Как заряжены частицы белка при pH = 4,0 и pH = 9,0, если изоэлектрическая точка этого белка равна 8,5.
Решение:
Концентрация данная численно равна молярной концентрации ионов.
1)Находим pH=-lg[H+]=10То есть pH выше ИЭТ. Вывод: белок анионный – движется к аноду. 1)Находим pH=-lg[H+]=5То есть pH ниже ИЭТ. Вывод: белок катионный – движется к катоду.
3. Охарактеризуйте класс гидролаз. Напишите уравнение реакций, происходящей с участием липазы.
Ответ:
Гидролазы — класс ферментов, катализирующих реакции разрыва в субстрате химических связей с участием воды. Многие гидролазы локализованы в клеточных органеллах — лизосомах, где под их действием осуществляется расщепление высокомолекулярных соединений (белков, углеводов, липидов).
Молекулярная масса гидролаз колеблется в широких пределах — от 10000 до 300000. Они проявляют каталитическую активность в отсутствие каких-либо кофакторов. Лишь немногие из них осуществляют катализ в присутствии ионов металлов — главным образом Zn2+, Co2+, Ca2+, Mg2+. Для небольшого числа гидролаз с молекулярной массой 10000 − 30000 известна первичная структура, а для некоторых — и конформация молекулы (например, для рибонуклеазы, пепсина, трипсина, химотрипсина, лизоцима). Отмечено значительное сходство структуры ферментов одного подкласса, особенно в области активного центра.Все гидролазы делятся на 9 подклассов.
В принципе гидролазы также можно отнести к трансферазам, если гидролиз рассматривать как перенос специфической группы субстрата, являющегося донором, на молекулу воды, служащей акцептором:
перенос
R1 – R2 + HOH → R1 – H + R2 – OH
где R1 — субстрат-донор группы R2.
В зависимости от характера субстрата, подвергающегося гидролизу, гидролазы делят на ряд подклассов, среди которых наиболее важны следующие:
-эстеразы, ускоряющие реакции гидролиза сложных эфиров;
-гликозидазы, ускоряющие реакции гидролиза гликозидов, в том числе углеводов;
-пептид-гидролазы, ускоряющие реакции гидролиза (а в особых случаях и синтеза) белков, пептидов и других соединений, содержащих пептидные связи;
-гидролазы, действующие на С—Н-связи, отличающиеся от пептидных (например, амидазы и т. п.).
Всего в составе гидролаз насчитывают почти 500 ферментов.
Гидролазы, катализирующие гидролиз сложноэфирных связей, — эстеразы — действуют на сложные эфиры карбоновых и тиокарбоновых кислот, моноэфиры фосфорных кислот. К этому подклассу относятся, в частности, ферменты, играющие важную роль в метаболизме липидов, нуклеиновых кислот, нуклеозидов (например, липазы, рибонуклеазы, фосфотазы, фосфолипазы).
Эстеразы существенно различаются между собой по степени гидрофобности гидролизуемых субстратов; так, субстратами холинэстераз являются водорастворимые соединения, а липазы эффективны только на поверхности раздела фаз вода — жир. Эстеразы обладают широкой субстратной специфичностью. Их максимальная активность лежит в диапазоне значений рН от 5 до 8.
Липаза ускоряет гидролиз внешних, т. е. α-сложноэфирных, связей в молекулах триацилглицеринов (жиров):
CH2 – O – CO – C15H31 CH2 – OH
CH – O – CO – C15H31 + 2HOH CH – O – CO – C15H31+2 C15H31COOH
CH2 – O – CO – C15H31 CH2 – OH Пальмитиновая
кислота
Трипальмитин β – Пальмитин-
глицерин
Фосфатазы катализируют гидролиз фосфорных эфиров. Особенно широко распространены фосфатазы, действующие на сложные эфиры фосфорной кислоты и углеводов. Действие фосфатаз проявляется в широком спектре рН от 3 до 9. Особенно важны для регуляции процессов жизнедеятельности протеинфосфатазы, обеспечивающие отщепление фосфата от фосфорилированных белков, вследствие чего изменяется их биологическая, в частности ферментативная, активность.
Гликозидазы. Эти ферменты ускоряют реакцию гидролиза гликозидов. В зависимости от того, на какой пространственный изомер действует фермент, его относят к α- или β-гликозидазам. Таким образом, гликозидазы обладают ярко выраженной пространственной специфичностью. Кроме гликозидов, содержащих в качестве агликонов остатки одноатомных спиртов, субстратами, на которые распространяется действие тех или иных гликозидаз, являются олиго- и полисахариды. Из действующих на олигосахариды гликозидаз упомянем мальтазу (α-гликозцдаза) и сахаразу (β-гликозидаза). Они ускоряют соответствеино гидролиз мальтозы и сахарозы. Из гликозидаз, действующих на полисахариды, наиболее известны амилазы. В природе существует несколько видов амилаз, ускоряющих реакции гидролиза гликдаидных связей в молекуле крахмала с образованием глюкозы, мальтозы или олигосахаридов.
