Лекции по "Биохимия"

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Октября 2015 в 14:23, курс лекций

Описание работы

Карбоновые кислоты, класс органических соединений, содержащих карбоксильную группу (карбоксил) . В зависимости от природы радикала, связанного с группой — COOH, Карбоновые кислоты могут принадлежать к алифатическому (жирному), алициклическому, ароматическому или гетероциклическому ряду. По числу карбоксильных групп в молекуле различают одно-, двух- и многоосновные (соответственно моно-, ди- и поликарбоновые) кислоты.

Файлы: 1 файл

biohimiya.doc

— 1.55 Мб (Скачать файл)

17. Коферменты на основе нуклеотидов: строение, функции.Коферменты (синоним коэнзимы) — органические соединения небелковой природы, необходимые для осуществления каталитического действия многих ферментов. Соединяясь с белковой частью молекулы фермента — апоферментом, К. образуют каталитически активный комплекс — холофермент. Прочно связанные с белками К. называются простетическими группами. Многие К. легко отделяются от ферментного белка и служат переносчиками электронов, отдельных атомов или групп атомов субстрата, превращение которого катализирует данный фермент, т.е. функционируют в качестве промежуточных акцепторов. К. могут участвовать в активировании молекул субстратов, образуя с ними реакционно-способные соединения, которые затем подвергаются ферментативному превращению. Некоторые метаболиты, выступающие в ферментативных реакциях как обычные субстраты, в определенных условиях могут выполнять роль К. Многие К. являются производнымивитаминов, поэтому нарушение обмена веществ при витаминной недостаточности опосредовано через понижение активности определенных ферментов. Коферменты, как правило, термостабильны, разнообразны по химическому строению и механизму действия. Наиболее распространенную группу составляют соединения нуклеотидной природы, а также К., содержащие остатки фосфорной кислоты. Адениловые нуклеотиды наряду с их ключевой ролью в обмене энергии в качестве К. участвуют в реакциях переноса и активации орто- и пирофосфатных остатков, аминоацильных групп, остатков неорганических кислот. В группу адениловых нуклеотидов входят аденозинфосфорные кислоты — нуклеотиды, содержащие аденин, рибозу и остатки фосфорной кислоты (АДФ и АМФ). В подобных реакциях могут участвовать в качестве К. также производные инозин-5'-фосфорной и гуанозин-5'-фосфорной кислот. Гуаниловые рибонуклеотиды выполняют роль К. в реакциях переноса сукцинильной группы, при биосинтезе рибонуклеопротеинов в микросомах, биосинтезе адениловой кислоты из инозиновой кислоты и др. Цитидиловые рибонуклеотиды играют роль К. при биосинтезе фосфолипидов, участвуя в переносе остатков, образующих полярные «головки» молекул фосфолипидов. Уридиловые рибонуклеотиды участвуют в качестве К. в процессах трансгликозилирования (переноса остатков простых сахаров и их производных) при биосинтезе ди- и полисахаридов, гликозаминогликанов и реакциях взаимопревращения сахаров.

