31. История открытия и изучения ферментов. Особенности ферментативного катализа. Различия ферментного состава органов и тканей. Органоспецифичные ферменты.

Зарождение учения о ферментах относится к первой половине 19 века. Первые научные представления о ферментах было дано в 1814 году К.С.Кирхгофом, показал, что не только проросшие зерна ячменя, но и экстракты из солода способны осахаривать крахмал с превращением его в мальтозу – это в-во получило название амилазы. Ю.Либех и Ф. Велер открыли агент – эмульсин. В последующие годы были описаны пепсин и трипсин, вызывающие распад белков в пищеварительном тракте. Также в то время был известен химический катализ.

Катализ – ферм. увелич. скорость р-ции, но не расходуется в процессе р-ции. Скорость р-ции в прямом направлении пропри. конч. реагирующих в-в, в обратном – конц. продукты р-ции. Ферменты высоко специфичны по отношению к субстратам и типам катализ. р-ции.

38. Кофакторы ферментов: ионы металлов и коферменты. Коферментные ф-ции витаминов, (на примере трансаминаз и дегидрогеназ, вит. В6, рр, в2).

Кофакторы ферментов – это в-ва, необходимые некоторым ферментам для проявления активности. Они делятся на неорганические (металлы, анионы) и органические.

1. Металлы: К+, Mg2+, Са2+, Zn, Cu, Fe, Mо. Роль: стабилизация III или IV структур, связывание субстрата, катализ или связывание субстрата и катализ. Кофермент – небелковая часть молекулы фермента.

2. Кофермент – нуклеоиды – в составе транс……………… участвуют в переносе фосфата, пирофосфата, аденилата, аденозила, а активации а/к, превращ. Сахаров, взаимное превращение фосфолипида.

3. Кофермент – витамин или производное витамина, уч-ет в разнообразных химических р-циях обмена. В6 (пиридоксин) – Ко-ферментативная форма пиридоксальфосфат (перенос NH2-, декарбоксилир. а/к, изомер). В5 или РР (никотиновая к-та) – НАД и НАДФ (дегидрирование). В2 (рибофлавин) – ФМН и ФАД (дегидрирование).

39. Витамины как эссенциальные факторы. Роль витаминов в клеточном метаболизме. Понятие о гипервитаминозах, авитаминозах и гипервитаминозах. Основные причины гиповитаминозов и авитаминозов.

Витамины – это органические низкомолекулярные биологически активные, несинтезирующиеся в клетках орг-ма человека, поступающие в орг-м из внешней среды и принимающие уч-е в биологическом катализе.

Отличия от других органических в-в: 1) не включаются в структуру тканей; 2) не используются в качестве источника энергии.

Гиповитаминоз - недостаточная обеспеченность орг-ма витамином. Авитаминоз – состояние, возникающее при полном прекращении поступления витамина в орг-м. Гипервитаминоз – состояние, возникающее при чрезмерном большом поступлении витамина в орг-м. Недостаточность витаминной ф-ции возникает вследствие недостаточного поступления витамина с пищевыми продуктами, изменение нормальной микрофлоры кишечника, нарушение всасывания витаминов, нарушение транспортировки витамина с кровью, нарушение превращения витаминов в активные формы (коферменты), нарушение взаимодействия коферментов с белками, нарушение синтеза белковой части ферментов, вследствие воздействия антивитаминов. Тоже наблюдается при авитаминозе.

Роль в клеточном метаболизме.

Жирорастворимые витамины: Витамин А (ретинол) – пигмент сетчатой оболочки глаза родопсин (зрительный пурпур) необходим для зрения при тусклом освещении (скотопическое зрение). Родопсин состоит из белка (опсина), соединенного с вит.А. При ярком освещении происходит распад родопсина. Он часто регенерируется в темноте, но, поскольку эта регенерация количественно неполная, вит.А неоходим для поддержания его уровней в слизистой оболочке. Вит.А также неоходим для обеспечения нормального синтеза мукополисахаридов и секреции слизи; недостаточность вит.А приводит к высыханию эпителия, секретирующего слизь. Недостаточность вит.А – куриная слепота , высыхание и метаплазия эктодермальных тканец (фолликулярный гиперкератоз, ксероз конъюнктивы, ксерофтальмия и кератомаляция), анемия. Витамин Д (кальциферол) – антирахитический витамин. Витамин К (2-метил-1,4-нафтохинон) – необходим для синтеза в печени протромбина и VII, IX, X факторов свертывания крови. Его недостаточность сопровождается нарушениями свертывания крови и удлинением протромбиноого времени. Витамин Е (токоферол) – недостаточность этого витамина у недоношенных детей может вызывать гемолитическую анемию, тромбоз, отек и повышенную раздражительность. Возможность развития каких-либо клинических симптомов при уменьшении поступления в орг-м витамина Е после периода новорожденности не доказана.

