bkh1

1.

Біомолекули — біоорганічні сполуки, що входять до складу живих організмів та спеціалізовані для утворення клітинних структур і участі в біохімічних реакціях, які становлять сутність обміну речовин та фізіологічних функцій живих клітин.

Функції біомолекул у живих організмах:

а) участь у біохімічних реакціях обміну речовин в ролі субстратів та проміжних продуктів (метаболітів). Прикладами є моносахариди та їх фосфорні ефіри, жирні кислоти та продукти їх окислення, амінокислоти, кетокислоти,

дикарбонові кислоти, пуринові та піримідинові основи тощо;

б) участь в утворенні інших, більш складних молекул — білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів (наприклад, амінокислоти, нуклеотиди, вищі жирні кислоти тощо), або біологічних структур (мембран, рибосом, ядерного хрома-

тину тощо);

в) участь у регуляції біохімічних процесів та фізіологічних функцій окремих клітин та цілісного організму. Біомолекулами-регуляторами є вітаміни, гормони

та гормоноподібні сполуки, внутрішньоклітинні регулятори — циклічні нуклеотиди цАМФ, цГМФ тощо.

Головні класи біомолекул, що складають основу структури та функції живих організмів.

Білки та амінокислоти. Білки (протеїни) —

найважливіший клас біомолекул, з наявністю яких, а також нуклеїнових кислот, пов’язують саму хімічну сутність життя в умовах Землі Нуклеїнові кислоти та нуклеотиди. Нуклеїнові

кислоти — дезоксирибонуклеїнові (ДНК) та рибонук-

леїнові (РНК) — біополімери (біомакромолекули), що складаються з п’яти основних нуклеотидів пуринового

та піримідинового ряду, є носіями генетичної інформації у всіх живих організмах,

починаючи від найпростіших вірусів до організму людини.

Вуглеводи та їх похідні — клас біомолекул, що складається з моносахаридів,

гомота гетерополісахаридів. В організмі людини та тварин моносахариди (глюкоза,

фруктоза, галактоза) та гомополісахарид глікоген виконують енергетичні функції;

гетерополісахариди (до складу яких як мономери входять переважно аміноцукри-

гексозаміни та їх N-ацетильовані похідні) беруть участь в утворенні біологічних структур (мембран, глікокаліксу, сполучної тканини).

Ліпіди та їх похідні — біомолекули різноманітної хімічної будови, головною особливістю яких є їх гідрофобний характер. Ліпіди виконують численні біологічні функції, виступаючи як енергетичний матеріал (триацилгліцероли, або нейтральні жири),

основа структури біомембран (фосфоліпіди, гліколіпіди), фізіологічно активні сполуки з регуляторною дією (стероїдні гормони, жиророзчинні вітаміни, ейкозаноїди).

Вітаміни — сполуки, що не синтезуються в тваринних організмах, але необхідні для життєдіяльності, зокрема є компонентами метаболізму, за участю яких функ-

ціонують певні найважливіші ферментні системи. Вітаміни повинні постійно надходити в організм у складі продуктів харчування, переважно рослинного (більшість водорозчинних вітамінів) або тваринного (деякі жиророзчинні вітаміни) походження.

Гормони — біомолекули, що є передавачами хімічних сигналів у системі ендокринної регуляції. Завдяки регуляторній дії гормонів, медіаторів нервової системи

та наявності локалізованих на клітинах-мішенях біохімічних структур, що специфічним чином реагують на дію цих біорегуляторів зміною своєї функціональної активності

(клітинних рецепторів), відбувається інтеграція окремих анатомо-фізіологічних систем у цілісний багатоклітинний організм.

створення біомолекул та перших примітивних живих клітин відбувалось в умовах прадавньої Землі під впливом фізичних факторів атмосфери приблизно 3 млрд. років тому за такою схемою:

Вирішальним етапом у розвитку проблеми походження біомолекул в умовах первісної земної кори стали дослідження з абіогенного синтезу біоорганічних сполук, що входять до складу живих організмів. Визначним досягненням в експериментальному доведенні можливостей хімічної еволюції стало класичне дослідження С.Міллера (S. Miller, 1951),

який вперше показав можливість утворення карбонових кислот та α-амінокислот, що використовуються для синтезу природних білків, за умов дії електричних розрядів на

газову суміш метану, аміаку, водню та водяної пари.

