8. Неорганические ионы. Активаторы ферментов. Простетические группы. Коферменты. Над. Надф.
Полагают, что эти ионы заставляют молекулы фермента или субстрата принять форму, способствующую образованию фермент-субстратного комплекса. Тем самым увеличиваются шансы на то, что фермент и субстрат действительно прореагируют друг с другом, а следовательно, возрастает и скорость реакции, катализируемой данным ферментом. Так, например, активность амилазы слюны повышается в присутствии хлорид-ионов.
Простетические группы
Если кофактор прочно связан с ферментом и остается в этом связанном состоянии постоянно, то его называют простетической группой (от греч. prosthekf — добавление). Роль простети-ческих групп играют органические молекулы. Они помогают ферменту осуществлять его каталитическую функцию, как это видно на примере флавинадениндинуклеотида (ФАД). ФАД содержит рибофлавин (витамин В2), который является водород-акцепторной частью его молекулы.
Функция ФАД связана с окислительными путями клетки, в частности с процессом дыхания, в котором ФАД играет роль одного из переносчиков в дыхательной цепи.
Конечный результат: 2Н переносятся от А к В. В качестве связующего звена между А и В действует один фермент. АНг и В вступают в соединение с активным центром фермента, и ФАД передает Нг от одного субстрата к другому.
Гем
Гем — это железосодержащая простетическая группа. Его молекула имеет форму плоского кольца (порфириновое кольцо, такое же, как у хлорофилла), в центре которого находится атом железа. Гем выполняет в организме ряд биологически важных функций.
Перенос электронов. В качестве простетиче-ской группы цитохромов) гем выступает как переносчик электронов. Присоединяя электроны, железо восстанавливается до Fe(II), а отдавая их, окисляется до Fe(III). Гем, следовательно, принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях за счет обратимых изменений валентности железа.
Перенос кислорода. Гемоглобин и миоглобин — два гемсодержащих белка, осуществляющих перенос кислорода. Железо находится в них в восстановленной, Fe(II), форме.
Каталитическая функция. Гем входит в состав каталаз и пероксидаз, катализирующих расщепление пероксида водорода до кислорода и воды. Содержится он также и в некоторых других ферментах.
Коферменты (например, над, надф, ацетилкофермент а, атф)
Коферменты, как и простетические группы, — это органические молекулы, выполняющие функцию кофакторов, но в отличие от простетических групп они сохраняют связь с ферментом только в ходе реакции. Все коферменты представляют собой производные витаминов.
Никотинамидадениндинуклеотид (над)
НАД — производное витамина ниацина («никотиновой кислоты») — может существовать как в окисленной, так и в восстановленной форме. В окисленной форме НАД при катализе играет роль акцептора водорода: где ei и е2 — две разные дегидрогеназы.
Конечный результат: 2Н переносятся от А к В. Здесь в качестве связующего звена между двумя различными ферментными системами ei и е2 действует кофермент.
9. Метаболизм (от греч. μεταβολή, «превращение, изменение»), обмен веществ — полный процесс превращения химических веществ в организме, обеспечивающих его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом. В живом организме постоянно расходуется энергия, причём не только во время физической и умственной работы, но и при полном покое (сне).
Обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах.
Этапы метаболизма
Условно процесс обмена веществ можно разделить на три этапа:
Первый этап — ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящее в различных отделах желудочно-кишечного тракта, и всасывание их в кровь и лимфу.
Второй этап — транспорт питательных веществ с кровью к тканям и клеточный метаболизм, результатом которого является их ферментативное расщепление до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для построения составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ и воспроизведения клеток и тканей. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для процесса синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в целом.
Третий этап — выведение конечных продуктов метаболизма в составе мочи, кала, пота, через легкие в виде CO2 и т. д.
Анаболизм и катаболизм
Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов.
Первый — анаболизм — объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма.
Второй — катаболизм — включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада .
Главным образом через реакции анаболизма протекает процесс ассимиляции (усвоения) питательных веществ, а реакции катаболизма составляют основу диссимиляции — освобождения организма от веществ, его составляющих (употребление терминов «ассимиляция» как синонима анаболизма, а «диссимиляция» — синонима катаболизма некорректно, так как они являются более общими биологическими понятиями).