Водорастворимые витамины. В1 (тиамин) – представляет собой компонент тиаминпирофосфата (тиаминдифосфат), являющегося необходимым кофактором декарбоксилирования альфа-оксокислот 0кокарбоксилаза): одна из важнейших р-ций этого типа заключается в превращении пирувата в ацетилкоэнзим А (ацетил-КоА0. При его недостаточности нарушается метаболизм пирувата, и он накапливется в крови. Тиаминпирофосфат является также необходимым кофактором транскетолазных р-ций. Транскетолаза катализирует одну из таких р-ций пентозофосфатного пути; происходит перенос кето (оксо)-группы от ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату с образованием глицеральдегид-3-фосфата и седогептулезо-7-фосфата. Недостаточность витамина: Бери-бери (нейропатия), энцефалопатия Вернике. В2 (рибофлавин) – сущ-ет примерно 15 флавопротеинов, преимущественно ферментов, в состав которых входит рибофлавин в виде флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД). ФМН и ФАД – обратимо функционирующие переносчики электронов в биологических окислительных системах и в свою очередь окисляются цитохромами. Недостаточность: арибофлавиноз (поражения кожи и глаз). РР (никотинамид) – является активным компонентом важного кофактора окислительно-восстановительных р-ций никотинамидаденин-динуклеотида (NAD) и его фосфата (NADP). Восстановленные NAD и NADP в свою очередь вновь окисляются флавопротеинами; ф-ции рибофлавина и никотинамида тесно взаимосвязаны. NAD, NADP и их восстановленные формы необходимы, в частности, для гликолиза, окислительного фосфорилирования, многих синтетических и др. процессов. Недостаточность: пеллагра (дерматит, диарея, деменция – ДДД). В6 (пиридоксин) – пиридоксальфосфат, образуемый в печени из пиридоксина, пиридоксаля и пиридоксамина, является кофактором, главным образом для аминотрансфераз, а также для декарбоксилирования а/к. Недостаточность: дерматит, пиридоксинчувствительная анемия. В12 (фолиевая к-та) – метаболизм пуринов и пиримидинов; витамины группы В12 являются кофакторами при синтезе нуклеиновых к-т; пантеноновая кислота – в коэнзиме А, биотин – кофактор карбоксилирования (по-видимому не имеет клинического значения). Недостаточность: мегалобластическая анемия, подострая дегенерация спинного мозга. С (аскорбиновая к-та) – в биологических системах аскорбиновая к-та может быть обратимо окислена до дегидроаскорбиновой, которая, по-видимому, функционирует как переносчик водорода (однако ее ф-ция в орг-ме чел-ка еще мало изучены); а также, вероятно, необходима для нормального коллагенообразования. Недостаточность: цинга.

92. Роль фосфолипитов в построении биомембран и формировании их функциональных особенностей.

Фосфолипиды мембран представлены в основном фосфатидилэтаноламином, фосфатидилсерином, фосфотидилинозид и фосфотидилхолин. Несмотря на различия в составе, все мембранные липиды построены по единому плану и легко смешиваются др. с др., образуя монослойные или бислойные структуры. В этих структурах реализуется 2-а типа взаимодействий: ионные взаимодействия полярных «голов» и гидрофобные взаимодействия жирно-кислотных цепей. В наружных плазматических мембранах животных клеток обнаруживается большое кол-во холестерина, меньшее – фосфатидилэтаноламина и еще меньще фосфотидилхолина. Для внутриклеточных мембран основным компонентом являются фосфотидилхолин, и соотношение фосфотидилхолин к фосфатидилэтаноламин в них всегда больше 1. Липиды в составе бислоя распределяются асимметрично. Это св-во диктуется особенностями строения их молекул: фосфотидилхолину, фосфатидилсерину присуща цилиндрическая форма; фосфатидилэтаноламину – форма конуса.

93. Желчные кислоты: образование и их роль в периваривании липидов. Связь с обменом холестерина.

Основная масса желчных кислот – это желчные кислоты, реадсорбируемые в кишечнике и повторно секретируемые в составе желчи. У чел-ка общий пул желчных к-т составляет примерно 2,8-3,5 грамм. При этом они совершают 6-8 оборотов в сутки. В общей сложности в кишечник поступают 1,8-2,5 г эндо- и экзогенного холестерина. Из этого кол-ва основная часть холестерина в неэсцтерифицированой формк подвергается всасыванию в тонком кишщечнике в составе смешанных жировых мицелл, состоящих из желчных кислот, жировых к-т, моноглицеридов, фосфолипидов.

94. Основные виды мембран клеток и их ф-ции. Общие св-ва мембран: жидкостность, поперечная асимметрия, избирательная проницаемость.

Целостная структура мембраны создается за счет гидрофобных и электростатических взаимодействий, а не за счет ковалентных связей м-у составляющими ее молекулы белков и липидов. Гидрофобный липидный бислой – естественная преграда для проникновения полярных молекул. Мембраны асимметричны по своему исходному строению, что обеспечивает градиент кривизны и спонтанные образования замкнутых структур. Мембранный бислой обладает относительно малой микровязкостью (мембраны рыхло упакованы, что позволяет отдельным компонентам проявлять повышенную подвижность в латеральном направлении).

Ф-ции: 1) отграничение содержимого клетки от внешней среды; 2) благодаря специальным рецепторам преобразуют сигналы (изменяющие клеточный метаболизм) в соответствии с изменением окружающей среды; 3) мембранные рецепторы выполняют ф-ции узнавания; 4) адгезия; 5) транспортная ф-ция.

95. Липидный состав мембран – фосфолипиды, гликолипиды, холестерин. Роль липидов в формировании бислоя, латеральная диффузия липидов.

Липиды мембран представлены 4 основными группами: фосфолипидами (основная доля), сфинголипидами, гликолипидами и стероидами. Основные фосфолипиды - фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфотидилинозид и фосфотидилхолин. Сфинголипиды (являются производными церамида и монофосфорных эфиров различных спиртов) представлены, в основном, сфингомиелином. Гликолипиды - гликозильные произвоные церамида – представлены как нейтральными цереброзидами, так и их кислыми сульфоэфирами – сульфатидами. Стероиды представлены холестерином (в мембранах животных клеток), ситостерином (в растительных клетках) и тетрахименином (у тетрахимины). Бислой образуется липидами см. вопрос № 92. Фазовый переход приводит к увеличению подвижности ацильных цепей бислоя, увеличению угла их наклона и уменьшению плотности упаковки. Латеральная подвижность мембранных белков после фазового перехода возрастает, увеличивается вероятность образования их асоциантов.

Аргинин, его роль в обмене веществ.

Относится к частично заменимым а/к, его суточная минимальная потребность (индивидуума) 1,8 г/сутки, а в расчете на массу тела (мг/кг) – взрослый орг-м в нем не нуждается. Аргинин уч-ет в азотистом балансе, влияет на рост, на ф-ции нервной системы и др. Глутаминовая к-та снижает потребности в аргинине. Наиболее высокий процент содержания аргинина в кормовых дрожжах (8,0), в коровьем молоке, говядине (7,7), рыбной, соевой муке.

S-аденозилметионин, его хим-ое строение и роль в метаболизме клеток.

Образуется в рез-те АТФ-зависимой реакции, катализируемой метионинаденозилтрансферазой. S-аденозилметионин уч-ет во всех реакциях, где метильная грцппа используется в биосинтетических р-циях: например в синтезе адреналина, тимина и т.д. S-аденозилметионин является фактическим донором метильных групп в реакциях трансметилирования.

