загрузка...
загрузка...
На головну

Методи розділення білків і амінокислот

  1. I. 2.4. Принципи та методи дослідження сучасної психології
  2. I. Методи перехоплення.
  3. I. Суб'єктивні методи дослідження ендокринної системи.
  4. I.Суб'ектівние методи дослідження кровотворної системи.
  5. I.Суб'ектівние методи дослідження органів жовчовиділення і підшлункової залози.
  6. I.Суб'ектівние методи дослідження органів сечовиділення.
  7. II. Методи несанкціонованого доступу.

Дослідження однорідності білкових препаратів і виділення окремих білкових фракцій проводиться за допомогою різних методів, найбільш важливі з яких засновані на застосуванні ультрацентрифугирования, електрофорезу, хроматографії, а також на вивченні розчинності білків.

1. Методи розділення білків і амінокислот, засновані на відмінностях речовин в молекулярній масі:

а) ультрацентрифугирование. У ультрацентрифуге спочатку осідають важчі молекули, потім менш важкі.

б) гель-фільтрація. При цьому методі хроматографічна колонка заповнюється пористими гранулами сильно гідратованого вуглеводного полімеру, найчастіше сефадексе (спеціальним чином оброблені похідні високомолекулярного вуглеводу декстрану). При фільтруванні через таку колонку суміші низькомолекулярних і високомолекулярних білків невеликі білкові молекули, проникаючи через пори всередину гранул сефадексе, будуть протікати по колонці повільніше, ніж білки, молекули яких не поміщаються в порах гранул і тому швидше випливають з колонки.

2. Методи розділення білків і амінокислот, засновані на відмінностях в їх кислотно-основні властивості (або відмінності їх електричних зарядів):

а) метод електрофорезу. Сенс електрофорезу полягає в поділі знаходяться в розчині речовин в електричному полі на основі відмінностей їх електричних зарядів. Електрофоретичне дослідження білка виробляють зазвичай при декількох значеннях рН, тому що встановлено, що якщо при одному рН препарат білка поводиться як однорідна речовина, то при іншому рН цей же препарат може бути неоднорідним.

За останні роки широке поширення отримав електрофорез розчинів білків і пептидів на різних носіях - фільтрувальної папері, целлюлозном або крохмальної порошку, поліакриламідному гелі. Ці методи дозволяють аналізувати надзвичайно малі кількості білків.

б) диск-гелевий електрофорез, при якому суміш білків піддається одночасному впливу електричного поля і градієнта рН. Він володіє особливо високою роздільною здатністю.

Фільтрування через гель, так само як і гелевий електрофорез, широко застосовується для швидкого приблизного визначення молекулярної маси білків.

в) ионообменная хроматографія. У іонообмінної хроматографії в якості носія використовуються полімери, що несуть на собі заряд - іонообмінні смоли:

· Катіонообмінні смоли (заряджені негативно) - обмінюються катіонами;

· Аніонообмінні смоли (заряджені позитивно) - обмінюються анионами.

Наприклад, часто використовується катіонообменная полістероідная сульфовані смола. Якщо розчин амінокислот має кисле середовище, при завантаженні колонки позитивно заряджені амінокислоти і білки витісняють натрій і з'єднуються з сульфід-аніоном. При додаванні гідроксиду натрію рН збільшується; коли рН досягне значення, рівного ізоелектричної точці молекули білка, амінокислоти втрачають заряд і стають нейтральними. Під дією сили тяжіння амінокислота виходить з колонки, втративши заряд. Різні білки (амінокислоти) мають різні значення ізоелектричної точок.

3. Методи поділу, засновані на відмінностях у речовин по розчинності:

а) метод фракціонування білків сольовими розчинами. Заснований на тому, що кожен індивідуальний білок суміші, осідає з неї при певній концентрації тієї чи іншої солі, в той час як інші білки при даній концентрації солі залишаються в розчині. Процес осадження білка з розчину під дією солі називається висолюванням. При подальшому насиченні сіллю випадає наступний індивідуальний білок і, таким чином, можна один за іншим виділити відносно чисті індивідуальні білки.

б) розподільна хроматографія на папері. Цей метод заснований на різного ступеня розподілу компонентів суміші між двома несмешивающимися рідкими фазами (рухомої і нерухомої) і полягає в тому, що краплю гідролізату білка наносять на смужку хроматографічного паперу, один кінець якої опускають в органічний розчинник. Розчинник під дією капілярних сил всмоктується папером і, проходячи по смужці паперу, захоплює за собою амінокислоти.

