Контрольная работа по "Биологии"

    Абсолютной специфичностью действия называют способность фермента катализировать превращение только единственного субстрата. Любые изменения (модификации) в структуре субстрата делают его недоступным для действия фермента. Примерами таких ферментов могут служить аргиназа, расщепляющая в естественных условиях (в организме) аргинин, уреаза, катализирующая распад мочевины, и др.

    Имеются экспериментальные доказательства существования так называемой стереохимической специфичности, обусловленной существованием оптически изомерных L- и D-форм или геометрических (цис-и транс-) изомеров химических веществ. Так, известны оксидазы L- и D-аминокислот, хотя в природных белках обнаружены только L-ами-нокислоты. Каждый из видов оксидаз действует только на свой специфический стереоизомер.

    Наглядным примером стереохимической специфичности является бактериальная аспартатдекарбоксилаза, катализирующая отщепление СО₂ только от L-аспарагиновой кислоты с превращением ее в L-аланин. Сте-реоспецифичность проявляют ферменты, катализирующие и синтетические реакции. Так, из аммиака и α-кетоглутарата во всех живых организмах синтезируется L-изомер глутаминовой кислоты, входящей в состав природных белков. Если какое-либо соединение существует в форме цис-и транс-изомеров с различным расположением групп атомов вокруг двойной связи, то, как правило, только один из этих геометрических изомеров может служить в качестве субстрата для действия фермента. Например, фумараза катализирует превращение только фумаровой кислоты (трансизомер), но не действует на малеиновую кислоту (цис-изомер):

    Таким образом, благодаря высокой специфичности действия ферменты обеспечивают протекание с большой скоростью лишь определенных химических реакций из огромного разнообразия возможных превращений в микропространстве клеток и целостном организме, регулируя тем самым интенсивность обмена веществ.

    Амилазы (от лат. amylum - крахмал), ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз крахмала, гликогена и др. родственных олиго- и полисахаридов, гл. обр. по 1,4 глюкозидной связи (см., напр., схему в ст. О-Гликозидгидролазы).

     Амилаза (мол. м. 50 тыс.) участвует в гидролизе Сахаров, содержащих подряд три или более остатков глюкозы. Расщепление связей может происходить между любыми остатками глюкозы, причем остатки моносахаридов в месте разрыва имеют конфигурацию аномеров. Амилаза превращает амилозу крахмала в глюкозу и мальтозу. Находящийся в крахмале амилопектин, содержащий в молекуле 1,6 связи, полностью не гидролизуется - остается разветвленный полисахарид, т. наз. "остаточный декстрин". Амилаза обладает слабокислыми св-вами. Ионы Са²⁺ и Cl^- активируют ее. Присутствует во всех тканях животных и растений, а также в микроорганизмах. По каталитич. активности ферменты из разных источников значительно отличаются друг от друга. Амилазы слюны, поджелудочной железы и слизистой кишечника участвуют в переваривании пищи, Амилаза печени расщепляет гликоген.

Амилаза (мол. м. 50-200 тыс.) последовательно отщепляет остатки мальтозы от невосстанавливающего конца цепи полисахаридов. Под действием амилаза из амилозы образуется мальтоза, а из амилопектина также "остаточный декстрин". Содержится амилаза в солоде.

• Амилаза (экзо-1,4 глюкозидаза; мол. м. 50-100 тыс.) последовательно отщепляет концевые остатки D-глюкозы от невосстанавливающих концов цепей полисахаридов с образованием D-глюкозы. Способна также расщеплять 1,6 связь, если следующие за ней моносахариды соединены в положениях 1 и 4. Содержится в плесневых грибах. Определение активности амилазы используют в диагностич. целях, в частности для идентификации гликогеноза. Амилазы (в т. ч. иммобилизованные) применяют в пром-сти: амилазу-для "осахаривания" крахмала, амилазу-для произ-ва глюкозы.  
  Липазы (от греч. lipos - жир) (триацилглицерол - ацилгидролазы), ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз эфиров глицерина и высших карбоновых кислот, напр.:
•  
   
  Иногда к липазам относят также фермент холестеролэстеразу, расщепляющую эфиры холестерина. Гидролиз триацилглицеринов идет преим. в положении 1. Ди- и моноацилглицерины гидролизуются медленно. Липазы широко распространены у млекопитающих (панкреатич. и тканевые липазы), растений, дрожжей и бактерий. Из плазмы крови и молока выделена также липаза (липопротеидлипаза), гидролизующая триацилглицерины, связанные с белком, которые входят в состав липопротеинов низкой плотности. Наиб. изучена панкреатич. липаза свиньи (мол. м. 48 тыс.). Она существует в виде 2 форм (А и В) и представляет собой гликопротеин. Состоит из одной полипептидной цепи с 6 дисульфидными связями и содержит 2 меркаптогруппы, блокирование которых не влияет на активность фермента. Активный центр этого фермента содержит серин (он занимает положение 110 в полипептидной цепи). В организме панкреатич. липаза функционирует в комплексе с колипазой (белок с мол. м. 10 тыс.), по-видимому защищающей липазу от ингибирующего действия солей желчных кислот. Холестеролэстераза обладает гидролитич. и синтетазной активностью. Этот фермент (мол. м. 65-69 тыс.) из панкреатич. сока крысы проявляет оптим. каталитич. активность при рН 6-7. Особенность липаз - их активация на пов-сти раздела фаз, образованных липидом и водой. Фермент очень медленно гидролизует эфиры глицерина и карбоновых к-т с короткой углеводородной цепью, находящиеся в истинных растворах. Однако при увеличении концентрации эфира выше критич. концентрации мицеллообразования скорость гидролиза резко возрастает. Предполагают, что липазы имеют специфич. участок, ответственный за "активацию пов-стью", а сама активация обусловлена конформац. изменениями молекулы фермента. Оптим. каталитич. активность липаз проявляется при рН 8-9. Однако некоторые липазы растений и микроорганизмов активны в слабокислой среде (рН 4-6). Липазы играют важную роль в обмене липидов. Их используют для обезжиривания шкур, ароматизации и ускорения созревания сыров, как компонент лекарственных средств.

Пепсин Одним из хорошо изученных и основных протеолитических ферментов пищеварительного тракта является пепсин. Его наличие в желудке было установлено еще в 1783 г. Л. Спалланцани, хотя в кристаллическом виде он был получен только в 1930 г. Пепсин вырабатывается в главных клетках слизистой оболочки желудка в неактивной форме – в виде пепсиногена. Превращение пепсиногена в активный пепсин происходит в желудочном содержимом, однако молекулярный механизм этого превращения в деталях еще не выяснен. Наиболее вероятным считается предположение, что этот процесс является последовательным и протекает в несколько этапов в присутствии соляной кислоты по механизму аутокаталитического действия самого пепсина. Молекулярная масса пеп-синогена составляет приблизительно 40400, а пепсина – 32700, поэтому превращение первого во второй связано с отщеплением пептидных фрагментов. Оба фермента можно сравнительно легко получить в кристаллическом виде. Следует отметить, что в отличие от других протеиназ пепсин отличается высокой устойчивостью в сильнокислой среде и характеризуется низким значением изоэлектрической точки (рI < 1). Такие условия обычно создаются в желудочном содержимом, куда поступает секретируемая париетальными клетками слизистой оболочки соляная кислота ; рН чистого желудочного сока колеблется от 1,0 до 2,0. Эта среда является оптимальной для каталитического действия пепсина. Имеются доказательства, что в желудке человека из пепсиногена, вероятно, образуется не только активный пепсин, а несколько близких по строению пепсинов, включая пепсиноподобный фермент гастриксин, который имеет отличный от пепсина оптимум рН действия, равный 3,0.

    Трипсин. Трипсиноген и трипсин получены в кристаллическом виде, полностью расшифрована их первичная структура и известен молекулярный механизм превращения профермента в активный фермент. В опытах in vitro превращение трипсиногена в трипсин катализируют не только энтеро-пептидаза и сам трипсин, но и другие протеиназы и ионы Са²⁺.

    Активирование трипсиногена химически выражается в отщеплении с N-конца полипептидной  цепи 6 аминокислотных остатков (Вал–Асп– Асп–Асп–Асп–Лиз) и соответственно в укорочении полипептидной цепи (рис. 12.1).

    Следует подчеркнуть, что в этом небольшом, казалось бы, химическом процессе –  отщепление гексапептида от предшественника – заключено важное биологическое значение, поскольку при этом происходят формирование активного центра и образование трехмерной структуры трипсина, а известно, что и белки биологически активны только в своей нативной трехмерной конформации. В том, что трипсин, как и другие протеиназы, вырабатывается в поджелудочной железе в неактивной форме, также имеется определенный физиологический смысл, поскольку в противном случае трипсин мог бы оказывать разрушающее протеолитическое действие не только на клетки самой железы, но и на другие ферменты, синтезируемые в ней (амилаза, липаза и др.). В то же время поджелудочная железа защищает себя еще одним механизмом – синтезом специфического белка ингибитора панкреатического трипсина. Этот ингибитор оказался

    Механизм  активации трипсиногена (схема).

    низкомолекулярным пептидом (мол. масса 6000), который прочно связывается с активными центрами трипсина и химотрипсина, вызывая обратимое их ингибирование. В поджелудочной железе синтезируется также α₁-антипротеиназа (мол. масса 50000), которая преимущественно ингибирует эластазу.