18-2) ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ .При истощении гликогена и глюкозы в тканях для обеспечения жизнеспособности организма глюкоза образуется из неуглеводных предшественников. Такой процесс называется глюконеогенезом. Важную роль он играет при интенсивной физической  работе. Аминокислоты, из которых образуются глюкозы, называются глюкогенными. К ним относятся аминокислоты,способные превращаться в пируват-глицин,аланин,серин,цистеин.Главным местом глюконеогенеза считается печень,несколько в меньшей степени этот процесс наблюдается в почках,мозге и мышцах. Ферменты глюконеогенеза в основном локализованы в цитоплазме,кроме пируваткарбоксилазы(митохондриях) и глюкоза-6-фосфатазы. Процесс глюконеогенеза сложный и представляет собой  обращение реакций гликолиза за исключением трех этапов. Центральным звеном глюконеогенеза является пируват,который образуется в основном в процессе гликолиза .1 этап :1) Из цитозоля пируват переходит в митохондрии , где он карбоксилируется под действием биотинсодержащего фермента-пируваткарбоксилазой и превращается в оксалоацетат.Действие пируваткарбоксилазы стимулируется ацетил-СоА, без которого она неактивна. 2) Оксалоацетат восстанавливается NADH  в малат при участии митохондриальной малатдегидрогеназы.3)Малат с помощью специальной транспортной системы выводится из митохондрий,поступает в цитозоль и вновь превращается в оксалоацетат. Рекция катализируется цитоплазматической малатдегидрогеназой.2этап:4)В цитозоле клеток печени крыс и в митохондриях и в цитозоле некоторых других видов животных содержится магний зависимая фосфоенолпируваткарбоксилаза,которая катализирует декарбоксилирование оксалоацетата и превращение его в фосфоенолпируват.донором фосфатной группы служит GTP. В итоговой реакции превращения пирувата в фосфоенолпируват требует затрат энергии,источником которой является 2 высокоэнергетических соединения – ATP и GTP и реакция необратима. Это первое из трех отличий глюконеогенеза от обращенных реакций гликолза. Затем фосфоенолпируват превращается в 2-фосфоглицерат и далее последовательность реакций глюконеогенеза как бы ведущих «вверх» совпадает с реакциями гликолиза идущими «вниз».второе отличие глюконеогенеза –превращение фруктозо 1,6-дифосфата в фруктозо-6-фосфат.5)необратимый гидролиз его фосфатной группы у атома Cl катализируется фруктозодифосфатазой с участием магния.Третье отличие глюконеогенеза от реакций гликолиза состоит в фосфорилировании глюкозо-6-фосфата с освобождением свободной глюкозы. Далее с превращениями фосфоенолпирувата в 2-фосфоглицерат последов-ть реакций глюко-за до образов-я свободной глюкозы совпадает с вниз идущими реакциями гликолиза.Итоговая реакция глюкон-за : 2Пируват+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H20->глюкоза +2NAD+4ADP+2GTP+6Pi . свободная глюкоза поступает в кровь, используется для синтеза гликогена или окисляется обычным путем .

19-2) Цикл трикарбоновых кислот впервые был открыт английским биохимиком Г. Кребсом. цикл Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот.Образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата в митохондриях ацетил-КоА вступает в цикл Кребса. Данный цикл происходит в матриксе митохондрий и состоит из восьми последовательных реакций .

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса).Первая реакция катализируется ферментом цит-рат-синтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимонная кислота.В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту (изоцитрат). Катализирует эти обратимые реакции гидратации–дегидратации фермент аконитатгидратаза (аконитаза). В результате происходит взаимоперемещение Н и ОН в молекуле цитратаТретья реакция, по-видимому, лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-зависимой изо-цитратдегидрогеназы.В ходе изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременно декарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активатора необходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается в ионах Mg2+или Мn2+.Во время четвертой реакции происходит окислительное декарбокси-лирование α-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения сукцинил-КоА. Механизм этой реакции сходен с таковым реакции окислительного декарбоксилирования пирувата до ацетил-КоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс напоминает по своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс. Как в одном, так и в другом случае в реакции принимают участие 5 коферментов: ТПФ, амид липоевой кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД+.Пятая реакция катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтета-зой. В ходе этой реакции сукцинил-КоА при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту (сукцинат). Одновременно происходит образование высокоэргической фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА.В результате шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно (ковалентно) связан кофермент ФАД. В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней ми-тохондриальной мембраной.Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы (фумаразы). Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакции является яблочная кислота (малат). Следует отметить, что фумаратгидратаза обладает стереоспецифичностью (см. главу 4) – в ходе реакции образуется L-яблочная кислота.Наконец, в ходе восьмой реакции цикла трикарбоновых кислот под влиянием митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление L-малата в оксалоацетат.Итак, при окислении одной молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и системе окислительного фосфорилирования может образоваться 12 молекул АТФ.

20-2)Процесс окисления жирных кислот .свободные жирные кислоты, полученные после гидролиза триглицеридов и поступившие из крови  после освобождения от альбумина концентрируются в цитозоле.Ферменты окисления жирных кислот сосредоточены в митохондриях. Окислению подвергаются несвободные  жирные кислоты, а их активированные формы-ацилкоферменты А.1)активирование жирной кислоты осуществляется в наружной митохондриальной мембране при участии ATP и кофермента А по действием фермента ацил-СоА синтетазы,локализованной на наружной мембране митохондрий. Для реакции необходимы ионы магния и калия. Образование ацил-СоА происходит в 2 стадии. В первой стадии жирная кислота взаимодействует с ATP,реакция катализируется ацил-СоА-синтетазой. ATP гидролизуется на AMP и пирофосфат и как промежуточный продукт образуется аденилат жирной кислоты,связанный с форментом. Во второй стадии ,при участии того же фермента аденилат жирной кислоты реагирует с СоА –SH,появляется производное жирной кислоты – ацил-СоА и выделяется AMP.  Между остатком жирной кислоты и кофермента А за счет его –SH-группы устанавливается тиоэфирная связь,богатая энергией. 2) Пирофосфат гидролизуется неорганической  пирофосфатазой и при этом освобждается большое количество энергии,которое способствует ферменту сдвигать реакцию вправо ,т.е.,стимулируется образование СоА. Каждая жирная кислота активируется своим специфическим ферментом.итоговая реакция синтеза ацил-СоА под действием ацил СоА-синтетазы:

 Ацил СоА является  субтратом как для окисления  с выделением так и для анаболических  реакций с образованием липидов.ни  свободные жирные кислоты ни  их активные формы не способны переходить из цитозоля через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс, который является единственным местом окисления жирных кислот. Для их перехода необходим специальный транспортный механизм,в котором главная роль принадлежит карнитину.

21-2)гликолиз.-это универсальный процесс распада углеводов для большинства аэробных и анаэробных биологических систем.У аэробных организмов – гликолиз предществует циклу лимонной кислоты,глюкоза в ходе последовательных реакций превращается в две молекулы пирувата. Так глюкоза переводится в стандартный набор химических веществ для эффективного извлечения из них энергии. Конечным продуктом анаэробного гликолиза является лактат ,при этом одна моле кула глюкозы превращается в две молекулы лактата. В процессе гликолиза высвобождается свободная энергия,которая аккумулируется в молекулах ATP. Гликолиз происходит в цитозоле клетки,он дает немного энергии.Реакции гликолиза можно разделить на 2 стадии. В первой стадии  глюкоза путем фосфорилирования за счет фосфата ATP подготавливается для окисления и распадается на две молекулы глицеральдегид -3-фосфата. Во второй стадии начинается окисление глицеральдегид-3-фосфата,высвобождение свободной энергии и запасание ее в молекулах ATP. В этой стадии в зависимости от типа окисления  конечным продуктом аэробного гликолиза образуется пируват,анаэробного гликолиза –лактат.реакции:1)фосфорилирование глюкозы. Реакция гликолиза начинается с фосфорилирования глюкозы за счет фосфата в 6-положении с образованием глюкозо-6-фосфата. Реакция протекает необратимо, катализируется гексокиназой,а другой фермент,катализирующий эту же реакцию,глюкокиназа,вступает в действие при избытке гексозы.; 2)Превращение глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат. Эта реакция катализируется ферментов фосфоглюкоизомеразой, в присутствии ионов магния. В результате теакции происходит изомеризация альдозы (глюкозо-6-фосфата) в кетозу.; 3)Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата с образованием фруктозо-1,6дифосфата. Это пусковая реакция гликолиза. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется за счет фосфата ATP с образованием фруктозо-1,6-дифосфата. Реакция в мышцах катализируется ферментом фосфокиназой при наличии магния. Реакция необратима.;4)Расщепление фруктозо-1,6-дифосфата дигироксиацетонфосфат и глицеральдегид-з-фосфат,имеющие в молекулах по 3 атома водорода. Расщепление ковалентной связи между С3 и С4 в фруктозо-1,6 дифосфате осуществляет ферментом альдолазой. Реакция обратима, хотя она сопровождается положительной стандартной свободной энергией,  возможно образование фруктозо-1,6 –дифосфата из двух приведенных фосфотриоз.;5)В дальнейшем центральным субстратом в гликолизе считается глицеральдегид-3-фосфат.Глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат родственны по структуре, под действием фермента триозофосфатизомеразы могут взаимопревращаться. Таким образом из одной молекулы фруктозо-1,6-дифосфата образуются две молекулы глицеральдегид-3-фосфата.;6) Окисление глицеральдегид -3-фосфата. С этой стадии гликолиза начинается запасание свободной энергии ,содержащейся затем высвобождающейся в процессе окисления из глюкозы,в молекулах ATP. Окисление глицеральдегид- 3-фосфата происходит сложным путем с участием NAD+,неорганического фосфата, реакция катализируется глицеральдегид -3-фосфат-дегидрогеназой. При этом образуется 1,3-дифосфоглицерат,в молекуле которого, в фосфатной группе аккумулируется высвобождающаяся свободная энергия.;7)образование ATP из ADP И 1,3-дифосфоглицерата. Фосфат с высокоэнергетической связью с 1,3-дифосфоглицерата переносится на ADP и образуется ATP, где аккумулируется высвобождающаяся свободная энергия окисления. Такой процесс образования ATP называется субстратным фосфорилированием. Реакция проходит под действием фермента фосфоглицераткиназы выделяется 3-фосфоглицерат. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата, в ходе реакций возникают 2 молекулы ATP и 2 молекулы NADH. 8)Превращение 3-флсфоглицерата в 2-фосфоглицерат. Эта реакция представляет собой внутримолекулярную перестройку,катализируемую фосфоглицеромутазой. Под ее действием фосфат с 3-положения молекулы перемещается во 2-положение и 3-фосфоглицерат переходит в 2-фосфоглицерат. Присутствие ионов магния обязательно,реакция обратима.;9)Дегидратация 2-фосфоглицерата в фосфоенолпируват. Это вторая реакция гликолиза в результате которой образуется высокоэнергетическое фосфорилированное соединение.2-Фосфоглицерат под действием фермента енолазы подвергается дегидратации,выделяется молекула воды и образуется фосфоенолпируват.в результате такой внутримолекулярной перестройки появляется высокоэнергетическая фосфатная связь. Енолаза активна в присутствии ионов магния или марганца.10 ) образование пирувата и ATP. Последний стадией гликолиза является пренос фосфатной группы с высокоэнергетической связью с молекулы  фосфоенолпирувата на ADP. Образуются пируват и ATP,в котором аккумулируется энергия. Процесс происходит по действием фермента пируваткиназы в присутствии ионов магния или калия практически необратима.

