Основные этапы цикла мочевины. Реакция декарбоксилирования кетокислот

12. В форме каких ионов находится гистидин, аланин, аргинин при значениях рН 7.1 и 7.4, характерных для плазы крови и межклеточной жидкости соответственно: рК₁=2.1, рК₂=9.0, рК_{3 (гис)}=6.0, рК_{3 (арг)}=12.5?

Величина рК - отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации, рК₁ - характеризует кислотные свойства б - СООН группы, рК₂ - основные свойства б - NH₂-группы, рК₃ - кислотные и основные свойства ионизирующих групп радикала аминокислот.

рI (гис)= 1/2 (рК₂+рК₃)=1/2(9,0+6,0)=7,5

Так как значение изоэлектрической точки гистидина находится в пределах рН 7.1 и 7.4, он находится в форме биполярных ионов.

рI (ала)= 1/2 (рК₁+рК₂)=1/2(2,1+9,0)=5,55

Так как значения рН 7.1 и 7.4 превышают изоэлектрическую точку, то аланин имеет суммарный отрицательный заряд (находится в форме анионов).

рI (арг)= 1/2 (рК₂+рК₃)=1/2(9,0+12,5)=10,75

Таким образом, поскольку значение рН 7.1 и 7.4 ниже изоэлектрической точки, то аргинин несет суммарный положительный заряд (находится в форме катионов).

16. В каком направлении (к катоду, аноду) будут перемещаться или оставаться на старте в процессе электрофореза при рН 6.8 следующие пептиды: а) сер-вал-арг, б) лиз-гли-асп, в) гли-лей-три, г) арг-вал-лиз-цис?

а) к катоду (пояснения на листочке)

б) на старте

в) на старте

г) к аноду.

40. Каковы основные этапы цикла мочевины? Где он локализован? Почему его называют орнитиновым циклом? Приведите уравнения реакций цикла мочевины, назовите ферменты?

Мочевина (карбамид) -- амид угольной кислоты, конечный продукт белкового обмена у уреотелических - животных и человека.

В 30-х годах Г. Кребс подробно исследуя цепь реакций образования мочевины, нашел, что эта цепь имеет циклический характер и существенную роль в процессе играет орнитин. В связи с последним весь процесс биосинтеза мочевины получил название орнитинового цикла.

Синтезируется мочевина в печени из СО₂, аммиака и азота a-аминогрупп L-аспарагиновой кислоты в результате циклической последовательности биохимических реакций, получившей название цикла мочевины (цикл аргинина -- мочевины, орнитиновый цикл, цикл Кребса -- Хензелейта). В результате происходит обезвреживание токсического аммиака путем образования водорастворимой мочевины, выводимой из организма с мочой (пропорционально клубочковой фильтрации в почках).

На первом этапе цикла мочевины происходит образование карбамоилфосфата из СО₂ и аммиака, эту реакцию катализирует карбамоилфосфатсинтаза в присутствии М-ацетилглутамата. Второй этап -- биосинтез L-цитруллина из L-орнитина и карбамоилфосфата, катализируемый орнитинтранскарбамилазой. Третьим этапом цикла является синтез аргининянтарной кислоты из L-цитруллина и L-аспарагиновой кислоты, катализируемый аргининосукцинатсинтетазой. Четвертый этап -- превращение аргининянтарной кислоты в L-аргинин и фумаровую кислоту, катализируемое аргининсукциназой. На пятом, заключительном этапе цикла мочевины осуществляется гидролитическое расщепление L-аргинина под действием фермента аргиназы с образованием мочевины и L-орнитина, который служит субстратом для реакции второго этапа цикла мочевины.

Цикл мочевины протекает в печени. Превращение L-орнитина в L-цитруллин и синтез карбамоилфосфата локализованы в матриксе митохондрий, а все другие реакции цикла -- в цитоплазме. Митохондрий клеток почек не содержат ферментов, необходимых для превращения L-орнитина в L-цитруллин и синтеза карбамоилфосфата. Однако в почках происходит синтез мочевины из цитруллина, поступающего из печени.

46. Что следует понимать под терминами апофермент, простетическая группа, кофермент, холофермент? Приведите примеры однокомпонентных и двукомпонентных ферментов?

В природе существуют как простые, так и сложные ферменты. Первые целиком представлены полипептидными цепями и при гидролизе распадаются исключительно на аминокислоты. Такими ферментами (простые, однокомпонентные белки) являются гидролитические ферменты, в частности пепсин, трипсин, папаин, уреаза, лизоцим, рибонуклеаза, фосфатаза и др.

Большинство природных ферментов относится к классу сложных белков (двукомпонентных), содержащих, помимо полипептидных цепей, какой-либо небелковый компонент (кофактор), присутствие которого является абсолютно необходимым для каталитической активности.