Гликолиз других природных полигликозидов: целлюлозы, инулина, ксилана и т. п.—также ускоряется соответствующими гликозидазами. Некоторые гликозидазы катализируют также реакции переноса гликозильных остатков, т. е. являются трансгликозидазами.
Пептид-гидролазы. Ферменты этого подкласса ускоряют гидролиз пептидных связей в белках и пептидах, а при определенных условиях также и обра-зование пептидных связей, хотя этот путь синтеза белка не является физиологическим.
Пептид-гидролазы, катализирующие гидролиз пептидов до свободных аминокислот, могут отщеплять последние от пептида, начиная либо с аминокислоты, обладающей свободной NН2-группой, либо с аминокислоты, имеющей свободную СООН-группу. В первом случае их называют аминопепти-дазами (α-аминоацилпептид-гидролазы), во втором—карбоксипептидазами (пептидиламиноацидо-гидролазы).
Некоторые амино- и карбоксипептидазы обладают специфичностью дей-ствия, т. е. отщепляют строго определенные N- или С-концевые аминокислоты. Третий подподкласс пептидаз представлен дипептид-гидролазами, или дипептидазами. Их известно около десяти. Они завершают гидролиз белка.
Амидазы. Эти ферменты ускоряют гидролиз амидов кислот. Из них важную роль в биохимических процессах в организме играют уреаза, аспарагиназа и глутамиваза.
Уреаза была одним из первых белков-ферментов, полученным в кристаллическом состоянии (Д. Самнер, 1926). Уреаза ускоряет гидролиз мочевины до NH3 и СО2.
Аспарагиназа и глутаминаза ускоряют гидролиз амидов дикарбоновых аминокислот—асгарагиновой и глутаминовой.
К гидролазам, действующим па С – N-связи, отличающиеся от пептидных, кроме амидаз относятся ферменты, катализирующие гидролиз С−Н-связей в линейных амидинах. К их числу принадлежит аргиназа. При посредстве аргиназы аминокислота аргинин гидролизуется на орнитин и мочевину:
NH2 – C – NH – (CH2)3 – CH – COOH + H2O Аргиназа
NH NH2
Аргинин
H2N – C – NH2 + H2N − (CH2)3 – CH – COOH
O NH2
Мочевина Орнитин
Так как в процессе гидролиза аргинина отщепляется мочевина, то систематическое название аргиназы—L-аргинин-уреогидролаза. Эта реакция широко представлена в природе, являясь заключительной стадией биосинтеза мочевины— одного из конечных продуктов распада азотсодержащих веществ.
4. Опишите процесс биосинтеза мочевины у млекопитающих (уреотелических) животных.
Ответ:
Мочевина является главным конечным продуктом обмена аминокислот. Синтезируется мочевина из аммиака, который постоянно образуется в организме при окислительном и неокислительном дезаминировании аминокислот, при гидролизе амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот, а также при распаде пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий на пищевые белки (гниение белков в кишечнике) и поступает в кровь воротной вены. Аммиак – токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и прежде всего – на центральную нервную систему. Несмотря на то, что аммиак постоянно продуцируется в тканях, он содержится в периферической крови лишь в следовых количествах, так как быстро удаляется из кровеносной системы печенью, где входит в состав глутамата, глутамина и мочевины. Биосинтез мочевины является основным механизмом обезвреживания аммиака в организме.
Биосинтез мочевины
Синтез мочевины происходит в печени в цикле Кребса-Гензелейта (другое название – орнитиновый цикл мочевинообразования Кребса) в несколько этапов с участием ряда ферментных систем. Синтез сопровождается поглощением энергии, источником которой является АТФ.
Весь цикл мочевинообразования можно представить следующим образом:
На первом этапе синтезируется карбамоилфосфат в результате конденсации ионов аммония, двуокиси углерода и фосфата (поступающего из АТФ) под действием фермента карбамоилсинтетазы. Карбамоилфосфат – это метаболически активная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза ряда других азотистых соединений.
На втором этапе мочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитинкарбамоилтрансфераза.
На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозависимая, сводится к конденсации цитруллина и аспарагиновой кислоты с образованием аргининосукцината (эту реакцию катализирует аргининосукцинатсинтетаза). Аргининосукцинат распадается в следующей реакции на аргинин и фумарат при участии другого фермента – аргининосукцинатлиазы.
