БХ

гликозаминогликанами являются гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота, дерматансульфаты, кератансульфаты, гепарин. Протеогликаны являются основой всех видов соединительной ткани.

Основные углеводы человека:

Моносахариды:

Моносахариды представляют собой бесцветные кристаллические вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде, нерастворимые в эфире, имеющие невысокие температуры плавления.

Дисахариды:

Моносахариды соединены гликозидной связью.

-Сахароза – пищевой сахар, в которой остатки α-глюкозы и β-фруктозы связаны α1,2-гликозид- ной связью

-Мальтоза – промежуточный продукт гидролиза крахмала и гликогена, в ней два остатка α- глюкозы связаны α1,4-гликозидной связью

-Лактоза – молочный сахар, остаток β-галак- тозы связан с α- или β-глюкозой β1,4-гликозидной связью.

11

Гомополисахариды

-Крахмал – гомополимер α-D-глюкозы. Находится в злаках, бобовых, картофеле и некоторых других овощах. Двумя основными компонентами крахмала являются амилоза (15-20%) и амилопектин

(80-85%).

-Гликоген - резервный гомополисахарид высших животных и человека, построенный из остатков α–D-глюкозы. Гликоген содержится практически во всех органах и тканях человека и животных; наибольшее его количество находится в печени и мышцах. Остатки глюкозы связаны α-1,4-гликозид- ными и α-1,6-гликозидными связями (в точках ветвления).

-Клетчатка – структурный гомополисахарид растений, построенный из остатков β–глюкозы, связанных β-1,4-гликозидными связями. Клетчатка не переваривается в ЖКТ человека из-за отсутствия ферментов β-глюкозидаз.

Гетерополисахариды

Большинство гетерополисахаридов характеризуется наличием повторяющихся дисахаридных остатков. Эти дисахариды включают в себя уроновую кислоту и аминосахар. Дублируясь, они образуют олиго- и полисахаридные цепи – гликаны. В биохимии используются синонимы – кислые гетерополисахариды (так как имеют много кислотных групп), гликозаминогликаны (производные глюкозы, содержат аминогруппы).

Гликозаминогликаны входят в состав протеогликанов (мукополисахаридов) – сложных белков, функцией которых является заполнение межклеточного пространства и удержание здесь воды, что обеспечивает тургор тканей и эластичность хрящей, также они выступают как смазочный и структурный компонент суставов, хрящей, кожи. В частности, гиалуроновая кислота находится в стекловидном теле глаза, в синовиальной жидкости, в межклеточном пространстве

Основными представителями гетерополисахаридов (гликозаминогликанов) являются гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансульфаты, гепарин.

6. Липопротеины тканей человека. Классификация липидов. Основные представители: триацилглицерины, фосфолипиды, гликолипиды, холестериды. Их структура и функции. Незаменимые жирные кислоты и их производные. Состав, строение и функции липопротеинов крови.

Представители:

1. Триацилглицеролы (ТАГ, триглицериды, триацилглицерины, нейтральные жиры) Являются наиболее распространенными липидами в организме человека. В среднем их доля составляет 16-23% от массы тела взрослого.

Функции триацилглицеролов:

•резервно-энергетическая – у среднего человека запасов подкожного жира хватает на поддержание жизнедеятельности в течение 40 дней полного голодания,

•в составе подкожной и брыжеечной жировой ткани механическая защита тела и внутренних органов.

•теплосберегающая – за счет толщины подкожного жира.

Всостав ТАГ входит трехатомный спирт глицерол и три жирные кислоты - преобладают насыщенные (пальмитиновая, стеариновая) и мононенасыщенные

(пальмитолеиновая, олеиновая). По строению можно выделить простые и смешанные ТАГ. В простых ТАГ все жирные кислоты одинаковые. В смешанных ТАГ жирные кислоты отличаются.

2. Фосфолипиды

Фосфолипиды (ФЛ, фосфатиды) представляют собой соединение спирта глицерола или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В их состав также входят азотсодержащие соединения холин (витамин B4), этаноламин, серин, циклический шестиатомный спирт инозитол (витамин В8).