Швидкість переміщення амінокислот по папері залежить від їх хімічної будови і здатності розчинятися в рухомому і нерухомому розчинниках. Як рухомого розчинника використовують водонасищенний фенол, n-бутиловий спирт і ін. Нерухомим розчинником є ??вода, пари якої насичують папір. Чим менше розчинність амінокислот у воді і чим більше їх розчинність, наприклад, в фенолу, тим швидше вони рухаються слідом за фронтом органічного розчинника.

4. Визначення первинної структури білка

Найбільш відповідальною процедурою при встановленні первинної структури білків є визначення послідовності амінокислотних залишків. В даний час цю роботу ведуть переважно або фенілізотіоціанатним методом Едмана.

Метод Едмана реалізується в спеціально створеному для цієї мети приладі, що отримав назву секвенатор (від sequence - послідовність). Метод Едмана зводиться до обробки фенілізотіоціанатом білка або пептиду, приєднаного через С-кінцеву амінокислоту до інертного носія (полістиролу або пористій склу) в колонці секвенаторов. Після промивання колонки розчинниками (метанол, дихлоретан) утворився фенілтіокарбамілпептід піддають дії безводної трифторуксусной кислоти, в результаті чого вивільняється анілінотіозолінон і в його складі N-кінцева амінокислота, а укорочений на один амінокислотний залишок пептид або білок залишається пов'язаним з носієм.

Розділ 3. Нуклеотидів і НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

Лекція 4. Будова і функції нуклеотидів

1. Загальна характеристика нуклеотидів

нуклеотиди - складні органічні речовини, що складаються з 3-х обов'язкових компонентів:

1) азотистої основи;

2) пятиуглеродного цукру;

3) залишку фосфорної кислоти.

Складні органічні сполуки, що складаються тільки з азотистої основи і цукру-пентози, називаються нуклеозидами. Отже, нуклеотиди - фосфорнокислиє ефіри нуклеозидів.

азотисті основи

Азотисті основи є похідними двох гетероциклічних сполук - пурину і піримідину:

· Пуринові азотисті основи:

аденін Гуанін

· Піримідинові азотисті основи:

Урацил Цитозин Тимин

Пятиуглеродного цукру:

?-рибоза ?-дезоксирибоза

Фосфорна кислота

До складу нуклеотидів обов'язково входить залишок фосфорної (ортофосфорної) кислоти.

Крім зазначених вище трьох обов'язкових компонентів, до складу молекул нуклеотидів можуть входить і інші функціональні групи.

При утворенні нуклеозидів перший атом рибози (дезоксирибози) зв'язується з N-1 атомом пиримидинового або N-9 атомом пуринового підстави.

З рибозой з'єднуються аденін, утворюючи аденозин; гуанін, утворюючи гуанозин; цитозин, утворюючи цітідін; урацил, утворюючи уридин.

З дезоксирибозою з'єднуються аденін, гуанін, цитозин і тимін, утворюючи відповідно дезоксиаденозин, дезоксигуанозину, дезоксіцітідін, тимидин.

Найбільш поширене в природі приєднання по 5 положенню цукру і воно не вказується.

В організмі нуклеотиди є мономерами нуклеїнових кислот, або функціонують самостійно. Залежно від того, в якій кількості в нуклеотидах представлені їх основні компоненти, все нуклеотиди поділяють на мононуклеотиди, дінуклеотід і полінуклеотіди (полінуклеіновие кислоти).

2. Будова і функції моно- і динуклеотидів

Моно- і дінуклеотід не входять до складу нуклеїнових кислот; вони функціонують самостійно. До складу самостійних нуклеотидів в якості цукру завжди входить рибоза.

До мононуклеотидів відносяться АТФ, АДФ, АМФ, коензим А і інші нуклеотиди.

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота:

АТФ - енергетичний еквівалент клітини, вона є посередником між реакціями, що йдуть з виділенням енергії (екзергонічеськие) і реакціями, що йдуть з поглинанням енергії (ендергонічеськие). Іншими словами, в формі АТФ кліткою запасається енергія, яка потім використовується для процесів життєдіяльності.

Хімічні зв'язки між різними атомами в органічних сполуках діляться на 2 типу:

1) нормальні

2) макроергічні

нормальні зв'язку - Зв'язку, при виникненні або розпаді яких зміна рівня вільної енергії з'єднань становить 12,5 Дж / моль.

макроергічні зв'язку - Зв'язку, при виникненні або розпаді яких рівень вільної енергії з'єднання становить 25-50 кДж / моль речовини.

Поняття «макроергічних зв'язків» враховує енергетичний ефект перетвореної зв'язку за допомогою хімічної реакції речовини з нормальними властивостями.

Зв'язки між залишками фосфорної кислоти є макроергічними - при їх гідролізі виділяється енергія. Такі зв'язку прийнято позначати хвилястою рискою.

Енергія 1-й молекули АТФ може служити тільки для 1-ї реакції. АДФ і АМФ - не здатні бути джерелом енергії.

У живих клітинах є 3 способу утворення АТФ:

1) Субстратне фосфорилирование.

2) Окислювальне фосфорилування.

3) Фотосинтетичне фосфорилирование.

Коензим А (КоА). КоА є переносником ацільних груп; бере участь у багатьох процесах. У його склад входить аденін, рибоза, пірофосфат, пантотенова кислота (вітамін В3) І тіоламін. Спрощено коензим А представляють у вигляді такої формули: HS-KoA. При взаємодії коензиму А з оцтовою кислотою утворюється ацетілкоензім А, в молекулі якого з'являється Макроергічні (високоенергетична):

ацетілкоензім А

Ацетілкоензім А є ключовим метаболітом, завдяки якому здійснюється не тільки розпад і синтез різних речовин, але і взаємозв'язок між процесами обміну білків, ліпідів і вуглеводів.

До дінуклеотід відносяться НАД, НАДФ, ФАД і ін.

НАД - никотинамидадениндинуклеотид;

НАДФ - нікотінамідаденін дінуклеотід фосфат.

До складу цих динуклеотидів входить нікотинамід (Амід нікотинової кислоти, що є важливим вітаміном - вітаміном В5). Молекула НАДФ ідентична за структурою НАД з тією лише різницею, що у НАДФ у С-3 атома рибози ОН-група заміщена залишком молекули фосфорної кислоти.

Молекули НАД і НФДФ здатні до оборотного окислення і відновлення (завдяки окислювально-відновної здатності нікотинаміду), тому вони беруть участь в якості переносників водню; в реакціях біологічного окислення НАД і НАДФ є кофакторами ферментів дегідрогеназ.

Структура НАД (окислена форма)

ФАД - флавінаденіндінуклеотід. У його склад входить рибофлавін (вітамін В2).

Структура ФАД (окислена форма)

ФАД, як і інші дінуклеотід, здатний оборотно окислюватися і відновлюватися, приєднуючи до своєї молекулі 2 атоми водню, тому він бере участь в біологічному окисленні в якості переносника водню. Є кофактором дегідрогеназ, так само, як і НАД і НАДФ.

3. Будова і функції нуклеїнових кислот

Саме чудове властивість живих клітин - їх здатність відтворювати собі подібних з майже граничною точністю і не один-два рази, а в сотнях і тисячах генерацій.

Живі клітини мають таку здатність завдяки наявності в них нуклеїнових кислот.

ДНК - дезоксирибонуклеїнової кислоти;

РНК - рибонуклеїнова кислота.

ДНК і РНК - високомолекулярні сполуки, які побудовані на основі нуклеотидів, з'єднаних 3, 5 - фосфодіефірнимі зв'язками. Їх молекулярна маса сильно варіює (від 15 тис. До 1 млрд).

Нуклеїнові кислоти добре розчиняються в фенолах; погано - в слабких розчинах кислот.

Відмінності між ДНК і РНК:

1. У складі ДНК - аденін, гуанін, цитозин, тимін;

в складі РНК - аденін, гуанін, цитозин, урацил.

2. У складі ДНК - дезоксирибоза; в складі РНК - рибоза.

3. Молекули ДНК дволанцюжкові; РНК - одноцепочечниє.

Особливості структури ДНК

· ДНК складається з двох правозакрученной полінуклеотидних спіралей, що мають спільну вісь.

· Дві ланцюга ДНК антіпараллельни, тобто 3 і 5 фосфодіефірні містки орієнтовані в протилежних напрямках.

· Підстави плоскі, гідрофобні, розташовані в паралельних площинах і перпендикулярно довгій осі спіралей.

· Підстави 2-х ланцюгів спарені. Навпаки А-Т; навпаки Г-Ц;

Сприяння підстави є комплементарними по відношенню один до одного.

