 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Химическая природа ферментов
Ферментами называются глобулярные белки. Они подразделяются на однокомпонентные ферменты (простые белки) и двухкомпонентные ферменты (сложные белки). Сложные ферменты называются холоферментами. Белковые компоненты двухкомпонентных ферментов называются апоферментами, небелковые – кофакторами. Последние подразделяются на коферменты и простатические группы. Кофермент – это небелковая часть, лабильно связанная с апоферментом, простетическая группа – небелковая часть, прочно связанная с белком. Существует несколько классификаций ферментов. 1. Тривиальная номенклатура. Первоначально ферментам давали названия, образуемые путем добавления окончания -аза к названию субстрата, на который данный фермент действует, например: см. Энзимологию!! Амилазы (от греч. amilos – крахмал) – ферменты, гидролизующие крахмал (амилон). Липазы (от греч. lipos – жир) – ферменты, гидролизующие жиры (липос). Протеиназы (от греч. protos – главный, важный) – ферменты, гидролизующие белки (протеины). 2. Номенклатура по типу реакции. Ферментам, катализирующим близкие по типу реакции, давали названия, указывающие тип реакции: ацилазы, декарбоксилазы, дегидрогеназы, оксидазы. Номенклатура, введенная Международным биохимическим союзом (УИВ). Основные принципы номенклатуры УИВ состоят в следующем: - главный принцип – ферменты называются и классифицируются в соответствии с типом и механизмом; чего?? - реакции и ферменты, которые их катализируют, подразделяются на шесть классов, в каждом из которых имеется несколько подклассов (от 4 до 18); - название фермента состоит из двух частей (первая часть – название субстрата или субстратов, вторая – тип катализируемой реакции) и оканчивается на -аза; - дополнительная информация заключается в скобки; - каждый фермент имеет кодовый номер по классификации ферментов (КФ). Первая цифра характеризует класс реакции, вторая – подкласс, третья – подподкласс, четвертая – порядковый номер фермента в его подподклассе. Например, КФ 2.7.1.1 означает, что фермент относится к классу 2 (трансфераза), подклассу 7 (перенос фосфата), подподклассу 1 (акцептором является спирт). Последняя цифра обозначает фермент гексокиназу – D-гексозо-6-фосфотрансферазу, т. е. фермент, катализирующий перенос фосфата с АТФ к глюкозе. Классы ферментов Ферменты подразделяются на шесть классов: 1. Оксидоредуктазы (18 подклассов). 2. Трансферазы, или феразы (8 подклассов). 3. Гидролазы (11 подклассов). 4. Лиазы, или десмолазы (6–7 подклассов). 5. Изомеразы и мутазы (5–6 подклассов). 6. Лигазы, синтетазы (5 подклассов). Оксидоредуктазы Оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции с участием двух субстратов: Sвосст. + S¢окисл. = Sокисл + S¢восст. Ферменты катализируют реакции, в которых участвуют такие группы, как СН–ОН, СН–СН, С=О, СН–NН2, –СН–NН–. Примеры оксидоредуктаз: 1. Ферменты дыхательной цепи – цитохромы. 2. Каталаза – фермент, катализирующий расщепление Н2О2; предохраняет организм от вредного воздействия Н2О2. 3. Пероксидаза – фермент, ускоряющий окисление Н2О и О2 до Н2О2. 4. К оксидоредуктазам относятся дегидрогеназы – ферменты, отнимающие водород от одних органических веществ и передающие другим органическим соединениям (анаэробные дегидрогеназы) или О2 воздуха (аэробные дегидрогеназы). Дегидрогеназами называются оксиредуктазы, которые окисляют субстраты путем отнятия водорода. Дегидрогеназы – это ферменты, отнимающие водород от одних органических веществ и передающие другим органическим соединениям (анаэробные дегидрогеназы) или кислороду воздуха (аэробные дегидрогеназы). Анаэробные дегидрогеназы содержат коферменты НАД (козимаза), НАДФ, аэробные – ФАД. В клетке окислительные процессы происходят по нескольким механизмам: 1. Окисление по типу отнятия электронов:
2. Окисление по типу отнятия водорода: -2Н
3. Окисление путем присоединения к субстрату кислорода:
Оксидоредуктазы подразделяют на дегидрогеназы, оксидазы, оксигеназы. Кроме того, в митохондриях клеток содержится группа ферментов – промежуточных переносчиков электронов дыхательной цепи. Дегидрогеназы – оксидоредуктазы, которые окисляют субстрат путем отнятия водорода. Оксигеназы – это ферменты, осуществляющие включение одного (оксигеназы) или двух (диоксигеназы) атомов кислорода в молекулу субстрата. К ним относятся ферменты, осуществляющие окисление путем передачи восстановительного эквивалента от субстрата, либо на молекулярный кислород, либо на кислород пероксида водорода или органических перекисей. К оксидазам относятся пероксидазы и полифенолоксидазы. Пероксидазы – ферменты, окисляющие субстрат при помощи пероксида водорода:
где АН2, А – восстановленный и окисленный субстраты соответственно. Субстратами пероксидаз служат фенолы и ароматические соединения. Пероксидазы – это железосодержащие ферменты, гемом которых является феррипротопорфирин IX. Окисление субстратов осуществляется по одноэлектронному механизму. Первой стадией каталитического процесса является образование комплекса между железом фермента и пероксидом водорода. Следовательно, окисление субстрата осуществляется пероксидом водорода, который активирован ферментом. Е-Н2О + Н2О2 ® Е-Н2О2 + Н2О соединение 1 Е-Н2О2 + АН2 ® Соединение 2 + АН· Соединение 2 + АН· ® Е-Н2О + А Пероксидазы широко распространены в растительных тканях. Они находятся в клеточной стенке и пероксисомах. Известно более 20 изоформ пероксидаз с различной активностью. Роль пероксидаз в биохимии и физиологии растений окончательно не выяснена. Пероксидазы наряду с каталазой препятствуют накоплению пероксида водорода в клетке, выполняют защитную функцию, играют важную роль в онтогенезе растений при патогенезе, противостоянии стрессу, различных механических повреждениях. Пероксидазы участвуют в нейтрализации продуктов вторичного обмена (фенолов), в регуляции гормонального статуса растений через окисление индолилуксусной кислоты, образование этилена из метионина, участвуют в процессах синтеза лигнина в клеточной стенке. Образованные в пероксидазных реакциях активные формы кислорода могут использоваться растениями для защиты от патогена. Пероксидазы могут разрушать комплексы, содержащие радионуклеиды, препятствовать их накоплению, это чрезвычайно важно с позиции экологии Севера. Анализ ферментативной активности пероксидаз проводится фотоколориметрическим методом при длине волны 440 нм, рабочей длине кюветы – 2 см. Определение активности пероксидазы основано на образовании красно-коричневых окрашенных продуктов при окислении фенола, бензидина, гваякола, катехола и других фенольных соединений. Общая схема реакции:
красно-коричневая Типичным примером оксиредуктаз является Полифенолоксидаза – оксидоредуктаза, катализирующая окисление полифенолов. Определение активности полифенолоксидазы проводится фотоколориметрическим методом при длине волны 590 нм, рабочей длине кюветы 2 см, при воздействии на систему пирокатехин-р-фенилендиамин. Реакция протекает следующим образом:
-2Н +1/2О2
о-хинон
NH2 NH
о-хинон р-фенилендиамин коричневый пирокахетин окрашенный продукт
Полифенолоксидаза содержится в высших растениях и грибах. Массовая доля меди в ней составляет 0,2–0,3 %. Молекулярная масса полифенолоксидазы у грибов равна 34 500, у чайного листа – 144 000. Полифенолоксидаза участвует в окислении полифенолов и дубильных веществ, ее действием объясняется потемнение плодов и овощей при сушке, потемнение поверхностей разрезанных яблок или картофельного клубня. Каталаза Каталаза относится к классу оксидоредуктаз. Биологическая роль каталазы состоит в том, что каталаза разрушает токсичную для животных и растительных клеток Н2О2, Н2О2 накапливается где? как рабочий продукт метаболизма. каталаза
Каталаза – двухкомпонентный фермент, состоящий из белка и простетической группы, которая содержит гематин и связывается с белком двумя карбоксилами. Каталаза локализуется в пероксисомах. Это быстродействующий фермент, при 0 0С одна молекула каталазы разлагает до 40 000 молекул в секунду. Каталаза ингибируется синильной кислотой. Трансферазы Трансферазы – ферменты, катализирующие перенос Какой?? группы от субстрата S на субстрат S¢: S – G + S¢ ® S¢ – G + S. Примерами трансфераз являются: дать маркированным списком?? Ацилтрансферазы – ферменты, переносящие ацильные группы Ацетил-СоА + холин ® СоА + О-ацетилхолин Алкилтрансферазы – ферменты, переносящие алкильные группы (метилтрансферазы переносят СН3-, метил). Фосфотрансферазы – ферменты, преносящие группы, содержащие фосфор. Гликозилтрансферазы – ферменты, катализирующие перенос остатков моносахаридов. К гликозилтрансферазам относятся фосфорилазы. Представителем фосфорилаз является крахмальная фосфорилаза (a-глюканфосфорилаза, КФ 2.4.1.1). Гидролазы Гидролазами называются ферменты, катализирующие процессы гидролиза (гидролиз эфирных, сложноэфирных, пептидных и гликозильных связей, кислотных ангидридов, связей С–С, С–галоида, Р–N). Гидролазы подразделяются на эстеразы, карбогидразы, протеазы, амидазы, дезаминазы, фосфорилазы. Эстеразы – ферменты, катализирующие реакции расщепления и синтеза сложных эфиров: эстеразы
К ним относятся липазы, танназы, см. ниже! число?? хлорофиллазы, пектинэстеразы (пектазы), фосфатазы, сульфатазы. Липазы (шифр КФ 3.1.1.3) – это эстеразы, катализирующие гидролиз и синтез жиров. СН2–О–СО–R1 СН2–ОН | |
| | СН2–О–СО–R3 СН2–ОН Танназа см. выше! – фермент, катализирующий гидролиз сложного эфира таннина. Хлорофиллаза – эстераза, катализирующая переэтерификацию хлорофилла. Пектозы катализируют гидролиз эфиров пектина. Фосфатазы ускоряют расщепление и синтез сложных эфиров, образованных спиртами и фосфорной кислотой. Они подразделяются на фосфатазы неспецифического и специфического действия. Неспецифические фосфатазы катализируют отщепление Н3РО4 от фосфорных эфиров, для них характерен широкий диапазон рН (4,5–9,0). К данным фосфатазам относятся рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза, катализирующие распад рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот. Специфические фосфатазы действуют на фосфорные эфиры определенного состава. К ним относится фруктозодифосфатаза, действующая только на фруктозодифосфорную кислоту. Сульфатазы катализируют гидролиз и синтез сложных эфиров серной кислоты. Карбогидразы–ферменты, катализирующие гидролиз и синтез гликозидов, ди-, три- и полисахаридов. См. энзимологию с. 17!! Карбогидразы подразделяются на олигазы и полиазы. Полиазы и олигазы – ферменты, катализирующие гидролиз полисахаридов, а олигазы кроме того катализируют гидролиз олигосахаридов. К олигазам относятся a-глюкозидаза, b-глюкозидаза, a-галактозидаза, b-галактозидаза, b-фруктофуранозидаза. a-Глюкозидаза, или мальтаза – фермент, расщепляющий a-глюкозидную связь в дисахаридах и глюкозидах. Биологическим субстратом для данного фермента являются мальтоза и сахароза. Содержится в тканях растений, плесневых грибах, дрожжах, бактериях, проросшем просяном зерне. Просяной солод применяют как добавку к ячменному солоду при изготовлении мальтозной патоки, так как он богат активной мальтазой. b-Глюкозидаза – фермент, расщепляющий b-глюкозидную связь в ди- и полисахаридах, b-глюкозидах (целлобиоза, пентибиоза, глюкозиды – амигдалин, арбутин). a-Галактозидаза – фермент, катализирующий гидролиз a-галакто-зидов, например рафинозы и мелибиозы. Содержится в пивных дрожжах и в грибном солоде – такадиастазе (ферментном препарате, полученном из плесневых грибов. b-Галактозидаза (КФ 3.2.1.23), или лактаза – фермент, катализирующий гидролиз лактозы на глюкозу и галактозу. Содержится в бактериях, плесневых грибах, плодах миндаля, в лактозных дрожжах, в молочных железах животного организма. b-Фруктофуранозидаза (КФ 3.2.1.26), или сахараза, или инвертаза – фермент, катализирующий расщепление сахарозы на глюкозу и фруктозу. a-Глюкозидаза гидролизует сахарозу у a-глюкозидного С-атома остатка глюкозы, а b-фруктофуранозидаза гидролизует связь у b-глюко-зидного С-атома остатка фруктозы. b-Фруктофуранозидаза (сахараза) катализирует также гидролизирует рафинозы (триозы) с образованием молекулы фруктозы и молекулы дисахарида мелибиозы. Полиазы Одной из полиаз является амилаза, которую называют также птиалином, или диастазом. Амилаза открыта в 1814 г. К.С. Кирхгофом. Амилазы содержатся в слюне, панкреатическом соке, плесневых грибах, проросшем зерне; гидролизует крахмал до декстринов и мальтозы. Амилазы гидролизуют крахмальные зерна и крахмальный клейстер. Установлено наличие существование трех амилаз: a-амилазы, b-амилазы и глюкоамилазы. a-Амилаза (КФ 3.2.1.1.), другое название – птиалин, декстриногеноамилаза, гликогеназа; содержится в слюне, в проросшем зерне пшеницы, ржи, ячменя. b-Амилаза (КФ 3.2.1.2.), или сахарогеноамилаза, содержится в зерне пшеницы, ржи, ячменя, соевых бобах. a-Амилаза и b-амилаза различаются по характеру действия на компоненты крахмала – амилозу и амилопектин. b-Амилаза расщепляет амилозу на 100 % до мальтозы, амилопектин – на 54 % до мальтозы и 46 % – до декстринов, дающих с йодом красно-коричневое окрашивание. Данные декстрины гидролизуются a-амилазой до декстринов с меньшей молекулярной массой, не дающих окрашивания с йодом, с образованием незначительного количества мальтозы. Декстрины, образовавшиеся при действии b-амилазы на аминопектин, гидролизуются a-амилазой с образованием декстринов, обладающей меньшей молекулярной массой и дающих окрашивание с йодом. При последующем длительном действии a-амилазы на крахмал 85 % его превращается в мальтозу. Таким образом, при действии на крахмал a- и b-Амилазы отличаются оптимумом рН: b-амилаза более активна в более кислой среде (a-амилаза – рН 5,5, b-амилаза – рН 4,0). Так как активность a-амилазы снижается при повышении кислотности, тесто из муки полученной из проросшего зерна замешивают на жидких дрожжах (молочнокислых заквасках), молочная кислота угнетает действие a-амилазы. a-Амилаза более устойчива к действию повышенных температур, температурный оптимум a-амилазы (68 0С) выше температурного оптимума b-амилазы (52 0С). Семена растений различаются по содержанию a- и b-амилазы. В непроросших семенах Чем семена отличаются от зерен? пшеницы, ржи и ячменя содержится b-амилаза, a-амилаза образуется лишь при прорастании. Инактиваторы амилазы – белки и дубильные вещества – служат регулирующим фактором в прорастающем и созревающем зерне. Солод, применяемый при изготовлении пива и при осахаривании картофельных или мучных заторов в спиртовой промышленности, является источником активной амилазы, превращающей крахмал в сбраживаемый сахар – мальтозу. Активный грибной солод получают из плесневых грибов. Глюкоамилаза (КФ 3.2.1.3) – фермент, гидролизующий крахмал с образованием глюкозы и небольшого количества декстринов. Глюкоамилазу получают из плесневых грибов и используют для получения кристаллической глюкозы и глюкозной патоки. Целлюлаза – комплекс двух ферментов: эндоглюканазы (КФ 3.2.1.4) и экзоглюканазы (КФ 3.2.1.74). Гидролизует клетчатку с образованием целлобиозы. Целлюлаза содержится в проросшем зерне, бактериях и плесневых грибах; является активным ферментом в грибах-вредителях, живущих на древесине. Бактерии, живущие в желудках травоядных животных, выделяют активную целлюлазу, гидролизующую клетчатку. Этим объясняется способность животных переваривать и усваивать клетчатку. Инулиназа (КФ 3.2.1.7), или инулаза – фермент, гидролизующий инулин с образованием фруктозы. Инулаза обнаружена в высших растениях, содержащих большое количество инулина, и в плесневых грибах. Гемицеллюлазы – группа ферментов, гидролизующих различные гемицеллюлозы, которые содержатся в прорастающих семенах и плесневых грибах. Например, ксиланаза (КФ 3.2.1.32) гидролизует ксиланы до ксилозы. Протопектиназа и полигалактуроназа (пектиназа) – ферменты, расщепляющие пектиновые вещества. Протопектиназа – фермент, расщепляющий связи между метоксилированной полигалактуроновой кислотой арабаном и галактаном. Метоксилированная полигалактуроновая кислота (растворимый пектин) гидролизуется пектинэстеразой до метилового спирта и полигалактуроновой кислоты. Полигалактуроназа катализирует гидролиз полигалактуроновой кислоты, она характерна для бактерий и плесневых грибов, в высших растениях встречается редко (пока обнаружена только в плодах томатов). Плесневые грибы используются для получения препаратов данных каких?? ферментов, которые используются в пищевой промышленности для осветления фруктовых соков, плодовых и виноградных вин, содержащих большое количество растворимого пектина. Протеазы (протеолитические ферменты) – это ферменты, катализирующие гидролиз белков, полипептидов, олигопептидов. Подразделяются на протеиназы (полипептидазы), осуществляющие гидролиз белков и высокомолекулярных полипептидов и пептидазы, которые расщепляют низкомолекулярные пептиды (тетра-, три- и дипептиды). По воздействию на конкретные участки пептидной цепи протеолитические ферменты делятся на эндопептидазы (действуют на участки цепи, расположенные далеко от концов цепи) и экзопептидазы (отщепляют концевые аминокислоты). Примерами эндопептидаз Являются трипсин, пепсин, примерами экзопептидаз – карбокси- и аминопептидазы. В зависимости от строения активного центра протеолитических ферментов выделяютследующие протеиназы: - сериновые, содержащие в активном центре серин (трипсин, химотрипсин); - тиоловые, содержащие в активном центре цистеин (катепсин В); - кислые, содержащие в активном центре две –СООН-группы (пепсин, катепсин Д). Протеолитические ферменты подразделяются на ферменты желудочно-кишечного тракта, тканевые и бактериальные. Дезамидазы (амидазы) – гидролазы, катализирующие процессы дезаминирования амидов кислот с образованием NН3 и кислоты. К амидазам относятся аргиназа, уреаза, аспарагиназа, глутаминаза. Аргиназа – фермент печени – катализирует гидролиз аргинина с образованием мочевины и орнитина. Уреаза – фермент, катализирующий гидролиз мочевины с образованием NН3 и СО2. Аспарагиназа дезаминирует аспарагин, глутаминаза – глутамин. Дезаминазы катализируют процессы дезаминирования азотистых оснований (например, аденин, гуанин) с образованием спиртов и аммиака. Гуаназа катализирует дезаминирование гуанина. Лиазы Лиазы (десмолазы) – ферменты, отщепляющие группы от субстратов по негидролитическому механизму с образованием двойных связей без участия энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ: X Y | | C– C ® X – Y + C = C К ним относятся ферменты, действующие на связи С–С, С–О, С–N, К лиазам относится фермент рибулозодифосфат-карбоксилаза СН2ОРО32- COO- | | C=O 2 HCOH
(HCOH)2 CH2OPO3 | CH2OPO32- рибулозодифосфат (пентоза) триоза Молекула рибулозодифосфат-карбоксилазы включает 16 субъединиц: восемь больших субъединиц, образующих активный центр, синтезируются в хлоропласте, восемь малых – синтезируются в цитоплазме, транспортируются через мембрану хлоропласта и соединяются с большими субъединицами. В листьях растений содержание рибулозодифосфат-карбоксилазы составляет в среднем 16 % от общей массы белка, молекулярная масса – в среднем 550 000. Изомеразы и мутазы Изомеразы – ферменты, катализирующие взаимопревращения оптических, геометрических и позиционных изомеров. К изомеразам относятся цис-транс-изомеразы, например: ретинальизомераза
Подклассом изомераз являются изомеразы, катализирующие взаимопревращения альдоз и кетоз. Мутазы обеспечивают внутримолекулярный перенос атомных группировок без образования изомера. Лигазы Лигазы (от лат. ligare – связывать), или синтетазы – ферменты, катализирующие соединение двух простых молекул в более сложные, сопряженное с распадом АТФ. При составлении названия фермента к названию продукта реакции добавляется окончание -синтетаза. К данному классу относятся ферменты, катализирующие реакции, в ходе которых образуются связи С–О, С–S, C–N, C–C. |
An+ электроны Am+
А1 А2
А1 + О2 А2
Н2О2 + АН2 А + 2 Н2О2,
Фенол + Н2О2 пероксидаза Хинон + Н2О
ОН ОН О О
полифенолоксидаза
+ Н2О
+ +
2 Н2О2 2 Н2О + О2
R–СО–О–R1 + Н2О R–СООН +R1 ОН
СН–О–СО–R2 + 3 Н2О липаза Н–ОН + R1СООН + R2СООН +R3СООН
| + HCO3- (или СО2) ферментMg2+ | + H+
Транс-ретиналь 11-цис-ретиналь