Кофакторы могут иметь различную химическую природу и различаться по прочности связи с полипептидной цепью. Если константа диссоциации сложного фермента настолько мала, что в растворе все полипептидные цепи оказываются связанными со своими кофакторами и не разделяются при выделении и очистке, то такой фермент получает название холофермента (холоэнзим), а кофактор - простетической группы, рассматривающейся как интегральная часть молекулы фермента.

Полипептидную часть фермента принято называть апоферментом.

В литературе до сих пор употребляются и другие наименования компонентов сложных ферментов, в частности «фермент-протеид», «белковый компонент» (апофермент), «кофермент» (коэнзим) и «простетическая группа». Под коферментом часто подразумевают дополнительную группу, легко отделяемую от апофермента при диссоциации. Предполагают, что простетическая группа может быть связана с белком ковалентными и неко-валентными связями. Так, в молекуле ацетилкоэнзим-А-карбоксилазы кофактор биотин ковалентно связан с апоферментом посредством амидной связи. С другой стороны, химические связи между кофакторами и пептидными цепями могут быть относительно слабыми (например, водородные связи, электростатические взаимодействия и др.). В таких случаях при выделении ферментов наблюдается полная диссоциация обеих частей, и изолированый белковый компонент оказывается лишенным ферментативной активности, пока не будет добавлен извне недостающий кофактор. Именно к подобным изолированным низкомолекулярным органическим веществам применим термин «кофермент», типичными представителями которых являются витамины В1, В2, В6, РР, содержащие коферменты. Известно также, что и простетические группы, и коферменты активно включаются в химические реакции, выполняя функции промежу-тоных переносчиков электронов, атомов водорода или различных функциональных групп (например, аминных, ацетильных, карбоксильных). В подобных случаях кофермент рассматривают в качестве второго субстрата, или косубстрата.

Ни кофактор, ни сам по себе апофермент каталитической активностью не наделены, и только их объединение в одно целое, протекающее не хаотично, а в соответствии с программой их структурной организации, обеспечивает быстрое протекание химической реакции.

61. Производное какого витамина участвует в реакции декарбоксилирования кетокислот? Приведите уравнение реакции декарбоксилирования пирувата с участием тиаминпирофосфата?

В реакции декарбоксилирования кетокислот принимает участие производное витамина В₁ (тиамина). Тиамин - водорастворимый витамин, в чистом виде представляет собой мелкие бесцветные кристаллы горького вкуса. Тиамин участвует в тканевом дыхании и передаче возбуждения в нервной системе. Источниками тиамина служат дрожжи, хлеб из муки грубого помола, гречневая и овсяная крупа, картофель, печень.

Механизм действия витамина В₁ состоит в том, что при посредстве тиамин-пирофосфокиназы, перносящей остаток пирофосфата с АТФ на тиамин, он превращается в тиаминпирофосфат.

Тиаминпирофосфат (кокарбоксилаза) - кофермент, участвующий в реакциях декарбоксилирования кетокислот и кетосахаров в живых клетках.

Образование промежуточного соединения пировиноградной и других б-кетокислот с тиаминпирофосфатом объясняется своеобразием его электронной структуры: второй углеродный атом тиазола обладает повышенной электронной плотностью вследствие диссоциации от негопротона, поэтому к нему легко присоединяется б-углеродный атом кетокислоты, характеризующийся дефицитома электронной плотности.

Оксиэтилтиаминпирофосфат в свою очередь распадается с высвобождением тиаминпирофосфата и продукта деструкции пировиноградной кислоты либо в виде ацетальдегида, который далее превращается в этиловый спирт, либо в виде ацетил-КоА.

89. Напишите уравнения реакций дегидратации рибозы и фруктозы в присутствии концентрированной соляной кислоты

Моносахариды устойчивы в горячих разбавленных растворах неорганических кислот. Под действием концентрированных кислот моносахариды дегидратируются и дают циклические альдегиды - фурфурали, при этом из пентоз образуется фурфурол, из гексоз - гидроксиметилфурфурол.

101. Напишите уравнения реакции цикла Кребса, сопряженная с синтезом ГТФ

Данная реакция - это реакция окислительного декарбоксилированияб-кетоглутаровой кислоты до янтарной кислоты.

Суммарное уравнение (на листочке).

Это сложная многоступенчатая реакция.

Первая стадия окислительного декарбоксилирования б-кетоглутаровой кислоты включает в себя окисление и декарбоксилирование:

б-кетоглутаровая кислота + НАД+ + КоА - Сукцинил -КоА +СО2 +НАДН + Н+

На следующем этапе сукцинил КоА утрачивает свою КоА группу, освобождающаяся энергия запасается в фосфатной связи ГТФ:

Сукцинил-КоА +Фн +ГДФ - Янтарная кислота + ГТФ + КоА-SH

Реакция катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтетазой и относится к реакциям субстратного фосфорилирования.

