реф. Энзимология и биологическое окисление

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра «Биологической химии»

РЕФЕРАТ

по теме:

«Энзимология и биологическое окисление»

Подготовила :

студентка группы Д – 201

Трепкачева Т.И.

Проверил:

Сергеенко С. М.

Гомель

2012

Содержание:

Занятие 1

Задача №3

Остатки каких аминокислот в белках-гликопротеидах ковалентно связывают углеводы? Напишите пентапептид с этими аминокислотами (-ала-X-три-Y-гли), где X и Y – названные аминокислоты.

Занятие 1

Задача №4

Остатки каких аминокислот в белках-гистонах обладают положительным зарядом? Напишите пентапептид с этими аминокислотами (-ала-X-мет-Y-гли), где X и Y ‑ названные аминокислоты.

Занятие2

Задача №1

Напишите формулу пептида Глу-Тир-Про-Гис-Сер. Какие из перечисленных цветных реакций будут положительными с данным пептидом: а) би­уретовая, б) Фоля, в) ксантопротеиновая, г) Милона?

Занятие2

Задача №2

О чем свидетельствуют цветные реакции на белки:

а) о наличии белка в биологической жидкости;

б) о первичной структуре белка;

в) о конформации белка;

г) о наличии некоторых аминокислот в структуре белка;

д) о функции белка;

е) о наличии числа уровней структурной организации?

Занятие 3

Задача №2

Каталитическое действие ферментов связано:

а) с увеличением энергии активации;

б) уменьшением энергии активации;

в) увеличением свободной энергии реакции;

г) уменьшением свободной энергии реакции?

Занятие 3

Задача №3

Какие ферменты активируются из зимогенов: а) карбоксипептидаза; б) химотрипсин; в) пепсин; г) трипсин; д) ЛДГ; е) АСТ?

Занятие4

Задача №1

Изоферменты ЛДГ различаются:

а) по электрофоретической подвижности; б) K_m для ПВК; в) числу субъ­единиц; г) субстратной специфичности; д) органной локализации?

Занятие4

Задача №3

О каких заболеваниях свидетельствует увеличение активности перечисленных ферментов в плазме крови (найти соответствие):

А) АСТ;	а) костные заболевания;
Б) АЛТ;	б) острый гепатит;
В) щелочная фосфатаза;	в) холестаз;
Г) кислая фосфатаза;	г) аденома простаты;
Д) 5-нуклеотидаза;	д) инфаркт миокарда?

Занятие 5

Задача №1

БО у высших организмов сопряжено:

а) с переносом протонов; б) образованием воды; в) функцией митохондрий; г) переносом электронов; д) прямым потреблением кислорода?

Занятие 5

Задача №2

В митохондриях:

а) образуются липопротеиды крови; б) протекает гидролиз макромолекул; в) происходит окислительное фосфорилирование; г) синтезируются стероиды; д) гидролизуются лекарства?

Занятие 6

Задача №6

Цитохромоксидаза содержит:

а) кобальт; б) цинк; в) магний; г) ванадий; д) медь; е) селен?

Занятие 6

Задача №2

2 Что не принимает участия в транспорте электронов по митохондриальной ДЦ:

а) NADH; б) цитохром P₄₅₀; в) негемовое железо; г) цитохром b; д) флавопротеид; е) цитохром b₅?

Занятие 1

Задача №3

Остатки каких аминокислот в белках-гликопротеидах ковалентно связывают углеводы? Напишите пентапептид с этими аминокислотами (-ала-X-три-Y-гли), где X и Y – названные аминокислоты.

ГЛИКОПРОТЕИНЫ (гликопротеиды), соед., в молекулах к-рых остатки олиго- или полисахаридов ковалентно связаны (О- или N-гликозидными связями) с полипептидными цепями белка. Гликопротеины широко распространены в природе. К ним относятся важные компоненты сыворотки крови (иммуноглобулины, трансферины и др.), групповые в-ва крови, определяющие групповую принадлежность крови человека и животных, антигены мн. вирусов (гриппа, кори, энцефалита и др.), нек-рые гормоны, лектины, ферменты.

