Материал: Задачи по биохимии

витамин обеспечивает:

1. Синтез факторов свертывания крови в печени – Кристмаса (ф.IX), Стюарта (ф.X), проконвертина (ф.VII), протромбина (ф.II);

2. Синтез белков костной ткани, например, остеокальцина.

3. Синтез протеина C и протеина S, участвующих в работе антисвертывающей системы крови.

Гиповитаминоз K

Причина

Возникает при подавлении микрофлоры лекарствами, особенно антибиотиками, при заболеваниях печени и желчного пузыря. У взрослых здоровая кишечная микрофлора полностью удовлетворяет потребность организма в витамине.

Клиническая картина

Наблюдается кровоточивость, снижение свертываемости крови, легкое возникновение подкожных гематом,

толерантность к глюкозе Изменение толерантности к глюкозе при сахарном диабете

Серповидно-клеточная анемия

HbS – гемоглобин серповидно-клеточной анемии. При этом нарушении в ДНК в результате точковой мутации триплет ЦТТ заменен на триплет ЦАТ, что влечет за собой включение в 6-м положении β-цепи вместо глутамата аминокислоты валина. Изменение свойств β-цепи влечет изменение свойств всей молекулы и формирование на поверхности гемоглобина "липкого" участка. При дезоксигенации гемоглобина участок "раскрывается" и связывает одну молекулу дезоксигемоглобина S с другими подобными. Результатом является полимеризация гемоглобиновых молекул и образование крупных белковых тяжей, вызывающих деформацию эритроцитов и, при прохождении ими капилляров, гемолиз.

Изоферменты. Часть ферментов состоят не из одной белковой цепочки, а из нескольких субъединиц. Изоферменты – это семейство ферментов, которые катализируют одну и ту же реакцию, но отличаются по строению и физико-химическим свойствам. 

Например: лактатдегидрогеназа (ЛДГ) состоит их 4 субъединиц 2хтипов: субъединица Н, выделенная из сер дечной мышцы (heart – сердце), субъединица М, выделенная из скелетных мышц (musculus – мышца). Эти субъединицы кодируются разными генами

ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА (витамин В9 или Вс) фактор роста (антианемический)

Гиперпродукция глюкокортикоидов (гиперкортицизм) может быть следствием повышения уровня АКТГ при опухолях гипофиза (болезнь Иценко-Кушинга) и опухолях других клеток (бронхов, тимуса, поджелудочной железы), вырабатывающих кортикотропинподобные вещества, или избыточного синтеза кортизола при гормонально-активных опухолях коры надпочечников (синдром Иценко-Кушинга).

При гиперкортицизме наблюдаются гипергликемия и снижение толерантности к глюкозе, обусловленные стимуляцией глюконеогенеза ("стероидный диабет"), усиление катаболизма белков, уменьшение мышечной массы, истончение кожи, остеопороз, инволюция лимфоидной ткани. Характерно своеобразное перераспределение отложений жира ("лунообразное лицо", выступающий живот).

ВИТАМИН В12 - кобаламин – антианемический

Энергетическая функция. Образовавшиеся в ЦТК 3 молекулы НАДН₂в последующем окисляются в длинной ЦПЭ с образованием 9 молекул АТФ 

Образовавшийся в ЦТК ФАДН₂ окисляется в короткой ЦПЭ, давая энергию для синтеза 2 молекул АТФ.

В сукцинилтиокиокиназной реакции ЦТК непосредственно образуется 1 макроэрг – ГТФ (1 ГТФ = 1 АТФ).

Анаболическая функциязаключается в том, что некоторые метаболиты цикла Кребса не окисляются в нём, а используются для синтеза новых веществ.

1. Ферменты

а) Химическая природа ферментов:

Ферменты(энзимы) — биологические катализаторы белковой природы, которые обеспечивают необходимые скорость и координацию биохимических реакций, составляющих обмен веществ(метаболизм).

б) Ферменты могут быть:

• простыми

• сложными (холоферменты) — имеют небелковую часть (белковая — апофермент, небелковая — простетическая группа (кофермент или кофактор)

Кофакторы — низкомолекулярные небелковые вещества, необходимые для реализации каталитической активности ферментов (биоорганические соединения разной химической природы или ионы металлов).

Ионы металлов либо связаны с апоферментом, либо входят в состав небелковой простетической группы — чаще всего порфиринового кольца геминовых ферментов (цитохромов, пероксидаз, каталазы).

Коферменты (коэнзимы) — биоорганические соединения небелковой природы, которые необходимы для действия фермента, а именно превращения субстрата в каталитическом акте.

