Белки и ферменты
Особые приемы, используемые для выделения ферментов. Способ определения содержания аминокислот триптофана и цистеина в составе белков. Сравнительная характеристика всех видов РНК. Уравнение реакций перпаминирования гистидина и глюксиловой кислоты.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.07.2011 |
| Размер файла | 558,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Охарактеризуйте особые приемы, используемые для выделения ферментов, и объясните, чем это обусловлено
Основной составной частью сока поджелудочной железы являются ферменты. К ним относятся: 1. Протеиназы: трипсиноген, химотрипсиноген, карбоксипептидаза, аминопепсидаза, коллагеназа, элластаза; 2. Липаза (экстераза); Нуклеазы: рибонуклеаза, дозоксирибонуклеаза; 3. Карбогидразы: амилаза, мальтаза, лактаза. В состав панкреатического сока входят органические (ферменты, альбумины, глобулины) и неорганические вещества (карбонаты и бикарбонаты Na, K, Ca, Mg, P). В 1000 мл. сока содержится 5-6 г. общего белка, 35-97 мг. хлорида, 30-74 мг. двууглекислого натрия, 134-142 мг. натрия, 4,7-7,4 мг. калия и 2-3 мг. Поджелудочная железа вырабатывает и антиферменты (ингибиторы ферментов), принимающие участие в регуляции активности панкреатического сока. Ферменты образуются в ацинарных клетках, жидкая часть сока и электролиты вырабатываются клетками протоков, а мукоидная жидкость - слизистыми клетками главного протока. Из клеток ферменты поступают в межклеточные пространства дольки, в систему протоков, а также в кровь.
Ферменты, поступающие в кровь, в нормальных условиях держатся на постоянном уровне. Они выполняют ряд важных функций. Так, трипсиноген принимает участие в регуляции свертывающей системы крови, амилаза принимает участие в углеводном обмене, а липаза - в жировом. Активность амилазы крови меняется в связи с приемом пищи. Островки Лангерганса продуцируют инсулин и его антогониста глюкагон.
Инсулин вырабатывается бета-клетками. Поджелудочная железа продуцирует еще два гормона - липокаин и калликреин. Количество и состав панкреатического сока зависят от характера пищи, гуморальных и нервных раздражителей. Установлено, что раздражение блуждающего и чревных нервов вызывает выделение небольшого количества панкреатического сока, богатого ферментами и белками. Раздражение симпатического нерва тормозит секрецию поджелудочной железы. Поступление в двенадцатиперстную кишку желудочного сока, содержащего соляную кислоту, и других кислот резко возбуждает выделение панкреатического сока, что объясняется образованием в слизистой оболочке двенадцатиперстной кишки секретина (одновременно стимулирует образование желчи, кишечного сока и сокращение желчного пузыря) и панкреозимина. Секретин вызывает выделение жидкой части поджелудочного сока и бикарбонатов, а панкрезимин стимулирует секрецию и выделение ферментов. Установлено, что секретин стимулирует функцию поджелудочной железы и рефлекторно через сосудистые рецепторы, а потому под влиянием внутривенного вливания раствора новокаина, выключающего сосудистые рецепторы, действие секретина резко снижается.
2. Найдите способ определение содержание аминокислот триптофана и цистеина в составе белков. Напишите соответствующие уравнения реакций
При выборе протеолитических ферментов, подходящих для избирательного гидролиза белка, особенно, важна их специфичность. Как правило, пользуются так называемой первичной специфичностью протеиназ, т.е. их способностью преимущественно атаковать пептидные связи, образованные тем или иным аминокислотным остатком. Аминокислотные остатки субстрата принято обозначать латинской буквой Р с индексами, соответствующими номеру остатка, считая от расщепляемой связи к аминному концу («влево»). Остатки, расположенные в сторону карбоксильного конца («вправо» от гидролизуемой связи) обозначают Р' с соответствующим индексом: .
Если использовать эти обозначения, то первичной специфичностью следует считать способность той или иной протеиназы избирательно расщеплять пептидные связи, образованные остатками Р1 и Р1'. Все протеиназы, однако, имеют более или менее выраженную вторичную специфичность: скорость расщепления ими пептидной связи зависит не только от строения той аминокислоты, которая прямо участвует в ее построении своей карбоксильной или аминной группой (т.е. остатка Р1 и Р1'), но и от соседних аминокислотных остатков Р2, Р3, Р2', Р3' и т.д. Обычно в образовании комплекса с ферментом участвует не менее 5-6 аминокислотных остатков.
Влияние вторичной специфичности уменьшают, проводя гидролиз достаточно долго, так, чтобы расщепились и те пептидные связи, которые находятся в невыгодном для данного фермента окружении. Специфичность протеиназ редко бывает совершенно строгой: наблюдается и расщепление не характерных для данного фермента связей, нарастающее со временем. Все это требует оптимизации условий ферментативного гидролиза полипептидных цепей.
В настоящее время для специфического гидролиза белков при определении первичной структуры наиболее часто применяют следующие протеиназы.
Трипсин. Это фермент поджелудочной железы животных, который принадлежит классу так называемый сериновых протеиназ и специфически гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами остатков аргинина или лизина (Р1 = Arg, Lys). Боковые цепи этих аминокислот несут на определенном расстоянии от о-углеродного атома положительно Заряженную катионную группу. Показано, что в зоне связывания субстрата последняя входит во впадину, где расположена отрицательно заряженная b-карбоксильная группа одного из остатков аспарагиновой кислоты трипсина:
Электростатическое взаимодействие между катионной и анионной группами играет определяющую роль в специфичности трипсина. Это подтверждается тем, что замена аспарагиновой кислоты в зоне связывания субстрата другим остатком приводит к утрате способности гидролизовать пептидные связи аргинина или лизина.
Блокирование е-аминогрупп лизина в атакуемом трипсином полипептиде, например ацилированием цитраконовым ангидридом (см. гл. 9), приводит к замене катионной аминогруппы на анионную (карбоксилатную), поэтому в соответствующем производном трипсин расщепляет только пептидные связи аргинина. Это позволяет получить более крупные фрагменты белка, которые после их выделения из гидролизата выдерживают в слабокислом растворе, что вызывает отщепление остатка цитраконовой кислоты и высвобождение e-аминогрупп лизина. Затем такие пептиды с регенерированными остатками лизина вновь расщепляют трипсином.
Аналогично можно регулировать доступность пептидных связей аргинина гидролизу трипсином. Для этого блокируют гуанидогруппу аргинина, обрабатывая белок в щелочной среде дикетоном, например диацетилом, закрепляя образующийся при этом диол образованием комплекса с борной кислотой.
При гидролизе белка трипсином обычно используют рН, близкий 8, температуру 37°С и весовое соотношение фермент - субстрат 1:100, регулируя полноту гидролиза временем реакции. Нередко при гидролизе трипсином расщепляются отдельные пептидные связи, соответствующие специфичности родственного фермента - химотрипсина. Это может объясняться присутствием в препарате трипсина примеси химотрипсина или продуктов ограниченного гидролиза трипсина, однако и - вполне чистый трипсин может сам по себе обнаруживать не характерную для него специфичность.
Химотрипсин. Сериновая протеиназа поджелудочной железы, структурно родственная (гомологичная) трипсину. Химотрипсин специфически гидролизует (оптимум рН вблизи 8) пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокислот - фенилаланина, тирозина, триптофана и нередко лейцина, сравнимого с этими остатками по гидрофобности (Р1 = Phe, Т уr, Тrр, Leu).
Термолизин. Металлопротеиназа, секретируемая клетками термофильной бактерии Bacillus amyloliquefaciens. Этот фермент, имеющий ион цинка в актив ном центре, оптимально активен при рН 6-8 и избирательно гидролизует пептидные связи, образованные с участием аминогрупп гидрофобных аминокислот - лейцина, фенилаланина, тирозина, валина, изолейцина (Р1' = Leu, Phe, Т уr, Val, Ile). Фермент может применяться даже при 60-80С.
Glu, Asp-специфичные протеиназы (эндопротеиназы Glu-С). Сериновые протеи-назы Staphylococcus aureus, а также некоторых стрептомицетов и термоактиномицетов. Ферменты гидролизуют пептидные связи, образованные a-карбоксильными группами остатков глутаминовой кислоты, значительно реже аспарагиновой кислоты (Р 1 = Glu, Asp). Имеют в зависимости от субстрата и состава буферного раствора два оптимума рН: при 4 и 8. Характерная для этих протеиназ и весьма строго выдерживаемая специфичность хорошо дополняет специфичность других протеолитических ферментов, поэтому они все шире применяются в анализе структуры.
Эндопротеинза Lys-C. Протеолитический фермент из Lysobacter enzymogenes, специфически гидролизующий пептидные связи, образованные карбоксильной группой лизина, но не аргинина (Р1 = Lys).
Эндопротеиназа Arg-C. Протеиназа из подчелюстной железы мыши, избирательно расщепляющая пептидные связи, образованные с участием карбоксильной группы аргинина (Р1 = Arg).
Можно предполагать, что будут найдены и войдут в практику фрагментации белков и другие протеолитические ферменты с четко определенной специфичностью.
3. К какой группе белков по функциональной активности относятся сывороточный альбумин и токсины? В чем специфика строения этих белков?
Реакцию переноса ADP-рибозного фрагмента катализируют некоторые бактериальные токсины. Каталитический домен дифтерийного токсина, образующийся в результате ограниченного протеолйза, катализирует присоединение этого фрагмента к фактору элонгации EF-2 в клетках эукариот и архе-бактерий. Модификации подвергается производное гистидина (содержащееся в консервативном районе последовательности этого фактора) - дифтамид, в свою очередь образуемый многоступенчатой модификацией остатка гистидина.
На первом этапе аденозилметионин (AdoMet), обычно являющийся донором метильной группы, выступает при алкилировании имидазольного кольца как донор фрагмента:
Затем происходит исчерпывающее метилирование аминогруппы присоединившегося фрагмента. В этом случае аденозилметионин является источником метильных групп, превращаясь в аденозилгомоцистеин (AdoHcy). Модификацию завершает амидирование карбоксильной группы, которое протекает с одновременным гидролизом АТР и приводит к дифтамиду:
ADP-рибозилирование дифтамида, катализируемое дифтерийным токсином, инактивирует фактор элонгации EF, прерывая тем самым трансляцию, что приводит к гибели клетки.
4. Дайте сравнительную характеристику всех видов РНК. Оформите ответ в виде таблицы, указав малярную массу, минорные основания, углеводы, структуру, место локализации, функции
О количестве РНК нет точных данных, поскольку содержание ее в разных клетках в значительной степени определяется интенсивностью синтеза белка. На долю РНК приходится около 5-10% от общей массы клетки. Современная классификация различных типов клеточной РНК основывается на данных топографии, функции и молекулярной массы. Выделяют три главных вида РНК: матричную (информационную) - мРНК, которая составляет 2-3% от всей клеточной РНК; рибосомную - рРНК, составляющую 80-85% и транспортную - тРНК, которой около 16%. Эти 3 вида различаются нуклеотидным составом и функциями (табл. 1).
Таблица 1
5. Фермент лактатдегидрогенеза окисляет молочную кислоту в пировиноградную. Покажите с помощью уравнения данной реакции механизм действия кофермента НАД
Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит при участии ряда ферментов и коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, получившую название «пируватдегидрогеназный комплекс».
На I стадии этого процесса пируват теряет свою карбоксильную группу в результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (ТПФ) в составе активного центра фермента пируватдегидрогеназы (E1). На II стадии оксиэтильная группа комплекса E1-ТПФ-СНОН-СН3 окисляется с образованием ацетильной группы, которая одновременно переносится на амид липоевой кислоты (кофермент), связанной с ферментом дигидроли-поилацетилтрансферазой (Е2). Этот фермент катализирует III стадию - перенос ацетильной группы на коэнзим КоА (HS-KoA) с образованием конечного продукта ацетил-КоА, который является высокоэнергетическим (макроэргическим) соединением.
На IV стадии регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного комплекса дигидролипоамид-Е2. При участии фермента дигидролипоилдегидрогеназы (Е3) осуществляется перенос атомов водорода от восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на ФАД, который выполняет роль простетической группы данного фермента и прочно с ним связан. На V стадии восстановленный ФАДН2 дигидро-липоилдегидрогеназы передает водород на кофермент НАД с образованием НАДН + Н+.
Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий. В нем принимают участие (в составе сложного мультиферментного комплекса) 3 фермента (пируватдегидрогеназа, ди-гидролипоилацетилтрансфераза, дигидролипоилдегидрогеназа) и 5 кофер-ментов (ТПФ, амид липоевой кислоты, коэнзим А, ФАД и НАД), из которых три относительно прочно связаны с ферментами (ТПФ-E1, ли-поамид-Е2 и ФАД-Е3), а два - легко диссоциируют (HS-KoA и НАД).
6. Напишите уравнения реакций соответствующих схемам:
а) УМФ - ЦМФ - ЦДФ - ЦТФ
б) УМФ - дУМФ - дТМФ - дТДФ
укажите ферменты, катализирующие эти реакции
7. Составьте уравнение реакций перпаминирования гистидина и глюксиловой кислоты. Покажите на данных примерах механизм действия пиридоксальфермента
фермент аминокислота белок реакция
Остатки метионина в белках и особенно пептидах легко окисляются до ме-тионинсульфоксида
В ряде случаев эта реакция протекает даже под действием кислорода воздуха. В более жестких условиях, например при действии надмуравьиной кислоты, окисление проходит глубже и приводит к метионинсульфону:
Для модифицирования остатков метионина чаще, однако, применяют алкилирующие агенты, например уже упоминавшийся р-бромфенацилбромид или галоидзамещенные кислоты, в частности иодуксусную кислоту или ее амид. При этом характерно, что сера метионина реагирует с такого рода соединениями даже в слабокислой среде, когда большинство других нуклеофильных групп белка.
8. Покажите сходство и различие между гликолизом и гликотеколизом и дыханием. Напишите уравнения реакций, устанавливающих различие названных процессов
Кооперативные эффекты четвертичной структуры определяют способность гемоглобина выполнять помимо переноса кислорода ряд других транспортных функций, важных для физиологии кровообращения.
Гемоглобин переносит ионы водорода и CО2 направляющиеся в тканях, к легким. Перенос ионов водорода обусловлен так называемым эффектом Бора. Как уже говорилось, при насыщении гемоглобина кислородом рвутся, а при его отщеплении - восстанавливаются ионные связи между отдельными функциональными группами. Разрыв или, наоборот, образование ионных связей сказывается на способности функциональных групп связывать протон. Это особенно характерно для сравнительно слабых оснований, рKa которых близок к физиологическому значению рН. В таком случае уже небольшие изменения рKa существенно влияют на способность группы присоединять и, значит, переносить протон. Такими группами являются б-аминогруппа и имидазольная группа гистидина. Т ак, в оксигемоглобине имидазольная группа С-концевого His-143 в-цепей свободна и имеет по-видимому, нормальный рK a для гистидина, близкий 6. После отщепления кислорода в тканях эта имидазольная группа восстанавливает ионную связь с карбоксилатанионом остатка Asp-94 той же цепи, т.е. оказывается в поле отрицательного заряда. Понятно, что протон с большим трудом может покинуть имида-золий-катион, если положительный заряд последнего компенсирован сближенной с ним отрицательно заряженной группой.
Таким образом, способность имидазольного кольца С-концевого гистидина к связыванию протона регулируется положением этого кольца в пространственной структуре, его участием или неучастием в ансамбле с карбоксильной группой. Как следствие, дезоксигемоглобин, а котором основность имидазольной группы His-143 возрастает, присоединяет протон и переносит его от тканей к легким, где при насыщении гемоглобина кислородом и переходе его четвертичной структуры в релаксированную R-форму ион водорода отщепляется.
Перенос СO2 гемоглобином обусловлен его способностью присоединяться к б-аминогруппам белка с образованием так называемой карбаминовой кислоты - полуамида угольной кислоты:
Эта реакция протекает в тканях с аминогруппами дезоксигемоглоина. Появившиеся отрицательно заряженные остатки карбаминовой ислоты вступают в ионные взаимодействия с катионными группами елка, дополнительно стабилизируя дезоксиформу. В легких при асыщении гемоглобина кислородом протекает обратная реакция, оторая ведет к выделению СО2.
9. Осуществите биосинтез мевалоновой кислоты из ацетил-S-KoA. Какова роль мивалоновой кислоты в биосинтезе стеридов?
Миоглобин и субъединицы гемоглобина имеют очень близкую третичную структуру, их пептидные цепи свернуты в пространстве сходным образом. Вполне определенное, хотя и заметно меньшее, сходство обнаруживают и их первичные структуры. В то же время миоглобин лишен четвертичной структуры и его функция ограничивается только хранением кислорода. Таким образом, миоглобин - более простой белок, более древний, чем гемоглобин.
