книги из ГПНТБ / Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения учеб. пособие

зованного в единицу времени во время ферментативного процесса. Часто активность ферментов характеризуют числом переходов молекулы фермента на молекулы суб­ страта в единицу времени. Например, в 1 мин молекула пепсина перерабатывает 1000 молекул казеина, молеку­ ла амилазы— 1900 молекул крахмала, молекула уреазы — 46000 молекул мочевины, а молекула каталазы — 5000000 молекул Н2О2.

Для извлечения активных ферментов ткани подвер­ гают механическому разрушению (растирают с кварце­ вым песком, размельчают в гомогенизаторе и т. п.), после чего отделяют сок (прессованием, центрифугиро­ ванием) или подвергают экстрагированию водой, по­ лучая водные растворы ферментов. Весьма сложно по­ лучать чистые ферменты, ибо допустимо применять только такие приемы, которые не вызывают денатурации белков и не снижают биологической активности фермен­ тов. Растворы фильтруют, выделяют ферменты из рас­ творов путем адсорбции, диализа, высаливания сульфа­ том аммония, коагуляции ацетоном или этанолом. Для выделения и разделения ферментов применяют методы электрофореза или дифференциального центрифугиро­ вания, используя для этого центрифуги с разной часто­ той вращения ротора от 10000 до 100000 об/мин). Многие ферменты получают в чистом виде путем кри­ сталлизации.

Существует несколько схем классификации фермен­ тов. Наиболее часто ферменты классифицируют по ха­ рактеру катализируемой ими реакции либо по призна­ ку субстрата, на который действует фермент. Ниже показаны выделяемые классы ферментов.

и подгруппы, объединяющие индивидуальные ферменты. Г и д р о л а з ы . К этому классу относят многочис­ ленную группу ферментов, ускоряющих процессы гидро­ лиза и синтеза протеинов, липидов, гликозидов, фосфа­ тидов и других соединений. Среди гидролаз выделяют следующие группы ферментов: эстеразы, протеазы, кар-

богидразы, амидазы, дезаминазы, фосфорилазы. Эстеразы ускоряют расщепление и синтез веществ,

построенных по типу сложных эфиров. Наиболее важ­ ными эстеразами являются: липазы, фосфатазы и сульфатазы.

Липазы катализируют обратимую реакцию расщеп­ ления триглицеридов на глицерин и жирные кислоты. У животных липаза содержится в печени, соке подже­ лудочной железы, в сыворотке крови; у растений много ^ липазы в семенах; многие микроорганизмы богаты ли­ пазой.

Фосфатазы ускоряют расщепление и синтез сложных эфиров, образованных спиртами и фосфорной кислотой. Выделяют две группы фосфатаз: неспецифического и специфического действия.

Неспецифические фосфатазы катализируют отщепле­ ние фосфорной кислоты от фосфорных эфиров, образо­ ванных разными спиртами и действуют в весьма ши­ роком диапазоне pH (от 4,5 до 9,0). К ним относят рибонуклеазу и дезоксирибонуклеазу, ускоряющие рас­ щепление рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот па составляющие нуклеотиды.

Специфические фосфатазы действуют на фосфорные эфиры только определенного состава. К ним относят,

например, фруктозодифосфатазу, действующую только на фруктозодифосфорную кислоту.

Сульфатазы ускоряют реакции синтеза и расщепле­ ния веществ, относящихся к группе сложных эфиров серной кислоты (например, синегрин-глюкозид гор­ чицы) .

К гидролизам относят также ферменты, ускоряющие

связи холина и уксусной кислоты.

Протеазы, или протеолитические ферменты катали­ зируют реакции гидролиза пептидных связей и синтеза протеинов и полипептидов. В эту группу входят много­ численные ферменты, регулирующие процессы белкового метаболизма, наиболее важными являются пепсин, трип­ син, химотрипсин и катепсины.