Они могут соединяться с апоферментом нековалентными или ковалентными связями (в последнем случае они являются простетическими группами ферментного белка — флавиновые коферменты, перидоксальфосфат, липоевая кислота). Иногда коферменты образуют комплексы с апоферментом только в ходе каталитического процесса (НАД, НАДФ).

Классификация

1. по химической природе:

- производные витаминов (В1 — тиаминдифосфат, В2 — флавинмононуклеотид (ФМН), В6 — перидоксальфосфат (ПАЛФ), перидоксаминфосфат (ПАМФ), В3 — КоА, В12 — метилкобаламин (метил-В12), дезоксиаденозилкобаламин (DA-B12), Н (биотина) — карбоксибиотитн, В9 — тетрагидрофолиевая кислота(ТГФК)

- динуклеотиды (производные В2 — ФАД, В5 — НАД+, НАДФ+)

-нуклеотиды (производные пуринов и пиримидинов — АТФ, АДФ, ЦТФ, ЦДФ, УТФ, УДФ)

-комплексы порфиринов с ионами металлов

2. по типу катализируемой реакции:

-переносчики атомов водорода и электронов

-переносчики разных химических групп

-коферменты синтеза, изомеризации, расщепления углеродных связей

Самые распространенные:

НАД+, НАДФ+ входят в состав дегидрогеназ

ФАД, ФМН входят в состав дегидрогеназ и оксидаз

ПАЛФ, ПАМФ входят в состав аминотрансфераз и декарбоксилаз

КоА входит в состав ферментов ацилирования

Металлопрорфирины — компоненты цитохромов (Fe в цитохромах b, Cu в цитохромах а)

ТГФК участвует в переносе и оксидоредукции одноуглеводных радикалов

Липоевая кислота — окислительное декарбоксилирование

Карбоксибиотин — карбоксилирование

Тиаминдифосфат - окислительное декарбоксилирование, транскеталазные реакции

метил-В12 — метилирование

DA-В12 — изомеризация

в) Проферменты — функционально неактивные предшественники ферментов, подвергающиеся тем или иным преобразованиям (обычно расщеплению специфическими эндо- или экзопептидазами или гидролизу), в результате чего образуется каталитически активный продукт — фермент. Относятся к группе протеиназ. К ним относятся пепсиноген, активной формой которого является пепсин, трипсиноген — трипсин, химотрипсиноген — химотрипсин, прокарбоксилепептидазы — карбоксипептидазы (ферменты поджелудочной железы) и др. К зимогенам относятся ферменты свёртывания крови(факторы свёртывания крови), компоненты и факторы системы комплемента.

г) Изоферменты — множественные молекулярные формы одного и того же фермента. Катализируют одну и ту же реакцию, но отличаются по их физико-химическим (молекулярной массой, подвижностью при электрофорезе и тд) и каталитическим (разным сродством фермента с субстратом) свойствам. Разные изоферменты могут располагаться в разных органах и тканях.

Одним из самых ярких представителей является лактатдегидрогеназа (ЛДГ), катализирующая превращение пирувата в лактат. Есть 5 изоферментов ЛДГ. Их колличество в крови имеет диагностическое значение. Так ЛДГ1 может указывать на инфаркт миокарда, а ЛДГ5 на гепатит.

д) Мультиферментные комплексы катализируют последовательности спряженных биохимических реакций. Эти комплексы состоят из нескольких физически ассоциированных ферментов, каждый из которых катализирует определенную реакцию. Например, пируватдегидрогеназный комплекс.

Различают:

1. Растворимые мультиферментные системы, в которых отсутствует постоянная ассоциация между ферментами

2. Системы в которых отдельные ферменты соединены между собой, образуя комплексы, которые облегчают передачу субстратов между отдельными ферментами

3. Мембранно-связанные системы, в которых отдельные ферменты ассоциированы с липидным бислоем субклеточных органелл.

2. Классификация ( номенклатура) ферментов

А) принцип классификации

В) краткая характеристика основных классов ферментов, примеры

Классификация ферментов. В настоящее время известно более 2000 ферментов. Все ферменты разделены на шесть классов, каждый из которых имеет строго определенный номер.

1. Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы.

2. Трансферазы катализируют реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков с одной молекулы на другую.

3. Гидролазы катализируют реакции гидролиза.

4. Лиазы катализируют реакции отщепления (кроме атомов водорода) с образованием двойной связи либо присоединения по двойной связи, а также негидролитический распад органических соединений либо синтез без участия макроэргических веществ.

5. Изомеразы катализируют процессы изменения геометрической или пространственной конфигурации молекул.

6. Лигазы катализируют реакции синтеза, сопровождающиеся гидролизом богатой энергией связи (как правило, АТФ).

