Биохимия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский государственный университет физической культуры»

Контрольная работа

по биохимии

Выполнил: студентка 2 курса

группы 11-ЗП

Проверил: преподаватель биохимии

Челябинск - 2010

Какие свойства ферментов объясняются их белковой природой? Что такое активная реакция среды и как она влияет на каталитическую способность ферментов?

Ферментами или энзимами называются сложные биологические катализаторы органической природы, ускоряющие химические реакции. Ферменты являются катализаторами с регулируемой активностью.

Ферменты обладают всеми свойствами белков.

1. Зависимость активности ферментов от температуры. Температура может влиять по-разному на активность фермента. При высоких значениях температуры может происходить денатурация белковой части фермента, что негативно сказывается на его активности. При определенных (оптимальных) значениях температура может влиять на скорость образования фермент-субстратного комплекса, вызывая увеличение скорости реакции. Температура, при которой каталитическая активность фермента максимальна, называется температурным оптимумом фермента. Различные клеточные ферменты имеют собственные температурные оптимумы, которые определяются экспериментально. Для ферментов животного происхождения температурный оптимум находится в интервале 40-50єС.

2. Зависимость активности фермента от сН-среды. Большинство ферментов проявляет максимальную активность при значениях сН-среды, близких к нейтральным. Лишь отдельные ферменты, «работают» в сильно кислой или сильно щелочной среде. Изменение оптимального для данного фермента значения сН-среды может привести к изменению третичной структуры фермента, что скажется на его активности. С другой стороны, при изменении сН может измениться ионизация субстрата, что повлияет на образование фермент-субстратного комплекса. Существует оптимальная величина реакции активной среды, при которой фермент наиболее активен. Например, оптимум рН для пепсина 1,5-2,0, трипсина - 8,0-8,5, аргиназы - 9,8 и т.д. отклонение рН от оптимального вызывает понижение активности фермента и даже его инактивацию.

3. Специфичность действия ферментов - одно из главных свойств. Специфичность - это избирательность фермента по отношению к субстрату. Специфичность ферментов обусловлена их белковой природой. Специфичность действия ферментов объясняется тем, что молекула фермента не жесткая, а гибкая, эластичная, поэтому информация фермента и его активного центра может изменяться при присоединении субстрата или других лигандов. В момент присоединения субстрат «вынуждает» активный центр фермента принять соответствующую форму. Специфичность - наиболее важное свойство ферментов, определяющее биологическую значимость этих молекул. Различают субстратную и каталитическую специфичность фермента, определяемые строением активного центра.

Что такое биологическое окисление? Охарактеризуйте цепь биологического окисления. Как осуществляется транспорт водорода в аэробных условиях? Конечные продукты аэробного и анаэробного окисления. Значение этих процессов при нагрузках различной мощности и продолжительности

Биологическое окисление лежит в основе освобождения энергии, заключенной в пищевых веществах.

Биологическое окисление представляет собой совокупность последовательно связанных окислительно-восстановительных превращений различных веществ, протекающих в живых организмах под действием ферментов.

Биологическое окисление - это окисление, которое протекает в форме отщепления от окисляемого субстрата протонов и электронов водорода. Соединения, принимающие протоны и электроны, играют роль акцепторов водорода. В большинстве тканей и органов идут процессы окисления в аэробных условиях, т.е. при достаточном поступлении в них кислорода. В этих условиях кислород является конечным акцептором, восстановление атома кислорода при взаимодействии с парой электронов водорода приводит к образованию воды. Такой процесс биологического окисления называют аэробным окислением или тканевым дыханием, поскольку при этом в тканях, где происходит окисление активно потребляется кислород.

В аэробных условиях атомы водорода передаются на кислород по цепи биологического окисления, которая представляет собой комплекс ферментов и коферментов биологического окисления, расположенных на внутренней мембране митохондрий. Цепь биологического окисления включает несколько этапов и представляет собой систему соединений, которые обеспечивают постепенное окисление водорода. С энергетической точки зрения этот процесс следует представлять так. Под окислением мы понимаем потерю электронов, т.е. переход электрона с одного энергетического уровня на другой, который сопровождается выделением энергии.

