Контрольная работа по "Биохимии"

 

 

 

 

Аланин (2-аминопропановая кислота) — алифатическая аминокислота.

Систематическое наименование (S)-2-аминопропановая (β-аминопропионовая) кислота

Химическая формула HO2CCH(NH2)CH3

Молярная масса 89,1 г/моль

 

Метионин  — алифатическая незаменимая аминокислота.

Химическая формула HO2CCH(NH2)CH2CH2SCH3

Эмпирическая формула C5H11N1O2S1

Молярная масса 149,21 г/моль

Лизин (2,6-диаминогексановая кислота) — алифатическая аминокислота с выраженными свойствами основания; незаменимая аминокислота.

Систематическое наименование 2,6-диаминогексановая кислота

Химическая формула HO2CCH(NH2)(CH2)4NH2

Эмпирическая формула C6H14N2O2

Молярная масса 146,19 г/моль

Аспарагиновая кислота (аминоянтарная кислота, аспартат, аминобутандиовая кислота) — алифатическая аминокислота, одна из 20 протеиногенных аминокислот организма. Встречается во всех организмах в свободном виде и в составе белков.

Химическая формула: COOHCH2CHNH2COOH

Химическая формула HO2CCH(NH2)CH2CO2H

Эмпирическая формула C4H7N1O4

Молярная масса 133,1 г/моль

Триптофа́н — β-индолиламинопропионовая, или 2-амино-3-(1H-индол-3-ил)пропионовая кислота.

 

Незаменимые: триптофан, лизин, аспарагиновая кислота, метионин.

Рибофлави́н (лактофлавин, витамин B2) — один из наиболее важных водорастворимых витаминов, кофермент многих биохимических процессов.

 

Систематическое наименование Рибофлавин; лактофлавин; витамин B2; E101

Химическая формула C17H20N4O6

Молярная масса 376,37 г/моль

 

Биоти́н (витамин Н, витамин B7, кофермент R) — водорастворимый витамин группы В. Молекула биотина состоит из тетрагидроимидазольного и тетрагидротиофенового кольца, в тетрагидротиофеновом кольце один из атомов водорода замещен на валериановую кислоту. Биотин является кофактором в метаболизме жирных кислот, лейцина и в процессе глюконеогенеза.

Химическая формула C10H16N2O3S

Молярная масса 244.31 г/мол

 

 

 

4. Витамин В2.

Витамин В2 встречается во всех растительных и животных тканях, хотя и в различных количествах. Это широкое распространение витамина В2 соответствует участию рибофлавина во многих биологических процессах. Действительно, можно считать твёрдо установленным, что существует группа ферментов, являющихся необходимыми звеньями в цепи катализаторов биологического окисления, которые имеют в составе своей простатической группы рибофлавин. Эту группу ферментов обычно называют флавиновыми ферментами. К ним принадлежат, например, желтый фермент, диафораза и ци-тохромредуктаза. Сюда же относятся оксидазы аминокислот, которые осуществляют окислительное дезаменирование аминокислот в животных тканях. Витамин В2входит в состав указанных коферментов в виде фосфорного эфира. Так как указанные флавиновые ферменты находятся во всех тканях, то недостаток в витамине В2 приводит к падению интенсивности тканевого дыхания и обмена веществ в целом, а следовательно, и к замедлению роста молодых животных.

Рибофлавин (витамин В2, лактофлавин, витамин G, овофлавин, люминофлавин, урофлавин, гепатофлавин) – это водорастворимый витамин группы В. Его биологическая роль заключается в том, что он принимает участие в построении флавиновых коферментов, входящих в состав окислительно-восстановительных ферментов (флавонопротеидов), которые принимают активное участие в окислении жирных кислот и других не менее важных биохимических процессах.

 

Флавиновые ферменты занимают одно из центральных мест в процессе энергетического (углеводного) обмена, в белковом обмене, поддерживает и нормализует функции нервной, пищеварительной, сердечно-сосудистой систем, участвует в кроветворении (способствует повышению в крови уровня содержания гемоглобина), входит в состав зрительного пурпура, защищающего сетчатку глаза от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей. В медицине препараты рибофлавина используются в качестве лекарственных средств.

 

В организме человека рибофлавин встречается в свободной форме  и в виде коферментов (то есть входят в состав ферментов – веществ, во много раз ускоряющих все биохимические  реакции в организме). Вместе они  составляют общий рибофлавин. Свободный  рибофлавин в организме человека содержится в сетчатке глаза, в молоке и в моче.