комплементарність - Просторова взаємодоповнюваність поверхонь взаємодіючих молекул або їх частин, що призводить до виникнення між ними вторинних зв'язків.

Між А і Т виникає 2 водневі зв'язку; між Г і Ц - 3 водневі зв'язку.

Залишки цукрів і фосфорні групи залишаються на поверхні молекули і контактують з водою. Негативно заряджені групи залишків фосфорної кислоти легко вступають у взаємодію з білками, серед яких переважають гистони - білки, що відрізняються своєю основною природою.

4. Нуклеїнові кислоти відрізняються один від одного по функціях.

Функції ДНК - зберігання, реплікація (подвоєння) і передача спадкової інформації (спадкова інформація - це інформація про первинну структуру білків).

Функції РНК визначаються типом РНК.

Типи РНК:

а) м-РНК - матрична або і-РНК - інформаційна.

Матрична РНК виконує функцію перенесення спадкової інформації з ядра клітини від ДНК в цитоплазму, до місця синтезу білка.

Реалізація спадкової інформації - синтез білка.

Існують сотні тисяч видів м-РНК в клітині.

б) т-РНК - транспортна.

Переносить до місця синтезу білка необхідні амінокислоти.

в) р-РНК - рибосомальная.

Рибосоми - органели, які виконують функції синтезу білка.

5. Нуклеїнові кислоти відрізняються по локалізації.

Основна кількість ДНК знаходиться в ядрі клітини (в складі хромосом). Частина ДНК розташовується в мітохондріях і хлоропластах (її називають цитоплазматичної ДНК). РНК знаходиться в цитоплазмі.

4. Основні біохімічні функції нуклеотидів

Таким чином, нуклеотиди об'єднують групу речовин, які виконують найрізноманітніші функції:

1. Чи є будівельними блоками нуклеїнових кислот, беруть участь в молекулярних механізмах, за допомогою яких генетична інформація зберігається, реплицируется і транскрибується.

2. Виконують важливу роль в енергетичному (фосфорном) обміні, в акумулюванні і перенесення енергії.

3. Служать кофакторами ферментів, що відносяться до різних класів.

4. Грають важливу роль в синтезі і розпаді вуглеводів, жирних кислот і ліпідів.

5. Деякі нуклеотиди є посередниками в складних процесах сигнальної трансдукції (передачі сигналів в живих клітинах).

Розділ 4. ФЕРМЕНТИ

Лекція 5. Будова, механізм дії та класифікація ферментів

1. Будова і основні властивості ферментів

Ферменти (ензими) - Речовини білкової природи, присутні у всіх живих клітинах і виконують роль каталізаторів біохімічних процесів.

За своїм складом ферменти діляться на:

1) прості - складаються тільки з амінокислот;

2) складні - складаються з 2-х частин:

- З білкової, яка називається апоферментом і

- Небілкової частини - кофактора.

Комплекс апофермента і кофактора називається холоферменту.

Ні апофермент, ні кофактор окремо не здатні каталізувати реакцію. Функціонально активний тільки їх комплекс.

Види кофакторов:

За своєю хімічною природою кофактор можуть бути представлені як органічними, так і неорганічними сполуками.

органічні кофактор можна розділити на дві групи:

1) простетичноїгрупи - кофактор, які міцно з'єднані з апоферментом і при виділенні з організму не від'єднуються від білкової частини.

Наприклад, ФАД в складі ферменту сукцинатдегідрогенази з циклу Кребса.

2) коферменти - кофактор, які з'єднані з апоферментами слабкими зв'язками і легко від нього відщеплюються: наприклад, НАД, НАДФ, а іноді і ФАД.

неорганічні кофактор представлені іонами металів (найчастіше іонами заліза, міді, марганцю, цинку і т.д.). Іони металів як кофактор або безпосередньо беруть участь в акті каталізу, або утворюють містки, що зв'язують фермент з субстратом.

Субстрат (S) - Речовина, хімічні перетворення якого каталізує фермент.

Будова ферменту, або ензиму (Е):

Оскільки молекули субстрату зазвичай дрібніше молекул ферментів, то в безпосередній контакт з субстратом вступає тільки частина молекули ферменту - активний центр. Причому, геометрична форма поверхні ділянки молекули субстрату є комплементарної поверхні активного центру.

Активний центр ферменту - унікальна комбінація амінокислотних залишків, що забезпечує взаємодію з молекулою субстрату і бере участь в акті каталізу. У складних ферментів до складу активного центру обов'язково входить кофактор.

