Билет №13

1)

Сущность действия ферментов, так же, как неорганических катализаторов за-

ключается:

1) в активации молекул реагирующих веществ

2) в разбиении реакции на несколько этапов, энергетический барьер каждого из

которых ниже такового исходной реакции.

N.B. Однако энергетически невозможные реакции ферменты катализировать не

будут, они ускоряют только те реакции, которые могут идти самопроизвольно в дан-

ных условиях.

1. Кислотно-основной катализ – в ак-

тивном центре фермента находятся группы

специфичных аминокислотных остатков,

которые являются хорошими донорами или

акцепторами протонов. Такие группы пред-

ставляют собой мощные катализаторы

многих органических реакций.

2. Ковалентный катализ – ферменты реагируют со своими субстратами, образуя

очень нестабильные, ковалентно связанные, фермент-субстратные комплексы, из

которых в ходе последовательных реакций образуются продукты.

Сходство и отличия ферментов и неорганических катализаторов

2)

Суточная потребность

Около 2 мг.

Источники

• филлохиноны – капуста, крапива, рябина, шпинат, тыква, арахисовое масло,

печень;

• нафтохиноны – образуются микрофлорой в тонком кишечнике.

Гиповитаминоз

Наблюдается кровоточивость, снижение свертываемости крови, легкое возник-

новение подкожных гематом,.у женщин отмечаются обильные mensis.

Лекарственные формы

Викасол, настои крапивы

Антивитамины К:

Вещества варфарин и дикумарол связыва-

ются с ферментом редуктазой и блокируют

восстановление неактивной формы витамина К

в активную (см схему в «Биохимические функ-

ции» витамина К).

3)

Биуретовая реакция

Универсальная реакция на обнаружение пептидной связи в бел­ках и пептида^. Биуретовую реакцию дают вещества, содержащие не менее двух пептидных группировок.

Принцип реакции Пептидная группа образует в щелочной среде с ионами Си²¹" комплексное соединение фиолетового цвета с красным или синим оттенком в зависимости от числа пептидных связей. Интенсивность окрашивания пропорциональна количеству пептидных групп.

Проведение анализа В пробирку с раствором белка вносят 3 капли 10% NaOH и 1 каплю CuS0₄.

Ксантопротеиновая реакция

Это реакция на ароматические аминокислоты (фенилаланин, тирозин, триптофан).

Принцип метода

Ароматическое кольцо при взаимодействии с концентрирован­ной азотной кислотой образует динитросоединение желтого цвета.

Проведение анализа К раствору белка добавляют 2 капли концентрированной азот­ной кислоты и осторожно нагревают. Наблюдают за появлением желтого окрашивания переходящее при добавлении 30% NaOH в оранжевое.

Реакция Миллона

Эта реакция позволяет выявить фенольное кольцо тирозина.

Принцип метода При нагревании с реактивом Миллона образуется ртутная соль нитротирозина пурпурно-красного цвета.

Проведение анализа В раствор белка добавляют 3 капли реактива Миллона (раствор нитратов ртути (I) и (II) в HN0₃ с примесью HN0₂). Осторожно на­гревают. Белый осадок белка при нагревании окрашивается в кро­ваво-красный цвет.

Билет №14

1)

У белков, кроме белковой цепи, мо-

жет иметься и дополнительная небелко-

вая группа. Она называется лиганд, то есть молекула, связанная с белком. В каче-

стве лиганда может выступать все, что угодно:

• молекулы выполняющие в белке структурную функцию – липиды, углеводы,

нуклеиновые кислоты, минеральные элементы, какие-либо другие органиче-

ские соединения: гем в гемоглобине, углеводы в гликопротеинах, ДНК и РНК

в нуклеопротеинах, медь в церулоплазмине;

• переносимые белками молекулы: железо в трансферрине, гемоглобин в гап-

тоглобине, гем в гемопексине;

• субстраты для ферментов – любые молекулы и даже другие белки.

Узнавание лиганда обеспечивается:

• комплементарностью структуры центра связывания белка структуре лиган-

да, проще говоря, пространственным и химическим соответствием белка и

лиганда – как ключ и замок, которые, не являясь одинаковыми, прекрасно

подходят друг к другу. Например, соответствие фермента и субстрата;

• иногда узнавание может зависеть от реакционной способности атома, к ко-

торому присоединяется лиганд: связывание кислорода железом гемоглоби-

на. В случае, если лиганд несет структурную и/или функциональную нагруз-

ку, он называется простетической группой, а белок –сложным.

13

Фосфопротеины

Это белки, в которых присутствует фос-

фатная группа, она связывается с пептидной

цепью через остатки тирозина, серина, треони-

на (т.е. тех аминокислот, которые содержат

ОН-группу).

Фосфорная кислота может выполнять:

1. Структурную роль, например, казеин,

овоальбумин.

2. Функциональную роль. В клетке присут-

ствует много белков, которые связаны с

фосфатом не постоянно, а в зависимости

от активности метаболизма. Белок может

многократно переходить в фосфорилиро-

ванную или в дефосфорилированную

форму. Фосфатные группы играют регу-

лирующую роль в работе ферментов.

Например, 1) гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза, 2) гистоны

в фосфорилированном состоянии менее прочно связываются с ДНК

и активность генома возрастает.

Липопротеины

К липопротеинам, строго говоря, принадлежат только белки, содержащие кова-

лентно связанные липиды. Однако, традиционно, к липопротеинам относят и надмо-

лекулярные образования, выполняющие транспортную функцию и состоящие из

множества молекул всех классов липидов и белков.

Структуру липопротеинов можно сравнить с орехом, в них имеется скорлупа и

ядро. Скорлупа является гидрофильной, яд-

ро – гидрофобное. Ядро формируют непо-

лярные эфиры холестерина и триацилгли-

церины. В поверхностном слое находятся

фосфолипиды, холестерин, белки.

Выделяют четыре класса липопротеи-

нов:

• хиломикроны (ХМ);

• липопротеины высокой плотности

(ЛПВП, α-липопротеины, α-ЛП);

• липопротеины низкой плотности

(ЛПНП, β-липопротеины, β-ЛП);

• липопротеины очень низкой плотно-

сти (ЛПОНП, пре-β-липопротеины,

пре-β-ЛП).

Липопротеины различаются по составу, т.е. по соотношению триацилглицеро-

лов, холестерина и его эфиров, фосфолипидов, белков:

Хиломикроны (до 90% липидов)

ЛПОНП

ЛПНП

ЛПВП (до 80% белков)

Увеличение количества белка

Увеличение количества фосфоли-

пидов

Уменьшение количества триацил-

глицеролов

14

Белки в липопротеинах называются апобелками, их выделяют несколько видов:

А, В, С, D. В каждом типе липопротеинов преобладают соответствующие ему апо-

белки.

Хромопротеины

Содержат окрашенные простетические группы. Сюда относят гемопротеины

(содержат гем), ретинальпротеины (содержат витамин А), флавопротеины (содержат

витамин В2), кобамидпротеины (содержат витамин В12)

Гемопротеины

Подразделяются на неферментативные (гемо-

глобин, миоглобин) и ферменты (цитохромы, ката-

лаза, пероксидаза). Небелковой частью их является

гем – структура, включающая в себя порфириновое

кольцо (состоящее из 4 пиррольных колец) и иона

Fe2+. Железо связывается с порфириновым кольцом

двумя координационными и двумя ковалентными

связями, одна ковалентная связь.

Цитохромы

Разделяются на типы а, Ь, с, d. Кроме того, они

отличаются аминокислотным составом пептидных

цепей и числом цепей. Все они неспособны связы-

вать кислород, кроме цитохрома аз, который содер-

жит ионы меди. Цитохромы находятся в составе ды-

хательной цепи митохондрий и цепи микросомаль-

ного окисления.

Флавопротеины

Являются ферментами окислительно-восстано-

вительных реакций, содержат производные витамина В2 –

флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид

(ФАД).

Гликопротеины

Это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к

полипептидной основе. Содержание углеводов варьирует от 1 до 85%. по массе. Са-

харидный остаток:

• изменяет свойства белков (заряд, растворимость, термолабильность)

• защищает белок от протеолиза вне и

внутри клетки

• придает биологическую активность

• влияет на проникновение через мем-

браны, внутриклеточную миграцию,

сортировку и секрецию белков

• определяет межклеточное взаимо-

действие

Выделяют два подкласса белков, содер-

жащих углеводы: протеогликаны и гликопро-

теины. Между эти подклассами имеются су-

щественные отличия:

Гликопротеины

• Доля углеводов 15-20%

• Не содержат уроновых кислот

• Углеводные цепи содержат не более

15 звеньев

• Углевод имеет нерегулярное строе-

ние

Протеогликаны

• Доля углеводов 80-85%

• Имеются уроновые кислоты

• Углеводные цепи крайне велики

• Углевод имеет регулярное строе-

ние

Для собственно ГЛИКОПРОТЕИНОВ характерно низкое содержание углеводов. Они

присоединены либо N-гликозидной

связью к амидному азоту аспарагина,

либо О-гликозидной связью к гидро-

ксигруппе остатка серина, треонина,

гидрооксилизина.

Углевод имеет нерегулярное

строение и содержит маннозу, галак-

тозу, глюкозу, их аминопроизводные,

N-ацетилнейраминовую кислоту.

Углеводный компонент никогда

не участвует в главной функции

белка, т.е. не входит в состав катали-

тического центра или зоны связыва-

ния ферментов, активные участки ре-

гуляторных белков и т.п.

Функции гликопротеинов

1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс.

2. Защитная

• антитела, интерферон

• факторы свертывания крови – протромбин, фибриноген

3. Транспорт веществ в крови и через мембраны – трансферрин, транкортин, аль-

бумин, Na+,К+-АТФаза

4. Гормональная – гонадотропин, адренокортикотропный гормон, тиреотропин.

5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза.

6. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации

белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ.