114. Приведите схему превращений стеариновой кислоты по в-окислению. В чем отличие в-окисления высших жирных кислот от б -окисления?

в-окисление высших жирных кислот происходит в митохондриях живых организмов и является преобладающим механизмом их распада. Окисление происходит ступенчато, путем отщепления двухуглеродных фрагментов. В случае в-окисления на четвертой стадии распада жирных кислот происходит окисление в-углеродного атома путем отнятия двух атомов водорода. В нем принимают участие коэнзим А и специфические ферменты

б -окисление жирных кислот происходит в бесструктурной части клеточного содержимого растительных организмов. В случае б -окисления окислению подвергается б -углеродный атом. Жирные кислоты в своем составе должны иметь 15-18 углеродных атомов. В нем принимают участие перекись водорода и фермент - пероксидаза.

133. Каков механизм биосинтеза адреналина и норадреналина? Почему адреналин называют «гормоном стресса»?

Адреналин и норадреналин относятся к катехоламинам. Катехоламины - это группа биогенных аминов производных пирокатехина (катехола), осуществляющая регуляцию функций эндокринных желез (надпочечники, щитовидная железа и др.) и передачу нервных импульсов. В первом случае катехоламины рассматривают как гормоны, во втором - как нейромедиаторы .

Норадреналин и адреналин образуются из тирозина в результате последовательных этапов синтеза, катализируемых ферментами. Синтез начинается с фенилаланина и ведет к образованию дофамина, норадреналина и адреналина через тирозин и ДОФА.

Превращение тирозина в норадреналин включает три последовательных этапа: 1)гидроксилирование бензольного кольца, 2)декарбоксилирование, 3)гидроксилирование боковой цепи.

Адреналин отличается от норадреналина наличием метильного радикала, замещающего атом водорода в аминогруппе. Превращение тирозина в адреналин включает четыре последовательных этапа:

1) гидроксилирование бензольного кольца,

2) декарбоксилирование,

3) гидроксилирование боковой цепи и

4) N-метилирование.

Таким образом, норадреналин является промежуточным продуктом для биосинтеза адреналина.

Первая реакция гидроксилирование кольца осуществляется с помощью тирозингидроксилазы, вторая - с помощью ДОФА-декарбоксилазы (дезоксифенилаланиндекарбоксилазы), третья - с помощью дофамин-бета-гидроксилазы (ДБГ), четвертая - с помощью фенилэтаноламин-N-метилтрансферазы.

Адреналин (эпинефрин)- катехоламин, который секретируется в корковом веществе надпочечников при стрессе и является медиатором в некоторых синапсах. При различных эмоциональных реакциях: боль, гнев, страх - в крови обязательно увеличивается содержание адреналина. Поэтому его еще называют гормоном стресса. Высвобожденный адреналин распространяется повсюду с током крови и адсорбируется на определенных рецепторах на поверхности клеток в различных тканях тела. Действуя как лиганд, он связывается с рецепторами, экспонированными на поверхности разнообразных типов клеток повсюду в организме. Эти рецепторы называются b-адренергическими.

Это приводит к увеличению частоты сердечных сокращений, оказывает мощное сосудосуживающее действие, вызывая повышение артериального давления, уменьшает отток крови к внутренним органам, увеличивает приток крови к скелетным мышцам.

Известно мощное регулирующее влияние адреналина на обмен углеводов в организме: он вызывает резкое повышение уровня глюкозы в крови, что обусловлено ускорением распада гликогена в печени под действием фермента фосфорилазы. Адреналин, как и глюкагон, активирует фосфорилазу не прямо, а через систему аденилатциклаза-цАМФ-протеинкиназа. Параллельно отмечаются накопление гексозофосфатов в тканях, в частности в мышцах, уменьшение концентрации неорганического фосфата и повышение уровня ненасыщенных жирных кислот в плазме крови. Имеются данные о торможении окисления глюкозы в тканях под влиянием адреналина.

144. Почему молочная кислота является причиной утомляемости организма? При каких обменных процессах происходит интенсивное накапливание молочной кислоты в мышцах?

Молочная кислота образуется в результате анаэробного гликолиза. Анаэробный гликолиз, несмотря на небольшой энергетический эффект, является основным источником энергии для скелетных мышц в начальном периоде интенсивной работы, т. е. в условиях, когда снабжение кислородом ограничено.

Анаэробный гликолиз - сложный ферментативный процесс распада глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. В процессе гликолиза образуется АТФ. Суммарное уравнение гликолиза можно представить следующим образом:

Боли в мышцах связаны именно с накоплением в них молочной кислоты.