Контрольная работа по "Биохимии"

Многообразие форм, в которых  проявляется влияние температуры  на скорость ферментативных реакций, дает основание ожидать, что анализ этого  влияния должен представлять большие  трудности. В действительности влияние  температуры легко исследовать  экспериментально. Влияние на стабильность фермента можно изучить, инкубируя  фермент при различных значениях  температуры в течение определенного периода времени, а затем определяя его активность в той температурной зоне, в которой он остается стабильным. Влияние температуры на сродство фермента к субстрату или активатору можно элиминировать использованием достаточно высоких концентраций субстрата или активатора, при которых фермент оказывается насыщенным, что дает возможность определить влияние температуры на V. Влияние на константу Михаэлиса можно изучить с помощью обычных методов, в некоторых случаях можно даже определить влияние температуры на каждую из трех констант скорости. В полиферментных системах каждый фермент обычно можно изучать в отдельности, чтобы таким образом избежать лимитирующих влияний на скорость наблюдаемого процесса со стороны других ферментов. Наконец, влияние температуры на большую часть прочих факторов можно, как правило, исключить, если достаточно тщательно следить за всеми деталями методики проведения опытов.

Специфичность ферментов. Ферменты обладают высокой специфичностью действия. Это свойство часто существенно отличает их от неорганических катализаторов. Так, мелкоизмельченные платина и палладий могут катализировать восстановление (с участием молекулярного водорода) десятков тысяч химических соединений различной структуры. Высокая специфичность ферментов обусловлена, как было отмечено, конфор-мационной и электростатической комплементарностью между молекулами субстрата и фермента и уникальной структурной организацией активного центра, обеспечивающими «узнавание», высокое сродство и избирательность протекания одной какой-либо реакции из тысячи других химических реакций, осуществляющихся одновременно в живых клетках.

В зависимости от механизма  действия различают ферменты с относительной (или групповой) и абсолютной специфичностью. Так, для действия некоторых гидролитических  ферментов наибольшее значение имеет  тип химической связи в молекуле субстрата. Например, пепсин в одинаковой степени расщепляет белки животного  и растительного происхождения, несмотря на то что эти белки существенно отличаются друг от друга как по химическому строению и аминокислотному составу, так и по физико-химическим свойствам. Однако пепсин не расщепляет ни углеводы, ни жиры. Объясняется это тем, что точкой приложения, местом действия пепсина является пептидная —СО—NH-связь. Для действия липазы, катализирующей гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты, подобным местом является сложноэфирная связь. Аналогичной групповой специфичностью обладают трипсин, химотрипсин, пептидазы, ферменты, гидроли-зующие α-гликозидные связи (но не β-гликозидные связи, имеющиеся в целлюлозе) в полисахаридах, и др. Обычно эти ферменты участвуют в процессе пищеварения, и их групповая специфичность, вероятнее всего, имеет определенный биологический смысл. Относительной специфичностью наделены также некоторые внутриклеточные ферменты, например гексокиназа, катализирующая в присутствии АТФ фосфорилиро-вание почти всех гексоз, хотя одновременно в клетках имеются и специфические для каждой гексозы ферменты, выполняющие такое же фос-форилирование (см. главу 10).

Абсолютной специфичностью действия называют способность фермента катализировать превращение только единственного субстрата. Любые  изменения (модификации) в структуре  субстрата делают его недоступным  для действия фермента. Примерами  таких ферментов могут служить  аргиназа, расщепляющая в естественных условиях (в организме) аргинин, уреаза, катализирующая распад мочевины, и др.

Имеются экспериментальные  доказательства существования так  называемой стереохимической специфичности, обусловленной существованием оптически  изомерных L- и D-форм или геометрических (цис-и транс-) изомеров химических веществ. Так, известны оксидазы L- и D-аминокислот, хотя в природных белках обнаружены только L-ами-нокислоты. Каждый из видов оксидаз действует только на свой специфический стереоизомер.

Наглядным примером стереохимической специфичности является бактериальная  аспартатдекарбоксилаза, катализирующая отщепление СО2 только от L-аспарагиновой кислоты с превращением ее в L-аланин. Сте-реоспецифичность проявляют ферменты, катализирующие и синтетические реакции. Так, из аммиака и α-кетоглутарата во всех живых организмах синтезируется L-изомер глутаминовой кислоты, входящей в состав природных белков. Если какое-либо соединение существует в форме цис-и транс-изомеров с различным расположением групп атомов вокруг двойной связи, то, как правило, только один из этих геометрических изомеров может служить в качестве субстрата для действия фермента. Например, фумараза катализирует превращение только фумаровой кислоты (трансизомер), но не действует на малеиновую кислоту (цис-изомер):

Таким образом, благодаря  высокой специфичности действия ферменты обеспечивают протекание с  большой скоростью лишь определенных химических реакций из огромного  разнообразия возможных превращений  в микропространстве клеток и целостном организме, регулируя тем самым интенсивность обмена веществ.

6. Химическая природа и действие на организм гормонов щитовидной железы.

Химическая природа гормонов фолликулярной части щитовидной железы выяснена в деталях сравнительно давно. Считается установленным, что  все йодсодержащие гормоны, отличающиеся друг от друга содержанием йода, являются производными L-тиронина, который синтезируется в организме из аминокислоты L-тирозина.

Из L-тиронина легко синтезируется гормон щитовидной железы тироксин, содержащий в 4 положениях кольцевой структуры йод. Следует отметить, что гормональной активностью наделены 3,5,3'-трийодтиронин и 3,3'-дийодтиронин, также открытые в щитовидной железе. Биосинтез гормонов щитовидной железы регулируется тиротропином – гормоном гипоталамуса.

В настоящее время еще  полностью не изучены ферментные системы, катализирующие промежуточные  стадии синтеза этих гормонов, и  природа фермента, участвующего в  превращении йодидов в свободный  йод (2IДI2), необходимый для йодирования 115 остатков тирозина в молекуле тиреоглобулина. Последовательность реакций, связанных с синтезом гормонов щитовидной железы, была расшифрована при помощи радиоактивного йода [131I]. Было показано, что введенный меченый йод прежде всего обнаруживается в молекуле монойодтирозина, затем - дийодтирозина и только потом – тироксина. Эти данные позволяли предположить, что монойод- и дийодтирозины являются предшественниками тироксина. Однако известно также, что включение йода осуществляется не на уровне свободного тироксина, а на уровне полипептидной цепи тиреоглобулина в процессе его постсинтетической модификации в фолликулярных клетках. Дальнейший гидролиз тиреоглобулина под действием протеиназ и пептидаз приводит к образованию как свободных аминокислот, так и к освобождению йодтиронинов, в частности тироксина, последующее депонирование которого способствует образованию трийодтиронина. Эта точка зрения кажется более правдоподобной с учетом универсальности постсинтетической химической модификации при биосинтезе биологически активных веществ в организме.

Катаболизм гормонов щитовидной железы протекает по двум направлениям: распад гормонов с освобождением  йода (в виде йодидов) и дезами-нирование (отщепление аминогруппы) боковой цепи гормонов. Продукты обмена или неизмененные гормоны экскретируются почками или кишечником. Возможно, что некоторая часть неизмененного тироксина, поступая через печень и желчь в кишечник, вновь всасывается, пополняя резервы гормонов в организме.

Действие  гормонов щитовидной железы

Трийодтиронин и тироксин обладают примерно одинаковым действием, но активность ТЗ почти в пять раз выше, чем Т4. Эффекты тироксина развиваются через более длительный латентный период; он может превращаться в организме в трийодтиронин путем дейодирования. В связи с этим предполагают, что тироксин может являться прогормоном.

Гормоны щитовидной железы имеют широкий спектр действия. Их основные эффекты состоят во влиянии  на различные обменные процессы, рост и развитие, они участвуют также  в адаптивных реакциях.

Наиболее выражено влияние  тироксина и трийодтиронина на энергетический обмен. В отсутствии гормонов щитовидной железы скорость обменных процессов снижается; при их избытке основной обмен в покое может повышаться почти вдвое по сравнению с нормой. Калоригенный эффект проявляется на всех клетках растущего организма, но особенно на клетках нервной системы.

Гормоны действуют путем  индукции ферментов и активации  митохондриальных ферментов, что увеличивает синтез белка и окислительный распад жиров и углеводов. Таким образом, гормоны щитовидной железы действуют на разные стороны обмена веществ. У различных животных четко доказана их роль в регуляции минерального обмена. Тироксин способствует сохранению градиента электролитов между вне- и внутриклеточной средой. Показана роль гормонов щитовидной железе в обмене кальция и магния.

Действие трийодтиронина и тироксина состоит также в повышении чувствительности тканей к катехоламинам; они усиливают гликогенолитическое гипергликемическое действие катехоламинов. На ряд процессов гормоны щитовидной железы оказывают сенсибилизирующее или пермиссивное действие. Трийодтиронин и тироксин участвуют в регуляции выделения глюкокортикоидов надпочечниками, гормона роста аденогипофизом.

Тироксин стимулирует  общий рост тела, поэтому его недостаток может привести к карликовости. Роль гормонов щитовидной железы наиболее четко прослеживается у молодых  животных. Недостаток этих гормонов сопровождается нарушением состояния нервной системы, задержкой роста и развития. При  гипотиреозе в молодом возрасте нарушается умственное развитие; при  недостатке гормонов в эмбриональный  период наблюдается тяжелая умственная отсталость.

Тиреоидэктомия сопровождается задержкой развития половых желез, что свидетельствует о необходимости гормонов щитовидной железы для нормальной половой функции. Они имеют большое значение при сезонных адаптациях у различных животных. При осуществлении приспособительных изменений в организме гормоны щитовидной железы действуют совместно с другими гормонами, прежде всего глюкокортикоидами.

7. Водный и минеральный обмен.