лок губок). Образуется в клетках слизистой желудка в форме неактивного профермента — пепсиногена, кото­ рый, попадая в желудочный сок, активизируется соля­ ной кислотой за счет отщепления ингибитора (полипеп­ тид)'. Получен в кристаллической форме, является альбумином и обладает огромной активностью: 0,001 г кристаллического пепсина за 2 ч гидролизует 50 г варе­ ного яичного белка.

Трипсин образуется в поджелудочной железе в виде неактивного профермента трипсиногена, который под воздействием фермента энтерокиназы превращается в биологически активный трипсин. Трипсин является глобулином с молекулярной массой 35600.

Химотрипсин продуцируется поджелудочной желе­ зой в виде неактивного химотрипсиногена и в поджелудочном соке активируется трипсином. Получен в кристаллическом виде; является циклическим полипеп­ тидом.

Пепсин расщепляет преимущественно связи, где участвуют аминные группы тирозина и фенилаланина; трипсин гидролизует те связи, где участвуют карбо­ ксильные группы лизина и аргинина; химотрипсин уско­ ряет гидролиз связей, образованных карбоксилом фенил-

аланина и тирозина. В этом состоит биохимическая специфика каждого из ферментов, которые специализи­ руются на гидролизе пептидных связей, расположенных внутри пептидных цепей.

Полипептидазы или пептидазы ускоряют гидролиз продуктов распада белков — полипептидов, действуя на пептидные связи, расположенные на концах полипептидных цепей, с образованием аминокислот. Пептидазы, ускоряющие гидролиз пептидных связей с того конца молекулы пептида, где расположена аминогруппа, объединяют в группу аминополипептидаз, а ферменты, действующие с того конца молекулы пептида, где рас­ положена карбоксильная группа, называют карбокси­ полипептидазы.

тканях мертвых животных, когда значения pH тканей в результате накопления кислот сдвигаются в кислѵю зону.

К протеолитическим гидролазам относят ферменты с явно выраженными специфическими свойствами. Среди этих ферментов наибольшее значение имеют дипепти­ дазы, дезаминазы и др.

Дипептидазы — комплекс ферментов кишечного сока, гидролизующих дипептиды, у которых пептидная связь находится между аминной и карбоксильной группами.

Дезамидазы или амидазы — катализаторы реакции дезаминирования амидов кислот с образованием аммиа­ ка и соответствующей кислоты.

Камидазам относят: аргиназу, уреазу, аспарагиназу

иряд других ферментов. Аргиназа — фермент печени,

ускоряет гидролиз аргинина с образованием мочевины и орнитина. Уреаза расщепляет в присутствии воды мо­ чевину с образованием аммиака и углекислого газа. Аспарагиназа дезаминирует аспарагин, а глутаминаза — глутамин.

Дезаминазы ускоряют реакции дезаминирования азотистых оснований (аденин, гуанин, нуклеотиды и др.) с образованием спиртов и аммиака.

Каротиназа образуется в слизистой кишечника и желудка и расщепляет каротин с образованием актив­ ного витамина А.

Гуаназа и аденилаза ускоряют дезаминирование гуа­ нина и адениловой кислоты. Действием аденилазы обусловлено накопление аммиака в работающих мыш­ цах.

Полиназа гидролизует полипептиды, у которых имеются пептидные связи, образованные карбоксильной группой пролина.

Химозин—фермент, вырабатываемый слизистой сы­ чуга (четвертый отдел желудка) молодых млекопитаю­

ß-гликозидазы), действующие на мальтозу (мальтаза), сахарозу (сахараза) и другие дисахариды с образова­ нием глюкозы и фруктозы; фермент инулаза, действую­ щий на инулин с образованием фруктозы; фермент целлюлаза, катализирующий гидролиз целлюлозы с обра­ зованием дисахаридов.

Карбогидразы содержатся в кишечном соке, соке поджелудочной железы, слюне, в крови, в тканях жи­ вотных, растений, грибов, плесенях, микробах, обеспечи­ вая нормальный ход углеводного обмена.