Пізніше була доведена можливість утворення із зазначених хімічних сумішей в умовах, що моделювали первісну атмосферу, не тільки амінокислот, а й пуринів і піримідинів, тобто попередників нуклеїнових кислот

2.

Ферменти (ензими) — біологічні каталізатори білкової природи, які синте-

зуються в клітинах живих організмів та забезпечують необхідні швидкість і координацію біохімічних реакцій, що становлять обмін речовин (метаболізм)

Властивості ферментів

– ферменти значно підвищують швидкість перебігу біохі-

мічних реакцій, але не входять до складу кінцевих продуктів реакції;

–ферменти забезпечують перебіг лише тих біохімічних реакцій, які можливі, виходячи із законів термодинаміки;

–ферменти прискорюють швидкість як прямої, так і зво-

ротної реакції перетворення субстрату, не змінюючи конс-

танти рівноваги (Кр

) реакції та зменшуючи термін часу до досягнення стану рівноваги (або стаціонарного стану у від-

критій метаболічній системі);

–протягом реакції фермент певним чином взаємодіє із субстратом, що перетворюється, але до складу кінцевих продуктів реакції не входить

–ферменти є високоспецифічними каталізаторами,

тобто діють, як правило, на структурно близькі субстра-

ти, що мають певний хімічний зв’язок, структурно подібні радикали або функціональні групи. Проявом високої специфічності ферментів є їх стереоспецифічність,

тобто здатність перетворювати тільки певні стереоізо-

мери, наприклад L- або D-амінокислоти, D- або L-мо-

носахариди;

– відповідно до білкової природи, каталітична активність ферментів дуже чутлива до змін фізико-хімічних властивостей середовища (рН, температури),

які можуть впливати на структурну організацію молекул ферментів, спричиняючи в певних умовах їх денатурацію;

– активність ферментів може суттєво змінюватися під впливом певних хімічних сполук, що збільшують (активатори) або зменшують (інгібітори) швидкість реакції, яка каталізується

3.

. Номенклатура ферментів.

1. Систематична номенклатура.

Згідно із систематичною номенклатурою, назва (найменування) ферменту включає в себе: хімічну назву субстрату або субстратів; тип реакції, що каталі-

зується; суфікс -аза.

2. Тривіальна номенклатура.

Тривіальні назви ферментів утворюються на основі хімічної назви субстрату з додаванням суфікса -аза. У біохімії існують також загальноприйняті, історично

усталені назви ферментів, що не відображають хімічної природи реакції, зокрема,

пепсин, трипсин, тромбін, плазмін тощо. Тривіальна назва (або назви)

ферменту звичайно вказується в дужках.

Наприклад:

Систематична назва ферменту (Е): карбамідамідогідролаза.

Тривіальна назва ферменту: уреаза (urea — сечовина; лат.).

Б. Класифікація ферментів.

Ферменти поділяють на класи згідно з типом реакції, яку вони каталізують; класи ферментів поділяють на підкласи, а останні — на підпідкласи, в складі яких кожному ферменту відповідає певний номер.

1-й клас. Оксидоредуктази — ферменти, що каталізують окислювально-

відновлювальні реакції різних типів.

До оксидоредуктаз належать дегідрогенази — ферменти, що каталізують реакції

дегідрування, оксидази, що окислюють субстрати шляхом приєднання кисню,

цитохроми — переносники електронів тощо.

2-й клас. Трансферази — ферменти, що каталізують реакції міжмолекулярного переносу хімічних груп.

Трансферази поділяють на амінотрансферази, метилтрансферази, ацил-

трансферази, фосфотрансферази, глікозилтрансферази — ферменти, що переносять амінні, метильні, ацильні, фосфатні, глікозильні групи, відповідно.

До трансфераз належать також кінази, зокрема протеїнкінази — ферменти, що каталізують фосфорилювання субстратів та інших білків за рахунок фосфатного залишку АТФ.