Активний центр може мати 2 ділянки:

· Якірний (субстратної);

· Каталітичний.

Якірний ділянку має геометричним подібністю (відповідністю) молекули субстрату і забезпечує специфічність дії ферменту.

Подібність між ферментами і небиологическими каталізаторами

1. Будь-який каталізатор (неорганічний і органічний) зменшує енергію активації молекули. Енергія активації - кількість енергії в калоріях, необхідна для перекладу всіх молекул 1-го моля речовини в активований стан, тобто стан, при якому вони здатні вступити в хімічну реакцію.

2. Будь-який каталізатор може прискорювати тільки хімічні реакції, можливі з точки зору термодинаміки.

3. Каталізатори не змінюють напрямок хімічної реакції.

4. Каталізатори не витрачаються в процесі реакції.

Відмінності ферментів від неорганічних каталізаторів

1. Каталозі здійснюється в дуже м'яких умовах (Т, рН)

2. Висока ефективність: ферменти збільшують швидкість реакції

в 1010 - 1012 раз.

Приклад: в організмі є фермент каталаза (кофактор - Fe).

1 мг заліза в каталази діє як 10 т неорганічного заліза.

3. Специфічність дії. Кожен фермент прискорює тільки 1 реакцію. Види специфічності:

- Абсолютна (1 фермент діє тільки на 1 субстрат, наприклад, фермент уреаза каталізує гідроліз сечовини);

- Відносна (1 фермент може діяти на групу подібних за будовою субстратів).

4. Можливість тонкої і точної регуляції швидкості реакції зміною умов середовища (пов'язано з білкової природою ферменту)

Для кожного ферменту є свій температурний оптимум.

Приклад: температура тіла - 36,6 град .; при Т = 40-41град. може бути необоротна денатурація. При низьких температурах спостерігається зниження швидкості ферментативного каталізу (через броунівського руху молекул).

Ферменти дуже чутливі до зміни кислотності середовища, в якій вони діють. Активність ферменту проявляється в межах досить вузької зони рН, званої оптимумом рН. Можна вважати, що для кожного ферменту є певна оптимальна концентрація протонів, при якій він найбільш активний.

Зміна рН призводить до зміни зарядів на активному центрі та на молекулі в цілому; в результаті цього змінюється конформація білкової молекули, внаслідок чого порушується просторове відповідність активного центру і субстрату, а значить, швидкість реакції знижується.

5. Можливість насичення ферменту субстратом (особливості кінетики).

6. Ферментативний каталіз - це строго запрограмований процес (1 реакція; 1 субстрат; 1 фермент) - серія елементарних перетворень речовини, суворо організованих у просторі та часі.

2. Механізм дії ферментів

Дія ферменту засноване на освіту фермент-субстратного комплексу. Під дією субстрату змінюється конформація ферменту, потім змінюється субстрат.

Механізм дії ферментів можна представити у вигляді такої схеми:

E + S > ES > EZ > EP > E + P

Можна виділити 4 фази:

1. Між субстратом і ферментом виникають сполуки (ES), в яких з'єднання пов'язані іонної, ковалентного або іншим зв'язком.

2. Субстрат під дією приєднаного ферменту зазнає змін (S > Z), що роблять його більш доступним для відповідної реакції.

3. Відбувається хімічна реакція з утворенням фермент-продуктного комплексу (EP).

4. Продукти реакції вивільняються з фермент-продуктного комплексу.

3. Номенклатура і класифікація ферментів

Номенклатура ферментів (правила освіти їх назв)

1. Випадкова (за випадковими ознаками) - тривіальна

Приклад: папаїн (carica papaja - з дерева).

2. Раціональна: субстрат + "аза" (ліпіди - ліпаза)

3. Систематична: субстрат + тип каталізуються реакції + «аза» (лактатдегідрогеназа), або субстрат + назва класу, до якого належить даний фермент + «аза» (лактат-оксидоредуктаза).

Класифікація ферментів

Прийнята в 1961 році.

В основу класифікації покладено тип каталізуються реакції:

1. Оксидоредуктази (складні ферменти, що каталізують окислювально-відновні реакції). Приклад: ізоцитратдегідрогеназа з циклу Кребса.

2. Трансферази (каталізують реакції перенесення функціональних груп або молекулярних залишків між молекулами). Приклад: кінази - трансферази 1-й стадії гліколізу.

