20. Изоферменты.

Ответ. Изоферменты – это множественные формы одного фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но отличающие по физическим и химическим свойствам (сродству к субстрату, максимальной скорости катализируемой реакции, электрофоретической подвижности, разной чувствительности к ингибиторам и активаторам, оптимуму рН и термостабильности). Изоферменты имеют четвертичную структуру, которая образована четным количеством субъединиц (2, 4, 6 и т.д.). Изоформы фермента образуются в результате различных комбинаций субъединиц. В качестве примера можно рассмотреть лактатдегидрогеназу (ЛДГ), фермент, который катализирует обратимую реакцию: пируват ←ЛДГ→ лактат. ЛДГ существует в виде 5 изоформ, каждая из которых состоит из 4-х протомеров (субъединиц) 2 типов М (muscle) и Н (heart). Синтез протомеров М и Н типа кодируется двумя разными генетическими локусами. Изоферменты ЛДГ различаются на уровне четвертичной структуры: ЛДГ1(НННН), ЛДГ2(НННМ), ЛДГ3(ННММ), ЛДГ4(НМММ), ЛДГ5(ММММ). Полипептидные цепи Н и М типа имеют одинаковую молекулярную массу, но в составе первых преобладают карбоновые аминокислоты, последних – диаминокислоты, поэтому они несут разный заряд и могут быть разделены методом электрофореза. Кислородный обмен в тканях влияет на изоферментный состав ЛДГ. Где доминирует аэробный обмен, там преобладают ЛДГ1, ЛДГ2 (миокард, надпочечники), где анаэробный обмен - ЛДГ4, ЛДГ5(скелетная мускулатура, печень). В процессе индивидуального развития организма в тканях происходит изменение содержания кислорода и изоформ ЛДГ. У зародыша преобладают ЛДГ4, ЛДГ5. После рождения в некоторых тканях происходит увеличение содержания ЛДГ1, ЛДГ2. Существование изоформ повышает адаптационную возможность тканей, органов, организма в целом к меняющимся условиям. По изменению изоферментного состава оценивают метаболическое состояние органов и тканей. Изоформы креатинкиназы. Креатинкиназа (КК) катализирует реакцию образования креатинфосфата: Молекула КК - димер, состоящий из субъединиц двух типов: М (от англ, muscle - мышца) и В (от англ, brain - мозг). Из этих субъединиц образуются 3 изофермента - ВВ, MB, MM. Изофермент ВВ находится преимущественно в головном мозге, ММ - в скелетных мышцах и MB - в сердечной мышце. Изоформы КК имеют разную электрофоретическую подвижность. Активность КК в норме не должна превышать 90 МЕ/л. Определение активности КК в плазме крови имеет диагностическое значение при инфаркте миокарда (происходит повышение уровня МВ-изоформы). Количество изоформы ММ может повышаться при травмах и повреждениях скелетных мышц. Изоформа ВВ не может проникнуть через гематоэнцефалический барьер, поэтому в крови практически не определяется даже при инсультах и диагностического значения не имеет.

21. Моносахариды. Представители и свойства. Функции углеводов.

Ответ. Моносахариды (монозы) являются бифункциональными соединениями. В их молекулах одновременно содержатся карбонильная (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных групп, т. е. моносахариды представляют собой полигидроксикарбонильные соединения — полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны. В зависимости от этого моносахариды подразделяются на альдозы (в моносахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится кетогруппа). Например, глюкоза — это альдоза, а фруктоза — это кетоза. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахарид называется тетрозой, пентозой, гексозой и т. д. Если объединить последние два типа классификации, то глюкоза — это альдогексоза, а фруктоза — кетогексоза. Большинство встречающихся в природе моносахаридов — это пентозы и гексозы. Моносахариды являются углеводами, которые не гидролизуются с образованием более простых углеводов. Глюкоза, или виноградный сахар, входит в состав сока многих фруктов и ягод, в том числе винограда, и является самым распространённым углеводом. Глюкоза относится к шестиатомным моносахаридам, то есть относится к ряду гексоз. В свободном виде глюкоза содержится в плодах, цветах и других органах растений, в мёде, а также в животных тканях (в крови, мозге, мышцах). В природе глюкоза существует преимущественно в виде Д–изомера и является важнейшим источником энергии в организмах животных, человека и микроорганизмов. Глюкоза — бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, хорошо растворимое в воде. Растворы глюкозы используются в медицине для внутривенных инъекций, так как обеспечивают дополнительное питание организма быстро усваиваемыми углеводами. Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы — инсулина, отвечающего за быстрый метаболизм углеводов в организме. В организме глюкоза подвергается сложным биохимическим превращениям, в результате которых образуется углекислый газ и вода и выделяется энергия в соответствии с итоговым уравнением: Этот процесс протекает ступенчато, с медленным выделением энергии. Большое значение имеют биохимические процессы брожения глюкозы. Так, при квашении капусты, огурцов, молока, при силосовании кормов происходит молочнокислое брожение глюкозы (образуется молочная кислота). При производстве пива и вина используется спиртовое брожение глюкозы, в результате которого образуется этиловый спирт. При взаимодействии глюкозы со спиртами образуются простые эфиры: Глюкоза реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров, то есть пять гидроксильных групп глюкозы вступают в реакцию с кислотами аналогично спиртам. Как многоатомный спирт реагирует без нагревания с гидроксидом меди (2) c образованием алкоголята меди (2) ярко-синего цвета (качественная реакция на многоатомные спирты). Глюкоза легко окисляется до глюконовой кислоты под действием гидроксида меди (2) при нагревании, в результате чего образуется также оксид меди) красного цвета. Глюкоза легко вступает в реакцию «серебряного зеркала», окисляясь под действием аммиачного раствора оксида серебра (1). Глюкоза способна окисляться под действием азотной кислоты и с бромной воды. Азотная кислота окисляет глюкозу до дикарбоновой кислоты – глюкаровой (или сахарной) кислоты.

Глюкоза обладает некоторыми специфическими свойствами.

Глюкоза может быть получена гидролизом природных веществ, в состав которых она входит. Её получают гидролизом картофельного и кукурузного крахмала кислотами. Фруктоза содержится во фруктах, в пчелином мёде, входит в состав сахара (сахарозы). Фруктоза является изомером глюкозы и имеет ту же молекулярную формулу. Она представляет собой кетогексозу, в которой кето-группа находится у второго углеродного атома в цепи. Фруктоза, как и глюкоза, существует в двух таутомерных формах — в открытой и замкнутой (циклической). От глюкозы фруктоза отличается меньшим размером цикла, который содержит не шесть, а пять атомов (включая кислород). Фруктоза хорошо растворима в воде и имеет более сладкий вкус, чем глюкоза. Поскольку фруктоза, как и глюкоза, является многоатомным спиртом, то вступает в те же реакции с участием гидроксильных групп. Особенностью фруктозы является невозможность окисления кетогруппы до кислоты. В живых организмах углеводы выполняют следующие функции. Структурная и опорная функции. Углеводы участвуют в построении различных опорных структур. Так, целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов, а также обеспечивает жёсткость экзоскелета членистоногих. Защитная роль у растений. У некоторых растений есть защитные образования (шипы, колючки и др.), состоящие из клеточных стенок мёртвых клеток. Пластическая функция. Углеводы входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК). Энергетическая функция. Углеводы служат источником энергии: при окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды. Запасающая функция. Углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: гликоген у животных, крахмал и инулин — у растений. Осмотическая функция. Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100—110 мг/л глюкозы, от концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови. Рецепторная функция. Олигосахариды входят в состав воспринимающей части многих клеточных рецепторов или молекул-лигандов.