На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием аргиназы.
Эффективность работы орнитинового цикла при нормальном питании человека и умеренных физических нагрузках составляет примерно 60% его мощности. Запас мощности необходим для избежания гипераммониемии при изменении количества белка в пище. Увеличение скорости синтеза мочевины происходит при длительной физической работе или длительном голодании, которое сопровождается распадом тканевых белков. Некоторые патологические состояния, характеризующиеся интенсивным распадом белков тканей (сахарный диабет и др.) также сопровождаются активацией орнитинового цикла.
Нормальный ход метаболического превращения аммиака в мочевину имеет большое значение для организма. При серьезных нарушениях функции печени – например, при обширном циррозе или тяжелом гепатите – аммиак, являясь токсичным веществом, накапливается в крови, вызывая тяжелые клинические симптомы. Известны врожденные метаболические нарушения, связанные с недостатком одного из ферментов, участвующих в синтезе мочевины. Все нарушения синтеза мочевины вызывают аммиачное отравление.
Выведение мочевины
Синтезированная в печени мочевина попадает в кровь, затем в почки и в итоге выводится с мочой. Мочевина является беспороговым веществом: все образующееся количество фильтруется в просвет проксимальных канальцев, а затем часть (около 35 %) реабсорбируется обратно за счет реабсорбции воды. В связи с этим величина экскреции мочевины является менее информативным показателем клубочковой фильтрации, чем показатель, основывающийся на экскреции креатинина (который, в отличие от мочевины, практически не реабсорбируется).
5. Аэробное окисление углеводов. Напишите уравнения реакций превращения пировиноградной кислоты в ацетил – КоА.
Ответ:
Распад углеводов в аэробных условиях может идти прямым (aпотомическим или пентозным) путем и непрямым (дихотомическим) путем.
Дихотомическое (греч. dicha – на две части, tome-сечение) окисление углеводов идет по уравнению:
C6H12O6+6O2 6 СО2+б Н2О+686 ккал
Этот путь является основным в образовании энергии. Первые этапы этого пути совпадают с анаэробным окислением глюкозы. Расхождение путей начинается на стадии образования пировиноградной кислоты, которая в животных тканях декарбоксилируется окислительным путем.
Первоначально предполагали, что пировиноградная кислота подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием уксусной кислоты по уравнению: СН3—СО—СООН + 1/2 O2 СН3СООН+СО2. Потом было установлено, что уксусная кислота не является промежуточным продуктом при декарбоксилировании пировиноградной кислоты, и возникло представление, что уксусная кислота существует в «активной» форме. Вскоре было показано, что для утилизации пирувата необходим коэнизм А (КоА). В химическом отношении КоА представляет нуклеотид, в состав которого входит аденозин-3, 5-дифосфат, фосфат, пантотеновая кислота и тиоэтиламин. Коэнзим А участвует в переносе остатка уксусной кислоты — ацетильного радикала (CH3CO-) также и других кислотных (ацильных) радикалов.
Окислительное декарбоксилирование пирувата — процеcc многоступенчатый, осуществляется сложной ферментативной системой, в состав которой помимо пируватдекарбоксилазы, тиаминдифосфата и коэнзима А входят дегидрогеназы с коферментом НАД+, и ФАД, липоевая кислота и ионы магния. В результатеокисления пировиноградной кислоты образуются молекула aцетил-КоА («активной» формы уксусной кислоты), два атома водорода (в виде НАДН+Н+ ) и молекула СО2.
СН3-СО-СООН+НS-КоА+НАД+®СН3С~S-~КоА+С02+НАДН+ H
Ацетил-КоА.
6. Какая связь существует между углеводным и жировым обменами? Напишите формулы соединений, образующихся как при обмене углеводов, так и при обмене жиров.
Ответ:
В настоящее время экспериментально обосновано существование четырех главных этапов распада молекул углеводов и жиров, которые интегрируют образование энергии из основных пищевых источников. На I этапе полиса-хариды расщепляются до моносахаридов (обычно гексоз); жиры распадаются на глицерин и высшие жирные кислоты. Следует подчеркнуть, что указанные процессы в основном являются гидролитическими, поэтому освобождающа-яся в небольшом количестве энергия почти целиком используется организ-мами в качестве тепла.