В образовании О-гликозидной углевод-белковой связи участвуют гидроксиаминокислоты; известны комбинации галактоза (Оа1)-гидроксилизин, галактоза или арабинозагидроксипролин, но чаще в узле углевод-белковой связи находятся серии и треонин. Известно присоединение остатков N-ацетилглюкозамина , маннозы и галактозы к серину, фукозы - к треонину.

Занятие 1

Задача №4

Остатки каких аминокислот в белках-гистонах обладают положительным зарядом? Напишите пентапептид с этими аминокислотами (-ала-X-мет-Y-гли), где X и Y ‑ названные аминокислоты.

К основным аминокислотам, R-группы которых несут суммарный положительный заряд при pH 7, относятся лизин, содержащий вторую аминогруппу в эпсилон-положении алифатической цепи, и аргинин, содержащий положительно заряженную гуанидиновую группу.

Занятие2

Задача №1

Напишите формулу пептида Глу-Тир-Про-Гис-Сер. Какие из перечисленных цветных реакций будут положительными с данным пептидом: а) би­уретовая, б) Фоля, в) ксантопротеиновая, г) Милона?

Биуретовая реакция — качественная на все без исключения белки, а также продукты их неполного гидролиза, которые содержат не менее двух пептидных связей. Биуретовая реакция обусловлена присутствием в белках пептидных связей, которые в щелочной среде образуют с сульфатом меди (ІІ) окрашенные медные солеобразные комплексы

КСАНТОПРОТЕИНОВАЯ РЕАКЦИЯ, цветная качеств. р-ция на белки. Для ее осуществления к р-ру белка прибавляют конц. HNO3 до тех пор, пока не прекратится образование осадка, к-рый при нагр. окрашивается в желтый цвет. Окраска возникает в результате нитрования ароматич. колец аминокислотных остатков белка (тирозина и триптофана). При добавлении к охлажденной жидкости избытка щелочи появляется оранжевое окрашивание, обусловленное образованием солей нитроновых к-т с хиноновой системой сопряженных двойных связей.

РЕАКЦИЯ ФОЛЯ (на цистеин и цистин)

При кипячении белка со щелочью от цистеина (цистина) легко

отщепляется сера в виде сероводорода, который в щелочной среде

образует сульфид натрия:

СH2SH CH2OH

│ │

CHNH2 + 2 NaOH ⎯→ CHNH2 + Na2S + H2O

│ │

COOH COOH

цистеин серин

Для выявления сульфида натрия используют ацетат свинца,

который при взаимодействии с гидроксидом натрия превращается

в его плюмбит:

Pb(CH3COO)2 + 2NaOH → Pb(ONa)2 + 2CH3COOH

В результате взаимодействия ионов серы и свинца образуется

сульфид свинца черного или бурого цвета:

Na2S + Pb(ONa)2 + 2H2O → PbS↓ + 4NaOH

(черный

осадок)

РЕАКЦИЯ МИЛОНА (на тирозин)

Реакция Милона открывает в белке тирозин, в составе

которого имеется фенольный радикал. При нагревании белка с

реактивом Милона (смесь нитратов и нитритов ртути (I) и (П),

растворенных в концентрированной азотной кислоте) образуется

осадок, окрашенный сначала в розовый, а затем в красный цвет.

Реактив Милона дает окрашивание почти со всеми фенолами

Занятие2

Задача №2

О чем свидетельствуют цветные реакции на белки:

а) о наличии белка в биологической жидкости;

б) о первичной структуре белка;

в) о конформации белка;

г) о наличии некоторых аминокислот в структуре белка;

д) о функции белка;

е) о наличии числа уровней структурной организации?

Белки – это высокомолекулярные органические соединения,

состоящие из остатков аминокислот, которые связаны друг с дру-

гом при помощи пептидных связей. В состав белков входят 18–20

различных аминокислот. Одни из них организм может синтези-

ровать самостоятельно – это заменимые аминокислоты. Другие,

незаменимые, в организме синтезироваться не могут и должны по-

ступать с пищей. Все аминокислоты, входящие в состав белков,

являются α-аминокислотами, так как только аминогруппа, стоящая

в α-положении, способна образовывать пептидную связь. Все α-

аминокислоты, за исключением глицина, имеют ассиметричный

углеродный атом и поэтому являются оптически активными со-

единениями. Они способны вращать плоскость поляризованного

луча или вправо, или влево. Первые называются правовращающи-

ми и обозначаются знаком +, вторые – левовращающими (–). Кро-

ме этого, аминокислоты образуют два ряда стериоизомеров – L

и D. В состав живых организмов входят L(–)-аминокислоты.

Для обнаружения белка применяют цветные реакции. Они

делятся на два типа: общие, или универсальные, и специфиче-

ские. К универсальным реакциям относятся биуретовая (на пеп-

тидную связь) и нингидриновая (на α-аминокислоты). При их по-

мощи можно открыть любой белок. К специфическим относятся

реакции на отдельные аминокислоты. Это реакции на функцио-

нальные группы радикалов аминокислот, входящих в состав бел-

ков. При их помощи можно открыть только тот белок, в состав

которого они входят.

Значение цветных реакций состоит в том, что они дают воз-

можность обнаружить присутствие белка в биологических жид-

костях, растворах и установить аминокислотный состав различ-

ных природных белков. Эти реакции применяются как для

качественного, так и для количественного определения белка

и содержащихся в нем аминокислот

Первичная структура белка – последовательность чередования аминокислотных остатков, осуществляется за счет пептидных (амидных) связей, все связи ковалентные, прочные.

Определение аминокислотной последовательности белков с помощью метода Эдмана

Основным методом определения аминокислотной последовательности является метод деградации полипептидной цепи белка с помощью фенилизотиоцианата (ФИТЦ), разработанный П. Эдманом в 1950-1956г.г. Метод Эдмана позволяет последовательно отщеплять N-концевые аминокислотные остатки в виде фенилтиогидантоинов аминокислот (ФТГ).

Каждый цикл деградации включает три стадии: (рис.6)

I стадия - конденсация, образование фенилтиокарбамил пептида (ФТК-пептид);

II стадия - циклизация, отщепление N-концевого остатка аминокислоты и его циклизация в 2-анилино-5-тиазолинон;

III стадия - изомеризация, 2-анилино-5-тиазолинон N-концевого остатка аминокислоты изомеризуется в фенилтиогидантоин, который в дальнейшем идентифицируется.

Пептидные цепи содержат десятки, сотни и тысячи аминокислотных остатков, соединённых прочными пептидными связями. За счёт внутримолекулярных взаимодействий белки образуют определённую пространственную структуру, называемую "конформация белков".

Биологические функции белков тесно связаны с их пространственной структурой. Несмотря на интенсивные исследования, проблема изучения пространственной структуры белка до сих пор не решена. Это прежде всего связано с тем, что методы исследования пространственной структуры полипептидов и белков до сих пор недостаточно разработаны.

В настоящее время существуют в основном три метода непосредственного изучения пространственной структуры белков: рентгеноструктурный анализ, дисперсия оптического вращения и циркулярный дихроизм, электронная микроскопия.

Заняти3

Задача №3

Какие ферменты активируются из зимогенов: а) карбоксипептидаза; б) химотрипсин; в) пепсин; г) трипсин; д) ЛДГ; е) АСТ?

изоферментов лактатдегидрогеназы

Зимогены (от греч. zýme — закваска и... genes — рождающий, рожденный), непосредственные предшественники ферментов (энзимов), их неактивная форма; то же, что проферменты.

проферменты протеолитических ферментов трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидаза и другие синтезируются в поджелудочной железе и в составе панкреатического сока попадает в двенадцатиперстную кишку, где, в щелочной среде, под воздействием фермента двенадцатиперстной кишки энтерокиназы от молекулы трипсиногена удаляется гексапептид и формируется биологически активная структура трипсина. После активации трипсина энтерокиназой начинается процесс автокатализа и трипсин далее выступает в качестве фермента, превращающего проферменты: неактивированный трипсиноген А и В в трипсин, химотрипсиноген — в химотрипсин, прокарбоксипептидазы А и В — в карбоксипептидазу A и карбоксипептидазу В, а также другие проферменты поджелудочной железы

В физиологии желудка наиболее важен профермент пепсиноген — профермент (предшественник) пепсина.

Вырабатывается главными клетками слизистой оболочки желудка и активируются в просвете желудка соляной кислотой. Главные клетки желудка в связи с этим также называются «зимогенными».

Изоферменты, или изоэнзимы — это различные по аминокислотной последовательности изоформы или изотипы одного и того же фермента, существующие в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах.

Изоферменты, как правило, высоко гомологичны по аминокислотной последовательности и/или подобны по пространственной конфигурации. Особенно консервативны в сохранении строения активные центры молекул изоферментов. Все изоферменты одного и того же фермента выполняют одну и ту же каталитическую функцию, но могут значительно различаться по степени каталитической активности, по особенностям регуляции или другим свойствам.( ЛДГ; АСТ).

Занятие 3

Задача №2

Каталитическое действие ферментов связано:

а) с увеличением энергии активации;

б) уменьшением энергии активации;

в) увеличением свободной энергии реакции;

г) уменьшением свободной энергии реакции?

ферме́нты

(от лат. fermentum — закваска) (энзимы), биологические катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Осуществляют превращения веществ в организме, направляя и регулируя тем самым его обмен веществ. По химической природе — белки. Ферменты обладают оптимальной активностью при определённых значениях рН, нередко наличии необходимых коферментов и кофакторов, отсутствии ингибиторов. Каждый вид ферментов катализирует превращение определённых веществ (субстратов), иногда лишь единственного вещества. Поэтому многочисленные биохимические реакции в клетках осуществляет огромное число различных ферментов.

Каталитические свойства ферментов

Ферменты — самые активные среди всех известных катализаторов. Большинство реакций в клетке протекает в миллионы и миллиарды раз быстрее, чем если бы они протекали в отсутствие ферментов. Так, одна молекула фермента каталазы способна за секунду превратить в воду и кислород до 10 тыс. молекул токсичной для клеток перекиси водорода, образующейся при окислении различных соединений. Каталитические свойства ферментов обусловлены их способностью существенно уменьшать энергию активации вступающих в реакцию соединений, то есть в присутствии ферментов требуется меньше энергии для «запуска» данной реакции.

Подобно другим катализаторам, ферменты, с термодинамической точки зрения, ускоряют химические реакции за счет снижения энергии активации . Энергией активации называется энергия, необходимая для перевода всех молекул моля вещества в активированное состояние при данной температуре. Другими словами, это энергия, необходимая для запуска химической реакции, без которой реакция не начинается несмотря на ее термодинамическую вероятность. Фермент снижает энергию активации путем увеличения числа активированных молекул, которые становятся реакционноспособными на более низком энергетическом уровне .Следует отметить, что как катализируемая ферментом, так и не катализируемая им реакция независимо от ее пути имеет одинаковую величину стандартного изменения свободной энергии (ΔG). Действуя на скорость реакции, ферменты не изменяют равновесия между прямой и обратной реакциями, как и не влияют на величину свободной энергии реакции; они лишь ускоряют наступление равновесия химической реакции.

Занятие4

Задача №1

Изоферменты ЛДГ различаются:

а) по электрофоретической подвижности; б) K_m для ПВК; в) числу субъ­единиц; г) субстратной специфичности; д) органной локализации?

Изофермент ЛДГ, характерный для сердечной мышцы.

В сыворотке крови и тканях человека лактатдегидрогеназа присутствует в виде 5 изоферментов. Каждый из изоферментов ЛДГ является тетрамером, образованным субъединицами двух типов — Н и М. При электрофоретическом разделении подвижность изоферментов различается и они нумеруются в соответствии с электрофоретической подвижностью как изоферменты 1 (движется наиболее быстро), 2, 3, 4 и 5(движется наиболее медленно). Изоферменты ЛДГ-1 (НННН) и ЛДГ-2(НННМ) присутствуют в большой концентрации в мышце сердца, а также в эритроцитах и корковом веществе почек; изоферменты ЛДГ-4(НМММ) и ЛДГ-5 (ММММ) — в скелетных мышцах и в печени. Изофермент ЛДГ-3 (ННММ) характерен для легочной ткани. В норме основным источником изоферментов ЛДГ в сыворотке являются разрушающиеся клетки крови. При повреждении тканей ЛДГ поступает из клеток тканей в кровь. Определение изоферментов имеет важное диагностическое значение, так как повышение концентрации отдельных изоферментов характеризует повреждение конкретных органов.

Основное значение определения активности ЛДГ-1 — диагностика инфаркта миокарда. Повышение активности ЛДГ-1 в течение первых трех суток после появления боли позволяет с большой вероятностью диагностировать инфаркт миокарда или исключить этот диагноз. Через16–20 ч после болевого приступа, когда общая активность ЛДГ еще не выходит за пределы референсных значений, наблюдается рост ЛДГ-1.

Активность ЛДГ-1 может оставаться увеличенной после того, как суммарная активность ЛДГ сыворотки уже возвращается к норме. При небольших инфарктах активность ЛДГ-1 может быть увеличенной, в то время как общая ЛДГ остается в пределах нормы.

Занятие4

Задача №3

О каких заболеваниях свидетельствует увеличение активности перечисленных ферментов в плазме крови (найти соответствие):

А) АСТ;	а) костные заболевания;
Б) АЛТ;	б) острый гепатит;
В) щелочная фосфатаза;	в) холестаз;
Г) кислая фосфатаза;	г) аденома простаты;
Д) 5-нуклеотидаза;	д) инфаркт миокарда?

АСТ (аспартатаминотрансфераза, АСАТ) - внутриклеточный фермент из группы трансфераз, подгруппы трансаминаз, который катализирует превращение а-кетокислот в аминокислоты, путем переноса аминогруппы.

Повышение уровня в анализе крови АСТ при инфаркте миокарда - один из ранних маркеров повреждения сердечной мышцы, хотя специфичность его невысока. При подозрении на острый инфаркт миокарда биохимический показатель АСТ имеет диагностическую чувствительность 96%, и диагностическую специфичность 86% через 12 часов после возникновения болей за грудиной. Уже через 6-8 часов после начала болевого приступа уровень в анализе АСТ в сыворотке крови увеличивается в несколько раз, пик концентрации приходится на 18-24 часа, и на 4-5 день после манифестации заболевания уровень АСТ снижается до нормальных значений .

При заболеваниях печени в первую очередь и наиболее значительно по сравнению с АСТ изменяется активность АЛТ. При остром гепатите, независимо от его этиологии, активность аминотрансфераз повышается у всех больных. Особенно изменяется активность АЛТ, содержащейся в цитоплазме, вследствие её быстрого выхода из клетки и поступления в кровяное русло, поэтому определение активности АЛТ - более чувствительный тест для ранней диагностики острого гепатита, чем АСТ. Период полураспада АЛТ приблизительно 50 ч. АСТ расположена преимущественно в митохондриях, период её полураспада - 20 ч, поэтому её активность повышается при более тяжёлых повреждениях гепатоцита. Активность АЛТ и АСТ повышается за 10-15 дней до появления желтухи при гепатите А, и за много недель при гепатите В (активность указанных ферментов повышает одновременно, но АЛТ - в значительно большей степени). При типичном течении вирусного гепатита активность АЛТ достигает максимума на 2-3-й неделе заболевания. При благоприятном его течении активность АЛТ нормализуется через 30-40 сут.

Костную щелочную фосфатазу продуцируют остеобласты — крупные одноядерные клетки, лежащими на поверхности костного матрикса в местах интенсивного формирования кости. Видимо, благодаря внеклеточному расположению фермента в процессе кальцификации можно проследить прямую связь между заболеванием кости и активностью фермента в сыворотке крови. У детей щелочная фосфатаза повышена до периода полового созревания. Увеличение активности щелочной фосфатазы сопровождает рахит любой этиологии, болезнь Педжета, костные изменения, связанные с гиперпаратиреозом. Быстро увеличивается активность фермента при ос-теогенной саркоме, метастазах рака в кости, миеломной болезни, лимфогранулематозе с поражением костей.

При холестазе беременных помимо увеличения содержание желчных кислот возрастает активность ряда экскреторных ферментов, свидетельствующих о холестазе (щелочная фосфатаза, 5-нуклеотидаза).

Кислая фосфатаза

Как и щелочная фосфатаза, этот фермент присутствует практически во всех органах, особенно в печени, селезенке, эритроцитах и тромбоцитах, почках, костном мозге, но у мужчин он наиболее активен в предстательной железе. Соответственно, значительное повышение активности кислой фосфатазы у мужчин с большой долей вероятности свидетельствует о раке предстательной железы.Умеренное повышение активности кислой фосфатазы типично для простатитов, особенно после некоторых диагностических и лечебных манипуляций в области предстательной железы (цитоскопия, ректальное исследование и др.).

Занятие 5

Задача №1

БО у высших организмов сопряжено:

а) с переносом протонов; б) образованием воды; в) функцией митохондрий; г) переносом электронов; д) прямым потреблением кислорода?

Занятие 5

Задача №2

В митохондриях:

а) образуются липопротеиды крови; б) протекает гидролиз макромолекул; в) происходит окислительное фосфорилирование; г) синтезируются стероиды; д) гидролизуются лекарства?

ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ, процесс запасания энергии, освобожденной при аэробном окислении в макроэргических связях аденозинтрифосфата (АТФ).

У высших растений, включая виноград, оно происходит в специализированных органеллах — митохондриях. Число митохондрий в одной клетке колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен. Наибольшее количество их установлено в гетеротрофных клетках. Митохондрии окружены двумя отдельными мембранами: внешняя — гладкая, внутренняя — содержит складки, называемые кристами. Полость митохондрий заполнена матриксом. Каждая из частей митохондрий содержит различные комплексы ферментов и обладает специфич. функциями. Ф. о. и синтез АТФ протекают на наружной поверхности внутренней мембраны. Здесь локализованы ферменты дыхательной цепи, фактор сопряжения, специализированные переносчики для органических фосфатов, амино- и жирных кислот, ди- и трикарбоновых кислот. Количество АТФ, синтезированного митохондриями, прямо пропорционально числу крист и суммарной поверхности внутренней мембраны. Внешняя мембрана содержит ферменты метаболизма жирных кислот, фосфолипидов и липидов. В матриксе локализованы ферменты цикла ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса), ферменты окисления жирных кислот, синтеза рибосом, белков, рибонуклеиновой и дезоксири-бонуклеиновой кислот. Число ферментов, функционирующих в митохондриях, превышает 40. Органические вещества, окисляемые митохондриями, поступают в матрикс из цитоплазмы. Синтезированная АТФ переносится в цитоплазму переносчиком транслоказой с одновременным обменом на эквивалентное число молекул аденозиндифосфата (АДФ). Механизм окисления в митохондриях имеет 2 специфич. особенности: освобождение энергии происходит при переносе электронов и протонов (или атомов водорода) от промежуточных соединений цикла Кребса по дыхательной цепи к кислороду; энергия, освобождаемая при дыхании, используется и запасается постепенно.