96. Участие фосфолипаз в обмене мембранных фосфолипидов. Механизм переноса в-в через мембраны: простая диффузия, активный транспорт (Na+-K+-АТФаза, Са2+-АТФ-аза).

Мембрана создает существенные ограничения для проникновения различных в-в, однако она не является полностью непроницаемой: большие нейтральные молекулы могут проникать ч/з бислой в области структурных дефектов. Этот процесс осущ-ся по градиенту концентрации переносимого в-ва – из области, где его содержание высоко, в область более низкого содержания. Этот процесс называется простой диффузией. Он осущ-ся избирательно и с низкой скоростью.

Активный транспорт протекает против концентрационного градиента и для своего осущ-я должен быть сопряжен с энергодающим процессом. Основным источником энергии для активного транспорта является АТФ. Поэтому, как правило, эти системы представляют собой АТФ-азы. Примером активного транспорта ионов является Na+-K+-АТФаза плазматических мембран животных клеток, которая «выкачивает» из клетки ионы натрия в обмен на ионы калия, затрачивая на выполнение этой работы АТФ в стехиометрии 2Na+/2К+/1АТФ.

Са2+-АТФ-аза осуществляет активный транспорт кальция через мембрану со стехиометрией 2Са2+/1АТФ.

97. Биологическое окисление и его физиологическое назначение.

- это совокупность р-ций окисления субстратов в живых клетках, основная ф-ция которых – энергетическое обеспечение метаболизма. В орг-ме окисление протекает при относительно низкой температуре в присутствии воды, и его скорость регулируется обменов в-в.

99. Окислительное декарбоксилирование и роль этого процесса в клеточной мембране. Метаболические превращения ПВК.

Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит при участии ряда ферментов и коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, получившую название «пируватдегидрогеназный комплекс». На первой стадии этого процесса пируват теряет свою карбоксильную группу в рез-те взаимодействия тиаминпирофосфатом (ТПФ). Во втором этапе оксиэтильная группа комплекса Е1-ТПФ-СНОН-СН3 окисляется с образованием ацетильной группы, которая одновременно переносится на амид липоевой к-ты (кофермент). Третья стадия – перенос ацетильной группы на коэнзим КоА (НS-КоА). На четвертой стадии регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного комплекса и гидролипоамид-Е2. Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матрице митохондрий. В нем принимает уч-е три фермента и 5 коферментов. Суммарно р-цию, катализируемую пируватдегидрогиназным комплексом, можно представить следующим образом: пируват+НАД+ + НS-КоА---- ацетил-КоА+НАДН + Н+ +СО2. Образовавшееся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА подвергается дальнейшему окислению с образованием углекислого газа и воды.

101. Строение митохондрий и структурная организация дыхательной цепи. Окислительное фосфорилирование, коэффициент Р/О.

В клетках эукариот дыхательная цепь расположена на внутренней мембране митохондрий, у дышащих бактерий – в цитоплазматической мембране. Молярные соотношения компонентов дыхательной цепи являются постоянными, ее компоненты встроены в митохондриальную мембрану в виде четырех белково-липидных комплексов: НАДН-КоQН2-редуктаза (комплекс I), сукцинат –КоQ-редуктаза (комплекс II), КоQН2-цитохром С-редуктаза (комплекс III) и цитохром а-цитохромоксидаза (комплекс IV). Дополнительным участником дыхательной цепи является железосерный белок FeS (негемовое железо). Он уч-ет в окислительно-восстановительных процессах, протекающих по одноэлектрическому типу: цитохромы в дыхательной цепи выстроены в порядке возрастания окислительно-восстановительного потенциала.

Окислительное фосфорилирование. Ф-ция дыхательной цепи – утилизация восстановленных дыхательных переносчиков, образовавшихся в реакциях метаболического окисления субстратов. Тканевое дыхание «заряжает» митохондриальную мембрану, а окислительное фосфорилирование «разряжает» ее. Эффективность окислительного фосфорилирования в митохондриях определяется как отношение величины образовавшегося АТФ к поглощенному кислороду: АТФ/О или Р/О (коэффициент фосфорилирования).