Классы ферментов делятся на подклассы, а подклассы, в свою очередь, на подподклассы. Подкласс уточняет действие фермента, так как указывает в общих чертах на природу химической группы субстрата. Подподкласс еще более конкретизирует действие фермента, уточняя природу атакуемой связи субстрата или природу акцептора, который участвует в реакции.

Система классификации предусматривает для каждого фермента специальный шифр, состоящий из четырех кодовых чисел, разделенных точками. Первая цифра в шифре обозначает номер класса, вторая - номер подкласса, третья - подподкласса и четвертая - порядковый номер в данном подподклассе. Так, лактатдегидрогеназа имеет шифр КФ 1.1.1.27, т.е. относится к первому классу, первому подклассу, первому подподклассу и занимает 27-е место в перечне ферментов упомянутого подподкласса.

Приведем конкретные примеры биохимических процессов, катализируемых ферментами, относящимися к определенному классу и подклассу.

1. Оксидоредуктазы. Общая схема процессов, катализируемых оксидоредуктазами, может быть выражена следующим образом:

55

Наиболее часто мы будем встречать оксидоредуктазы подкласса оксидаз и дегидрогеназ, поэтому рассмотрим их подробнее.

Оксидазы - это оксидоредуктазы, которые переносят атомы водорода или электроны непосредственно на атомы кислорода либо внедряют в молекулу субстрата атом кислорода:

Дегидрогеназы - это оксидоредуктазы, катализирующие процесс отщепления атомов водорода.

Все дегидрогеназы являются холоферментами, коферментами которых служат следующие соединения: никотинамидаденинди-нуклеотид (НАД), никотинамидадениндинуклеотид (НАДФ), флавинмононуклеотид (ФМН), флавинадениндинуклеотид (ФАД), хиноны.

Наиболее распространены в природе дегидрогеназы, содержащие в качестве кофермента НАД:

Как видно из схемы, присоединение снятого с субстрата атома водорода происходит по ядру никотинамида. Механизм действия НАДФ такой же, как и НАД. НАД- и НАДФ-зависимые дегидрогеназы способны отщеплять атомы водорода от субстратов (спиртов, альдегидов,гидроксикислот, аминов и др.) в виде гидрид-ионов (Н^-) и протонов (Н⁺), окисляя таким образом указанные соединения.

Примером процесса, катализируемого НАД-зависимой дегидрогеназой, может служить окисление молочной кислоты (лактата) до пировиноградной кислоты (пирувата):

Коферменты ФМН и ФАД содержат в своем составе фосфорилированный витамин В2 (рибофлавинфосфат), который способен отщеплять от субстрата два атома водорода:

Пример реакции, катализируемой ФАД-зависимой дегидрогеназой:

2. Трансферазы. Это один из самых многочисленных классов ферментов. В зависимости от характера переносимых групп выделяют фосфотрансферазы, аминотрансферазы, гликозилтрансферазы, ацилтрансферазы и др.

Фосфотрансферазы - это ферменты, катализирующие перенос остатка фосфорной кислоты. В результате действия фосфотрансфераз образуются фосфорные эфиры различных органических соединений, многие из которых обладают повышенной реакционной способностью и более легко вступают в последующие реакции. Следовательно, фосфорилирование органических соединений можно считать процессом их активации. Чаще всего донором фосфатных групп является молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Фосфотрансферазы, использующие в качестве донора фосфатной группы молекулу АТФ, называются киназами. К киназам относится, например, глицеролкиназа, ускоряющая перенос остатка фосфорной кислоты от молекулы АТФ к молекуле глицерина:

Аминотрансферазы ускоряют перенос аминогруппы. Аминотрансферазы - двухкомпонентные ферменты, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (фосфорилированный витамин В₆).

Гликозилтрансферазы ускоряют реакции переноса гликозильных остатков, обеспечивая, главным образом, реакции синтеза и распада олиго- и полисахаридов. Если гликозильный остаток переносится на молекулу фосфорной кислоты, то процесс называетсяфосфоролизом, а ферменты, обеспечивающие этот процесс, называются фосфорилазами. В качестве примера приведем схему фосфоролиза мальтозы:

Донором гликозильных остатков в процессах синтеза олиго- и полисахаридов служат нуклеозиддифосфатсахара (НДФ-сахара), одним из представителей которых является уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза):

  УДФ-глюкоза

Ацилтрансферазы катализируют процессы переноса ацилов (радикалов карбоновых кислот) на спирты, амины, аминокислоты и другие соединения. Источником ацилов является ацил-КоА, который можно рассматривать в качестве кофактора в реакциях переноса ацильных групп. Примером реакции трансацилирования может служить реакция синтеза фосфатидной кислоты, в которой участвует фосфоглицерин и две молекулы ацил-КоА: