Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева»

Ковылкинский филиал

Контрольная работа

по дисциплине

«Биохимия сельскохозяйственной продукции»

Студента 2 курса заочной формы обучения специальности «Технология производства и переработки с.Х. Продукции»

(сокращенные сроки обучения)

Вариант 2

Выполнил: _Андина Е.С._________

№ зачетной книжки: _____________

Проверил: ______________________

Дата: _________________________

Отметка о зачете: ________________

2013-2014 Учебный год

Содержание

1.Специфичность действия ферментов. Активирование и ингибирование ферментов………………………………………………………………………….. 3

2. Репликация. Система рестрикции-модификации……………………………..10

3.Ферменты в составе молока…………………………………………………….12

Список использованных источников………………………………………….....14

1.Специфичность действия ферментов. Активирование и ингибирование ферментов.

Общие свойства ферментов. Специфичность - очень высокая избирательность ферментов по отношению к субстрату. Специфичность фермента объясняется совпадением пространственной конфигурации субстрата и субстратного центра (стерическое совпадение). За специфичность фермента ответственен как активный центр фермента, так и вся его белковая молекула. Активный центр фермента определяет тип реакции, который может осуществить данный фермент. Различают три вида специфичности: абсолютную, относительную, стереохимическую.            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.            Относительная специфичность - это способность фермента действовать на группу субстратов с общим типом связи, т.е. относительная специфичность проявляется только по отношению к определенному типу связи в группе субстратов. Пример: липаза расщепляют сложноэфирную связь в жирах животного и растительного происхождения. Амилаза гидролизует а-гликозидную связь в крахмале, декстринах и гликогене. Алкогольдегидрогеназа окисляет спирты (метанол, этанол и др.).            Стереохимическая специфичность - это способность фермента действовать только на один стереоизомер. Например: 1) L, B-изомерия: L- амилаза слюны и сока поджелудочной железы расщепляет только L-глюкозидные связи в крахмале и не расщепляет D-глюкозидные связи клетчатки; 2) L и В-изомерия: В нашем организме превращения подвергаются только L-аминокислоты, т.к. эти превращения осуществляются ферментами L-оксидазами, способными реагировать только с L-формой аминокислот; 3) Цис-,транс-изомерия. Фумаратгидратаза может превращать только транс-изомер (фумаровую кислоту) в яблочную. Цис-изомер (малеиновая кислота) таким превращениям в нашем организме не подвергается.

1.2. Регуляция активности ферментов. Понятие об активаторах и ингибиторах. На скорость химической реакции влияют различные вещества. Те из них, которые тормозят ферментативные процессы, называются ингибиторами. Те же, которые усиливают реакции - активаторами. Активаторами могут быть: 1) кофакторы, т.к. они важные участники ферментативного процесса. Например, металлы, входящие в состав каталитического центра фермента: амилаза слюны активна в присутствии ионов Са, лактатдегидрогеназа (ЛДГ) - 2п, аргиназа - Мп, пептидаза - Мд и коферменты: витамин С, производные различных витаминов (НАД, НАДФ, ФМН, ФАД, КоА8Н и др.). Они обеспечивают связывание активного центра фермента с субстратом. 2) анионы также могут оказывать активирующее влияние на активность фермента, например, анионы С1- активируют слюнную амилазу; 3) активаторами могут служить также вещества, создающие оптимальное значение рН среды для проявления ферментативной активности, например, НС1 для создания оптимальной среды желудочного содержимого для активации пепсиногена в пепсин;

4) активаторами являются также вещества, переводящие проферменты в активный фермент, например, энтерокиназа кишечного сока активирует превращение трипсиногена в трипсин;

5) активаторами могут быть разнообразные метаболиты, которые связываются с аллостерическим центром фермента и способствуют формированию активного центра фермента.            Ингибиторы - это вещества, которые тормозят активность ферментов. Различают два основных типа ингибирования: необратимое и обратимое.            При необратимом ингибировании - ингибитор прочно (необратимо) связывается с активным центром фермента ковалентными связями, изменяет конформацию фермента. Таким образом, могут действовать на ферменты соли тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия и др.), соединения мышьяка и другие токсические вещества, способные привести к необратимой денатурации апофермента (неспецифические ингибиторы).             Специфический необратимый ингибитор может связываться с ферментом и инактивировать в его активном центре функциональную группу, которая необходима для проявления его каталитической активности. Например, диизопропилфторфосфат, йодацетат и ион ацетамида.             Обратимое ингибирование - это такой тип ингибирования, когда активность ферментов может восстанавливаться. Обратимое ингибирование бывает 2-х типов: конкурентное и неконкурентное. При конкурентном ингибировании обычно субстрат и ингибитор очень похож по химическому строению. При этом виде ингибирования субстрат (S) и ингибитор (I) одинаково могут связываться с активным центром фермента. Они конкурируют друг с другом за место в активном центре фермента. Классический пример, конкурентного ингибирование - торможение действия сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой (см. наглядный материал).           Изучение действия различных ингибиторов на ферментативные реакции имеет очень большое значение в медицине. Например, сульфамидные препараты обладают бактериостатическим действием и применяются для лечения многих инфекционных заболеваний. Сульфамидные препараты похожие по строению на п-аминобензойную кислоту, ингибируют синтез фолиевой кислоты, которая необходима для синтеза нуклеиновых кислот в бактериальных клетках. Благодаря этому сульфаниламидные препараты тормозят процесс деления бактерий, оказывая бактериостатическое действие.           Неконкурентные ингибиторы связываются с аллостерическим центром фермента. Вследствие этого происходят изменения конформации аллостерического центра, которые приводят к деформации каталитического центра фермента и снижению ферментативной активности. Часто аллостерическими неконкурентными ингибиторами выступают продукты метаболизма.          Регуляторные ферменты - ферменты, выполняющие не только каталитическую функцию, но способные менять свою активность в ответ на определенные молекулярные сигналы. Существует 2 класса регуляторных ферментов: 1. аллостерические - регулируются при связывании с ними аллостерических модуляторов (положительных - активаторов и отрицательных - ингибиторов), 2. ферменты, регулируемые путем обратной ковалентной модификации. Аллостерический центр называют центром регуляции активности фермента. Часто аллостерическими ингибиторами выступают конечные продукты процесса - это ингибирование по принципу обратной связи или ретроингибирование. Регуляция путем обратной ковалентной модификации осуществляется через процесс фосфорилирования и дефосфорилирования за счет изменения пространственной организации фермента. При фосфорилировании фермента образуются ковалентные эфирные связи между ОН-группой серина и фосфорной кислотой. Эти изменения сопровождаются изменением структурной организации молекулы фермента. Например, гликогенфосфорилаза, катализирующая распад гликогена печени и мышц существует в 2-х формах «а» - активной и «в» - неактивной. Неактивная «в» форма является димером, активная «а» форма - тетрамером. Образование тетрамера из димера происходит в результате фосфорилирования остатков серина. После окончания действия фермента происходит дефосфорилирование фермента под действием ферменты фосфатазы. Тетрамер превращается в неактивный димер. Образование ковалетных эфирных связей связано с изменением четвертичной структуры белка-фермента за счет ковалентной модификации (фосфорилаза активна в фосфорилированном состоянии, а гликогенсинтаза - в дефосфорилированном).

1.3. Применение ферментов в медицине: Энзимопатии. Энзимодиагностика. Энзимотерапия. Развитие энзимологии в медицине имеет особо большое значение. Оно идет по следующим направлениям:

1. Изучение изменений активности ферментов при заболеваниях - энзимопатиях;

2. Использование ферментных тестов для диагностики заболеваний - энзимодиагностика;

3. Использование ферментов для лечения заболеваний - энзимотерапия.

Энзимопатии - заболевания, вызванные нарушением синтеза ферментов: а) в полном или частичном отсутствии ферментативной активности; б) в чрезмерном усилении ферментативной активности; в) в продукции патологических ферментов, которые не встречаются у здорового человека. Различают наследственные и приобретенные энзимопатии. Наследственные энзимопатии связаны с нарушением в генетическом аппарате клетки, приводящим к отсутствию синтеза определенных ферментов. К наследственным относятся энзимопатии, связанные с нарушением превращения аминокислот:

1. Фенилкетонурия - наследственное нарушение синтеза фермента фенилаланингидроксилазы, при участии которого происходит превращение фенилаланина в тирозин. При этой патологии происходит увеличение концентрации в крови фенилаланина. Он начинает трансаминироваться под действием трансаминазы и превращаться в фенилпируват. Фенилпируват накапливается в организме и выводится с мочой. Это явление называется фенилкетонурией. Фенилкетонурия сопровождает наследственное заболевание, при котором развивается слабоумие - фенилпировиноградная олигофрения. При этом заболевании у детей необходимо исключить из рациона фенилаланин.

2. Альбинизм - заболевание, связанное с генетическим дефектом фермента тирозиназы. При потере меланоцитами способности синтезировать этот фермент (окисляет тирозин в ДОФА и ДОФА-хинон) в коже, волосах и сетчатке глаза не образуется меланин.

3. Дефект фермента лактазы - вызывается наследственными нарушениями синтеза лактазы -фермента, участвующего в гидролизе лактозы на глюкозу и галактозу. Лактаза вырабатывается железистыми клетками тонкого кишечника. В отсутствие фермента лактоза не расщепляется, и ее используют для питания бактерии кишечника. При сбраживании лактозы бактериями образуется СО2. Скопление газа приводит к вздутию и расстройствам кишечника (диарея). Люди, имеющие дефицит лактазы, не могут употреблять молоко в пищу. Заболевание встречается у 10-15% населения. О нем хорошо должны знать педиатры, т.к. этот дефект встречается у детей грудного возраста.

4. Галактозурия - отсутствие или низкая активность у детей фермента галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза. В результате у детей в крови накапливается галактоза, которая выводится с мочой (галактозурия). Заболевание характеризуется помутнением хрусталика глаза (катаракта), замедленным умственным развитием ребенка.

5. Фруктозурия - врожденный недостаток фермента фруктокиназы у детей. У ребенка не образуется фруктозо-1-фосфат. Фруктоза накапливается в крови и выводится с мочой (фруктозурия).

Приобретенные энзимопатии, т.е. нарушение синтеза ферментов, могут возникать в результате:

1. длительного применения лекарств (антибиотиков, сульфаниламидов);

2.перенесенных инфекционных заболеваний;

3. вследствие авитаминозов;

4. злокачественных опухолей.

2. Энзимодиагностика определение активности ферментов для диагностики заболеваний. Ферменты плазмы крови делят на 3 группы: секреторные, индикаторные и экскреторные (см. наглядный материал). Индикаторные - клеточные ферменты. При заболеваниях, сопровождающихся повреждением клеточных мембран, эти ферменты в большом количестве появляются в крови, свидетельствуя о патологии в определенных тканях. Например, активность амилазы в крови и моче увеличивается при острых панкреатитах. Для энзимодиагностики проводят определение изоферментов. Изоферменты - это множественные формы ферментов, которые катализируют одну и ту же реакцию, но отличаются по физико-химическим свойствам и локализации в тканях. Например, Изоферменты ЛДГ. Активность ЛДГ1 и ЛДГ2 увеличивается при инфаркте миокарда, активность ЛДГ4 и ЛДГ5 - при заболеваниях печени и скелетных мышц, активность ЛДГ3 - при заболеваниях почек и селезенки. При патологических состояниях выход фермента в кровь может усилиться в связи с изменением состояния мембраны клетки. Исследование активности ферментов крови и других биологических жидкостях широко применяется с целью диагностики заболеваний. Например, диастаза мочи и амилаза крови при панкреатитах (повышение активности), понижение активности амилазы - при хроническом панкреатите. Креатинфосфокиназа, ЛДГ, АсАТ, Изоцитратдегидрогеназа, фруктозо-1,6-дифосфатальдолаза - при инфаркте миокарда (повышение активности). Гистидаза, щелочная фосфатаза - при инфекционном гепатите (повышение активности). ЛДГ4 и ЛДГ5, АлАТ, Аргиназа -при заболеваниях печени.

3. Энзимотерапия - применение ферментов в качестве лекарственных препаратов. Например, смесь ферментативных препаратов пепсина, трипсина, амилазы (панкреатин, фестал) используют при заболеваниях ЖКТ с пониженной секрецией, трипсин и химотрипсин - используются в хирургической практике при гнойных заболеваниях для гидролиза бактериальных белков. Коллагеназы - в хирургической практике для обработки рубцов, образовавшихся при ожогах, некрозах и т.д. Гиалуронидаза (лидаза) деполимеризует гиалуроновую кислоту и способствует проникновению в ткань лекарственных веществ. Плазмин (фибринолизин) применяют для растворения тромбов в кровеносных сосудах. Лизоцим - для лечения конъюнктивитов. Эластаза -для задержки развития атеросклероза.