Цепь биологического окисления включает ряд окислительно-восстановительных реакций, которые катализируются ферментами дегидрогеназами и металлофлавопротеидами, которые обеспечивают постепенный перенос водорода к кислороду и образование воды. Освободившаяся в цепи энергия частично расходуется в виде тепла, а частично идет на синтез АТФ, где аккумулируется.

В состав биологической цепи входят ферменты и коферменты с нарастающим значением окислительно-восстановительного потенциала, что обеспечивает последовательный перенос протонов и электронов водорода по цепи переносчиков от окисляемого субстрата на кислород, который является наиболее сильным окислителем.

В состав цепи биологического окисления входят ферменты, содержащие переносчики электронов и протонов четырех типов:

- первый тип - никотинамидные коферменты - НАД и НАДФ. Никотинамид, входящий в их состав, может присоединять протоны и электроны водорода с образованием восстановленной формы коферментов. Дегидрогеназы, в состав которых входят никотинамидные коферменты, катализируют окисление многочисленных субстратов и отличаются высокой специфичностью.

- второй тип - флавиновые дегидрогеназы или флавопротеины. Это дегидрогеназы, содержащие в своем составе коферменты ФАД и ФМН. Их активной частью является рибофлавин. За счет внутримолекулярной перегруппировки двойных связей в рибофлавине, к нему могут присоединяться два атома водорода. При этом образуются восстановленные формы коферментов ФАД•Н2 . флавиновые дегидрогеназы катализируют окисление ограниченного числа субстратов.

- третий тип - кофермент Q или убихинон, который может дегидрировать флавопротеиды и, присоединяя два атома водорода, переходить в гидрохинон.

- четвертый тип - цитохромы, это белки хромопротеиды, в состав которых входит атом железа. За счет способности атома железа обратимо переходить из двух- в трехвалентное состояние обеспечивается перенос электронов по цепи цитохромов.

Большинство реакций биологического окисления в качестве конечного акцептора электронов используют кислород. В этом случае имеет место аэробное окисление. Если же акцептором электронов является не кислород, а другие вещества, то такой тип окисления будет называться анаэробным.

Если по какой-либо причине в клетках возникает нехватка кислорода, то акцепторами протонов и электронов становятся некоторые промежуточные продукты обмена веществ, содержащие кетогруппу - диоксиацетон, ацетоуксусная кислота, пировиноградная кислота и другие.

Чаще всего роль окислителя в анаэробных условиях выполняет пировиноградная кислота, кетогруппа которой присоединяет к себе два атома водорода и образуется молочная кислота.

Таким образом, анаэробное окисление заключается в образовании энергии за счет отнятия двух атомов водорода от окисляемого субстрата с помощью первичных акцепторов водорода и передаче их на пировиноградную кислоту. Конечным продуктом анаэробного окисления является молочная кислота.

Аэробные и анаэробные процессы преобразования энергии заметно различаются по мощности, емкости и эффективности: анаэробные процессы имеют преимущество при выполнении кратковременных упражнений максимальной мощности, а аэробные при длительной работе умеренной мощности.

Важнейшие представители моносахаридов, их строение и биологическая роль. Какое значение имеет образование в мышцах гексозофосфорных эфиров на начальных этапах гликолиза? Укажите ферменты, катализирующие эти реакции, и факторы, влияющие на активность данных ферментов

Моносахариды это простейшие углеводы, наиболее важные их представители - глюкоза, фруктоза и галактоза.

Глюкоза (виноградный сахар) является одним из самых распространенных моносахаридов. Она относится к группе альдоз. Эмпирическая формула - C6H12O6. содержится в соке винограда, многих фруктов и крови животных и человека.

Свойства глюкозы усложнены тем, что в ней возможны внутримолекулярные взаимодействия: альдегидная группа может взаимодействовать с со спиртовыми группами той же молекулы, в результате чего образуется циклическая форма глюкозы.