Пептидная цепь миоглобина млекопитающих состоит из 153 аминокислотных остатков. Сравнение первичных структур миоглобинов 24 видов животных показывает, что 82 положения во всех этих белках занимают одни и те же аминокислоты. Следовательно, примерно половина остатков в указанной выборке миоглобинов неизменна, инвариантна, другие же остатки могут заменяться, что, однако, практически, не отражается на укладке полипептидной цепи, ее третичной структуре. Впрочем, многие из замен не изменяют существенным образом химической природы данного остатка - гидрофильные аминокислоты заменяются гидрофильными, гидрофобные - гидрофобными, т.е. наблюдаются по преимуществу так называемые консервативные замены.
Миоглобин, как и другие глобины, - четко выраженный б-спиральный белок. Его пространственная структура образована восемью б-спиралями, последовательно обозначаемыми буквами от А до Н (от аминного к карбоксильному концу цепи). В б-спиралях содержится 75% всех аминокислотных остатков, остальные приходятся на повороты и неупорядоченные концевые остатки пептидной цепи. Неспиральные участки обозначают двумя буквами, соответствующими спиралям, между которыми расположен поворот, или спирали и аминному (N) либо карбоксильному (С) концу пептидной цепи. Например, НС соответствует участку между последней спиралью Н и С-концевой аминокислотой. Для аминокислотных остатков миоглобина принято указывать буквенное обозначение б-спирали, в которой данный остаток находится, и его порядковый номер в ней.
Используемая литература
1. Степанов В.М. Молекулярная химия. - М.: Высшая школа, 2002. - 329 с.
2. Ткачук А.Ф. Биохимия человека. - М.: Высшая школа, 2001. - 318 с.
3. Шатилов В.Р. Успехи биологической химии. - М.: Высшая школа, 1999. - 286 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Белки (протеины) – высоко молекулярные, азотосодержащие природные органические вещества, молекулы которых построены из аминокислот. Строение белков. Классификация белков. Физико-химические свойства белков. Биологические функции белков. Фермент.
реферат [4,0 M], добавлен 15.05.2007Физические методы исследования строения белков. Зависимость биологической активности белков от их первичной структуры. Уравнение реакции переаминирования гистидина и глиоксиловой кислоты. Биологически активные производные гормона адреналина, их биосинтез.
контрольная работа [172,9 K], добавлен 10.07.2011Ферменты (энзимы) – каталитические белки. Характеристика, функция и принципы строения ферментов. Условия максимальной активности, кофакторы и коферменты. Распределение ферментов в организме. Диагностическое значение маркерных, секреторных и изоферментов.
презентация [27,2 K], добавлен 28.11.2015Аминокислотный состав белков в организмах, роль генетического кода. Комбинации из 20 стандартных аминокислот. Выделение белков в отдельный класс биологических молекул. Гидрофильные и гидрофобные белки. Принцип построения белков, уровень их организации.
творческая работа [765,3 K], добавлен 08.11.2009Общая характеристика и основные типы ферментов. Химические свойства ферментов и катализируемых ими реакций. Селективность и эффективность ферментов. Зависимость от температуры и от среды раствора. Активный центр фермента. Скорость ферментативных реакций.
презентация [1,8 M], добавлен 06.10.2014Обмен нуклеопротеинов - сложных белков, небелковым компонентом которых являются нуклеиновые кислоты – ДНК или РНК. Катаболизм пиримидиновых азотистых оснований. Роль аминокислот в синтезе мононуклеотидов. Ферменты, катализирующие реакции реутилизации.
презентация [895,5 K], добавлен 22.01.2016Изучение функций белков - высокомолекулярных органических веществ, построенных из остатков аминокислот, которые составляют основу жизнедеятельности всех органов. Значение аминокислот - органических веществ, которые содержат амин- и карбоксильную группы.
презентация [847,2 K], добавлен 25.01.2011Классификация ферментов, их функции. Соглашения о наименовании ферментов, структура и механизм их действия. Описание кинетики односубстратных ферментативных реакций. Модели "ключ-замок", индуцированного соответствия. Модификации, кофакторы ферментов.
презентация [294,1 K], добавлен 17.10.2012Специфические белки, катализирующие химические реакции в живых системах. Характеристика и классификация ферментов, их размеры и строение. Влияние условий среды на активность ферментов: факторы и кофакторы; заболевания, связанные с нарушением их выработки.
презентация [1,4 M], добавлен 07.05.2015Ферменты: биохимическое строение и физиологическая роль. Анализ методики определения активности ферментов и ферментативного спектра в жидкостях организма. Основные ферменты в моче в норме и при патологии. Ферментный спектр мочи при заболеваниях почек.
доклад [153,2 K], добавлен 10.03.2015
