Шпаргалка по "Биохимии животных"

29. Строение и классификация ферментов Функции ферментов

Ферменты присутствуют во всех живых  клетках и способствуют превращению  одних веществ (субстратов) в другие (продукты). Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах — ими катализируется более 4000 разных биохимических реакций[2]. Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма.

Подобно всем катализаторам, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, понижая энергию активации  процесса. Химическое равновесие при  этом не смещается ни в прямую, ни в обратную сторону. Отличительной особенностью ферментов по сравнению с небелковыми катализаторами является их высокая специфичность — константа связывания некоторых субстратов с белком может достигать 10−10 моль/л и менее. Каждая молекула фермента способна выполнять от нескольких тысяч до нескольких миллионов «операций» в секунду.

Например, одна молекула фермента ренина, содержащегося в слизистой оболочке желудка телёнка, створаживает около 106 молекул казеиногена молока за 10 мин при температуре 37 °C.

При этом эффективность ферментов значительно выше эффективности небелковых катализаторов — ферменты ускоряют реакцию в миллионы и миллиарды раз, небелковые катализаторы — в сотни и тысячи раз. См. также Каталитически совершенный фермент

Классификация ферментов

По типу катализируемых реакций  ферменты подразделяются на 6 классов  согласно иерархической классификации  ферментов (КФ, EC — Enzyme Comission code). Классификация  была предложена Международным союзом биохимии и молекулярной биологии (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Каждый класс содержит подклассы, так что фермент описывается совокупностью четырёх чисел, разделённых точками. Например, пепсин имеет название ЕС 3.4.23.1. Первое число грубо описывает механизм реакции, катализируемой ферментом:

КФ 1: Оксидоредуктазы, катализирующие окисление или восстановление. Пример: каталаза, алкогольдегидрогеназа.

КФ 2: Трансферазы, катализирующие перенос  химических групп с одной молекулы субстрата на другую. Среди трансфераз особо выделяют киназы, переносящие фосфатную группу, как правило, с молекулы АТФ.

КФ 3: Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей. Пример: эстеразы, пепсин, трипсин, амилаза, липопротеинлипаза.

КФ 4: Лиазы, катализирующие разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов.

КФ 5: Изомеразы, катализирующие структурные  или геометрические изменения в  молекуле субстрата.

КФ 6: Лигазы, катализирующие образование  химических связей между субстратами  за счёт гидролиза АТФ. Пример: ДНК-полимераза.

Будучи катализаторами, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакции, поэтому, например, лиазы способны катализировать и обратную реакцию — присоединение  по двойным связям.

30. Конкурентное и неконкурентное ингибирование ферментов

В этом случае ингибитор связывается в активном центре фермента и конкурирует за него с субстратом. Таким образом, конкурентный ингибитор не связывается с фермент-субстратным комплексом (ES на рис.1), то есть константа диссоциации Ki' >> 1.

Конкурентный ингибитор обычно структурно схож с субстратом, однако фермент не способен катализировать реакцию в присутствии ингибитора из-за отсутствия у последнего необходимых функциональных групп.

Видно, что при конкурентном ингибировании  максимальная скорость реакции Vmax не меняется, а кажущаяся константа Михаэлиса увеличивается в (1 + [I]/Ki) раз. Поэтому в двойных обратных координатах Лайнуивера-Берка (зависимость 1/v0 от 1/[S]) при разных концентрациях ингибитора получают семейство прямых с различным наклоном, пересекающихся в одной точке на оси ординат.

Константу ингибирования Ki обычно определяют так: проводят ряд измерений кажущейся  константы Михаэлиса при различных  концентрациях ингибитора, затем  строят зависимость этой величины от концентрации ингибитора. Тангенс угла наклона полученной прямой равен Km/Ki.

Неконкурентное ингибирование

 Неконкурентный ингибитор не  мешает связыванию субстрата  с ферментом. Он способен присоединяться  как к свободному ферменту, так  и к фермент-субстратному комплексу  с одинаковой эффективностью. Ингибитор вызывает такие конформационные изменения, которые не позволяют ферменту превращать субстрат в продукт, но не влияют на сродство фермента к субстрату.

При неконкурентном ингибировании  константа Михаэлиса не изменяется, а максимальная скорость реакции уменьшается в (1 + [I]/Ki) раз. Поэтому в двойных обратных координатах семейство прямых, отвечающих разным концентрациям ингибитора, пересекается в одной точке на оси абсцисс.

Бесконкурентное ингибирование

При бесконкурентном ингибировании  ингибитор связывается только с фермент-субстратным комплексом, но не со свободным ферментом. Субстрат, связываясь с ферментом, изменяет его конформацию, что делает возможным связывание с ингибитором. Ингибитор, в свою очередь, так меняет конформацию фермента, что катализ становится невозможным.

Максимальная скорость реакции  и кажущаяся константа Михаэлиса  уменьшаются в одинаковое число  раз. Поэтому в двойных обратных координатах для разных концентраций ингибитора получаем семейство параллельных прямых.

31. Особенности биологического катализа

- ускорение биохимических  реакций при участии белковых  макромолекул. называемых ферментами. Важнейшие особенности ферментативного  катализа - эффективность, специфичность  и чувствительность к регуляторным  воздействиям. Ферменты увеличивают скорость химического превращения субстрата по сравнению с неферментативной реакцией в 109-1012 раз. Столь высокая эффективность обусловлена особенностями строения активного центра. Принято считать, что активный центр комплементарен переходному состоянию субстрата при превращении его в продукт. Благодаря этому стабилизируется переходное состояние и понижается активационный барьер реакции. Ферментативные реакции чувствительны к внешним условиям, в частности к ионной силе раствора и рН среды.

 

32. Классификация гормонов Роль гормонов в регуляции метаболизма По химическому строению известные гормоны позвоночных делят на основные классы:

Стероиды

Производные полиеновых (полиненасыщенных) жирных кислот

Производные аминокислот

Белково-пептидные соединения

Структура гормонов позвоночных  животных, точнее её основы, встречается  у беспозвоночных, растений и одноклеточных  организмов. По-видимому, структура гормонов возникла 3,5 млрд лет назад, но приобрела гормональные функции лишь в последние 500 млн лет в филогенезе животного мира. При этом в процессе эволюции изменилась не только структура, но и функции гормональных соединений (Баррингтон, 1987). Наибольшему изменению подверглось химическое строение белково-пептидных гормонов. В большинстве случаев, гомологичный гормон высших позвоночных обладает способностью воспроизводить физиологические эффекты у низших позвоночных, однако обратная картина наблюдается значительно реже[1].

Стероидные гормоны

Гормоны этого класса — полициклические химические соединения липидной природы, в основе структуры  которых находится стерановое ядро (циклопентанпергидрофенантрен), конденсированное из трёх насыщенных шестичленных колец (обозначают латиницей: A, B и C) и одного насыщенного пятичленного кольца (D). Стерановое ядро обусловливает общность (единство) полиморфного класса стероидных гормонов, а сочетание относительно небольших модификаций стеранового скелета определяет расхождение свойств гормонов этого класса[1].

Механизм действия. Стероидные гормоны, проникнув в клетку, связываются  с цитоплазматич. рецепторами, образовавшийся комплекс транспортируется в ядро, где он связывается с белками  хроматина и регулирует транскрипцию определенных генов. Гормоны щитовидной железы также действуют непосредственно на ядро, но, в отличие от стероидных, после проникания в клетку сразу связываются с ядерными рецепторами. Все остальные гормоны взаимод. с рецепторами, находящимися на клеточной пов-сти. Действие подавляющего большинства этих гормонов опосредовано изменением в клетке концентрации циклич. 3',5'-аденозинмонофосфата (ц-АМФ). Связывание гормонов с-рецептором, находящимся на клеточной пов-сти, вызывает активацию фермента аденилатциклазы, катализирующего превращение АТФ в ц-АМФ; последний взаимод. с регуляторной субъединицей фермента протеинкиназы и вызывает ее отщепление от каталитич. субъединицы. Освободившаяся субъединица протеинкиназы катализирует фосфорилирование ряда белков, в результате чего изменяются конформация нёк-рых структурных белков и активность мн. ферментов. Для нек-рых пептидных гормонов (напр., инсулина, пролактина, соматотропина) механизм действия еще не расшифрован, но, повидимому, они также взаимод. с рецепторами, находящимися на клеточной пов-сти, вызывая образование посредников.

33.- Гормоны надпочечеников и их биохимические функции Надпочечники — это полностью эндокринная железа. В железах не накапливаются уже готовые гормоны надпочечников, как это бывает у щитовидной железы, а вырабатываются сразу в кровь.

Кора надпочечников

В коре надпочечников  вырабатываются более 50 различных стероидных гормонов надпочечников. Кора надпочечников  — это единственный в организме  источник:

глюкокортикоидов и  минералокортикоидов

важнейший источник андрогенов у женщин

играет значительную роль в продукции эстрогенов и  прогестинов

Кору надпочечников  разделяют на 3 зоны:

клубочковая зона: находится  непосредственно под капсулой и  синтезирует альдостерон — минералокортикоид.

пучковая зона: прилежит к клубочковой зоне и синтезирует глюкокортикоиды, основной из них — кортизол.

сетчатая зона: самая  внутренняя зона, которая синтезирует  в основном андрогены.

Все три зоны таким  образом синтезируют разные группы гормонов, которые обладают различными эффектами.

Стероидные гормоны  надпочечников синтезируются из холестерина. Это их основной субстрат. Посредством различных ферментов  один и тот же холестерин превращается и а альдостерон и в кортизол и в андрогены.

Синтез глюкокортикоидов и андрогенов регулируется уровнем АКТГ (адренокортикотропный гормон). АКТГ — это гормон передней доли гипофиза.

Секреция альдостерона не зависит  от уровня АКТГ, а зависит  от  работы системы ренин-ангиотензин-альдостерон. Поэтому при снижении секреции АКТГ гипофизом атрофии этой зоны не происходит.

А надпочечниковая недостаточность, вызванная заболеванием гипофиза, протекает  более в мягкой форме, чем надпочечниковая  недостаточность, вызванная поражением всей коры надпочечников.

Кора надпочечников  является жизненно важным органом. Функции надпочечников определяется эфектами их горомнов.

Глюкокортикоидные гормоны  надпочечников

Глюкокортикоидные гормоны  надпочечников получили свое название из-за своей способности регулировать углеводный обмен, но это не едиииииственная функция этих гормонов.

Глюкокортикоидные гормоны  надпочечников очень важны для  поддержания многих жизненно важных функций,в особенности обеспечение  адаптации организма к стрессам внешней среды, начиная от инфекций и травм до эмоциональных стрессов.

Основным глюкокортикоидным гормоном надпочечника является кортизол. Кортизол вырабатывается не регулярно. Он имеет циркадный ритм секреции, т.е. максимальная секреция отмечается в утренние часы (около 6 ч утра), а минимальная секреция отмечается в вечернее время (в 20-24 ч).

Биологические эффекты  глюкокортикоидов:

Действие на углеводный обмен противоположно действию инслина. При избытке гормона может  повышать уровень сахара в крови  и вызывать стероидный сахарный диабет. При недостатке наоборот снижается  продукция глюкозы и увеличивается чувствительность к инсулину, что может привести к гипогликемии.

Воздействие на жировой  обмен характеризуется распадом жиров при избытке этих гормонов. Особенностью является тот факт, что  распад жиров усилено происходит на конечностях, в области туловища, плечевого пояса и лица наоборот происходит накопление избыточного жира. Внешний вид больного приобретает характерный «буйволообразный » вид — полное тело и худые конечности.

глюкокортикоидные гормоны  надпочечников, действуя на белковый обмен, вызывают распад белков. Это проявляется появлением стрий (растяжек), которые имеют характерную багрово-цианотичную окраску, слабость мышц, истончение конечностей.

воздействие на водно-солевой  обмен характеризуется задержкой  жидкости в организме и потерей калия, что проявляется повышением артериального давления, мышечной слабостью и миокардиодистрофией.

в крови глюкокортикоиды  повышают количество нейтрофилов, эритроцитов  и тромбоцитов, но  снижают эозинофилы и лимфоциты.

в высоких дозах снижают иммунитет, но оказывает противовоспалительный эффект, однако не способствует процессу заживления ран.

вызывает развитие остеопороза  за счет: снижения всасывания кальция, усиление выведения кальция с  мочой и подавления образования  новой костной ткани.

усиливает секрецию соляной кислоты, таким образом увеличивает кислотность желудка, что может вызвать образование язвы.

при воздействии глюкокортикоидов на центральную нервную систему  происходит увеличение активности мозга  и вызывает эйфорию, но при длительном воздействии вызывает депрессию и реактивный психоз.

Минералокортикоидные  гормоны надпочечников

Минералокортикоиды —  это гормоны надпочечников, которые  способны регулировать минеральный  обмен, т.е. обмен солей. Главный представитель  этих гормонов — альдостерон.

Основной функцией альдостерона является задержка жидкости в организме  и поддержание нормальной осмолярности внутренней среды.

При избытке этого  гормона происходит повышение артериального  гормона, за счет избыточного количества воды в организме. Также происходит поражение почек.

Регулируется уровень  минералокортикоидов системой ренин-ангеотензин-альдостерон. Система тесно связана с работой  почек, т.к ангиотензин, который  сам по себе является мощным гормоном, сужающим сосуды и синтезируется  в почках, влияет на синтез альдостерона.