Прочие аспекты
Обмен веществ обеспечивает присущее живому организму как системе динамическое равновесие, при котором взаимно уравновешиваются синтез и разрушение, размножение и гибель. В основе реакций обмена веществ лежат физико-химические взаимодействия между атомами и молекулами, подчиняющиеся единым для живой и неживой материи законам. Сказанное означает, что сама возможность существования жизни, в первооснове своей, сводится к элементарным актам физико-химических процессов. Но живым организмам присущи свои особенности.
С обменом веществ неразрывно связан обмен энергии в организме. Живые организмы могут существовать только при условии непрерывного поступления энергии извне. Поэтому они постоянно нуждаются в энергии для выполнения различного рода работы: механической — передвижение тела, сердечная деятельность и т. д.; гальванической — создание разности потенциалов в тканях и клетках; химической — синтез веществ и т. д.
Первичным источником энергии для всего живого на Земле, за очень редким исключением, служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи — растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию. В зелёном пигменте растений — хлорофилле — под воздействием квантов света из воды и углекислого газа синтезируются органические вещества — основа жизни.
Состав пищи сложен и разнообразен. В ней больше всего главных пищевых веществ, к которым относятся белки, жиры, углеводы. Содержатся в пище и минеральные элементы — макроэлементы кальций, фосфор, натрий и др., микроэлементы медь, кобальт, йод, цинк, марганец, селен и др. Есть и вкусовые вещества, которые придают ей особые свойства.
10. Метаболические пути разделяют на две категории:
Анаболические пути включают процессы синтеза компонентов различных структур организма и соединений, обеспечивающих его функционирование. Один из таких путей - синтез белков. Свободная энергия необходимая для этих процессов, поступает в результате функционирования метаболических путей, образующих следующую категорию.
Катаболические пути включают окислительные процессы, поставляющие свободную энергию и запасающие ее в форме высокоэнергетических фосфатов или восстановительных эквивалентов; таковы дыхательная цепь и окислительное фосфорилирование.
Знание обмена веществ необходимо для понимания причин многих болезней. Для нормального метаболизма характерны адаптационные изменения в период голодания, при физической нагрузке, в состояниях беременности и лактации. Нарушение метаболизма возникают, например, при недостаточности питания, дефиците тех или иных ферментов, или при дисбалансе гормонов.
Характер метаболизма в тканях во многом определяется питанием.
У человека метаболическим превращениям подвергаются продукты, абсорбируемые после переваривания содержащихся в пище углеводов, липидов и белков. Это главным образом глюкоза, триацилглицерол, аминокислоты. У жвачных животных целлюлоза переваривается в симбиотическими микроорганизмами с образованием низших гомологов органических кислот; тканевый метаболизм у этих животных адаптирован к утилизации в качестве основного субстрата низших жирных кислот.
11. Итак, выделю биологическое значение углеводов:
Углеводы выполняют пластическую функцию, то есть участвуют в построении костей, клеток, ферментов. Они составляют 2-3 % от веса.
Углеводы являются основным энергетическим материалом. При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.
В крови содержится 100-110 мг глюкозы. От концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.
Пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ.
Углеводы выполняют защитную роль в растениях.
12. Крахмал – это широко распространенный в природе полисахарид (сложный углевод). Он является резервным источником энергии для растений, который весной используется для быстрого развития растений, а зимой служит защитой от морозов.
В растительных клетках крахмал содержится в виде крахмальных зерен. Эти зерна имеют разнообразную форму и размеры, которые характерны для того или иного вида растений.
Крахмал является самым распространенным углеводом в рационе человека. Он содержится практически во всей растительной пище, которую ежедневно употребляет большинство людей. Основными источниками крахмала являются рис, пшеница, кукуруза, рожь, овёс, картошка, бобовые.
Переваривание крахмала начинается еще во рту. Пища перемешивается со слюной, в которой содержится пищеварительный фермент птиалин (амилаза). Далее переваривание с помощь амилазы продолжается еще некоторое время в желудке, пока пища не перемешается с желудочным соком. На этом этапе действие амилазы слюны нейтрализуется соляной кислотой желудочного сока. Затем химус (пищевой комок) из желудка попадает в кишечник и смешивается с соком поджелудочной железы, содержащим большое количество амилазы, которая в несколько раз эффективнее амилазы слюны. Процесс переваривания завершается в тонкой кишке. Конечным продуктом расщепления крахмала является глюкоза, которая усваивается организмом.
При нормальном пищеварении зерна крахмала в кале не обнаруживаются. При патологии крахмал в кале встречается в виде внеклеточных и внутриклеточных зерен. Наличие крахмальных зерен в кале называется амилорея.