22.Анаэробный  распад углеводов.Это окислительно-восстановительная реакция, в ходи которой образуются две молекулы 1,3-дифосфоглицериновой кислоты и запасается энергия в фосфатных связях двух молекуд пифосфоглицериновой кислоты (которая в связи с этим является макроэргическим веществом). На следующем этапе две молекулы 1,3-дифосфоглицериновой кислоты превращаются в две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты и освобождают энергию пвух фосфатных связей. Освободившаяся энергия идет на синтез двух молекул АТФ путем субстратного фосфорилирования. Существенным моментом реакции также является высвобождение четырех атомов водорода, которые участвуют в окислительно-восстановительной реакции на последнем этапе при восстановлении пировиноградной кислоты в молочную. З-Фосфоглицериновая кислота через ряд стадий, в ходе которых образуются еще две молекулы АТФ, превращается в пировиноградную кислоту, а последняя при участии фермента лактатде-гидрогеназы и четырех атомов водорода, выделившихся при окислении 1,3-дифосфоглицериновой кислоты, переходит в молочную кислоту. На этом заканчивается анаэробный распад углеводов в организме человека.

23. Дыхательная цепь. Принципы организации.Дыхательная цепь. Дыхательная цепь является частью процесса окислительного фосфорилирования. Компоненты дыхательной цепи катализируют перенос электронов от НАДН + Н+ или восстановленного убихинона (QH2) на молекулярный кислород. Из-за большой разности окислительно-восстановительных потенциалов донора (НАДН + Н+ и, соответственно, QH2) и акцептора (О2) реакция являетсявысокоэкзергонической. Компоненты дыхательной цепи. Дыхательная цепь включает три белковых комплекса (комплексы I, III и IV), встроенных во внутреннюю митохондриальную мембрану, и две подвижные молекулы-переносчики — убихинон (кофермент Q) и цитохром с. Сукцинатдегидрогеназа, принадлежащая собственно к цитратному циклу, также может рассматриваться как комплекс II дыхательной цепи. АТФ-синтаза (см. с. 144) иногда называется комплексом V, хотя она не принимает участия в переносе электронов. Комплексы дыхательной цепи построены из множества полипептидов и содержат ряд различных окислительно-восстановительных коферментов, связанных с белками. К ним принадлежат флавин [ФМН (FMN) или ФАД (FAD), в комплексах I и II], железо-серные центры (в I, II и III) и группы гема (в II, III и IV). Организация дыхательной цепи. Перенос протонов комплексами I, III и IV протекает векторно из матрикса в межмембранное пространство. При переносе электронов в дыхательной цепи повышается концентрация ионов H+, т. е. понижается значение рН. В интактных митохондриях по существу только АТФ-синтаза позволяет осуществить обратное движение протонов в матрикс. На этом основано важное в регуляторном отношении сопряжение электронного переноса с образованием АТФ.