3. Гідролази (прості ферменти, каталізують реакції гідролізу крохмалю, олигосахаридов, жирів). Приклади: ліпаза, інвертаза, мальтаза і ін.

4. Ліази (каталізують негидролитическим відщеплення від субстратів певних груп атомів з утворенням подвійного зв'язку, або приєднанням за подвійним зв'язком). Приклад: альдолаза з гліколізу.

5. Ізомерази (каталізують реакції ізомеризації - просторової або структурної перебудови в межах 1-ї молекули). Приклад: тріозофосфатізомерази з гліколізу.

6. Лігази (часто називаються синтетазами) - каталізують реакції синтезу, пов'язані з розпадом багатих енергією зв'язків (АТФ).

Кожен фермент має 4-х-значний шифр: клас-підклас-подподкласс- індивідуальний номер ферменту.

4. Кінетика ферментативних реакцій

Особливістю кінетики ферментативної реакції є насичення ферменту субстратом, при якому подальше збільшення [S] не приводить до збільшення швидкості реакції. Емпіричним шляхом встановлено, що кінетика ферментативної реакції може бути виражена таким графіком:

Концентрація субстрату, при якій фермент досягає насичення, є постійною характеристикою для кожного конкретного ферменту.

Кінетику ферментативної реакції можна описати за допомогою рівняння, яке було виведено теоретичним шляхом вченими Міхаелісом і Ментен, і саме на честь них було названо.

Рівняння Міхаеліса - Ментен

Км - Константа Міхаеліса. Це така концентрація субстрату, при якій швидкість реакції дорівнює половині максимальної.

Константа Міхаеліса характеризує спорідненість ферменту до субстрату: чим менше ця константа, тим більше спорідненість ферменту до субстрату, тим ефективніше реакція.

5. Регуляція ферментативних процесів в клітці

Численні способи регуляції ферментативних процесів можна розділити на дві групи:

1. Регуляція вмісту ферменту за рахунок зміни швидкості його синтезу і розпаду. Слід зазначити наступні процеси:

репресія - процес придушення (або зниження) швидкості синтезу ферменту;

індукція - процес прискорення синтезу ферментів під дією специфічних низькомолекулярних сполук - індукторів.

2. Регуляція активності наявних в клітці ферментів.

а) шляхом зміни температури, значення рН, кількості субстрату, кофакторов і т.д .;

б) аллостерічеськая регуляція (характерна тільки для аллостеріческіх ферментів). Аллостеріческого називають ферменти, які мають крім активного центру додатковий центр зв'язування (аллостерічеський центр). Активність аллостеріческіх ферментів регулюється шляхом зміни конформації молекул ферментів, викликаного приєднанням спеціального метаболіту до аллостеріческому центу. Метаболіт-регулятор (аллостерічеський ефектор) виконує функції або активатора, або інгібітору;

в) ковалентний модифікація ферментів - регуляція каталітичної активності ферментів може здійснюватися за рахунок ковалентного приєднання фосфатної групи або нуклеотиду. Наприклад, фосфорілірованний форма глікогенфосфорилази має більш високу каталітичної активністю;

г) зміна активності ферментів за допомогою активаторів - хімічних сполук, що підвищують активність ферментів (наприклад, амінокислота цистеїн і трипептид глутатіон активують дію багатьох протеаз).

д) зміна активності ферментів за допомогою інгібіторів - хімічних сполук, що пригнічують активність ферментів.

інгібування

інгібування - Зниження або повне придушення активності ферментів під дією певних речовин (інгібіторів).

Інгібування може бути двох основних видів: небратімое і оборотне.

при незворотному ингибировании фермент і інгібітор утворюють недіссоціірующій комплекс. Необоротне інгібування в організмі зустрічається рідко і якщо воно є, то через речовин, що надходять ззовні.

при оборотному ингибировании фермент і інгібітор утворюють дисоціюють комплекс.

Оборотне інгібування, в свою чергу, ділиться на конкурентну і неконкурентна.

конкурентне інгібування - Інгібування, при якому субстрат і інгібітор володіють подібним будовою і конкурують за активний цент ферменту. Конкурентне інгібування в організмі часто зустрічається і є способом регулювання активності ферменту.

Швидкість реакції при конкурентному інгібуванні залежить від співвідношення концентрацій субстрату і інгібітору. Чим вище концентрація субстрату, тим вище ймовірність формування комплексу, тим вище швидкість реакції. Таким чином, конкурентне інгібування можна придушити шляхом збільшення концентрації субстрату.

