, який послідовно відщепляє кінцеві дипептиды від хімотрипсиногена в кишковику перетворюючи хімотрипсиноген на хімотрипсини різної міри активності. Оптимум рН хімотрипсинів від 8 до 9. Хімотрипсин специфічно діє на зв'язки, що утворюються незарядженими амінокислотами (наприклад, ароматичними).

4) Катепсини - це ферменти, які проявляють свою дію в кислому середовищі (оптимум рН катепсинів від 3 до 5). У здорових клітинах катепсини малоактивні, їх активність значно збільшується при запаленні або при загибелі організму. Катепсини діляться на екзо- і эндопептидазы. Залежно від природи активного центру розрізняють тиоловые катепсини (у активному центрі цистеїн), аспарагінові катепсини (у активному центрі аспарагінова кислота) і сериновые катепсини (у активному центрі серин). Катепсини позначаються заголовними латинськими буквами: А, В, З, D, E і відрізняються оптимумом рН і специфічністю. Наприклад, катепсин В (тиоловый) каталізує гідроліз ферментів гліколізу, імуноглобулінів і гемоглобіну. Катепсин D (аспарагіновий) каталізує гідроліз багатьох білків цитоплазми, міозин і гемоглобін. Катепсин А (сериновый) подібний до підшлункової карбоксипептидази А, відщепляє амінокислоти з С-конца пептидного ланцюга.

2. Екзопептидази ведуть гідроліз пептидних зв'язків, розташованих на кінцях поліпептидів до амінокислот.

Представники:

1) Карбоксипептидази А і В - це складні ферменти, у складі кофермента є цинк. Утворюються в підшлунковій залозі у вигляді прокарбоксипептидаз і активуються під дією трипсину, який відщепляє кінцевий поліпептид, перетворюючи їх на карбоксипептидазу. Карбоксипептидаза А відщепляє амінокислоти із З кінця пептидів, що містять ароматичні і аліфатичні бічні ланцюги. Карбоксипептидаза У відщепляє арг і лиз з "С" кінця поліпептидів показати на дошці схемний уміти писати формули пептидів і показати їх гідроліз формулами.

2) Амінопептидаза міститься в клітинах і кишковому соку, відщепляє амінокислоти з N кінця поліпептиду поліпептиду показати на дошці схемний.

3) Дипептидаза і трипептидазы розщеплюють ди- і трипептиды показати на дошці як діє дипептидаза.

2.5 Застосування гідролаз

1) В діагностиці - альфа-амілаза підвищується при гострому панкреатиті,

2) В лікуванні :

а) замісна терапія, наприклад, фестал - суміш гідролаз, використовується при гастритах і панкреатиті,

б) для розчинення тромбів при тромбофлебіті і НИМ,

в) для розсмоктування гематом,

г) для розсмоктування запального ексудату, наприклад при плевриті, д) в стоматології при парадонтозі,

д) в онкології - деякі гідролази розщеплюють адгезивні молекули тим самим зменшують можливість метастазування, наприклад, препарат "вобензим"

е) при опіках для очищення раневої поверхні,

3) В промисловості - в сироварінні, в шкіряній і хутряній промисловості, хлібопеченні та ін.



Висновок

Ферменти є присутніми в усіх живих клітинах і сприяють перетворенню одних речовин (субстратів) на інші (продукти). Ферменти виступають в ролі каталізаторів практично в усіх біохімічних реакціях що протікають в живих організмах - ними каталізується більше 4000 різних біохімічних реакцій. Ферменти грають найважливішу роль в усіх процесах життєдіяльності, направляючи і регулюючи обмін речовин організму.

Подібно до усіх каталізаторів, ферменти прискорюють як пряму так і зворотну реакцію, знижуючи енергію активації процесу. Хімічна рівновага при цьому не зміщується ні в пряму, ні у зворотний бік. Відмітною особливістю ферментів в порівнянні з небілковими каталізаторами є їх висока специфічність - константа зв'язування деяких субстратів з білком може досягати 10?10 міль/л і менш. Кожна молекула ферменту здатна виконувати від декількох тисяч до декількох мільйонів "операцій" в секунду. Наприклад, одна молекула ферменту ренина, що міститься в слизовій оболонці шлунку теляти, створаживает близько 106 молекул казеиногена молока за 10 мін при температурі 37 °C. При цьому ефективність ферментів значно вища за ефективність небілкових каталізаторів - ферменти прискорюють реакцію в мільйони і мільярди разів небілкові каталізатори - в сотні і тисячі разів.

Зв'язок між ферментами і спадковими хворобами обміну речовин був уперше встановлений А. Гэрродом в 1910-і рр. Гэррод назвав захворювання, пов'язані з дефектами ферментів, "природженими помилками метаболізму".

Якщо відбувається мутація в гені що кодує певний фермент, може змінитися амінокислотна послідовність ферменту. При цьому в результаті більшості мутацій його каталітична активність знижується або повністю пропадає. Якщо організм отримує два таких мутантних гена (по одному від кожного з батьків), в організмі перестає йти хімічна реакція, яку каталізує цей фермент. Наприклад, поява альбіносів пов'язана з припиненням вироблення ферменту тирозинази синтезу темного пігменту меланіну, що відповідає за одну із стадій. Фенілкетонурія пов'язана зі зниженою або відсутньою активністю ферменту фенилаланин-4-гидроксилазы в печінці.

Нині відомі сотні спадкових захворювань пов'язані з дефектами ферментів. Розроблені методи лікування профілактики багатьох з таких хвороб.



Перелік використаної літератури

фермент пептидний протомер хвороба

1) Березов Т. Т., Коровкин Б.Ф. "Біологічна хімія", 1998 - С. 114-169, 319-321, 363-370, 417-425;

2) Полосухина Т. Я., Аблаев Н.Р. "Матеріали до курсу біологічної хімії", 1977 - С. 3, 30-33, 47-49, 59-62;

3) Бышевский А.Ш., Терсенов О. А. "Біохімія для лікаря", 1994 - С. 34-54, 75, 95, 108, 214-216, 224, 249;

4) Сеитов З.С. "Біохімія" 2000 - С. 302-331, 334, 335;

5) Волькенштейн М. В., Догонадзе Р. Р., Мадумаров А. До., Урушадзе З. Д., Харкац Ю. І. Теорія ферментного каталізу / Молекулярна біологія. 1972. 431-439;

6) Діксон, М. Ферменти / М. Діксон, Э. Уэбб. - В 3-х т. - Пер. з англ. - Т. 1-2. - М.: Світ, 1982. - 808 ;

7) Основи Біохімії т.3 Ленинджер - 2000 р. 330 -341;

8) Основи біохімії т.1 Уайт - 1991 р. 540-560;

9) Основи загальної хімії Некрасов 1973 р. Том 2 690

10) Основи біохімії Філіпович 2004 р. 520-525;

11) Практикум по біологічній хімії Шапиро Д.К. 1976 р. 300-324;

12) Органічна хімія Н.А. Тюкавкина 2002 р. 500-507;

13) Біоорганічна хімія Сорочинська Е. 1998 р. 150-157;

14) Біохімія і медицина Северин Е.С. 2006 рік. 100-105.

Размещено на Allbest.ru