 

Суточная потребность  в витамине В2 для взрослых составляет 1,9 – 3 мг. При поступлении в организм с пищей рибофлавин быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте и поступает в кровь, откуда – в ткани, где распределяется неравномерно: больше всего его в сердечной мышце, печени и почках. Хронические заболевания желудочно-кишечного тракта тормозят процесс всасывания рибофлавина в кровь. Он способен проникать через плацентарный барьер и выделяется с грудным молоком. Выводится из организма почками.

 

Биотин

Биотин играет важную роль в углеводном обмене: он взаимодействует  с гормоном поджелудочной железы инсулином и, тем самым, стабилизирует  содержание сахара в крови. Кроме  того, он участвует в производстве глюкокиназы - вещества, которое «запускает» процесс обмена глюкозы. Глюкокиназа вырабатывается в печени, там же, где хранится биотин. Это особенно важно для диабетиков, у которых содержание глюкокиназы в печени понижено.

 

Биотин помогает также  усваивать белок, участвует в  разложении жирных кислот и в сжигании жира. В обмене веществ он является важным союзником других витаминов  группы В: фолиевой кислоты, пантотеновой кислоты, витамина В12.

 

5. Влияние рН на активность ферментов.

Влияние концентрации водородных ионов на каталитическую активность

ферментов состоит в воздействии  ее на активный центр. При разных значениях  рН в реакционной среде активный центр может быть слабее или сильнее ионизирован, больше или меньше экранирован соседними с ним фрагментами полипептидной цепи белковой части фермента и т.п. Кроме того, рН среды влияет на степень ионизации субстрата, фермент-субстратного комплекса и продуктов реакции, оказывает большое влияние на состояние фермента, определяя соотношение в нем катионных и анионных центров, что сказывается на третичной структуре белковой молекулы. Последнее обстоятельство заслуживает особого внимания, так как определенная третичная структура белка-фермента необходима для образования фермент-субстратного комплекса.

Ферменты, вообще говоря, активны  только в определенном интервале  рН, и в большинстве случаев для действия каждого фермента имеется определенный оптимум рН.

Наличие такого оптимума может  иметь несколько причин:

1. истинное обратимое влияние рН на скорость реакции V(в условиях, когда фермент насыщен субстратом)
2. влияние рН на сродство фермента к субстрату (в этом случае падение активности по обе стороны оптимума рН будет следствием понижения насыщения фермента субстратом в силу понижения сродства)
3. влияние рН на стабильность фермента, который может необратимо инактивироваться при рН по одну или по обе стороны от оптимума.

Перечисленные факторы могут  действовать и в комбинации друг с другом, например, падение активности по одну сторону от оптимума рН может быть результатом уменьшения сродства фермента к субстрату, а по другую – результатом инактивации фермента. Поскольку в клетке содержатся сотни ферментов и для каждого из них существуют свои пределы опт рН, то изменение рН это один из важных факторов регуляции ферментативной активности. Так, в результате одной химической реакции при участии определенного фермента рН, оптимум которого лежит в пределах 7.0 – 7.2, образуется продукт, который является кислотой. При этом значение рН смещается в область 5,5 – 6.0. Активность фермента резко снижается, скорость образования продукта замедляется, но при этом активизируется другой фермент, для которого эти значения рН оптимальны и продукт первой реакции подвергается дальнейшему химическому превращению. (Еще пример про пепсин и трипсин).

Действие рассматриваемых  факторов можно легко различить  экспериментальным путем. Наличие  необратимой инактивации устанавливают, сначала инкубируя фермент в растворах с различными значениями рН, а затем определяя его активность по возвращении рН к определенному значению.

На рис.1 приведены результаты опытов такого рода для моноаминоксидазы, из которых видно, что падение активности в щелочной области (по отношению к оптимуму рН) вызвано инактивацией фермента. Так как степень инактивации фермента со временем увеличивается, то и форма кривой, и положение кажущегося оптимума рН зависят от времени, в течение которого проводятся наблюдения; если бы можно было определить истинные начальные скорости сразу же после приведения раствора фермента к определенному значению рН, то тогда фактор инактивации был бы полностью исключен. Наблюдаемый оптимум рН аналогичен ложному “ температурному оптимуму”, который мы рассмотрим ниже.

 

 

Рис.1. Влияние рН на активность моноаминоксидазы (флавинсодержащей)

 

І-активность при рН, указанных на оси абсцисс,

ІІ-активность при рН=7,3 после инкубации в течение 5 мин при рН, указанных на оси абсцисс.

Влияние рН на сродство фермента к субстрату можно исключить, если работать с такими концентрациями субстрата, которые достаточно высоки, чтобы насытить фермент при всех изучаемых значениях рН. Так как величина Км может значительно изменять при сдвиге рН, то мы отнюдь не вправе считать, что концентрация субстрата, достаточная для насыщения при одном из значений рН, будет достаточной для его насыщения и при других значениях рН. Чтобы определить влияние изменений собственно рН на активность фермента, необходимо получить достаточное количество данных по зависимости скорости реакции от концентрации субстрата при каждом значении рН, а затем с помощью одного из графических методов, показанных на рис.2 найти значения Км и V. Большинство приводимых в литературе кривых, характеризующих влияние рН на активность фермента, представляет собой сложные кривые, форма которых зависит частично от изменений V, а частично от изменений Км. Кривые, иллюстрирующие влияние изменения рН на Км и V приведены ниже.

 

 

Рис.2. Шесть способов графического определения  величин Км и V по влиянию концентрации субстрата на скорость реакции.

А-изменение величин, обратным рН-функциям, для системы с двумя ионизирующимися группами, рК которых равны 5 и 10

Б- изменение величин, обратным рН-функциям, для симметричной системы с рК 7 и 8.

 

Рис.3.Характер изменения рН функций про изменении рН:

 

Влияние рН на активность ферментов, подобно всем другим видам влияния рН, осуществляется путем изменения в состоянии ионизации отдельных компонентов системы при изменении рН. Такие изменения могут происходить в свободном ферменте, в фермент-субстратном комплексе или субстрате. Поскольку ферменты представляют собой белки, молекулы которых содержат большое число ионизирующихся групп, то они могут находится в виде целого ряда различных ионных форм, причем распределение всего количества фермента между этими ионными формами зависит от рН и от констант ионизации различных групп. Поскольку, однако, каталитическая активность наблюдается обычно в относительно небольшом интервале значений рН, можно думать, что только одна из ионных форм фермента (или, точнее, его активного центра) каталитически активна, как это и предполагали Михаелис и Девидсон еще в 1911г. Имеется ряд соображений в пользу того, что ионизация тех групп в ферменте, которые удалены от активного центра, либо оказывает незначительное влияние, либо совсем не оказывает влияния на каталитическую активность; в то же время состояние ионизации групп, расположенных в самом центре или около него, очень существенно.

Если фермент активен  только в одном состоянии ионизации, то и этого следует, что активность его будет в значительной мере определятся его ионизацией двух особых групп в активном центре или  вблизи него, а именно тех групп, которые в первую очередь ионизируются(или, наоборот, деионизируются) при сдвиге рН в кислую или щелочную сторону от оптимума. Эти группы иногда называют кислой и основной группами фермента. Мы не будем рассматривать другие процессы ионизации, которые могут протекать при сдвиге рН до значений, еще более удаленных от оптимума, так как эти процессы влияют на состояние уже неактивных форм фермента. Правда, молекула фермента может содержать несколько одинаковых групп, которые будут ионизироваться одновременно, но присутствие в активном центре более одной такой группы маловероятно. В силу рассмотренных выше обстоятельств влияние рН на скорость ферментативных реакций обсуждают часто с учетом только двух ионизирующихся групп, используя при этом уравнения, применимые к двухосновным кислотам или к простым амфолитам, хотя без сомнения, такой подход является слишком упрощенным.

Влияние температуры на активность ферментов.

Активность зависит в  первую очередь от температуры. Наибольшую активность тот или иной фермент  проявляет при оптимальной температуре. Для ферментов живого организма  это значение находится в пределах +37,0 - +39,0 °С, в зависимости от вида животного. При понижении температуры, замедляется броуновское движение, уменьшается скорость диффузии и, следовательно, замедляется процесс образования комплекса между ферментом и компонентами реакции (субстратами). В случае повышения температуры выше +40 - +50 °С молекула фермента, которая является белком, подвергается процессу денатурации. При этом скорость химической реакции заметно падает (рис. 4.).

Рис 4. 

 

Зависимость скорости реакции, катализируемой ферментом от температуры. Максимальная скорость соответствует  температуре тела человека (фермент  человеческого организма).

 

Влияние температуры на скорость ферментативных реакций может быть обусловлено действием ряда различных  факторов. Температура влияет на:

1. стабильность фермента
2. скорость распада фермент-субстратного комплекса, определяемую по величине теплоты активации реакции
3. сродство фермента к субстрату
4. величину рН-функций одного или всех компонентов (в результате изменения рК, определяемых по теплоте ионизации)
5. сродство фермента к активаторам и ингибиторам (если таковые имеются)
6. природу ключевой реакции (если в системе участвуют несколько ферментов с различными температурными коэффициентами)
7. изменение концентрации растворенного О₂ вследствие изменения растворимости (в манометрических опытах)
8. рН используемого буферного раствора.