3-й клас. Гідролази — ферменти, що каталізують реакції гідролізу, тобто розщеплення субстратів за участю молекули води.

Гідролази здатні розщеплювати складноефірні, пептидні, глікозидні та інші зв’язки — естерази, пептидази та протеази, глікозидази.

4-й клас. Ліази — ферменти, що каталізують реакції розщеплення кова-

лентних зв’язків між атомами С, О, N, S негідролітичним шляхом.

До ліаз належать декарбоксилази — ферменти, що відщеплюють від орга-

нічних кислот карбоксильну групу у вигляді СО2 ; альдолази, що розщеплюють

вуглець-вуглецеві зв’язки з утворенням альдегідів; дегідратази, які відщеп-

люють від субстратів молекулу води з утворенням подвійного зв’язку.

5-й клас. Ізомерази — ферменти, що каталізують реакції ізомеризації субстратів (рацемізації, епімеризації, внутрішньомолекулярної оксидоредукції тощо) — рацемази, епімерази тощо.

6-й клас. Лігази (синтетази) — ферменти, що каталізують реакції синтезу біомолекул, тобто утворення нових хімічних зв’язків за рахунок енергії АТФ.

4.

За хімічною структурою ферменти є простими білками або складними біл-

ками (тобто такими, що містять у собі небілкову частину).

Білкова частина складного білка-ферменту має назву апофермент (апоен-

зим), небілкова — кофермент (коензим) — див. нижче. Повна назва складного

ферменту — холофермент:

Активний центр — ділянка молекули ферментного білка,що взаємодіє із субстратом під час ферментативної реакції і необхідна для перетворення субстрату в каталітичному процесі. Він формується у певних ділянок поліпептидного ланцюга, що просторово зближені, за рахунок унікальної тривимірної конформації ферментного білка. В утвор. а.ц. бер. уч. І кофактори (йони Ме) і простетичні групи.

У структурі а.ц. розрізняють:

-ділянку, що звязує субстрат (контактна), містить радикали амінокислотних залишків

-каталітично активна ділянка: у складі якої — хім.групи, що безпосередньо бер. участь у перетворенні субстрату .

Алостеричний центр виконує регуляторну функцію. З ним ніколи не звязується субстрат, а звязуються модифікатори, які змінюють просторову стр-ру а.ц.

5.

Кофактори Багато ферментів потребують для реалізації своєї каталітичної активності наяв-

ності певних низькомолекулярних небілкових сполук — кофакторів. Роль кофак-

торів можуть відігравати біоорганічні сполуки різної хімічної природи або іони металів (Mg2+, Ca2+, Fe3+– Fe2+, Cu2+ – Cu1+ т.і.).

Іони металів зв’язані з апоферментом або входять до складу небілкової просте-

тичної групи (див. нижче) — найчастіше порфіринового кільця гемінових ферментів

(цитохромів, пероксидаз, каталази). Ферменти, які міцно зв’язані з іонами ме-

талів і не втрачають цього зв’язку за умов виділення та фракціонування ферменту,

назваються металоферментами У деякихвипадкахіониметалівневходятьдоскладуферментівякінтегральні

структурні компоненти, а виконують лише функцію їх активаторів.

Коферменти (коензими) — біорганічні сполуки небілкової природи, що є необхідними для дії ферменту, тобто перетворення субстрату в каталітичному акті.

Коферменти можуть сполучатися з білковою частиною (апоферментом) неко-

валентними фізико-хімічними або ковалентними зв’язками (в останньому випад-

ку вони є простетичними групами ферментного білка — флавінові коферменти,

піридоксальфосфат, ліпоєва кислота тощо); деколи коферменти утворюють комп-

лекси з апоферментом лише в ході каталітичного процесу (НАД, НАДФ).

6.

Коферменти — похідні вітаміну РР (нікотинаміду) (входять до складу дегідрогеназ): нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД+ ) та нікотинамідаденін-

динуклеотидфосфат (НАДФ+

).