Все химические и физико-химические процессы, протекающие в организме, осуществляются в водной среде. Вода выполняет в организме следующие  важнейшие функции: 1) служит растворителем  продуктов питания и обмена; 2) переносит растворенные в ней  вещества; 3) ослабляет трение между  соприкасающимися поверхностями в  теле человека; 4) участвует в регуляции  температуры тела за счет большой  теплопроводности, большой теплоты  испарения.

Вода и минеральные  вещества не являются источником энергии  для организма. Они входят в состав клеток и жидких сред организма, обеспечивая  физико-химическое постоянство внутренней среды и процессы жизнедеятельности. Вода и минеральные вещества постоянно  выводятся с потом, мочой, выдыхаемым воздухом. Пополнение их запасов происходит за счет приема пищи и воды, в которых, как правило, содержится достаточное  количество минеральных веществ.

Обеспечение организма человека водой - необходимое условие его  существования. Без пищи человек  может обойтись в течение значительно  более длительного времени, чем  без воды. Она нужна для нормального  течения всех процессов жизнедеятельности: пищеварения, всасывания переварившихся нутриентов, биосинтеза и расщепления веществ во внутренней среде организма, удаления шлаков, кровообращения и многих других процессов.

Вода у взрослого человека составляет 60% веса тела, то есть достигает 40 - 45 л., а у новорожденного - 75%1.

Она является средой, в которой  осуществляются процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях. Непрерывное поступление воды в организм является одним из основных условий поддержания жизнедеятельности. Баланс воды складывается из ее потребления и выделения.

Вода поступает в организм через пищеварительный тракт  в виде жидкости или воды, содержащейся в плотных пищевых продуктах. Некоторая часть воды образуется в самом организме в процессе обмена веществ.

Для поддержания водного  баланса организма человека необходимо ежедневно потреблять 2,5 - 3,0 л воды. Такое количество воды в нормальных условиях жизнедеятельности человек  теряет ежедневно. Вода входит в состав всех органов и тканей. Наибольшее количество воды имеется в плазме крови (92%) и в сером веществе мозга (86%). Далее идут почки (83%), мышцы и  печень (около 70%). Меньше всего воды в костях (22%) и в жировой ткани (30%). Роль воды в обмене веществ и  в жизнедеятельности зависит  от того, в какой форме она находится  в организме. Свободная вода жидких тканей и внутриклеточного содержимого  является прекрасным растворителем. Процессы жизнедеятельности в человеческом организме немыслимы без коллоидных растворов, содержащих связанную воду1.

Вода входит в состав молекул  белков, жиров и углеводов. Это  конституционная вода. Она освобождается  при окислении. На 100 г окисленного  белка выделяется 41 см3 воды. При  окислении такого же количества жиров  выделяется 107 см3, а при окислении  крахмала - 55 см3 воды.

Вода выделяется преимущественно  с мочой, потом и выдыхаемым воздухом. Часть воды удаляется через желудочно-кишечный тракт. С мочой выводится около 1,5 л воды в сутки, с. потом - 500 - 600 см3, с выдыхаемым воздухом - 350 - 400 см3. При высокой температуре воздуха потоотделение резко увеличивается. Так, при работе в горячих цехах с потом выводится до 6 - 8 л воды в сутки. Такие потери компенсируются обильным питьем. Предотвращение избыточных потерь воды при тяжелой физической работе в условиях повышенной температуры достигается приемом 20 - 30 г поваренной соли. Это приводит к уменьшению потерь воды с потом.

При избытке в организме  воды наблюдается общая гипергидратация (водное отравление), при недостатке воды нарушается метаболизм. Потеря 10% воды приводит к состоянию дегидратации (обезвоживание), при потере 20% воды наступает смерть1. При недостатке воды в организме возникает перемещение жидкости из клеток в межклеточное пространство, а затем в сосудистое русло. Потеря воды клетками изменяет их осмотические свойства.

Химически чистой воды в  организме нет. В ней растворены многие вещества: белки, сахара, соответствующие  витамины и минеральные вещества. Наибольшее влияние на обмен воды оказывают минеральные вещества. Их концентрация и соотношение определяют осмотическое давление, распределение  воды между тканями и жидкостями организма. От этого зависит физико-химическое состояние коллоидов, в первую очередь  белков, особенно ферментов, а следовательно, их функциональная активность. В поддержании постоянства всех параметров водно-солевого равновесия во внутренней среде участвует множество физиологических механизмов - нейрогуморальная, пищеварительная, выделительная и другие системы. С их деятельностью связано ощущение жажды, которое сигнализирует в центральную нервную систему о недостатке воды в организме.

Различают истинную и ложную жажду. Истинная жажда обусловлена  уменьшением содержания воды в крови, ее сгущением. Через рецепторы кровеносных  сосудов сигнал передается в центр  жажды, расположенный в гипоталамусе, возбуждение которого вызывает ощущение жажды.

Ложная жажда обусловлена  подсыханием слизистой полости рта, возникающей во время чтения, докладов, лекций; при высокой внешней температуре; возбуждении симпатического отдела вегетативной нервной системы; нервном напряжении; стрессовых ситуациях. При этом состоянии нет надобности во введении жидкости в организм.