Глицерофосфолипиды:

Жирные кислоты, входящие в состав этих фосфолипидов, неравноценны. Ко второму атому углерода присоединена, как правило, полиненасыщенная жирная кислота. При углероде С1 находятся любые кислоты, чаще мононенасыщеннные или насыщенные.

12

Наиболее простым глицерофосфолипидом является фосфатидная кислота (ФК) – промежуточное соединение для синтеза ТАГ и ФЛ.

Фосфатидилсерин (ФС), фосфатидилэтаноламин (ФЭА, кефалин), фосфатидилхолин (ФХ, лецитин) – структурные ФЛ, они вместе с холестерином формируют липидный бислой клеточных мембран, обеспечивают активность мембранных ферментов, вязкость и проницаемость мембран.

Фосфатидилхолин, являясь одним из важнейших компонентов желчи, поддерживает находящийся в ней холестерин в растворенном состоянии и, таким образом, препятствует образованию желчных камней.

Фосфатидилинозитол (ФИ) – играет ведущую роль в кальций-фосфолипидном механизме передачи гормонального сигнала в клетку.

Лизофосфолипиды – продукт гидролиза фосфолипидов фосфолипазой А2, образуются при определенных стимулах, вызывающих в клетке синтез эйкозаноидов (простагландинов, лейкотриенов).

Гораздо более редким является кардиолипин – структурный фосфолипид в мембране митохондрий. Плазмалогены при С1 содержат высший спирт вместо жирной кислоты. Они участвуют в постро-

ении структуры мембран, составляют до 10% фосфолипидов мозга и мышечной ткани.

Сфингофосфолипиды:

Основным представителем у человека являются сфингомиелины – основное их количество расположено в сером и белом веществе головного и спинного мозга, в оболочке аксонов периферической нервной системы, есть в печени, почках, эритроцитах и других тканях. В нервной ткани сфингомиелин участвует в передаче нервного сигнала по аксонам. В качестве жирных кислот выступают насыщенные и мононенасыщенные, которые присоединены к спирту сфингозину.

3. Гликолипиды

Широко представлены в нервной ткани и мозге. Размещаются они в наружном монослое плазматических мембран, при этом олигосахаридные цепи направлены наружу. Роль гликолипидов изучена еще недостаточно: они обладают рецепторной функцией, участвуют в межклеточных взаимодействиях и контактах, являются антигенами клеточной поверхности (группы крови Lewis и AB0).

Строение гликолипидов:

Общей частью всех гликолипидов является церамид – соединение аминоспирта сфингозина с длинноцепочечной жирной кислотой.

В классе гликолипидов выделяют две группы - цереброзиды и ганглиозиды. В составе обеих групп находится церамид и углевод, представленный моноили олигосахаридом или их производными.

4. Холестерол

Функции холестерола:

1.Структурная – входит в состав мембран, повышая их вязкость и жесткость.

2.Связывание полиненасыщенных жирных кислот и их транспорт между органами и тканями в составе липопротеинов низкой и высокой плотности.

3.Является предшественником желчных кислот, стероидных гормонов (кортизола, альдостерона, половых гормонов) и витамина D.

Выведение из организма

Выведение холестерола из организма происходит в основном через кишечник:

•с фекалиями в виде холестерола, поступающего с желчью, и образованных микрофлорой нейтральных стеролов (до 0,5 г/сут),

•в виде желчных кислот (до 0,5 г/сут),

13

•около 0,1 г удаляется в составе слущивающегося эпителия кожи и кожного сала,

•примерно 0,1 г превращается в стероидные гормоны (женские и мужские половые гормоны, глюкокортикоиды, минералокортикоиды) и после их деградации выводится с мочой.

5.Жирные кислоты

Жирными кислотами называются карбоновые кислоты с углеводородной цепью не менее 4 атомов углерода. Они присутствуют в организмах всех видов в виде сложных эфиров (например, с глицерином и холестерином) и служат структурными элементами жиров и мембранных липидов.

По характеру связи атомов углерода в цепочке жирные кислоты делятся на насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные (предельные) содержат только одинарные связи между атомами углерода (пальмитиновая (С16), стеариновая (С18), арахиновая (С20)). Мононенасыщенные (моноеновые) содержат двойную или, что бывает редко, тройную связь (пальмитоолеиновая (С16:1, Δ9), олеиновая (С18:1, Δ9)). Полиненасыщенные (полиеновые) жирные кислоты имеют две и более двойные или тройные связи. Двойные связи в природных полиненасыщенных жирных кислотах — изолированные (несопряженные). Как правило, связи имеют цис-конфигурацию, что придает таким молекулам дополнительную жесткость.

Жирные кислоты различаются по количеству углеродных атомов в цепи, а также, в случае ненасыщенных кислот, по положению, конфигурации и количеству двойных и тройных связей.

Жирные кислоты можно условно поделить на низшие (до семи атомов углерода), средние (восемь

— двенадцать атомов углерода) и высшие (более двенадцати атомов углерода).

По положению двойной связи относительно последнего атома углерода полиненасыщенные жирные кислоты делят на ω9, ω6 и ω3-жирные кислоты.

А) ω6-жирные кислоты. Эти кислоты объединены под названием витамин F, и содержатся в растительных маслах.

-линолевая (С18:2, Δ9,12)

-γ-линоленовая (С18:3, Δ6,9,12)

-арахидоновая (эйкозотетраеновая, С20:4, Δ5,8,11,14)

Б) ω3-жирные кислоты:

-α-линоленовая (С18:3, Δ9,12,15)

-тимнодоновая (эйкозопентаеновая, С20:5, Δ5,8,11,14,17)

-клупанодоновая (докозопентаеновая, С22:5, Δ7,10,13,16,19)

-цервоновая (докозогексаеновая, С22:6, Δ4,7,10,13,16,19)

*С – это количество атомов углеродов, – это положение двойной связи относительно начала

цепи.

Источники жиров:

Насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот являются твердые жиры – сливочное масло, сыр и другие молочные продукты, свиное сало и говяжий жир.

Полиненасыщенные ω6-жирные кислоты в большом количестве представлены в растительных маслах (кроме оливкового и пальмового) – подсолнечное, конопляное, льняное масло. В небольшом количестве арахидоновая кислота имеется также в свином жире и молокопродуктах.

Наиболее значительным источником ω3-жирных кислот служит жир рыб холодных морей – в первую очередь жир трески. Исключением является α-линоленовая кислота, имеющаяся в конопляном, льняном, кукурузном маслах.

Роль жирных кислот:

1. Именно с жирными кислотами связана самая известная функция липидов – энергетическая. Благодаря окислению насыщенных жирных кислот ткани организма получают более половины всей энергии (β-окисление), только эритроциты и нервные клетки не используют их в этом качестве. Как энергетический субстрат используются, как правило, насыщенные и мононенасыщенные жирные кислоты.

2. Жирные кислоты входят в состав фосфолипидов и триацилглицеролов. Наличие полиненасыщенных жирных кислот определяет биологическую активность фосфолипидов, свойства биологических мембран, взаимодействие фосфолипидов с мембранными белками и их транспортную и рецепторную активность.

3. Для длинноцепочечных (С22, С24) полиненасыщенных жирных кислот установлено участие в механизмах запоминания и поведенческих реакциях.

4. Еще одна, и очень важная функция ненасыщенных жирных кислот, а именно тех, которые содержат 20 углеродных атомов и формируют группу эйкозановых кислот (эйкозотриеновая (С20:3),

14

арахидоновая (С20:4), тимнодоновая (С20:5)), заключается в том, что они являются субстратом для синтеза эйкозаноидов (перейти) – биологически активных веществ, изменяющих количество цАМФ и цГМФ в клетке, модулирующих метаболизм и активность как самой клетки, так и окружающих клеток. Иначе эти вещества называют местные или тканевые гормоны.

Производные жирных кислот:

Производными жирных кислот являются эйкозаноиды. Выделяют три основные группы эйкозаноидов: простагландины, лейкотриены, тромбоксаны.

1)Простагландины (Pg) синтезируются практически во всех клетках, кроме эритроцитов и лимфоцитов. Выделяют типы простагландинов A, B, C, D, E, F. Функции простагландинов сводятся к изменению тонуса гладких мышц бронхов, мочеполовой и сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, при этом направленность изменений различна в зависимости от типа простагландинов, типа клетки и условий. Они также влияют на температуру тела.

Простациклины являются подвидом простагландинов (Pg I), вызывают дилатацию мелких сосудов, но еще обладают особой функцией – ингибируют агрегацию тромбоцитов.

2)Тромбоксаны (Tx)

Образуются в тромбоцитах, стимулируют их агрегацию и вызывают сужение сосудов.

3)Лейкотриены (Lt) синтезируются в лейкоцитах. Выделяют 6 типов лейкотриенов A, B, C, D, E, F. В лейкоцитах они стимулируют подвижность, хемотаксис и миграцию клеток в очаг воспаления, в целом они активируют реакции воспаления. Также вызывают сокращение мускулатуры бронхов

Липопротеины крови:

Липопротеины плазмы крови (или плазменные липопротеины) имеют характерное строение: внутри липопротеидной частицы находятся неполярные липиды (триацилглицерины, этерифицированный холестерин), окруженные оболочкой, в состав которой входят фосфолипиды, свободный холестерин и белки, имеющие гидрофильные группировки (эти белки называются апобелками). На поверхности липопротеинов расположены полярные части фосфолипидов и гликолипидов, неполярные (гидрофобные) хвосты направлены внутрь. Благодаря такому строению липопротеины растворимы в воде и способны транспортировать липиды в кровеносном русле.

Классификация липопротеинов плазмы крови основана на величине их плотности. Плотность зависит от содержания липидов. Чем больше содержание липидов, тем ниже плотность липопротеинов, тем больше скорость, с которой они всплывают вверх при центрифугировании. Различают несколько классов липопротеинов: липопротеины высокой плотности (ЛПВП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП), липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) и хиломикроны (ХМ).

ХМ осуществляют транспорт экзогенных липидов, холестерина и жирорастворимых витаминов из клеток кишечника к тканям. ЛПОНП обеспечивают транспорт синтезированных в печени эндогенных липидов, а ЛПНП – холестерина, синтезированного в печени к тканям. ЛПВП удаляют из тканей избыток холестерина и транспортируют его в печень.

7. Нуклеопротеины. Особенности строения белковой части. История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Структура и функции нуклеиновых кислот. Первичная и вторичная структура ДНК и РНК. Виды РНК. Строение хромосом.

Нуклеопротеины — это комплексные соединения нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) с белками (гистонами или протаминами).

История открытия и изучения НК:

НК были обнаружены были обнаружены в XIX веке щвейцарским врачом Иоганом Фридрихом Мишером. В 1868-69 гг. он выделил из лейкоцитов неизвестное высокомолекулярное вещество, которые было названо нуклеином.

Белок с нуклеиновыми кислотами связывается электростатическими взаимодействиями. В природе обнаружено два типа нуклеопротеинов - дезоксирибонуклеопротеины (ДНП) и рибонуклеопротеины (РНП). Структурной единицей нуклеиновых кислот является мононуклеотид (АМФ, ГМФ, ЦМФ, ТМФ, УМФ). Мононуклеотиды в молекуле нуклеиновых кислот соединены друг с другом 3', 5'– фосфодиэфирной связью

Последовательность мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи определяет первичную структуру нуклеиновой кислоты. Пространственная организация молекулы ДНК представляет собой

15

двойную спираль. В молекуле основания связаны водородными связями: двумя между аденином и тимином и тремя – между гуанином и цитозином.

Первичная структура ДНК — это порядок чередования нуклеотидов в полинуклеотидной цепи, связанных между собой 3',5'- фосфодиэфирной связью. В результате образуются полимеры с фосфатным остатком на 5'-конце и свободной –ОН группой пентозы на 3'-конце. Запись нуклеотидов осуществляют слева направо, так что первый нуклеотид имеет свободный 5'-фосфатный конец, а последний –ОН-группу в 3'-положении рибозы или дезоксирибозы. Иногда полинуклеотидная цепь имеет противоположное направление, в этих случаях направление цепей обязательно указывается от 5'-→3'- или от 3'-→5'-концу.