неконкурентное інгібування - Інгібування, при якому субстрат і інгібітор взаємодіють з різними частинами молекули ферменту. При цьому інгібітор, з'єднуючись з молекулою ферменту, так модифікує його структуру, що досягнення максимальної швидкості реакції неможливо.

При неконкурентном ингибировании збільшення концентрації субстрату не призводить до усунення дії інгібітора. Неконкурентное інгібування в організмі, як правило, пов'язане з надходженням в організм важких металів.

Розділ 5. ВУГЛЕВОДИ І ЇХ ОБМІН

Лекція 6. Хімічна будова і властивості вуглеводів

1. Загальна характеристика і класифікація вуглеводів

До вуглеводів належать сполуки, які мають різноманітними і часто абсолютно протилежними властивостями. Серед них є речовини низькомолекулярні і високомолекулярні, кристалічні і аморфні, добре розчинні у воді і зовсім в ній нерозчинні, здатні окислюватися і порівняно стійкі до дії окислювачів.

Загальна формула, характерна для переважної більшості вуглеводів, Сn2О)m

За хімічною природою вуглеводи діляться на:

· Моносахариди (прості цукри);

· Олігосахариди;

· Полісахариди.

Моносахариди містять 3-8 атомів вуглецю і не піддаються гідролізу з утворенням простих вуглеводнів.

Олігосахариди - полімери моносахаридів, які містять 2-10 залишку моносахаров.

Полісахариди - полімери моносахаридів, які містять більше 10 залишків моносахаров.

2. Будова, властивості і функції моносахаридів

моносахариди діляться на наступні групи:

1. За кількістю атомів вуглецю:

· Триоз (3)

· Тетрозой (4)

· Пентози (5)

· Гексозо (6)

· Гептози (7)

· Октози (8)

2. За хімічною будовою:

· альдозами

· кетозом

Всі моносахариди є спиртами, або Альдегідоспирти, або кетоспіртамі. В їх молекулах, як правило, кількість атомів вуглецю дорівнює кількості молекул води (тобто m = n).

D-глюкоза (альдозами) D-фруктоза (кетоза)

Альдози і кетози є ізомерами.

Основні хімічні властивості моносахаридів:

1.Мутаротація - перехід аномери з однієї форми в іншу (наприклад, ?-глюкоза > ?-глюкоза). Аномери називають енантіомерний форми моносахаридів, що різняться положенням полуацетального гідроксилу.

2. Відновлення до багатоатомних спиртів (наприклад, глюкоза відновлюється до сорбіту, рибоза - до рібіта).

3. Окислення з утворенням відповідних кислот (наприклад, в залежності від окислюється групи глюкоза може утворювати глюконовую, глюкуроновую і глюкаровую кислоти).

4. Епімерізація (наприклад, в слабощелочной середовищі D-глюкоза знаходиться в рівновазі з кетогексозой (D-фруктозою) і альдогексозой (D-манози).

5. Освіта глікозидів. Конденсація аномерного ОН-групи із спиртовою угрупованням молекули призводить до утворення О-глікозидів. Саме за рахунок цих зв'язків побудовані олиго- і полісахариди. При взаємодії аномерного ОН-групи з NH2-групою утворюються N-глікозиди.

6. Етерифікація. Гідроксильнігрупи моносахаридів утворюють ефіри з різними кислотами. В метаболізмі особливо важливу роль відіграє фосфорилирование цукрів.

7. Здатність реагувати з азотовмісними сполуками при високій температурі з утворенням специфічних забарвлених речовин - меланоидинов.

8. Здатність глюкози (і інших гексоз) піддаватися розщепленню (шляхом гліколізу) і сбраживанию мікроорганізмами.

Основні функції моносахаридів:

1. Енергетична (моносахариди легко розщеплюються з виділенням енергії, яка витрачається на освіту АТФ).

2. Пластична (метаболічна). Моносахариди є попередниками для освіти багатьох важливих речовин: резервних і структурних полісахаридів, амінокислот, жирних кислот, гліцерину та ін.

3. Будова, властивості і функції олигосахаридов

Олігосахариди розрізняються за наступними показниками:

1. Кількість моносахаридів.

2. Якісний склад.

3. Характер гликозидной зв'язку між моносахаридами.

У розчинах моносахариди завжди присутні в циклічній формі; до складу олиго- і полісахаридів вони також входять в циклічній формі.

