Контрольная работа по "Биохимии"

Контрольная работа № 2

По биохимии

Тема 7.

8. Приведите классификацию ферментов, укажите по два примеров ферментов относящихся к 1-6 классу.

Современная классификация  ферментов разработана в 1961 г. Комиссией  по ферментам Международного биохимического союза. В основу классификации положен тип катализируемой реакции, которая является специфичным для каждого фермента.

Согласно этой классификации  все ферменты делят на 6 главных  классов:

Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции. Например, дегидрогеназы (НАД, НАДФ, ФАД), цитохромы (Ь, с, сь а, а), ферменты, участвующие в переносе водорода, электронов и кислорода,

Трансферазы – катализируют реакции межмолекулярного переноса групп атомов и радикалов. Например, ацетилтрансферазы переносят остатки уксусной кислоты –СН₃СО, а также молекул жирных кислот; фосфотрансферазы, или киназы, обусловливают перенос остатков фосфорной кислоты Н₂Р0₃²- .

Гидролазы – катализируют реакции расщепления при участии воды. К этому классу относятся протеолитические ферменты (или пептидгидролазы), действующие на белки или пептиды; гидролазы глюкозидов, осуществляющие каталитическое расщепление углеводов и глюкозидов (р-фруктофуранозидаза, а-глюкозидаза, а- и р-амилаза, р-галактозидаза и др.); эстеразы, катализирующие расщепление и синтез сложных эфиров   (липазы, фосфатазы).

Лиазы – катализируют реакции внутримолекулярного негидролитического расщепления, с образованием двойной связи или присоединения по двойной связи. Например, пируватдекарбоксилаза катализирует отщепление С0₂ от пировиноградной кислоты, альдолаза – расщепляет шестиуглеродную молекулу фруктозо-1,6-дифосфата на два трех-углеродных соединения.

Изомеразы – осуществляют превращение органических соединений в их изомеры. При изомеризации происходит внутримолекулярное перемещение атомов, атомных группировок, различных радикалов и т. п. Изомеризации подвергаются углеводы и их производные, органические кислоты, аминокислоты и т. д. Ферменты этой группы играют большую роль в ряде процессов метаболизма. К ним относятся триозофосфатизомераза, глюкозофосфатизомераза.

Лигазы (синтетазы) – катализируют синтез сложных органических соединений из простых. Например, аспарагинсинтетаза осуществляет синтез амида аспарагина из аспарагиновой кислоты и аммиака с обязательным участием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), дающей энергию для этой реакции. Фермент пируваткарбоксилаза катализирует синтез щавелевоуксусной кислоты из пировиноградной и С0₂.

Тема 8.

17.Опишите механизм действия паратгормона, кальцитонина и кальцитриола на обмен кальция и фосфатов.

Паратгормон (ПТГ) – одноцепочечный полипептид, состоящий из 84 аминокислотных остатков, действие которого направлено на повышение концентрации ионов кальция и снижение концентрации фосфатов в плазме крови.

ПТГ синтезируется в паращитовидных железах в виде предшественника - препрогормона, содержащего 115 аминокислотных остатков. Во время переноса в ЭР от препрогормона отщепляется сигнальный пептид, содержащий 25 аминокислотных остатков. Образующийся прогормон транспортируется в аппарат Гольджи, где происходит превращение предшественника в зрелый гормон, включающий 84 аминокислотных остатка (ПТГ1-84). Паратгормон упаковывается и хранится в секреторных гранулах (везикулах). Интактный паратгормон может расщепляться на короткие пептиды: N-концевые, С-концевые и срединные фрагменты. N-концевые пептиды, содержащие 34 аминокислотных остатка, обладают полной биологической активностью и секретируются железами наряду со зрелым паратгормоном. Именно N-концевой пептид отвечает за связывание с рецепторами на клетках-мишенях. Роль С-концевого фрагмента точно не установлена. Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации ионов кальция и увеличивается, если концентрация ионов кальция высока.

Секреция ПТГ регулируется уровнем ионов кальция в плазме: гормон секретируется в ответ на снижение концентрации кальция в крови.

Органы-мишени для ПТГ – кости и почки. В клетках почек и костной ткани локализованы специфические рецепторы, которые взаимодействуют с паратгормоном, в результате чего инициируется каскад событий, приводящий к активации аденилатциклазы. Внутри клетки возрастает концентрация молекул цАМФ, действие которых стимулирует мобилизацию ионов кальция из внутриклеточных запасов. Ионы кальция активируют киназы, которые фосфорилируют особые белки, индуцирующие транскрипцию специфических генов.

В костной ткани рецепторы  ПТГ локализованы на остеобластах и  остеоцитах, но не обнаружены на остеокластах. При связывании паратгормона с рецепторами  клеток-мишеней остеобласты начинают усиленно секретировать инсулиноподобный фактор роста 1 и цитокины. Эти вещества стимулируют метаболическую активность остеокластов. В частности, ускоряется образование ферментов, таких как щелочная фосфатаза и коллагеназа, которые воздействуют на компоненты костного матрикса, вызывают его распад, в результате чего происходит мобилизация Са²⁺ и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость (1) (рис. 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - стимулирует мобилизацию кальция  из кости; 2 - стимулирует реабсорбцию  ионов кальция в дистальных канальцах почек; 3 - активирует образование кальцитриола, 1,25(OH)₂D₃ в почках, что приводит к стимуляции всасывания Са²⁺ в кишечнике; 4 - повышает концентрацию кальция в межклеточной жидкости, тормозит секрецию ПТГ. МКЖ - межклеточная жидкость.

В почках ПТГ стимулирует реабсорбцию кальция в дистальных извитых канальцах и тем самым снижает экскрецию кальция с мочой, уменьшает реабсорбцию фосфатов (2).

Кроме того, паратгормон  индуцирует синтез кальцитриола (1,25(OH)₂D₃), который усиливает всасывание кальция в кишечнике (2).

Таким образом, паратгормон  восстанавливает нормальный уровень  ионов кальция во внеклеточной жидкости как путём прямого воздействия  на кости и почки, так и действуя опосредованно (через стимуляцию синтеза  кальцитриола) на слизистую оболочку кишечника, увеличивая в этом случае эффективность всасывания Са²⁺ в кишечнике (3). Снижая реабсорбцию фосфатов из почек, паратгормон способствует уменьшению концентрации фосфатов во внеклеточной жидкости.

Как и другие стероидные гормоны, кальцитриол синтезируется из холестерола. Кальцитонин – полипептид, состоящий из 32 аминокислотных остатков с одной дисульфидной связью. Гормон секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз в виде высокомолекулярного белка-предшественника. Секреция кальцитонина возрастает при увеличении концентрации Са²⁺ и уменьшается при понижении концентрации Са²⁺ в крови. Кальцитонин – антагонист паратгормона. Он ингибирует высвобождение Са²⁺ из кости, снижая активность остеокластов. Кроме того, кальцитонин подавляет канальцевую реабсорбцию ионов кальция в почках, тем самым стимулируя их экскрецию почками с мочой. Скорость секреции кальцитонина у женщин сильно зависит от уровня эстрогенов. При недостатке эстрогенов секреция кальцитонина снижается. Это вызывает ускорение мобилизации кальция из костной ткани, что приводит к развитию остеопороза.

Действие гормона направлено на повышение концентрации кальция  в плазме крови. Кальцитриол оказывает воздействие на тонкий кишечник, почки и кости. Подобно другим стероидным гормонам, кальцитриол связывается с внутриклеточным рецептором клетки-мишени. Образуется комплекс гормон-рецептор, который взаимодействует с хроматином и индуцирует транскрипцию структурных генов, в результате чего синтезируются белки, опосредующие действие кальцитриола. Так, например, в клетках кишечника кальцитриол индуцирует синтез Са²⁺-переносящих белков, которые обеспечивают всасывание ионов кальция и фосфатов из полости кишечника в эпителиальную клетку кишечника и далее транспорт из клетки в кровь, благодаря чему концентрация ионов кальция во внеклеточной жидкости поддерживается на уровне, необходимом для минерализации органического матрикса костной ткани. В почках кальцитриол стимулирует реабсорбцию ионов кальция и фосфатов. При недостатке кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в органическом матриксе костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции. Обнаружено также, что при низкой концентрации ионов кальция кальцитриол способствует мобилизации кальция из костной ткани.

Тема 9.

4.Напишите, как активизируются пепсиноген, трипипсиноген, химотрипипсиноген в желудочно-кишечном тракте.

Под действием гастринов  в главных клетках желудочных желёз стимулируются синтез и секреция пепсиногена – неактивной формы пепсина. Пепсиноген - белок, состоящий из одной полипептидной цепи с молекулярной массой 40 кД. Под действием НСl он превращается в активный пепсин (молекулярная масса 32,7 кД) с оптимумом рН 1,0-2,5. В процессе активации в результате частичного протеолиза от N-конца молекулы пепсиногена отщепляются 42 аминокислотных остатка, которые содержат почти все положительно заряженные аминокислоты, имеющиеся в пепсиногене. Таким образом, в активном пепсине преобладающими оказываются отрицательно заряженные аминокислоты, которые участвуют в конформационных перестройках молекулы и формировании активного центра. Образовавшиеся под действием НСl активные молекулы пепсина быстро активируют остальные молекулы пепсиногена (аутокатализ).

В поджелудочной железе синтезируются проферменты ряда протеаз: трипсиноген, химотрипсиноген. В кишечнике они путём частичного протеолиза превращаются в активные ферменты трипсин, химотрипсин.

Активация трипсиногена происходит под действием фермента эпителия кишечника энтеропептидазы. 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.

Изменение конформации оставшейся части полипептидной цепи приводит к формированию активного центра, и образуется активный трипсин. Образовавшийся трипсин активирует химотрипсиноген, из которого получается несколько активных ферментов. Химотрипсиноген состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 245 аминокислотных остатков и пяти дисульфидных мостиков. Под действием трипсина расщепляется пептидная связь между 15-й и 16-й аминокислотами, в результате чего образуется активный π-химотрипсин. Затем под действием π-химотрипсина отщепляется дипептид сер(14)-арг(15), что приводит к образованию δ-химотрипсина. Отщепление дипептида тре(147)-арг(148) завершает образование стабильной формы активного фермента – α-химотрипсина, который состоит из трёх полипептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками.

Тема 10.

6. Объясните, что такое обратимые и необратимые экзергонические эндергонические реакции. Приведите примеры этих реакций из цикла Кребса или гликолиза.

Каждое органическое соединение, поступающее в организм извне или входящее в состав живой материи, обладает определённым запасом внутренней энергии (Е). Часть этой внутренней энергии может быть использована для совершения полезной работы. Такую энергию системы называют свободной энергией (G).  

Направление химической реакции определяется значением ΔG. Если эта величина отрицательна (-ΔG), то реакция протекает самопроизвольно и сопровождается уменьшением свободной энергии. Такие реакции называют экзергоническими (идущими с освобождением энергии).

 Если эта величина (+ΔG) – Эндергонические реакции – это химические реакции, сопровождающиеся увеличением свободной энергии (+ΔG), т. е. реакции, в которых разность между свободной энергией образования продуктов реакции и свободной энергией образования исходных веществ является величиной положительной (реакции идущие с поглощением энергии).

Если при этом абсолютное значение ΔG велико, то реакция идёт практически до конца, и её можно  рассматривать как необратимую.

Примером таких реакций может служить имеющая исключительное значение в обмене веществ и энергии реакция фосфорилирования АДФ с образованием АТФ из гликолиза.

Например, первой ферментативной реакцией гликолиза является фосфорилирование, т.е. перенос остатка ортофосфата на глюкозу за счет АТФ. Реакция катализируется ферментом гексокиназой:

Реакция фосфорилирования глюкозы свободным фосфатом с образованием глюкозо-6-фосфата является эндергонической:

(1) Глюкоза + Н₃РО₄ → Глюкозо-6-фосфат + Н₂О (ΔG= +13,8 кДж/моль).

Для протекания такой  реакции в сторону образования  глюкозо-6-фосфата необходимо её сопряжение с другой реакцией (экзергонической), величина свободной энергии которой больше, чем требуется для фосфорилирования глюкозы.

(2)АТФ → АДФ +Н₃РО₄(ΔG = -30,5 кДж/моль).

Образование глюкозо-6-фосфата  в гексокиназной реакции сопровождается освобождением значительного количества свободной энергии системы и может считаться практически необратимым процессом.

Третья реакция катализируется ферментом фосфофруктокиназой; образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ:

Данная реакция аналогично гексокиназной практически необратима, протекает в присутствии ионов магния и является наиболее медленно текущей реакцией гликолиза и так же сопровождается выделением энергии.

А седьмая реакция, катализируемая фосфоглицераткиназой, является экзергонической и обратимой. При этом происходит передача богатого энергией фосфатного остатка (фосфатной группы в положении 1) на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфогли-цериновой кислоты (3-фосфоглицерат):

Образование лимонной кислоты, с синтеза которой и начинается собственно цикл, при помощи цитратсинтазы (конденсирующий фермент), является реакцией эндергонической (с поглощением энергии), и ее реализация возможна благодаря использованию богатой энергией связи ацетильного остатка с KoA [СН₃СО~SKoA]. Реакция необратимая.