К гликопротеинам относятся тиреотропный и адренокортикотропный гормоны,

трансферрин, коллаген, эластин, фибриноген, многие рецепторы являются глико-

16

протеинами-0.0012 Tc. В составе гликопротеинов обнаруживают N-ацетилгексозамины, гексо-

зы, пентозы, сиаловые кислоты. Т

Группы крови АВ0 определяются наличием в определенных молеку-

лах N-ацетилгалактозамина (группа А), галактозы (группа В), или

полным отсутствием производных этого сахара (группа 0).

ПРОТЕОГЛИКАНЫ характеризуются наличием полисахаридов, состоящих изпо-

вторяющихся дисахаридных остатков.

Дисахариды включают в себя уроновую кислоту и аминосахар. Дублируясь, ди-

сахариды образуют олиго- и полисахаридные цепи – гликаны. Можно встретить раз-

ные названия – кислые гетерополисахариды (имеют много кислотных групп),глико-

заминогликаны (содержат аминогруппы),мукополисахариды. Эти молекулы вхо-

дят в состав протеогликанов – сложных белков, функцией которых является запол-

нение межклеточного пространства и удержание здесь воды, также они выступают

как смазочный и структурный компонент суставов и других тканевых структур.

Углеводная часть, аналогично с гликопротеинами, связывается с белком через

остатки серина и аспарагина.

Основными представителями гликозаминогликанов является гиалуроновая

кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансульфаты, гепарин.

Функции протеогликанов

Протеогликаны особенно значимы

для межклеточного пространства, осо-

бенно соединительной ткани, в которое

погружены коллагеновые волокна. При

помощи электронной микроскопии выяс-

нено, что они имеют древовидную струк-

туру. Молекулы гликанов весьма гидро-

фильны, создают сетчатую желеподоб-

ную структуру и заполняют пространство

между клетками, являясь преградой для

крупных молекул и микроорганизмов.

17

Нуклеопротеины

Содержатся в рибосомах, хромосомах, вирусах.

Небелковым компонентом является нуклеиновая ки-

слота.

В хромосомах нуклеиновая кислота представ-

лена дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) и со-

единяется с гистонами, формируя хроматин. В рибо-

сомах рибонуклеиновая кислота (РНК) связывается

со специфическими рибосомальными белками.

В вирусах нуклеиновая кислота обеспечивает

воспроизведение вируса в поражаемой клетке, а

белковая часть позволяет взаимодействовать с

мембраной клетки-хозяина, сохранять вирусную ДНК

или РНК, осуществлять некоторые специфические

ферментативные реакции.

Нуклеиновые кислоты являются полимерными

молекулами и состоят из мономеров, называемых

нуклеотидами. Нуклеотид содержит фосфорную кислоту (один, два или три остат-

ка), сахар (рибозу или дезоксирибозу), азотистое основание (аденин, гуанин, цито-

зин, урацил либо тимин).

Связываясь через фосфатные остатки, нуклеотиды образуют длинные цепочки

– нуклеиновые кислоты.

Сахарофосфатный остов в ДНК и РНК заряжен отрицательно благодаря заря-

ду фосфатных групп. В то же время пуриновые и пиримидиновые основания гидро-

фобны.

Цепи ДНК и РНК обладают направленностью, т.е. имеют З'-конец и 5'-конец. В

ДНК цепи антипараллельны, т.е. направлены в разные стороны и комплементарны

(соответствие А=Т, Г=Ц)

2)

Суточная потребность

1,5-2,0 мг

Источники

• злаки, бобовые, дрожжи, мясные продукты,

• синтезируется кишечными бактериями.

Биохимические функции

Перенос аминогрупп и карбоксильных групп.

1. Кофермент аминотрансфераз – участие в метаболизме аминокислот.

2. Кофермент декарбоксилаз – синтез биогенных аминов.

3. Кофермент фосфорилазы гликогена (50% всего витамина находится в мыш-

цах)

4. Участие в синтезе гема, никотинамида из триптофана, сфинголипидов.

Гиповитаминоз:

Повышенная возбудимость ЦНС, судороги (из-за недостатка синтеза ГАМК), по-

линевриты. пеллагроподобные дерматиты.

Лекарственные формы

Пиридоксин и пиридоксальфосфат.

3)

Осадочная проба Вельтмана в модификации Тайфля Принцип

При добавлении к сыворотке крови раствора СаС1₂ и нагрева­нии снижается коллоидная устойчивость белков вследствие умень­шения электрического заряда частиц при действии электролита. Ьелки при этом выпадают в осадок.

Реактивы

0,5% СаС1₂.

Проведение анализа

В химическую пробирку добавляют 0,1 мл сыворотки, 4,9 мл дистиллированной воды и 0,1 мл хлорида кальция. Встряхивают, нагревают на спиртовке или электроплитке до однократного заки­пания и охлаждают. Если хлопья в пробирке не обнаруживаются, to в нее добавляют еще 0,1 мл хлорида кальция и раствор вновь нагревают до кипения. Процедуру повторяют до выпадения хлопь­евидного осадка. Учитывают количество CaCI₂, пошедшее на об­разование хлопьевидного осадка сывороточных белков, и опреде­ляют состояние по коагуляционной ленте Вельтмана по схеме