Вторичная структура ДНК - представлена правозакрученной спиралью, в которой две полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно и удерживаются относительно друг друга за счет взаимодействия между комплементарными, азотистыми основаниями. Цепи молекулы ДНК не идентичны, но комплементарны друг другу (стабилизируются водородными связями): если известна первичная структура одной цепи, то последовательность нуклеотидов другой цепи задается правилом комплементарности оснований: А одной цепи соответствует Т, а С — G в другой цепи. Поэтому в молекуле ДНК количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых нуклеотидов (А = Т), а количество гуаниловых равно количеству цитидиловых нуклеотидов (G = С).

Комплементарные основания обращены внутрь молекулы и лежат в одной плоскости, которая практически перпендикулярна оси спирали. Между основаниями в стопке возникают гидрофобные взаимодействия, обеспечивающие основной вклад в стабилизацию структуры спирали. Рибозофосфатные остатки ограничивают спираль и образуют ее остов. На один виток спирали приходится 10 нуклеотидных пар.

Третичная структура ДНК – это результат дополнительного скручивания в пространстве молекулы ДНК. В результате образуется компактная структура, что обеспечивает экономную упаковку огромной молекулы ДНК. Белок с нуклеиновыми кислотами связывается электростатическими взаимодействиями. ДНК находится в ядре клетки и составляет основу сложного белка хроматина.

РНК в отличие от ДНК имеет одну полинуклеотидную цепь (эта нить изогнута в пространстве, что обусловлено образованием водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями), в качестве пентозы содержит рибозу, а вместо пиримидинового основания тимин – урацил.

Различают 3 вида РНК:

а) м-РНК (информационная или матричная) – копия участка ДНК, содержит информацию о структуре белка; cоставляют 2–4 % всей РНК клетки.

б) р-РНК образует скелет рибосомы, выполняет важную роль при сборке белка на рибосоме в процессе трансляции; cоставляют около 80% всей РНК клетки и входят в состав рибосом. В цитоплазматические рибосомы эукариотов входит четыре типа рРНК с разной константой седиментации S (скоростью оседания в ультрацентрифуге). Комплекс большой и малой субъединиц рибосомы образует компактную частицу 80 S.

в) т-РНК участвует в активации и транспорте аминокислот к рибосоме, локализована в цитоплазме. У т-РНК вторичная структура представлена «клеверным листом», в котором различают комплементарные и некомплементарные участки. На долю тРНК приходится около 15% всей РНК клетки. У человека синтезируется около 20 семейств тРНК. Представители каждого семейства способны связываться только с одной из 20 аминокислот, входящих в состав белков.

Структурная организации РНК

Первичная структура РНК — это порядок чередования нуклеотидов в полинуклеотидной цепи, связанных между собой 3',5'- фосфодиэфирной связью.

Вторичная структура РНК формируется в результате спирализации отдельных участков одноцепочечной РНК. В спирализованных участках, или шпильках, комплементарные пары азотистых оснований А и У, Г и Ц соединены водородными связями. Двуцепочечные фрагменты чередуются с неспирализованными участками молекулы, образующими петли.

Третичная структура РНК образуется за счет дополнительных водородных связей между нуклеотидами, полинуклеотидной цепью и белками, обеспечивает дополнительную компактизацию и стабилизацию пространственной структуры молекулы.

16

Строение хромосомы:

Хромосомы – комплекс белков и ДНК, выполняет функцию хранения и передачи наследственной информации о структуре белков. Хромосома формируется в процессе наматывания ДНК на белки гистоны. Кроме гистонов в составе хромосом содержатся негистоновые белки. Негистоновые белки – в основном это регуляторные полимеры, стимулирующие или ингибирующие транскрипцию. К негистоновым белкам могут относиться и ферменты, принимающие участие в метаболизме нуклеиновых кислот: метилазы РНК и ДНК, ДНКазы, полимеразы, белки хроматина. Протамины отличаются высоким содержанием аргинина (до 85 %), как и гистоны, образуют устойчивые ассоциаты с нуклеиновыми кислотами, выступают как регуляторные и репрессорные белки.

8. Хромопротеины, их классификация. Флавопротеины, их структура и функции. Гемопротеины, структура, представители: гемоглобин, миоглобин, каталаза, пероксидаза, цитохромы. Функции гемопротеинов.

Хромопротеины – это сложные белки, молекула которых состоит из простого белка и связанного с ним окрашенного небелкового компонента. Хромопротеины делятся на две группы флавопротеины (имеют жёлтую окраску) и гемопротеины (имеют красную окраску).

Флавопротеины

В качестве простетической группы содержат флавинадениндинуклеотид (ФАД) или флавинмононуклеотид (ФМН), в состав которых входит витамин В2. Флавопротеинами являются, например, ферменты моноаминооксидазы, сукцинатдегидрогеназа, ацил-КоАдегидрогеназа. Флавопротеины играют важную роль в биоэнергетике клетке.

Они являются небелковой частью ферментов дегидрогеназ и оксидаз, катализирующих окисли- тельно-восстановительные реакции.

Гемопротеины

Делятся на:

•неферментативные (гемоглобин, миоглобин),

•ферменты (цитохромы, каталаза, пероксидаза).

Небелковой частью гемопротеинов является гем – структура, включающая в себя порфириновое кольцо (состоящее из 4 пиррольных колец) и иона Fe2+. Железо связывается с порфириновым кольцом двумя координационными и двумя ковалентными связями.

Цитохромы отличаются аминокислотным составом пептидных цепей и числом цепей и разделяются на типы а, b, с, d. Все они неспособны связывать кислород, кроме цитохрома а3, который содержит ионы меди. Цитохромы находятся в составе дыхательной цепи и в цепи микросомального окисления.

Гем b является также структурной единицей ферментов каталазы и пероксидазы, обезвреживающих пероксиды, и цитохромов – митохондриальных белков, участвующих в переносе электронов от окисляемых веществ в конечном итоге на кислород за счёт своей способности изменять валентность железа

Производные гемоглобина:

Гемоглобин, связанный с кислородом, называется оксигемоглобин (НbО2), а связанный с углекислым газом СО2 – карбгемоглобин (НbСО2). Помимо кислорода и углекислого газа гемоглобин может соединяться с другими веществами, например, с оксидом углерода (II) образуя карбоксигемоглобин (HbCO). При этом молекула оксида углерода (II) связывается с атомом железа в структуре гема, в результате чего гемоглобин теряет способность связывать кислород. При действии окислителей (например, нитрата натрия) образуется метгемоглобин (Hbокислитель).

Типы гемоглобинов:

1)Физиологические типы гемоглобина оразуются в разные периоды онтогенеза:

•HbP – примитивный гемоглобин формируется у эмбриона.

•HbF – фетальный гемоглобин – гемоглобин плода. Замена HbP на HbF происходит к третьему месяцу эбрионального развития. В крови новорожденного содержится около 70% HbF.

•К 4-х месяцам жизни ребенка HbF заменяется на 95% HbА – гемоглобин взрослого человека.

17

2) Паталогические - отличаются друг от друга аминокислотным составом полипептидных цепей либо набором полипептидных цепей. Например, серповидноклеточный гемоглобин (НbS) – в β-цепи глобина в 6-ом положении глутаминовая кислота заменяется на валин, в результате чего гемоглобин хуже связывает кислород. Болезни гемоглобинов называют гемоглобинозами. Их принято делить на

-гемоглобинопатии в основе развития, которых лежит наследственное изменение структуры ка- кой-либо цепи нормального гемоглобина

-талассемии, обусловленные наследственным нарушением синтеза какой-либо нормальной цепи гемоглобина.

Миоглобин в пять раз быстрее связывает кислород, тем самым создает кислородный резерв в мышечной ткани.

9. Ферменты, история открытия и изучения ферментов, особенности ферментативного катализа. Специфичность действия ферментов. Зависимость скорости ферментативных реакций от температуры, рН, концентрации фермента и субстрата. Единицы измерения активности фермента и субстрата. Классификация и номенклатура ферментов.

История открытия и изучения ферментов:

Русский ученый К. С. Кирхгоф (1814) показал, что в вытяжке из проросшего ячменя содержится вещество, которое вызывает превращение крахмала в сахар. Таким образом, Кирхгофом впервые был получен ферментный препарат амилазы (фермент, расщепляющий крахмал) и эту дату мы с полным правом можем считать датой возникновения ферментологии. Изучая процессы брожения, голландский ученый Ван Гельмонт впервые ввел в науку термин "ферменты" (от лат. fermentum - закваска).

Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, образуемые живой клеткой, действующие с высокой активностью и специфичностью.

Классификация ферментов:

Классификация ферментов была принята в 1972 г. комиссией IUPAC. Согласно решению этой комиссии, все ферменты разделены на 6 классов в зависимости от типа катализируемой реакции:

I. Класс ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ – катализируют окислительно-восстановительные реакции

1. Подкласс Дегидрогеназы – оксидоредуктазы, катализирующие дегидрирование субстрата с использованием в качестве акцептора водорода любых молекул кроме кислорода (ФАД, НАД, НАДФ, АК).

название субстрата + дегидрогеназа

2. Подкласс Оксидазы – оксидоредуктазы, катализирующие окисление субстратов с молекулярным кислородом в качестве акцептора электронов без включения кислорода в молекулу субстрата.

название субстрата + оксидаза

3. Подкласс Монооксигеназы (гидроксилазы) – оксидоредуктазы, катализирующие внедрение одного атома кислорода в молекулу субстрата. В качестве донора кислорода используется молекулярный кислород.

название субстрата + монооксигеназа (гидроксилаза)

4. Подкласс Диоксигеназы– оксидоредуктазы, катализирующие внедрение 2 атомов кислорода в молекулу субстрата. В качестве донора кислорода используется молекулярный кислород.

название субстрата + диоксигеназа

II. Класс ТРАНСФЕРАЗЫ - катализируют реакции межмолекулярного переноса различных химических групп и остатков.

название субстрата + название переносимой группы + трансфераза (фосфотрансферазы – киназы)

III. Класс ГИДРОЛАЗЫ – катализируют реакции гидролиза (расщепление субстрата с присоединением воды по месту разрыва связи).

название субстрата + гидролизуемая связь + аза ИЛИ название субстрата + гидролаза

ИЛИ название субстрата + аза

18

IV. Класс ЛИАЗЫ - катализируют негидролитическое расщепление субстрата с образованием кратной связи или цикла и соответственно обратные реакции – присоединение по кратным связям или реакции раскрытия цикла.

название субстрата + лиаза.

ЕСЛИ, в реакции участвует вода (присоединение по двойной связи) – название субстрата + гидратаза (название субстрата + аза).

ЕСЛИ, в реакции выделяется углекислый газ – название субстрата + декарбоксилаза.

V. Класс ИЗОМЕРАЗЫ - ферменты, катализирующие различные реакции изомеризации.

название субстрата + изомераза (эпимераза, рацемаза, мутаза)

VI. Класс ЛИГАЗЫ (синтетазы) - катализируют реакции конденсации, сопряженные с затратой энергии АТФ (ГТФ).

название продукта реакции + синтетаза

ЕСЛИ присоединяется CO2 к субстрату - название субстрата+ карбоксилаза.

Особенности ферментативного катализа:

1.Скорость ферментативной реакции намного выше

2.Высокая специфичность

3.Мягкие условия работы

4.Возможность регулирования скорости реакции

Свойства ферментов:

Общие свойства ферментов характеризуют ферменты как катализаторы белковой природы. К общим свойствам ферментов относятся:

Специфичность:

Очень высокая избирательность ферментов по отношению к субстрату. Специфичность фермента объясняется совпадением пространственной конфигурации субстрата и субстратного центра (стерическое и химическое совпадение). За специфичность фермента ответственен как активный центр фермента, так и апофермент. Различают три основных вида специфичности: абсолютную, относительную, стереохимическую.

