Основы физической, коллоидной и биологической химии. Курс лекций

4.Класс лиазы – катализируют отщепление от субстратов негидролитическим путем с разрывом связей определенной

группы с образованием двойной связи (или присоединение группы к двойной связи) С–С, С–N, С–S, С–О.

Например, декарбоксилаза пировиноградной кислоты (ПВК).

5.Класс изомеразы – катализируют реакции изомеризации (внутримолекулярного переноса групп атомов). Например, триозоизомеразы.

6.Класс лигазы (синтетазы) – катализируют реакции синтеза сложных веществ с использованием энергии АТФ. Например, образование ацетилкоэнзима А.

синтетаза

41

4.7.ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ

1.С диагностической и лечебной целью:

а) в прединфарктном состоянии повышается активность аминотрансфераз, а при гепатите в крови снижается активность амилазы;

б) пепсин назначается при заболеваниях желудка, а фибринолизин – для разрушения тромбов после инсульта.

2.В кормлении животных применяются: амилосубтилин Г3х – содержит активную амилазу; протосубтилин Г3х – содержит активную протеазу. Добавляют их к комбикормам

(0,5 кг на 1 т).

3.В хлебопечении, кожевенном и меховом производстве. Ли-

зоцим применяется для консервирования молока, икры осетровых рыб.

Применение иммуноферментного анализа. Иммуно-хи-

мические методы диагностики болезней основаны на реакции антиген – антитело. Антитела – это крупные белкииммуноглобулины (Jg) сыворотки крови, которые синтезируют-

ся при попадании в организм антигена (чужеродного белка).

Различают 5 классов иммуноглобулинов JgМ, JgG, JgА, JgД и JgЕ, которые различаются по молекулярной массе и количеству SН-групп.

Для диагностики инфекционных заболеваний используются высокочувствительный метод иммуноферментного анализа, ко-

торый основан на определении с помощью ферментов количества антигена или антител в комплексе «антиген – антитело». Например: антитела иммобилизованы на твердой фазе и реагируют вначале с искомым антигеном, а затем остающиеся свободные иммобилизованные антитела связываются с меченым антигеном, который обнаруживается с помощью соответствующего субстрата. Здесь фермент играет роль маркера, и использование его основано на том, что одна молекула фермента производит много продуктов ферментативной реакции, концентрацию которой можно обнаружить обычными физико-химическими методами или визуально по изменению цвета. Для диагностики таких заболеваний, как чума, бешенство, сибирская язва, разработаны специальные наборы.

Применение иммобилизованных ферментов. Их прикрепля-

ют к нерастворимым в воде веществам (силикагель, окись алюми-

42

ния, активированный уголь). В промышленном масштабе сейчас получают:

–инвертный сахар (смесь глюкозы и фруктозы) с помощью иммобилизованной сахаразы (фруктофуранозидазы);

–этанол из глюкозы с помощью дрожжей Saccharomyces cerevisiae в полиакриламидном геле;

–аспартам – метиловый эфир аспартилфенилаланина, который в 300 раз слаще сахара, безвреден и используется в детском питании, добавляют в кока-колу.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое ферменты?

2.Каково химическое строение и функции ферментов и коферментов?

3.Что принято за международную единицу активности ферментов?

4.Дайте краткую характеристику классов ферментов.

5.Где применяются ферменты?

5. ВИТАМИНЫ

Этонизкомолекулярныеорганическиевещества, выполняющие функции биологических катализаторов и поступающие в основном с кормами.

В1881 г. Н. И. ЛуниноткрылХ-вещества, которыев1912 г. польский ученый К. Функ назвал витаминами. Авитаминоз – заболевание, вызванноеотсутствиемвитаминоввкормах. Гиповитаминоз– заболевание, вызванноенедостаткомвитаминоввкормах. Гипервитаминоз – заболевание, вызванное избытком витаминов.

5.1.ПРИЧИНЫ АВИТАМИНОЗОВ И ГИПОВИТАМИНОЗОВ

1.Недостаточноепоступлениевитаминовскормами. 2. Поступление с кормами антивитаминов (например, тиаминаза). 3. Заболевания печени и пищеварительного тракта – нарушается вса-

43

сывание витаминов (вторичный авитаминоз). 4. Неправильное применение лекарств – антибиотиков, которые убивают микро-

организмы, синтезирующие витамины К, В1,2,5,6,12, Н, фолиевую кислоту в пищеварительном тракте. 5. Отсутствие веществ для

микробного синтеза витаминов (Со для В12). 6. Нарушение зоогигиенических норм – загазованность, недостаточная освещенность. 7. Повышенная потребность в них при высокой продуктивности животных.

Признаки авитаминозов:

а) неспецифические – отсутствие аппетита, угнетение, снижение всех видов продуктивности;

б) специфические – при недостатке витаминов: Д – рахит, С – цинга.

Провитамины – неактивная форма витаминов (каротин превращается в витамин А). Антивитамины – вещества, разрушающие витамины, часто близкие к ним по структуре.

В настоящее время известно 13 витаминов, а остальные относят к витаминоподобным в-вам. У человека, птицы, телят, ягнят, свиней, лошади, собак, кошек, пушных зверей большинство витаминов группы В не синтезируется, в связи с чем часто проявляются авитаминозы. Гипервитаминоз витаминов группы В обычно не проявляется.

5.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ВИТАМИНОВ

Жирорастворимые – А, Д, Е, К, F, Q; водорастворимые – груп-

пы В, С, Р.

5.2.1. Жирорастворимые витамины

ОниустойчивыкнагреваниюиизменениюрН, образуютрезервы (в печени), выполняют пластические функции.