Неполное переваривание крахмала чаще всего встречается при нарушениях работы тонкого кишечника, когда происходит ускоренное продвижение пищевых масс (диарея). Реже причинами плохого переваривания крахмала могут быть функциональная недостаточность желудка и поджелудочной железы.
У детей до года неполное переваривание крахмала может быть связано с недостаточностью ферментов желудочно-кишечного тракта вследствие физиологической незрелости секреторных желез, что является
13.Межуточный обмен углеводов. Избыток всосавшихся моносахаридов откладывается в виде гликогена в печени и мышцах. Гликоген представляет собою продукт полимеризации молекул глюкозы. Большое значение имеет способ связи: короткие прямые молекулярные цепи имеют связь 1-4; разветвление молекулы гликогена обусловлено связями 1-б. Как в синтезе гликогена, так и в его расщеплении принимает участие целый ряд энзимов. В нашу задачу не входит детальное обсуждение этих процессов, поэтому мы отметим здесь только несколько моментов, имеющих важное клиническое значение. Для синтеза гликогена (гликогеногенеза) в первую очередь необходима фосфорилаза, катализируемая гексокиназой. Важным промежуточным продуктом расщепления гликогена (гликогенолиза) является образующийся под влиянием фосфорилазы глюкозо-1-фосфат, превращаемый фосфоглюкомутазой в глюкозо-6-фосфат. Последний расщепляется фосфатазой на свободную глюкозу и неорганический фосфат.
14. В зависимости от условий, в которых протекает распад углеводов, а также специфики организма, продукты распада будут различаться. Все пути распада углеводов можно разделить на два типа: брожение (анаэробное расщепление углеводов) и дыхание (аэробное расщепление). Оба типа (брожение и дыхание) включают в себя общую последовательность реакций,называемую гликолизом. Среди различных вариантов брожения мы рассмотрим два вида: молочнокислое брожение (иногда его называют анаэробным гликолизом) и спиртовое брожение. Если продукт гликолиза- пируват- преобразуется в молочную кислоту (лактат), то весь процесс называют молочнокислым брожением. Если же пируват распадается на этанол и СО2, то процесс называют спиртовым брожением. В аэробных условиях пируват преобразуется в Ацетил-КоА, который затем вовлекается в цикл Кребса (лимонной кислоты). Однако, десять последовательных реакций гликолиза, в роцессе которых глюкоза окисляется до пирувата, являются универсальными практически для всех видов живых организмов.
16. Жиры и жироподобные вещества объединены в группу липидов. Жиры пищи имеют важное энергетическое и пластическое значение для организма. Их калорийность в два раза выше белков и углеводов. Жиры и жироподобные вещества являются одними из важнейших составных частей клеток. Они играют роль смазочных масел - выделяясь с сальными железами, предохраняют кожу от высыхания и придают ей эластичность.
Замечательной особенностью липидов является их способность депонироваться в жировых депо под кожей, в сальниках, в мышечной ткани, вокруг почек, матки. Жировая ткань защищает эти органы от внешних травм, уменьшает теплоотдачу в окружающую среду.
При нагревании до 250 – 300°С жиры разлагаются с образованием канцерогенного вещества акролеина. Поэтому многократное использование масла при жарке способствует поступлению в организм канцерогенов.
Компоненты растительных жиров - ненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленовая и арахидоновая объединяются в группу под названием витамин F. Отмечено, что витамин F способствует понижению уровня холестерина в крови и тормозит развитие атеросклероза. Богатые витамином F растительные масла - подсолнечное, соевое, льняное, хлопковое и другие - наиболее целесообразно употреблять в сыром виде, так как они содержат сложный комплекс биологически активных соединений.
Во всех животных жирах содержится холестерин, а во всех растительных маслах его изомеры – фитостерины. Нарушение холестеринового обмена лежит в основе возрастных атеросклеротических изменений и развитии ИБС. В организме человека и животных холестерин дает начало целой плеяде производных, объединяемых общим названием «стероиды» (биологически активных веществ), – желчные кислоты, половые гормоны, гормоны коры надпочечников, витамины группы Д.
Избыток жиров в рационе человека ухудшает усвоение белков, кальция, магния, повышает потребность в витаминах. В то же время дефицит эссенциальных жирных кислот нарушает нормальный синтез фосфолипидов - основных структурных компонентов биомембран, а также биологически активных веществ – простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов.