Роль ферментов в организме

Ферменты участвуют в осуществлении всех процессов обмена веществ, в реализации генетической информации. Переваривание и усвоение пищевых веществ, синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других соединений в клетках и тканях всех организмов — все эти процессы невозможны без участия ферментов. Любое проявление функций живого организма — дыхание, мышечное сокращение, нервно-психическая деятельность, размножение и др. — обеспечивается действием ферментов. Индивидуальные особенности клеток, выполняющих определенные функции, в значителной мере определяются уникальным набором ферментов, производство которых генетически запрограммировано. Отсутствие даже одного фермента или какой-нибудь его дефект могут привести к серьезным отрицательным последствиям для организма.

43 Различают три стадии в механизме ферментативного катализа:

образование фермент-субстратного комплекса;

образование комплекса «фермент-продукт реакции»;

отщепление продуктов реакции от фермента.

Первая стадия фермент отличается от белка наличием АЦ — участка, с помощью которого фермент соединяется с субстратом и ускоряет реакцию. Долгое время считали, что между ферментом и субстратом имеется точное соответствие («ключ к замку»). Однако сейчас принято считать, что АЦ фермента приспосабливается к субстрату в ходе реакции (теория вынужденного соответствия). В АЦ имеются якорные участки, за счет которых субстрат закрепляется. Каталитический участок АЦ ответственен за тип ускоряемой реакции

Вторая стадия – функционально-активные группы АЦ фермента действуют на субстрат, дестабилизируя связи в нем, вызывая изменение конфигурации субстрата, поляризацию его молекулы, растяжение связей и т.д. Это приводит к химическому преобразованию субстрата (т.е. к протеканию реакции) и образованию продуктов реакции, которые некоторое время находятся в связи с ферментом

Третья стадия – от нее зависит скорость реакции. Происходит отделение фермента от продуктов реакции

44 Строение витамина С было окончательно установленно синтезом его из L-ксилозы. Витамин С получил название L-аскорбиновой кислоты.
L-Аскорбиновая кислота представляет собой кристаллическое соединение, легко растворимое в воде с образованием кислых растворов. Наиболее замечательной особенностью этого соединения является его способность к обратному окислению (дегидрированию) с образованием дегидроаскорбиновой кислоты. Таким образом, L-аскорбиновая кислота и её дегидроформа образуют окислительно-восстановительную систему, которая может, как отдавать, так и принимать водородные атомы, точнее электроны и протоны. Обе эти формы обладают антискорбутным действием.
В присутствии широко распространённого в растительных тканях фермента-аскорбиноксидазы, или аскорбиназы, аскорбиновая кислота окисляется кислородом воздуха с образованием дегидроаскорбиновой кислоты и перекиси водорода. Аскорбиновая кислота, особенно её дегидроформа, является весьма неустойчивым соединением. Превращение в дикетоулоновую кислоту, не обладающую витаминной активностью, является необратимым процессом, который заканчивается обычно окислительным распадом. Наиболее быстро витамин С разрушается в присутствии окислителей в нейтральной или щелочной среде при нагревании.
Поэтому при различных видах кулинарной обработки пищи часть витамина С обычно теряется, аскорбиновая кислота обычно разрушается также и при изготовлении овощных и фруктовых консервов. Особенно быстро витамин С разрушается в присутствии следов солей, тяжёлых металлов (железо, медь). В настоящее время, однако, разработаны способы приготовления консервированных фруктов и овощей с сохранением их полной витаминной активности.

Основными источниками витамина С являются растения. Особенно много аскорбиновой кислоты в перце, хрене, ягодах рябины, черной смородины, земляники, клубники, в апельсинах, лимонах, мандаринах, капусте (как свежей, так и квашенной), в шпинате. Картофель хотя и содержит значительно меньше витамина С, чем выше перечисленные продукты, но, принимая во внимание значение картофеля в нашем питании, его следует признать наряду с капустой основным источником снабжения витамином С. Здесь можно напомнить, что эпидемии цинги, свирепствовавшие в средние века в Европе в зимнее время и весенние месяцы года, исчезли после введения в сельское хозяйство европейских стран культуры картофеля. Необходимо обратить внимание на важнейшие источники витамина С непищевого характера - шиповник, хвою (сосны, ели и лиственницы) и листья черной смородины. Водные вытяжки из них представляют собой почти всегда доступное средство для предупреждения и лечения цинги.

45 Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) состоит из органического основания аденина (I), углевода рибозы (II) и трех остатков фосфорной кислоты (III). Соединение аденина и рибозы называется аденозином. Пирофосфатные группы имеют макроэргические связи, обозначенные значком ~. Разложение одной молекулы АТФ с участием воды сопровождается отщеплением одной молекулы фосфорной кислоты и выделением свободной энергии, которая равна 33—42 кДж/моль. Все реакции с участием АТФ регулируются ферментными системами.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

В клетках организмов изучено много биосинтетических реакций, использующих энергию, заключенную в АТФ, в ходе которых происходят процессы карбоксилирования и декарбоксилирования, синтеза амидных связей, образования макроэргических соединений, способных переносить энергию от АТФ к анаболическим реакциям синтеза веществ. Эти реакции играют важную роль в процессах обмена веществ растительных организмов.

С участием АТФ и других макроэргических нуклеозидполифосфатов (ГТФ, ЦТФ, УГФ) может происходить активирование молекул моносахаридов, аминокислот, азотистых оснований, ацилглицеринов путем синтеза активных промежуточных соединений, являющихся производными нуклеотидов. Так, например, в процессе синтеза крахмала с участием фермента АДФ-глюкозо-пирофосфорилазы образуется активированная форма глюкозы — аденозиндифосфатглюкоза, которая легко становится донором глюкозных остатков при формировании структуры молекул этого полисахарида.

46 Взаимосвязь обмена белков и липидов выражается в том, чо распад липидов, как и распад углеводов, обеспечивает, с одной стороны, исходные соединения для биосинтеза аминокислот (а из них белков) и, с другой стороны, не менее, а может быть, более, чем углеводы, поддерживает образование белков энергетически.

Одним из основных продуктов распада липидов, в частности высших жирных кислот, возникающих при гидролизе триглицеридов, фосфатидов или стеридов, является ацетил-КоА. Включаясь в цикл трикарбоновых и дикарбо-новых кислот, он обеспечивает синтез а-кетоглутаровой кислоты, превращение которой в аминокислоты рассмотрено выше. Поступая в глиоксилевый цикл, ацетил-КоА служит для расширенного воспроизводства в организме щавеле-воуксусной кислоты, а из нее—ПВК. Из обеих названных кислот также синтезируются аминокислоты.

Обмен глицерина, высвобождаемого при гидролизе триглицеридов, через углеводы ведет к таким аминокислотам, как гйстидин, фенилаланин, тирозин и триптофан. Следовательно, все постоянно встречающиеся в белках аминокислоты могут синтезироваться за счет распадающихся липидов.

В известной мере, возможен синтез липидов за счет распадающихся белков. В предыдущем разделе было показано, что при распаде ряда аминокислот образуется ПВК. При ее окислительном декарбоксилировании возникает ацетил-КоА—исходное соединение для синтеза высших жирных кислот, стеролов и других составных частей липидов. ПВК может также превратиться в фосфоглицерин (путем обращения реакций дихотомического распада углеводов)—другой важный компонент липидов. Однако такого рода переход вряд ли широко осуществляется в нормальных условиях жизнедеятельности.

Энергетическая роль липидов^ особенно триглицеридов, общеизвестна. Потенциальные возможности для синтеза АТФ сопряженно с окислением высших жирных кислот огромны. Известны случаи, когда распад липидов является единственным источником энергии для биосинтеза белка (например, при синтезе фиброина и серицина шелка в шелкоотделительной железе коконо-прядущих насекомых).

Говоря о взаимосвязи обмена белков и липидов, нельзя обойти вопрос о влиянии последних на процесс биосинтеза белков. Твердо установлено, что рибосомальный синтез белка протекает во много раз энергичнее, если рибосомы связаны с липопротеиновыми мембранами.

47. 1. ^ Свободное окислени�� – окисление, при котором вся энергия окислительной реакции выделяется исключительно в виде тепла. Эти процессы не сопряжены с синтезом АТФ, т.е. не происходит преобразовании энергии, выделяющейся при окислении в энергию макроэргических связей. Свободное окисление играет вспомогательную роль - оно служит для теплопродукции и детоксикации вредных продуктов обмена веществ.

По типу свободного окисления идут все оксигеназные реакции, все окислительные реакции, ускоряемые пероксидазами или сопровождающиеся образованием Н₂О₂, многие реакции, катализируемые оксидазами.

Процессы свободного окисления сосредоточены в цитозоле, в мембранах эндоплазматической сети клетки, в мембранах лизосом, пероксисом и аппарата Гольджи, на внешних мембранах митохондрий и хлоропластов, в ядерном аппарате клетки.

2. ^ Сопряженное окисление - окисление, при котором энергия окислительной реакции используется для синтеза АТФ. Поэтому данный вид окисления называют окислением, сопряженным с фосфорилированием АДФ. Он может осуществляться двумя способами.

Если при окислении субстрата образуется макроэргическое соединение, энергия которого используется для синтеза АТФ, то такой вид биологического окисления называют субстратным фосфорилированием или фосфорилированием на уровне субстрата или окислением, сопряженным с фосфорилированием АДФ на уровне субстрата. Примером таких реакций являются 2 реакции гликолиза: превращение 1,3-дифосфоглицериновой кислоты в 3-фосфоглицериновую кислоту и фосфоенолпирувата (ФЕП) в пируват, а также реакция цикла Кребса – гидролиз сукцинил-КоА до сукцината. Эти реакции протекают сопряжено с синтезом АТФ.

Если процессы окисления, протекающие в дыхательной цепи ферментов на внутренней мембране митохондрий, где происходит перенос протонов и электронов от окисляемого субстрата к кислороду, сопряжены с синтезом АТФ, то такой вид биологического окисления называют окислительным фосфорилированием или фосфорилированием на уровне электронно-транспортной цепи.

48 Витамин B12 участвует в клеточном делении, присущем каждой живущей клетке. Исходя только из одного этого, вы можете оценить важность данного витамина для хорошего здоровья. В наибольшей степени от адекватного уровня витамина В12 зависят те ткани, которые делятся наиболее интенсивно: клетки крови, иммунные клетки, клетки кожи и клетки, выстилающие кишечник. Хотя механизм его действия не вполне ясен, известно, что витамин В12 играет решающую роль в образовании покрытия нервов (называемого миелиновой оболочкой, поскольку сам белковый материал называется миелином) и хроническая недостаточность его приводит к необратимому разрушению нервов.

Витамин В12 (цианокобаламин) необходим для правильного функционирования витамина В9 и важен для производства нуклеиновых кислот (генетического материала). Витамин В12 участвует в переработке белков, углеводов и жиров и в формировании здоровых клеток. Этот растворимый в воде витамин содержится в молочных продуктах, яичном желтке, мясе, печени, почках и рыбе. Содержание витамина В12 в крови мало у людей, страдающих болезнью Альцгеймера и некоторыми другими психическими расстройствами.

Этот витамин активно участвует в обмене белков, жиров и углеводов в тесном взаимодействии с витамином С, фолиевой и пантотеновой кислотами. Чтобы у нас были здоровые нервы и мы были во всеоружии перед повседневными стрессами, витамин В12 старательно помогает миллиардам молекул фолиевой кислоты при выработке холина. Он оживляет также запасы железа в нашем организме, которых, как правило, не хватает. За миллионы лет своего развития витамин В12 крепко подружился с витамином А, которому он помогает в синтезе тканей тела. Он обеспечивает вступление каротинов в обмен веществ и их превращение в активный витамин А. Наконец, во взаимодействии с другими веществами витамин В12 запускает основной жизненный процесс - синтез дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот. Это белковые вещества, из которых состоят клеточные ядра и которые содержат всю наследственную информацию.

Наилучшие источники цианокобаламина витамина В12 — говяжья и телячья печень. Ее надо обязательно вводить в рацион хотя бы один раз в неделю тушеную или жаренную с луком, добавляя к ней салат, кроме того, один раз в неделю следует принимать любые дрожжи, потому что витамин В12 действует эффективнее в присутствии других витаминов группы В.

49 Третичная структура ДНК (суперспирализация ДНК)

Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. В диплоидных клетках человека содержится 46 хромосом. Общая длина ДНК всех хромосом клетки составляет 1,74 м, но она упакована в ядре, диаметр которого в миллионы раз меньше. Чтобы расположить ДНК в ядре клетки, должна быть сформирована очень компактная структура. Компактизация и суперспирализация ДНК осуществляются с помощью разнообразных белков, взаимодействующих с определёнными последовательностями в структуре ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы: гисгоновые и негистоновые белки. Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином.

Гистоны - белки с молекулярной массой 11-21 кД, содержащие много остатков аргинина и лизина. Благодаря положительному заряду гистоны образуют ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами, расположенными на внешней стороне двойной спирали ДНК.

Существует 5 типов гистонов. Четыре гистона Н2А, Н2В, НЗ и Н4 образуют октамерный белковый комплекс (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)₂, который называют "нуклеосомный кор" (от англ. nucleosome core). Молекула ДНК "накручивается" на поверхность гистонового октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нуклеоти-дов). Такой комплекс гистоновых белков с ДНК служит основной структурной единицей хроматина, её называют "нуклеосома". ДНК, связывающую нуклеосомные частицы, называют линкерной ДНК. В среднем линкерная ДНК составляет 60 пар нуклеотидных остатков. Молекулы гистона H1 связываются с ДНК в межнуклеосомных участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от действия нуклеаз.