1)Абсолютная специфичность. Такой специфичностью обладают ферменты, которые действуют только на один субстрат. Например, сахараза гидролизует только сахарозу, лактаза – лактозу, мальтаза

–мальтозу, уреаза – мочевину, аргиназа – аргинин и т.д.

2)Относительная (групповая) специфичность – это способность фермента действовать на группу субстратов с общим типом связи. наличие пептидной связи:

- пепсин катализирует разрыв пептидной связи, образованной аминогруппами ароматических аминокислот,

- тромбин в своих субстратах расщепляет пептидную связь только между аргинином и глицином, - наличие α1,4-гликозидных связей в крахмале и гликогене - их гидролизует α-амилаза слюнной и поджелудочной желез, - наличие ОН-группы: алкогольдегидрогеназа окисляет до альдегидов одно-

атомные спирты (этанол, метанол, пропанол).

3)Стереохимическая специфичность – это способность фермента действовать только на один стереоизомер. Например:

- амилаза слюны и сока поджелудочной железы расщепляет только α-глюкозидные связи в крахмале и не расщепляет β-глюкозидные связи клетчатки;

- В нашем организме превращения подвергаются только L-аминокислоты, т.к. эти превращения осуществляются ферментами L-оксидазами, способными реагировать только с L-формой аминокислот;

- Цис-, транс-изомерия. Фумаратгидратаза может превращать только трансизомер (фумаровую кислоту) в яблочную кислоту.

19

Зависимость ферментов от факторов температуры, рН и концентрации ферментов и субстратов:

1. Влияние температуры

С повышением температуры ускоряется движение молекул, что приводит к повышению вероятности взаимодействия реагирующих веществ. Оптимальной температурой для действия ферментов организма человека является температура 37-38°C. Снижение ферментативной активности наблюдается при низких температурах, но при этом не происходит потери биологических свойств фермента. Повышение температуры сопровождается понижением ферментативной активности, возникающим из-за термической денатурации белковой молекулы.

2. Влияние рН

На ферментативную активность в значительной степени влияет концентрация протонов (величина рН). Ферментативная реакция происходит наиболее активно при определенных значениях рН. Такая величина рН, при которой скорость реакции является максимальному данной ферментативной реакции, называется рН-оптимумом фермента. При изменении рН от оптимальных значений происходит изменение ионизации функциональных групп молекулы белка-фермента. Например, при закислении среды происходит протонизация свободных аминогрупп (-NH3+) лизина и аргинина, а при защелачивании – отщепление протона от кар-

боксильных групп (-СОО-) аспартата и глутамата. Это приводит к изменению конформации фермента

иконформации активного центра, в результате чего нарушается присоединение субстрата, кофакторов

икоферментов к активному центру.

При значительном отклонении от оптимального значения рН может происходить денатурация белковой молекулы с полной потерей ферментативной активности. Наиболее выраженные изменения в конформации фермента и его активном центре наблюдаются в ИЭТ. Кроме того, рН среды может влиять на степень ионизации или пространственную организацию субстрата, что также влияет на сродство к активному центру.

3. Концентрация ферментов

Чем больше фермента, тем выше скорость ферментативной реакции

4. Концентрация субстратов

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата выражается гиперболической кривой. При низких концентрациях субстрата скорость реакции пропорциональна концентрации субстрата. По мере увеличения концентрации субстрата активные центры молекул фермента взаимодействует с молекулами субстрата до полного насыщения активных центров всех молекул фермента. Когда активные центры всех молекул фермента связаны с субстратами, скорость ферментативной реакции максимальна. Дальнейшее увеличение концентрации субстрата не приводит к увеличению скорости реакции.

Л. Михаэлис и М. Ментен предложили, используя график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата, определять константу Михаэлиса

(Km). Константа Михаэлиса — это такое количество субстрата [S], при котором скорость ферментативной реакции равна половине от максимальной:

20