Ретинол, витамин А, антиксерофталмический – цикличе-

ский ненасыщенный одноатомный спирт. Функция: стимулирует синтез сложных белков – гликопротеинов (например, муцин). При авитаминозе синтезируются кератины, которые вызывают ороговение (кератоз) слизистых оболочек, ксерофталмию. Входит в состав зрительного пигмента родопсина в сетчатке глаза в виде альдегида – ретиналя. Участвует в ОВР.

44

β-каротин– провитаминвитаминаА, вкишечникепревращает- сявдвемолекулывитаминаАподдействиемферментаβ-каротин- диоксигеназы. У птиц этот процесс идет в 3 раза активнее, чем у жвачных. У молодняка, пушных зверей в первые дни жизни каротин не превращается в витамин А.

При авитаминозе А: ксерофталмия, куриная слепота, дерматиты, бронхиты, инфекционные заболевания, прекращение роста костей.

Ретинол быстро окисляется на воздухе (к его р-рам добавляют антиоксиданты – витамин Е, дилудин).

СH3

β-каротин

Интернациональной единицей (ИЕ) считают 0,000344 мг витамина А-ацетата.

Кальциферол, витамин Д, антирахитический (Д2 – эргокальциферол, Д3 – холекальциферол). Это высокомолекуляр-

ные ненасыщенные циклические спирты (стерины). Образуются из провитаминов: эргостерина (Д2 в растениях) и 7-дегидрохо- лестерина (Д3 у животных) под действием ультрафиолетовых лу-

чей (рис. 6, 7).

45

46

Функции: регулирует обмен Са и Р. Витамин Д всасывается в тонком кишечнике при участии жира и желчи. В печени и почках превращается в 1,25-диоксикальциферол, который сти-

мулирует синтез кальций-связывающего белка (СаСБ). Его М. 25000, он связывает 4 атома кальция и переносит их через мембраны.

При авитаминозе Д: (чаще у молодняка) нарушается всасывание кальция и фосфора. Снижается содержание их в крови и костях, что вызывает рахит у молодняка, остеомаляцию увзрослых и остеопороз – у старых животных.

Источники витамина Д: рыбий жир, яйца, молоко.

Токоферол, витамин Е, витамин размножения. Это смесь α,

β, γ-токоферолов, которые состоят из 3-метилгидрохинона и спирта фитола. Функции: стимулирует синтез половых гормонов, участвует в окислительно-восстановительных реакциях (перенос электронов). Антиоксидантнаяфункция– витаминЕпредохраняет от окисления липиды, витамин А.

При авитаминозе Е: у самцов перерождение семенных канатиков, у самок – оплодотворение происходит, но плод рассасывается. Мышечная дистрофия.

Источники витамина Е: зародыши злаковых растений (например, солод), яйца, молоко, растительные масла, салат.

α-токоферол (витамин Е)

Филлохинон, витамин К, антигеморрагический. По химиче-

скому строению производное 1,4-нафтохинонов.

Функция: стимулирует синтез протромбина, участвующего в свертывании крови. При авитаминозе К: у птиц – замедление свер-

47

тывания крови, кровотечения на коже, под крыльями; у поросят – носовые кровотечения. У животных витамин К синтезируется микрофлорой пищеварительного тракта и авитаминоз чаще проявляется у новорожденных.

Викасол (К3) – синтетический препарат, бисульфидное производное нафтохинона, растворяется в воде. Получен в 1942 г. А. В. Палладиным и М. М. Шемякиным. Обладает активностью витамина К.

Фарнохинон (витамин К2)

Убихинон, витамин Q. Производное хинона, который в боковой цепи содержит изопреновую группировку (от 6 до 10 молекул,

48

у человека их 10 и называются коэнзим Q10). Он как кофермент участвует в переносе электронов от ФАД-Н2 к цитохромам. Применяется при лечении инфаркта миокарда.

О

||

C

Витамин F. Это группа полиненасыщенных жирных кислот (линолевая, линоленовая, арахидоновая). Они не синтезируются

в тканях!

Функции: 1) участвуют в обмене липидов (предохраняют печень от жирового перерождения); 2) образуют растворимый комплекс с холестерином и способствуют его выделению, предупреждая развитие атеросклероза. Источники – растительные жиры.

5.2.2. Водорастворимые витамины

Это витамины группы В, Н, С и Р. Они не устойчивы к нагреванию, изменению рН, не образуют резервов, участвуют в образовании коферментов. Источники витаминов группы В – отруби, дрожжи.

Тиамин, витамин В1, антиневритный. По химическому строению: производное пиримидина и тиазола. Функция: входит в состав двух коферментов: тиаминпирофосфата (ТПФ)

и липотиаминпирофосфата (ЛТПФ), которые участвуют в окислительном декарбоксилировании кетокислот (ПВК) и некоторых аминокислот. При авитоминозе в крови и тканях накапливается ПВК, что приводит к воспалению нервных ство-

49

лов (полиневрит), ацидозу, гипергликемии, парезам и параличам. Разрушается ферментом тиаминазой.

Тиаминпирофосфат

Рибофлавин, витамин В2, витамин роста. Содержит в сво-

ем составе азотистое основание изоаллоксазин и спирт рибитол. Функция: входит в состав коферментов ФАД и ФМН, входящих в состав оксидаз. При авитаминозе развиваются дерматиты, поражение глаз, анемия, выпадение волос (аллопеция).

Изоаллоксазин

Пантотеновая кислота, витамин В3, антидерматитный.

Содержится во всех тканях. Функции: входит в состав кофермента КоА-SН, участвует в переносе остатков кислот (уксусной и др.), в синтезе ацилпереносящего белка. При авитаминозе: дерматиты, депигментация, атаксия («гусиный шаг» у свиней).

50