Коферменти — похідні вітаміну В2 (рибофлавіну) (входять до складу де-

гідрогеназ та оксидаз): флавінаденіндинуклеотид (ФАД), флавінмононуклеотид

(ФМН).

Піридоксалеві коферменти — похідні вітаміну В6 (піридоксину) (входять

до складу амінотрансфераз, декарбоксилаз): піридоксин (піридоксол), піридо-

ксальфосфат, піридоксамінфосфат.

Металопорфірини — коферменти цитохромів: металопорфіринові струк-

тури цитохромів a (A), b (B), c (C). (Me2+: залізо в цитохромах b та c, мідь — у

цитохромі a).

Кофермент ацилювання — похідний пантотенової кислоти: коензим А

(КоА).

Коферменти — похідніфолієвої кислоти(коферментивреакціяхпереносу та оксидоредукції одновуглецевих радикалів): 5,6,7,8 – тетрагідрофолієва кислота.

Ліпоєва кислота (кофермент у реакціях окислювального декарбоксилю-

вання α-кетокислот): ліпоєва кислота (6,8-дитіооктанова кислота).

Тіаміндифосфат — похідний вітаміну В1 (кофермент у реакціях декарбок-

силювання α-кетокислот, транскетолазній реакції): тіаміндифосфат.

Кофермент карбоксибіотин (кофермент реакцій карбоксилювання): кар-

боксибіотин.

Коферменти — похідні вітамінуВ12: метилкобаламін (кофермент у реакціях метилювання), дезоксиаденозилкобаламін (кофермент у реакціях ізомеризації,

спряжених із внутрішньомолекулярним переносом гідридного іона).

7

.

Являясь водорастворимым веществом, витамин B1 не запасается организмом и не обладает токсическими свойствами. Поэтому его запасы должны пополняться ежедневно.

Витамин B1 поступает в организм с пищей, а также синтезируется микрофлорой толстой кишки. Тиамин легко разрушается при тепловой обработке.

Роль витамина В1

Витамин B1 участвует в углеводном, энергетическом, жировом, белковом и водно-солевом обмене, оказывает регулирующее воздействие на деятельность нервной системы. При нехватке в организме витамина В1 молочная и пировиноградная кислоты накапливаются в мышечных тканях, при этом нарушается синтез ацетилхолина, вследствие чего ухудшаются функции нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем.

Тиамин улучшает умственные способности и настроение, оптимизирует работу мозга. Витамин В1 оказывает положительное воздействие на рост, нормализует аппетит, улучшает способность к обучению. Тиамин улучшает циркуляцию крови и участвует в кроветворении. Выступает как антиоксидант, защищая организм от разрушительного воздействия свободных радикалов, замедляя процессы старения, уменьшая влияние алкоголя и табака.

Также витамин В1 необходим для тонуса мышц пищеварительного тракта, желудка и сердца, помогает при морской болезни и укачивании, уменьшает зубную боль после стоматологических вмешательств.

Суточная потребность в витамине В1

Ежедневная потребность в тиамине составляет 0,5 миллиграмма на каждую 1000 калорий.

Повышенные дозы витамина необходимы во время болезней и в период выздоровления, при высоких физических нагрузках, людям с гиперфункцией щитовидной железы, а также детям и пожилым людям.

піридинзалежних дегідрогеназ - ферментів, що каталізують окислювально-відновні реакції. Відомо більше 150 таких ферментів (дегідрогеназа-3-фосфогліцеринового альдегіду, лактатдегідрогеназа, ізоцитратдегідрогеназа та інші).

Клінічні прояви недостатності

Проявляється симптомокомплексом, який називається пелагрою і характеризується тріадою (три Д): 1) дерматит специфічний пігментований - уражуються симетричні ділянки шкіри, які знаходяться під впливом прямих сонячних променів; 2) діарея (понос) — запалення слизової оболонки шлунково-кишкового тракту, що супроводжується утворенням виразок і геморагіями, 3) деменція - внаслідок зниження швидкості окислювально-

відновних реакцій виникає дефіцит енергії, внаслідок чого і порушуються функції ЦНС.

ВІТАМІН В12 (КОБАЛАМІН, АНТИАНЕМІЧНИЙ ВІТАМІН)

Добова потреба: 2-5 мкг.

Синтезується в достатній кількості мікрофлорою кишечника, але тільки при надходженні з продуктами харчування мікроелемента кобальту, що входить у структуру цього вітаміну. Обов'язковою умовою засвоєння (всмоктування) вітаміну в кишечнику є синтез слизовою оболонкою шлунка складного білка глікопротеїну, який отримав назву "внутрішній фактор Касла".

Біологічна роль. Кобаламін виконує коферментну функцію: входить до складу ферментів, що каталізують реакції перенесення одновуглецевих фрагментів. Наприклад, перенесення метальної групи (-СН3) в реакції синтезу метіоніну; в реакції утворення янтарної кислоти (сукциніл-КоА) із пропіонової кислоти (пропіоніл-КоА), що утворюється при катаболізмі жирних кислот із непарним числом атомів вуглецю. Опосередковано, через утворення активних форм вітаміну Вс, вітамін Вj2 участь у синтезі ДНК і, відповідно, в гемопоезі.

Клінічні прояви недостатності

Порушується кровотворна функція, внаслідок чого розвивається макроцитарна анемія. Різко знижується кислотність шлункового соку, спостерігається розлад функції нервової системи.

Ранньою ознакою дефіциту вітаміну є ушкодження язика: гіперемія його бокових поверхонь і кінчика та

парестезія.

ВІТАМІН Н (БІОТИН, АНТИСЕБОРЕЙНИЙ ВІТАМІН)

Добова потреба: 0,15-0,2 мг.

Біологічна роль. Вітамін Н є простетичною групою так званих біотинферментів - карбоксилаз, які каталізують реакцію приєднання С02 до субстратів.

Прикладом таких реакцій є:

Утворення щавлево-оцтової кислоти з піровиноградної кислоти і С02, у процесі перетворення піровиноградної кислоти.

Синтез малоніл-КоА із ацетил-КоА і С02 - початковий етап синтезу жирних кислот із глюкози.

Утворення метилмалоніл-КоА із пропіонової кислоти і С02 при окисленні жирних кислот із непарною кількістю атомів вуглецю.

Клінічні прояви недостатності

Супроводжується запальними процесами шкіри (дерматитами), при яких спостерігається надмірне виділення жиру сальними залозами (себорея), випадання волосся, ураження нігтів, болі у м'язах.

ВІТАМІН С (АСКОРБІНОВА КИСЛОТА, АНТИСКОРБУТНИЙ ВІТАМІН)

о—с—

І

но—с

II о

но—<: н-с

но—сн І

СН2ОН

Добова потреба: -100 мг.

Біологічна роль. Вітамін С є кофактором гідроксилаз і бере участь у перебігу окислювально-відновних реакцій, частково тих, що супроджуються приєднанням кисню до субстрату. До таких реакцій відносяться:

2)Гідроксилювання проліну і лізину, при синтезі головного білка сполучної тканини - колагену.

3)Синтез медіаторів серотоніну і норадреналіну.

4)Синтез стероїдних гормонів кіркового шару наднирковиків та статевих залоз.

Вокислювально-відновних реакціях аскорбінова кислота втрачає два атоми водню, перетворюючись у дегідроаскорбінову кислоту. Зворотний процес відбувається за рахунок водню глютатіона.

Аскорбінова кислота відноситься до антиоксидантів прямої дії і здатна створювати антиоксидантний захист та антиатерогенну дію за рахунок гіполіпідемічного ефекту та інгібування окислювальної деструкції ліпідів стінки артерій.

Існує зв'язок між забезпеченістю організму вітаміном С і розвитком запалення ясен (гінгівіт). Вітамін С широко використовується для лікування ушкоджень тканин і органів порожнини рота різного генезу.

Клінічні прояви недостатності

Унаслідок порушення синтезу колагену зменшується опорна функція сполучнотканинних структур, зокрема навколозубних тканин (періодонта), які фіксують зуби в лунках альвеолярного відростка щелепи. Це є основним механізмом розхитування та випадання зубів