Фосфорилазы ускоряют разрыв эфирных и пептид­ ных связей за счет присоединения фосфорной кислоты. Реакция фосфоролиза обратима.

Амилофосфорилаза расщепляет сахарозу с образо­

разнообразные реакции переноса группы атомов от од­ ного вещества (донатор) на другое (акцептор). Среди фераз наиболее важными являются следующие фер­ менты,

Аминоферазы, или трансамипоферазы, ускоряют от­

Фосфоферазы ускоряют реакцию переноса остатков фосфорной кислоты от фосфорнокислых эфиров на мо­ лекулы моносахаридов, глицерина и др. Донаторами фосфатных остатков, в которых сосредоточено большое количество энергии, являются фосфорилированные нук­ леотиды, обычно аденозинтрифосфорная кислота — АТФ, у которых фосфатные остатки, связанные ангидридной или пирофосфатной связью, являются макроэнергети­ ческими. Если свободная энергия системы после пере­ носа фосфатного остатка от АТФ не изменяется, то реакция приобретает обратимый характер.

Метилферазы катализируют реакцию переноса ме­ тальных групп от метионина на этаноламин и уксусную кислоту с образованием холина и гомоцистеина.

И з о м е р а з ы и м у т а з ы . Ускоряют реакцию пере­ носа атомных групп внутри молекул. Изомеразы ката­ лизируют реакции взаимного превращения стереоизо­ меров.

Например, фермент фосфотриозизомераза катализи­ рует переход фосфорнокислого эфира диоксиацетона в

Карбоксилаза — фермент, у которого простетической группой является тиаминпирофосфат (фосфорилированный витамин Ві). Карбоксилаза катализирует реакцию декарбоксилирования кетокислот, в результате чего разрушается карбоксил и выделяется углекислый газ; ускоряет процессы декарбоксилирования важнейших аминокислот: тирозина, триптофана, гистидина,- лизина, аргинина, глютаминовой и аспарагиновой кислот с образованием биогенных аминов: гистамина, у-амино- масляной кислоты, серотонина и др.

Например, при декарбоксилировании гистидина обра­ зуется гистамин, а декарбоксилирование лизина дает кадаверин — оба диамина обладают высокой физиоло­ гической активностью.

Окислительно-восстановительные ферменты обла­ дают способностью легко принимать и отдавать прото­ ны и электроны, поэтому их часто называют электронотранспортазами, или передатчиками электронов. Вхо­ дящие в эту группу ферменты по характеру действия подразделяют на дегидразы и оксидазы.

Д е г и д р а з ы — ферменты, отнимающие водород от одних органических веществ и передающие его либо другому органическому веществу (анаэробные дегидра­

У анаэробных дегидраз коферментом являются козимаза или никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДО), в моле­ куле которых присутствует амид никотиновой кислоты (АНК), рибаза (Ри) и аденин (АД),

восстановленную форму НАД Н2 или НАДФ Н2. Захва­ ченный водород передается анаэробным дегидразам или флавиновым ферментам, в результате чего происхо­ дят регенерации НАД или НАДФ, продолжающих участвовать в реакции дегидрирования.

Анаэробные дегидразы или флавиновые желтые окислительные ферменты, получив водород от аэробных дегидраз, передают его атмосферному кислороду непо­ средственно или через промежуточные вещества. У ана­

эробных дегидраз простетическйе группы также яв­ ляются динуклеотидами, причем в одном нуклеотиде содержится остаток адениловой кислоты, а в другом — остаток алоксазина.

Отнятые от НАД два атома водорода присоединя­ ются к остатку аллоксазина и восстановленные флавины лишаются желтой окраски, которая однако восстанав­ ливается при последующем окислении.

Аэробные дегидразы окисляют разнообразные орга­ нические кислоты, фосфороглицеринальдегид, альдеги­ ды, спирты. Примером служит действие фермента лак-

цесс окисления восстановленных флавиновых ферментов за счет кислорода воздуха. К оксидазам относятся фер­ менты, называемые цитохромами, которые являются пе­ реносчиками отнятого от ФАД (флавинадениндинуклеотид) двух атомов водорода на кислород воздуха. Цито­ хромы являются хромопротеидами и в простетических группах содержат железо, которое способно легко при­

ГОРМОНЫ

К гормонам относят органические биологически ак­ тивные вещества, регулирующие ход ферментативных процессов. В организме низших животных гормоны вы­ рабатываются в клетках тканей тела, а у высших

животных — в железах внутренней секреции (эндокрин­ ные железы).

Из желез внутренней секреции, которые не имеют выводных протоков, гормоны поступают непосредствен­ но в кровь, которая доставляет их в различные ткани, где гормоны и проявляют свои регуляторные свойства. Деятельность желез внутренней секреции регулируется центральной нервной системой. К эндокринным железам относят щитовидную, паращитовидную, поджелудочную

sj и надпочечную железы, семенники, яичники, гипофиз; каждая железа вырабатывает специфические гормоны.

Гормоны подразделяют на две группы: белковой и стероидной природы. К гормонам белковой природы относят адреналин, норадреналин, тироксин, тиреоглобулин, инсулин, пролактин и др. Гормонами стероидной природы являются, в частности, кортикоиды, эстрогены, андрогены и др.

В изучении химического состава и установлении химической структуры гормонов достигнуты значитель­ ные успехи, но в области установления путей синтеза гормонов в организме, а также выяснения механизма их действия остается еще много неясных сторон.

Влияют на ход общего обмена в Гормоны организме. На деятельность щито­ щитовидной видной железы влияет тиреотроп- железы ный гормон, вырабатываемый гипо­ физом. Щитовидная железа акку­ мулирует ионы йода, которые окисляются под влиянием

оксидазы и пероксидазы до Типойодата и свободного йода, и соединяются с молекулой тирозина, образуя гормон тироксин и трийодтиронин. Оба гормона регули­ руют ход окислительных процессов.

В щитовидной железе образуются (моно-, ди-, три- и тетройодтирозин). Из общего количества йода, содер­ жащегося в щитовидной железе, на долю дийодтирозина приходится около 70, а на долю тетройодтирозина 20—25%.

Гормон тироксин содержит йод и является гликопро­ теидом (молекулярная масса 650000—700000), в моле­ куле 15 различных аминокислот, преобладают аргинин, лизин, серин, аланин и фенилаланин. Углеводная часть тироксина представлена гиалуроновой кислотой.

Нормальный синтез тироксина происходит только

демический зоб, замедляется психическое и физическое развитие организма).

Избыточное содержание йода в крови вызывает ги­ перфункцию щитовидной железы, а в результате усили­ ваются окислительные процессы, возникает базедова болезнь и тахикардия, повышается возбудимость, уси­ ливается белковый обмен.

Кроме содержания йода в крови на деятельность щитовидной железы влияют антитиреоидные вещества (тиомочевина, тиоурацил, диаминобензозол и др.), кото­ рые тормозят синтез тироксина, но не влияют на спо­ собность щитовидной железы поглощать йод.

У человека на задней поверхности боковой доли щитовидной железы расположены две пары овальных паращитовидных желез, которые выделяют гормон, ре­ гулирующий содержание кальция в крови и возбуди­ мость нервной системы; нарушение функций паращито­ видных желез ведет к повышенной нервномышечной возбудимости, появлению повторяющихся судорог и гибель животных. Гормон имеет белковую природу (молекулярная масса 8500) и содержит в молекуле 75 аминокислот.

близка по своему происхождению к почкам и половым железам, а мозговая связана с брюшными симпатиче­ скими нервами и обильно снабжается кровью.

Из мозгового вещества надпочечников выделен

участвуют фенилаланин, или тирозин, и метионин (дат­ чик метильных групп). Биосинтез многоступенчатый и завершается образованием двух гормонов: норадрена­ лина и адреналина.

Оба гормона регулируют кровяное давление, усили­ вают сердечную деятельность, активизируют симпатиче­