Рисунок - Линейная формула глюкозы

Глюкоза имеет специфические свойства, не связанные со свойствами остальных моносахаридов. Эти свойства обусловлены тем, что глюкоза является основным источником энергии для биологических систем.

Фруктоза или плодовый сахар - спутник глюкозы во многих плодах растений. Фруктоза значительно слаще глюкозы. Эмпирическая формула фруктозы такая же, как и у глюкозы - C₆H₁₂O₆. но в отличие от глюкозы, фруктоза содержит кетонную группу:

фермент окисление моносахарид микроэлемент

Водород кетонной группы может взаимодействовать с различными гидроксильными группами. В зависимости от этого может образовываться либо пиранозная, либо фуранозная форма.

Так как фруктоза содержит вместо альдегидной группы кетогруппу, то при окислении она дает смесь продуктов из щавелевой и винной кислот.

Различия в структуре глюкозы и фруктозы характеризуют и отличия их свойств. Фруктоза неспособна восстанавливать металлы из их окислов, в отличие от глюкозы она хуже всасывается в кишечнике. В организме фруктоза легко изомеризируется в глюкозу и участвует в обмене веществ.

Моносахариды играют важную биологическую роль, так как в процессе пищеварения сложные углеводы распадаются до моносахаридов. В процессе пищеварения фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу, таким образом глюкоза представляет собой главное соединение углеводной природы.

Гликолиз является одним из основных механизмов, обеспечивающих анаэробный ресинтез АТФ. На первом этапе гликолиза огромное значение имеет образование в мышцах гексозофосфорных эфиров, так как эта реакция фактически определяет скорость гликолиза в целом. Подготовительный этап гликолиза начинается с фосфорилирования глюкозы, т.е. переноса остатка фосфорной кислоты от молекулы АТФ на глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата. Реакция катализируется ферментом гексокиназой. Далее глюкозо-6-фосфат изомеризируется во фруктозо-6-фосфат, который повторно активируется АТФ под действием фермента фосфофруктокиназы с образованием фруктозо1,6-бифосфата. Данная реакция является наиболее медленно текущей реакцией гликолиза. Под влиянием альдолазы фруктозо-1,6-бифосфат расщепляется на две фосфотриозы - глицеральдегид-3-фосфат и диоксиацетонфосфат. Поскольку последний может превращаться в глицеральдегид-3-фосфат, можно считать, что подготовительный этап гликолиза завершается образованием двух молекул глицеральдегид-3-фосфата.

Распад жира в тканях. Где происходит этот процесс. Напишите уравнение гидролиза пальмитодистеарина. Составьте схему полного окисления глицерина. Укажите реакции дегидрогенирования. Сделайте расчет энергетического эффекта при окислении глицерина

При увеличении потребности организма в энергии, происходит гидролиз липидов. Распад триглицеридов может происходить в печени и жировой ткани при участии липазы, которая активируется адреналином, глюкагоном и другими гормонами (АКТГ, тиреотропин). Продукты гидролиза (глицерин и жирные кислоты) поступают в кровь, и с ней во внутренние органы, где идут процессы их превращения до углекислого газа и воды.

Глицерин сначала активируется при помощи АТФ с образованием глицерофосфата, который затем окисляется и превращается в 3-фосфоглицериновый альдегид. Дальнейшие превращения этого соединения происходят по пути окисления углеводов до пировиноградной кислоты, затем до ацетил-КоА, который в цикле трикарбоновых кислот полностью расщепляется до углекислого газа и воды.

Расчет энергетического эффекта гликолиза. Гликолиз - это анаэробный процесс. При расчете энергетического эффекта биохимического процесса в анаэробных условиях следует учитывать:

- превращение глицерина в 3-фосфоглицериновый альдегид. На этом этапе затрачивается АТФ на фосфорилирование глицерина. Далее фосфоглицерин окисляется фосфоглицеролдегидрогеназой, коферментом которой служит НАД, до фосфодиоксиацетона. Сопряжено с процессом окисления образуется 3 моль АТФ. Фосфодиоксиацетон изомеризируется в 3-фосфоглицериновый альдегид;

- в превращении 3-фосфоглицериновый альдегида в пировиноградную кислоту образуется 10 моль АТФ;

- окислительное декарбоксилирование ПВК - 3 моль АТФ;

- цикл Кребса - 12 моль АТФ.

Суммируя энергетические эффекты отдельных этапов превращения глицерина, получаем 22 моль АТФ.

В каких отделах пищеварительного тракта и при каких условиях перевариваются белки? Укажите ферменты. Напишите уравнение гидролиза трипептида-глицилаланилсерина. Суточная потребность в белках

Основная масса белков распадается в желудке под действием желудочного сока. В состав желудочного сока входит соляная кислота, которая способствует набуханию белков, облегчая тем самым гидролитическое расщепление их ферментами. Основным протеолитическим ферментом желудочного сока является пепсин, который образуется из профермента пепсиногена. Превращение пепсиногена в пепсин может проходить двумя путями: под влиянием соляной кислоты или под влиянием аутоактивации. Пепсин катализирует расщепление пептидных связей в молекуле белка, который распадается на отдельные аминокислоты и полипептиды различной величины. В желудке также присутствует фермент гастриксин. В желудке хорошо перевариваются альбумины и глобулины животного происхождения, плохо расщепляются эластин и коллаген и совершенно не расщепляются кератин и протамины.

Образовавшиеся в желудке полипептиды и нерасщепленные белки поступают в двенадцатиперстную кишку и тонкий кишечник. Здесь они подвергаются воздействию большой группы протеолитических ферментов, вырабатываемых поджелудочной железой и слизистой тонкого кишечника. Сок поджелудочной железы поступает в двенадцатиперстную кишку и тонкий кишечник, где смешивается с кишечным соком. Эта смесь соков содержит протеолитические ферменты, обеспечивающие расщепление белка до аминокислот. К ним относятся трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза, лейцинаминопептидаза и большая группа три- и дипептидаз. Трипсин расщепляет полипептиды и белки, главным образом пептидные связи между ароматическими аминокислотами и диаминокислотами - аргинином и лизином. Химотрипсин действует на белки и полипептиды, содержащие ароматические аминокислоты, а также на те пептидные связи, на которые трипсин не влияет.

Механизм действия амино- и карбоксиполипептидаз заключается в отщеплении от полипептидов концевых аминокислот, которые имеют соответственно свободную аминную или карбоксильную группу. Оставшиеся нерасщепленными небольшие пептиды, состоящие из 3-4 аминокислотных остатков, подвергаются гидролизу специфическими ди- и трипептидазами. Таким образом, в результате пищеварения в желудке и кишечнике белки в основном расщепляются до аминокислот и небольшого количества пептидов.

Для нормальной жизнедеятельности организму необходимо поступление такого количества белка, которое полностью будет покрывать все его потребности. Эта величина не является постоянной и зависит от многих факторов, таких, как пол, возраст, вид деятельности и т.д. В среднем потребность белка в сутки колеблется от 96 до 113 грамм.

Понятие о микроэлементах. Охарактеризуйте роль железа в биохимических процессах

Микроэлементы содержатся в организме в минимальном количестве, но играют очень важную роль. Они влияют на обмен веществ, без них невозможна нормальная жизнедеятельность каждой клетки и всего организма в целом. К микроэлементам относятся цинк, медь, йод, фтор, марганец, селен, кобальт, молибден, стронций, никель, хром, ванадий и др. биологическое значение микроэлементов проявляется преимущественно путем участия в построении или активировании ферментных систем организма. Помимо этого ряд из них выполняет специфические функции.

Кобальт входит в состав витамина циалокоболамина и его недостаток приводит к злокачественной анемии. Кроме того кобальт влияет на повышение всасывания железа в кишечнике и включает его в состав гемоглобина, а также способствует синтезу белков мышц, ускоряет образование белков мышечной ткани, гормонов щитовидной железы, участвует в обмене жирных кислот и фолиевой кислоты, обладает гипотензивным и сосудорасширяющим действием, стимулирует иммунологическую активность, предупреждает дегенеративные изменения нервной системы.

Марганец, активируя деятельность декарбоксилазы, участвует в процессах спиртного брожения и аэробного окисления углеводов, оказывает определенное влияние на половое развитие и размножение. Входит в состав некоторых окислительных ферментов, активирует аргиназу, некоторые ферменты желудочно-кишечного тракта. Он оказывает влияние на окислительные процессы, способствует распаду белков, накоплению гликогена в печени, необходим для регуляции уровня глюкозы в крови. Он препятствует отложению жира в печени, способствуя его использованию. Марганец необходим для функций головного мозга, для процессов кроветворения, для образования хрящевой и костной ткани. Он влияет также на активность катехоламинов, инсулина.

Медь обнаружена в составе ряда окислительных ферментов, структуре эритроцитов. Депо меди является печень. Медь оказывает заметное влияние на повышение иммунобиологической устойчивости и сопротивляемости организма к вредному влиянию факторов внешней среды. Имеет значение при синтезе соединительной ткани, формировании миелиновой оболочки нервных волокон, обладает выраженным противовоспалительным действием. Под влиянием меди улучшается использование углеводов в организме, ускоряются процессы окисления в глюкозы, задерживается распад гликогена и усиливается депонирование его печенью. Соединения меди влияют на синтез некоторых гормонов, а также усиливают активность некоторых гипофизарных гормонов. Обмен меди тесно связан с обменом железа. Транспортной формой меди считают церрулоплазмин.

Цинк в наибольшем количестве содержится в скелетных мышцах, в органах внутренней секреции. Он входит в состав многочисленных металлоферментов, участвующих в различных метаболических процессах. Он необходим для окислительных процессов, влияет на активность многих ферментов, усиливает распад жиров. Также, цинк влияет на функционирование генетического аппарата, на рост и деление клеток, на воспроизводительную функцию, на развитие костной и соединительной ткани, на заживление ран, иммунитет. Кроме того цинк необходим для выработки поведенческих рефлексов и развития мозга. Оказывает влияние на функции гипофиза, половых желез, поджелудочной железы.

Хром содержится в наибольшем количестве в печени, железах внутренней секреции и в кишечнике. Он принимает участие в углеводном обмене, в обмене липидов, участвует в образовании и функционировании нуклеиновых кислот, поддерживает мышечную массу. Хром участвует в метаболизме глюкозы, важен для синтеза холестерина, жиров и белка. Он поддерживает уровень сахара в крови, способствует снижению жировой массы и росту мышечной ткани.

Никель входит в состав некоторых окислительных ферментов, влияет на обмен углеводов, вместе с кобальтом влияет на процессы кроветворения.

Йод необходим для выработки гормонов щитовидной железы.

Фтор входит в состав зубной эмали. Тормозит процессы окисления углеводов и жирных кислот.

Кремний входит в качестве структурного компонента в состав глюкозаминогликанов и их белковых комплексов, образующих основу соединительной ткани, придающих ей прочность и упругость. Он необходим для формирования основного вещества кости и хряща принимает участие в минерализации костной ткани. Он препятствует развитию атеросклероза, так как уменьшает проницаемость внутренней оболочки сосудов и защищает ее от инфильтрации липидами, стимулирует деятельность иммунной системы и замедляет процесс старения.

Среди минеральных элементов очень важным является железо, оно содержится в организме в значительных количествах, но по своим свойствам может быть отнесено к микроэлементам. Большая часть железа в организме образует сложные комплексные соединения. Примерно 80% железа находится в составе гемоглобина, который участвует в транспорте кислорода к тканям, 5-10% - в составе миоглобина, который депонирует кислород в мышцах. Железо входит также в состав дыхательных ферментов геминовой природы - цитохромов, пероксидазы, каталазы, которые являются главными катализаторами окислительно-восстановительных процессов. Железо необходимо для процессов роста и поддержания здоровой иммунной системы.

Размещено на Allbest.ru