Перший вуглецевий атом, з'єднаний з киснем, є найбільш реакционноспособним. Як правило, зв'язок утворюється за рахунок гликозидного (полуацетального) гідроксилу.

Для олигосахаридов характерні деякі властивості, відмічені для моносахаридів. Слід також зазначити, що олігосахариди, що надходять в організм людини з їжею, в шлунково-кишковому тракті піддаються гідролізу до своїх структурних блоків - моносахаридів. Тому в клітини вони потрапляють вже в вигляді простих цукрів і, відповідно, виконують ті ж функції, що і моносахариди.

З олигосахаридов найбільшого поширення набули дисахариди. Розглянемо хімічний склад найбільш важливих з них.

сахароза складається із залишків ?-глюкози і ?-фруктози, з'єднаних ?-гликозидной (або фруктозідной) зв'язком. Гідроліз сахарози відбувається за участю ферменту інвертази (сахарази):

сахароза ?-глюкоза ?-фруктоза

Інвертаза в великих кількостях міститься в дріжджах і в кишечнику організмів. Суміш глюкози і фруктози в рівних кількостях, яка утворюється при гідролізі сахарози, називається інвертний цукор.

мальтоза - Дисахарид, що складається з 2-х залишків ?-глюкози. Це основний продукт гідролізу крохмалю.

Мальтоза > ?-глюкоза + ?-глюкоза

Гідроліз мальтози проходить за участю ферменту мальтази.

Мальтаза є в слині і підшлунковій соку.

Лактоза - молочний цукор, утворюється в організмі тварин.

лактоза = ?-галактоза + ?-глюкоза.Гідроліз лактози каталізується ферментом лактазой.

Лактаза дуже активна у немовлят; у деяких дорослих лактази не зберігається, що тягне за собою непереносимість молока.

4. Будова, властивості і функції полісахаридів

Полісахариди поділяються на гомосахаріди і гетеросахаріди.

В склад гомосахарідов входять моносахариди одного типу. Якщо мономер-фруктоза, то полісахарид нзивается фруктан; галактоза - галактан; глюкоза - глюкан.

мономерами гетерополісахарідов є моносахариди 2-х або декількох типів. Наприклад, арабиноза і глюкоза входять до складу арабіноглюканов; арабиноза і ксилоза - арабіноксіланов.

Крохмаль (гомосахарід) - Запасний полісахарид рослин; існує в 2-х формах: амилоза і амилопектин.

амилоза - Лінійний полісахарид, складається із залишків ?-глюкози, з'єднаних ? -1, 4 зв'язком.

амілопектин - Розгалужений полісахарид, в якому на кожні 12 залишків глюкози, з'єднаних ? -1, 4 зв'язком, доводиться ? -1, 6 зв'язок.

Ці речовини сильно розрізняються за своїми фізичними і хімічними властивостями. Так, наприклад, від йоду амилоза забарвлюється в синій колір, а амилопектин - в червоно-фіолетовий. Вони розрізняються і по розчинності: амилоза легко розчиняється в теплій воді і дає розчини з порівняно невисокою в'язкістю, в той час як амилопектин розчиняється в воді лише при нагріванні під тиском і дає дуже в'язкі розчини.

глікоген( «Тваринний крохмаль») - за будовою схожий з крохмалем, але характеризується більшою розгалуженістю.

Є резервним живильною речовиною (утворюється головним чином в печінці і м'язах).

Целюлоза (клітковина) - полісахарид, що складається з великої кількості залишків ?-глюкопіраноз.

Функції полісахаридів:

1. Запас поживних речовин (крохмаль, глікоген - найбільш поширені речовини).

2. Джерела енергії (при використанні їх в якості джерел енергії вони повинні спочатку піддаватися розщепленню до моносахаридів).

3. Структурна (целюлоза - утворює клітинні стінки у рослин, хітин - у тварин, муреин - у бактерій).



Попередня   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   Наступна

Коротка історія розвитку біохімії | Будова, класифікація і властивості амінокислот | Рівні організації білкових молекул | Біологічний сенс освіти четвертинної структури | Бродіння і його основні типи | При спиртовому бродінні на 1-му етапі відбувається декарбоксилювання ПВК і перетворення її в оцтовий альдегід, а потім утворюється етиловий спирт. | молочнокисле бродіння | маслянокислое бродіння | Окислювальне декарбоксилювання пірувату (ПВК) | Цикл Кребса (цикл ді-і трикарбонових кислот, цикл лимонної кислоти) |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати