Контрольная работа по "Биологической химии"

ГОУ ВПО «КрасГМУ

имени проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого министерства

здравоохранения и социального развити Российсой Федерации»

Фармацевтический факультет

Заочная форма обучения

 

Кафедра биохимии с курсами медицинской,

Фармацевтической и токсикологической химии

 

 

Контрольная работа № 1

по биологической химии

Вариант № 45

 

 

 

Студентки 2 курса 261 группы заочной формы обучения

Красноярского государственного медицинского университета

Чава Натальи Анатольевны

№ зачетной книжки: 45

 

 

 

Обратный адрес: г. Красноярск,

                                           ул. Ломоносова 94/1-311

    

 Дата отправки: 10 апреля 2014 года.

 

 

Задание 10.

Влияние концентрации фермента на скорость реакции. Нарисуйте график этой зависимости.

Решение:

При высокой концентрации субстрата (многократно превышающей концентрацию фермента) и при постоянстве других факторов скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации фермента. Поэтому зная скорость реакции, катализируемой ферментом, можно сделать вывод о его количестве в исследуемом материале. При проведении ферментативной реакции в условиях избытка субстрата скорость реакции будет зависеть от концентрации фермента. Графическая зависимость такой реакции имеет вид прямой линии (рис.1).

Рис.1

Однако количество фермента часто невозможно определить в абсолютных величинах, поэтому на практике пользуются условными величинами, характеризующими активность фермента: одна международная единица активности (МЕ) соответствует такому количеству фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 мин при оптимальных условиях проведения ферментативной реакции. Оптимальные условия индивидуальны для каждого фермента и зависят от температуры среды, рН раствора, при отсутствии активаторов и ингибиторов.

 

1МЕ=1мкмоль превращенного субстрата

                                1 мин

Количество единиц активности nМЕ определяют по формуле:

 

nМЕ=Количество превращенного субстрата (мкмоль)

                                   Время (мин)

В 1973 г. была принята новая единица активности ферментов: 1катал (кат), соответствующий такому количеству катализатора, которое превращает 1 моль субстрата за 1 с. Количество каталов определяют по формуле:

n катал= Количество превращенного субстрата (моль)

                                            Время (с)

Международная единица ферментативной активности МЕ связана с каталом следующими равенствами:

1 кат=1 моль S/с= 60 моль S/мин=60x106 мкмоль/мин=6x107 МЕ,

1МЕ=1 мкмоль/мин= 1/60мкмоль/с=1/60мккат=16,67нкат.

В медицинской и фармацевтической практике для оценки активности ферментов часто используют международные единицы активности – МЕ. Для оценки качества молекул фермента среди других белков данной ткани определяют удельную активность (уд.ак.) фермента, численно равную количеству единиц активности фермента (nМЕ) в образце ткани, делённому на массу (мг) белка в этой ткани:

 

Уд.ак.= Количество превращенного субстрата (мкмоль)

                          Время (мин) x количество белка (мг)

По удельной активности судят об очистке фермента: чем меньше посторонних белков, тем выше удельная активность.

Для живых организмов высокие температуры губительны, поэтому в клетке для ускорения химических реакций используются ферменты. Они обеспечивают высокую скорость реакций при оптимальных условиях, существующих в клетке. Ферменты снижают высоту энергетического барьера, в результате возрастает количество реакционно-способных молекул, следовательно, увеличивается скорость реакции.

 

Задание 16.

Регуляция активности ферментов (аллостерическая регуляция, ковалентная модификация, ограниченный протеолиз). Физиологическое значение этих видов регуляции активности ферментов.

 

Решение:

Важнейшее значение в изменении скорости метаболических путей играет регуляция каталитической активности одного или нескольких ключевых ферментов данного метаболического пути. Это высокоэффективный и быстрый способ регуляции метаболизма.

 

Аллостерическая регуляция.

Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется не только количеством молекул субстрата, но и другими веществами, называемыми эффекторами. Участвующие в аллостерической регуляции эффекторы – клеточные метаболиты часто именно того пути, регуляцию которого они осуществляют.

Роль аллостерических ферментов в метаболизме клетки.

Аллостерические ферменты играют важную роль в метаболизме, так как они чрезвычайно быстро реагируют на малейшие изменения внутреннего состояния клетки. Аллостерическая регуляция имеет большое значение в следующих ситуациях:

• При анаболических процессах. Ингибирование конечным продуктом метаболического пути  и активация начальными метаболитами позволяют осуществлять регуляцию синтеза этих соединений;
• При катаболических процессах. В случае накопления АТФ в клетке происходит ингибирование метаболических путей, обеспечивающих синтез энергии. Субстраты при этом расходуются на реакции запасания резервных питательных веществ;
• Для координации анаболических и катаболических путей. АТФ и АДФ – аллостерические эффекторы, действующие как антагонисты;
• Для координации параллельно протекающих и взаимосвязанных метаболических путей (например, синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, используемых для синтеза нуклеиновых кислот). Таким образом, конечные продукты одного метаболического пути могут быть аллостерическими эффекторами другого метаболического пути.

Аллостерическими эффекторами часто служат различные метаболиты. Конечные продукты метаболического пути- часто ингибиторы аллостерических ферментов, а исходные вещества – активаторы. Это так называемая гетеротропная регуляция. Такой вид аллостерической регуляции очень распространен в биологических системах.

Более редкий случай аллостерической регуляции, когда сам субстрат может выступать в качестве положительного эффектора. Такая регуляция называется гомотропной (эффектор и субстрат – одно и тоже вещество). Эти ферменты имеют несколько центров связывания для субстрата, которые могут выполнять двойную функцию: каталитическую и регуляторную. Аллостерические ферменты такого типа используются в ситуации, когда субстрат накапливается в избытке и должен быстро преобразоваться в продукт.

 

Рис.2 Схема, поясняющая работу аллостерического фермента. А-действие отрицательного эффектора (ингибитора);

Регуляция каталитической активности ферментов путём фосорилирования/дефосфорилирования.

В биологических системах часто встречается механизм регуляции активности ферментов с помощью ковалентной модификации аминокислотных остатков. Быстрый и широко распространенный способ химической модификации ферментов фосорилирование/дефосфорилирова-ние. Модификации подвергаются ОН-группы фермента. Фофорилирование осуществляется ферментами протеинкиназами, а дефосфорилирование-фосфопротеинфосфатазами. Присоеднение остатка фосфорной кислоты приводит к изменению конформации активного центра и его каталитической активности. При этом результат может быть двояким: одни ферменты при фосфорилировании активируются, другие, напротив, становятся менее активными (рис.3).

Рис.3 регуляция активности ферментов фосорилированием/дефосфо-

рилированием.

Изменение активности фермента, вызванное фосфорилированием, обратимо. Отщепление остатка фосфорной кислоты осуществляется ферментами фосфопротеинфосфотазми. Активность протеинкиназ и фосфопротеин-фосфатаз регулируется гормонами, что позволяет быстро изменять активность ключевых ферментов метаболических путей в зависимости от условий внешней среды. Антагонистичные по функции гормоны противоположным образом влияют на фосорилирование/дефосфорили-рование ферментов, вызываю противоположные эффекты изменения метаболизма клетки. Например, под действием глюкагона ( в период между приемами пищи) в клетках происходит уменьшение синтеза энергетичского материала  - жира, гликогена и усиление его распада (мобилизация), вызванного фосфорилированием ключевых ферментов этих процессов. А под действием инсулина (во время пищеварения), наоборот, активируется синтез гликогена и ингибируется его распад, так как взаимодействие инсулина с рецептором активирует сигнальный путь, приводящий к дефосфорили-рованию тех же ключевых ферментов.

Регуляция каталитической активности ферментов частичным (ограниченным) протеолизом.

Некоторые ферменты, функционирующие вне клеток ( в ЖКТ или плазме крови), синтезируются в виде не активных предшественников и активируются только в результате гидролиза одной или нескольких определенных пептидных связей, что приводит к отщеплению части белковой молекулы предшественника. В результате в оставшейся части белковой молекулы происходит конформационная перестройка и формируется активный центр фермента.

Рассмотрим механизм частичного протеолиза на примере активации протеолитического фермента трипсина (рис.4).

Трипсиноген, синтезируемый в поджелудочной железе, при пищеварении по протокам поджелудочной железы поступает в двенадцатиперстную кишку, где и активируется путем частичного протеолиза под действием фрмента кишечника энтеропептидазы. В результате отщепления гексапептида с N- конца формируется активный центр в оставшейся части молекулы.

Частичный протеолиз-пример регуляции, когда активность фермента изменяется необратимо. Такие ферменты функционируют, как правило, в течение короткого времени, определяемого временем жизни белковой молекулы. Частичный протеолиз лежит в основе активации протеолитических ферментов, белков свертывающей системы крови и фибринолиза, белков системы комплемента, а также пептидных гормонов.

 

место гидролиза

↓

                                     N-конец

Н2 N-Вал-(Асп)4 – Лиз-Иле-Вал-…..

Трипсиноген

↓

 

                                     Н2 N-Вал-(Асп)4 – Лиз-СООН+ Н2 N-Иле- Вал-…..

                                                   Гексапептид                                                                             трипсин

 

Рис.4 Активация трипсина частичным протеолизом.

 

Задание 22.

Цикл Кребса: ход реакций, значение этого процесса, регуляция, локализация.

Решение:

В анаэробных условиях пировиноградная кислота (пируват) подвергается дальнейшим превращениям в ходе спиртового, молочнокислого и других видов брожений, при этом НАДH используется для восстановления конечных продуктов брожения, регенерируя в окисленную форму. Последнее обстоятельство поддерживает процесс гликолиза, для которого необходим окисленный НАД + . В присутствии достаточного количества кислорода пируват полностью окисляется до С02 и Н20 в дыхательном цикле, получившем название цикла Кребса, цикла ди- или трикарбоновых кислот. Все участки этого процесса локализованы в мАТФиксе или во внутренней мембране митохондрий.

Последовательность реакций в цикле Кребса.  В 1935 г. А. Сент-Дьердьи в Венгрии установил, что добавление к измельченной мышечной ткани небольших количеств янтарной, фумаровой, яблочной или щавелевоуксуснсй кислот резко активирует поглощение тканью кислорода.