Материал: Биохимия учебное пособие

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Биохимия – фундаментальная наука, изучающая химический состав и свойства веществ, составляющих живые системы, их взаимопревращения в процессе метаболизма, а также роль обменных процессов в функционировании различных органов и тканей в нормеи при патологии.

Преподаваниекурса биохимии будущиминженерам–специалистамв области разработки и обслуживания сложной медицинской техники – имеет своей целью формированиеунихправильногопониманиязакономерностейфункционирования живой природы. Однако в настоящее время учебной литературы, ориентированной на данную категорию студентов, недостаточно. Предлагаемое учебное пособие продолжает цикл учебных материалов по основам биохимии для студентов физико-технологическогоинститута.

Вопросы для проверки усвоения материала ориентируют студентов при са-

мостоятельной работе с литературой. Второй формой самостоятельной работы является выполнение письменного задания, которое включает задачи для проверки усвоенияматериала. Покаждой темепрактическихзанятий разработантестовый контроль знаний, который по усмотрению преподавателя может быть проведен как в режиме «входного» контроля, так и поокончании изучения темы. К каждой теме приведен типовой вариант тестового контроля.

6

Раздел 1

ФЕРМЕНТЫ

1.1.Общаяхарактеристикаферментов

Ферменты – это специфические белки, которые действуют как катализаторы в биологических системах.

Являясь веществами белковой природы, ферменты обладают всеми свойствами белков:

–имеютнесколькоуровней организации макромолекул, подтвержденныхданными рентгеноструктурногоанализа;

–подобно растворимым белкам, образуют коллоидные растворы;

–дают положительные цветные реакции на белки;

–являются амфотерными соединениями;

–склонны к денатурации под влиянием тех жефакторов: температуры, изменений рН, действия солей тяжелых металлов, физических факторов (ультразвука, ионизирующегоизлученияи т. д.):

–ферменты, как и белки, при гидролизе распадаются до аминокислот.

В отличие от других белков, ферменты обладают каталитической активностью. При этом, обладая свойствами, присущими неорганическим катализаторам, они существенно отличаются от них рядом свойств (табл. 1).

Т а б л и ц а 1

Сходстваиразличиякаталитическогодействияферментов инеорганическихкатализаторов

7

Учениео ферментах выделенов самостоятельную науку– энзимологию. Термин «энзим» (от греч. еn zyme – в дрожжах) так же, как и «фермент» (от лат. fermentum – закваска), означает процесс, связанный с выделением газов, брожением.

1.2. Локализация ферментов в организме

Ферментыполокализации и функциональности делятна три группы: I – общие ферменты (универсальные);

II – органоспецифические;

III – органеллоспецифические.

Общиеферменты обнаруживаются практически во всех клетках, обеспечивают жизнедеятельность клетки, катализируя реакции биосинтеза белка, нуклеиновых кислот, образование биомембран и основных клеточных органелл, энергообмен. Общиеферменты разныхтканей и органов, тем неменее, отличаются поактивности.

Ферменты, свойственные только или преимущественно определенному органу или ткани, называются органоспецифическими. В печени – это аргиназа, урокиназа, гистидаза, -глутамилтрансфераза, аланинаминотрансфераза, сорбитолдегидрогеназа. Органоспецифическим ферментом почек и костной ткани является щелочная фосфатаза, предстательной железы – кислаяфосфатаза, поджелудочной – -амилаза и липаза.

Внутри клетки ферменты распределены также неравномерно. Одни ферментынаходятсяв коллоидно-растворенномсостоянии вцитозоле, другиевмонтированы в клеточные органеллы (структурированное состояние). Разным органеллам клетки присущспецифический наборферментов, которыеопределяютихфункции:

–клеточная мембрана: щелочная фосфатаза, аденилатциклаза, К+-Na+-АТФ-аза;

–цитоплазма:ферментыгликолиза, пентозногоцикла;

–микросомы: ферменты, обеспечивающие гидроксилирование;

–рибосомы: ферменты, обеспечивающие синтез белка;

–лизосомы: гидролитические ферменты;

–митохондрии: ферменты цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования;

–ядро клетки: ферменты, обеспечивающие синтез РНК и ДНК;

–ядрышко: ДНК-зависимая РНК-полимераза.

Вклеткесуществуютотсеки (компартменты), которые, отличаясьнабором ферментов, отличаются и метаболизмом (компартментализация метаболизма).

Определение в плазме или сыворотке крови активности органоили органеллоспецифических ферментов широко используется в клинической диагностике. Увеличение активности ферментов в плазме (сыворотке) крови связано прежде всего с цитолизом (т. е. повышением проницаемости биомембран или некрозом клетки) и выходом ферментов в кровяное русло. При этом активность ферментов в поврежденном органе уменьшается, а в плазме или сыворотке крови возрастает.

8

1.3.Строение ферментов

Вприроде существуют как простые, так и сложные ферменты. Первые целиком представленыполипептидными цепями и при гидролизе распадаются исключительнона аминокислоты.Большинствоприродныхферментов относятсяксложнымбелкам, содержащим, помимополипептидных цепей, какой-либонебелковый компонент – кофермент или кофактор. В литературе существуют различные трактовки этих терминов. Мы придерживаемся точки зрения, согласно которой кофермент – небелковая часть сложного фермента, являющаяся органическим веществом, кофактор – неорганическим.

Кофакторами чаще всего служат ионы металлов: железа, меди, цинка и др. Кофакторы необходимы для проявления каталитической активности многих ферментов.

Многие коферменты являются производными водорастворимых витаминов

(табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Коферменты,производныевитаминов

Можно выделить три группы коферментов:

–принимающиеучастиев окислительно-восстановительныхреакциях:(НАД+/ НАДН2, НАДФ+/НАДФН2, ФАД/ФАДН2, КоQ);

–принимающиеучастие в переносе атомных групп: пиридоксальфосфат (переносаминогрупп), биотин (переносдиоксида углерода), тетрагидрофолиеваякислота (перенос метильныхи других одноуглеродных групп);

–принимающие участие в реакциях синтеза, изомеризации и расщепления: тиаминпирофосфат(декарбоксилированиекетокислот), коэнзимА(дляактивации жирныхкислот).

Некоторые коферменты (ФМН, ФАД, пиридоксальфосфат) стабильно связаны

сферментом, и их можно рассматривать как часть активного центра. Другие коферменты (НАД+, НАДФ+, КоА) в условиях живой клетки связываются с активным центром только в момент реакции. В этом они сходны с субстратами ферментов. Если в ходе реакции кофермент претерпевает химические изменения, прямо

9