24. Классификация коферментов. Примеры

Многие ферменты оказывают каталитическое действие на субстраты только в присутствии специфического термостабильного  низкомолекулярного органического соединения – кофермента. В таких случаях холофермент (каталитически активный комплекс) состоит из апофермента (белковая часть) и связанного с ним кофермента.Классификация ферментов (построена по типу химических реакций):

1.класс – оксидоредуктазы: катализируют окислительно-восстановительные процессы -

(дегидрогеназы, оксидазы, цитохромы).

2.класс – трансферазы: катализируют реакции переноса  химических групп, название берут  от

группы, которую переносят (метилтрансферазы, сульфотрансферазы, аминотрансферазы,

фосфотрансферазы, ацилтрансферазы).

3.класс – гидролазы: катализируют  реакции гидролиза, т.е. расщепление  субстрата с участи-

ем воды (пептидазы, эстеразы, фосфатазы, гликозидазы).

4.класс – лиазы: катализируют  реакции расщепления ковалентных связей между атомами C,

O, N, S негидролитическим путем (декарбоксилазы, альдолазы, дегидратазы).

5.класс – изомеразы: катализируют  реакции изомеризации (эпимеразы, рацемазы, изомера-

зы).

6.класс – лигазы: (синтетазы) катализируют реакции синтеза  молекул за счет энергии АТФ

(АТФ-синтаза, пируваткарбоксилаза).

Классы ферментов

 

Примеры ферментов

1. Оксидоредуктазы

 

Дегидрогеназа, оксидаза.

2. Трансферазы

 

Трансаминаза, киназа.

3. Гидролазы

 

Липаза, амилаза, протеаза.

4. Лиазы

 

Декарбоксилаза, фумараза,  альдолаза.

5. Изомеразы

 

Изомераза, мутаза.

6. Лигазы

 

Синтеаза.



25. Функции белковой и небелковой  части сложных ферментов.

Все ферменты это белки с молекулярной массой от 15 000 до нескольких млн Да. По химическому строению различают простые ферменты (состоят только из АК) и сложныеферменты (имеют небелковую часть или простетическую группу). Белковая часть носит название – апофермент, а небелковая, если она связана ковалентно с апоферментом, то называется кофермент, а если связь нековалентная (ионная, водородная) – кофактор. Функции простетической группы следующие: участие в акте катализа, осуществление контакта между ферментом и субстратом, стабилизация молекулы фермента в пространстве. В роли кофактора обычно выступают неорганические вещества  - ионы цинка, меди, калия, магния, кальция, железа, молибдена. Коферменты можно рассматривать как составную часть молекулы фермента. Это органические вещества, среди которых различают: нуклеотиды (АТФ, УМФ, и пр), витамины или их производные (ТДФ – из тиамина (В1), ФМН – из рибофлавина (В2), коэнзим А – из пантотеновой кислоты (В3), НАД и пр) и тетрапиррольные коферменты – гемы. В процессе катализа реакции в контакт с субстратом вступает не вся молекула фермента, а определенный ее участок, который называется активным центром. Эта зона молекулы не состоит из последовательности аминокислот, а формируется при скручивании белковой молекулы в третичную структуру. Отдельные участки аминокислот сближаются между собой, образуя определенную конфигурацию активного центра. Важная особенность строения активного центра - его поверхность комплементарна поверхности субстрата, т.е. остатки АК этой зоны фермента способны вступать в химическое взаимодействие с определенными группами субстрата. Можно представить, что активный центр фермента совпадает со структурой субстрата как ключ и замок.

Информация о работе Лекции по "Биохимия"