На II этапе мономерные молекулы (гексозы, глицерин, жирные кислоты) подвергаются дальнейшему распаду, в процессе которого образуются богатые энергией фосфатные соединения и ацетил-КоА. В частности, при гликолизе гексозы расщепляются до пировиноградной кислоты и далее до ацетил-КоА. Этот процесс сопровождается образованием ограниченного числа богатых энергией фосфатных связей путем субстратного фосфори-лирования. На этом этапе высшие жирные кислоты аналогично распадаются до ацетил-КоА, в то время как глицерин окисляется по гликолитическому пути до пировиноградной кислоты и далее до ацетил-КоА. Как видно, II этап можно назвать этапом образования ацетил-КоА, являющегося по существу единым (общим) промежуточным продуктом катаболизма основных пищевых веществ в клетках.
На III этапе ацетил-КоА подвергаются окислению («сгоранию») в цикле ди- и трикарбоновых кислот Кребса.
На IV этапе осуществляется перенос электронов от восстановленных нуклеотидов на кислород (через дыхательную цепь). Он сопровождается образованием конечного продукта – молекулы воды. Этот транспорт электронов сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфо-рилирования.
Имеются различные пути взаимопревращений жиров и углеводов. Практика откорма сельскохозяйственных животных давно подтвердила возможность синтеза жиров из углеводов пищи. С энергетической точки зрения, превращение углеводов в жиры следует рассматривать как накопление и депонирование энергии, хотя синтез жира сопровождается затратой энергии, которая вновь освобождается при окислении жиров в организме. Глицерин, входящий в состав триацилглицеролов и фосфоглицеринов, может легко образоваться из промежуточных метаболитов гликолиза, в частности из глицераль-дегид-3-фосфата. Следует, однако, подчеркнуть, что основным путем превращения углеводов в жиры является путь образования высших жирных кислот из ацетил-КоА, который образуется при окислительном декарбоксилировании пирувата. Последняя реакция практически необратима, поэтому образования углеводов из высших жирных кислот почти не происхо-дит. Таким образом, синтез углеводов из жиров в принципе может происхо-дить только из глицерина, хотя в обычных условиях реакция протекает в обратную сторону, т.е. в сторону синтеза жиров из глицерина, образующе-гося при окислении углеводов. Ацетил-КоА, образующийся в процессе обме-на углеводов, жиров и ряда аминокислот, служит пусковым субстратом как для синтеза жирных кислот (а следовательно, и липидов вообще), так и для цикла трикарбоновых кислот. Для окисления ацетил-КоА в этом цикле требу-ется оксалоацетат, который является вторым ключевым субстратом в цикле Кребса. Оксалоацетат может синтезироваться из пировиноградной кислоты и СО2 благодаря реакции карбокси-лирования или образоваться из аспарагино-вой кислоты в процессе транс-аминирования с α-кетоглутаратом. Две моле-кулы ацетил-КоА, конденсируясь, образуют ацетоуксусную кислоту (ацетоа-цетат), которая является источником других кетоновых тел в организме, в частности β-оксимасляной кислоты (β-оксибутирата) и ацетона.
Формулы соединений, образующихся как при обмене углеводов, так и при обмене жиров.
CH3 – C – COOH CH3 – C ~ S – КоА
O O
Пировиноградная кислота Ацетил-коэнзим А
7. Химический состав молока. Напишите уравнение реакций образования лактозы.
Ответ:
Молоко — полноценный и полезный продукт питания. Оно содержит все необходимые для жизни питательные вещества, нужные для построения организма. Естественное назначение молока в природе заключается в обеспечении питанием молодого организма после рождения. Состав молока различных млекопитающихся в целом определяется теми условиями окружающей среды, в которых происходит рост молодого организма. Это особенно четко проявляется в содержании белка и жира, чем больше их в молоке матери, тем быстрее растет ее дитя.
Химический состав молока
Молочный жир, лактоза, казеины, лактоглобулин и -лактоальбумин являются специфическими компонентами молока. Они синтезируются в молочной железе и встречаются только в молоке. Остальные компоненты можно найти и в других биологических соединениях.
С технической и экономической точек зрения молоко можно разделить на воду, сухое вещество и сухой обезжиренный остаток.
Наибольший удельный вес в молоке занимает вода (более 85%, на остальные компоненты, входящие в состав сухих веществ или сухих остатков, приходится 11-14%). Содержание так называемого сухого обезжиренного остатка молока (СОМО) составляет 8-9%. Его определяют по ГОСТ 3626-73 методом высушивания навески молока при 102 + 2° до постоянной массы. Его можно найти расчетным путем — сложением содержания СОМО и количества жира в молоке. Для этого содержание СОМО определяют по формуле, используя показатели жирности и плотности молока.
Сухой остаток включает все питательные вещества молока. Он определяет выход готовой продукции при производстве молочных продуктов.
Содержание сухого вещества и отдельных его компонентов непостоянно в течение периода лактации. Количество жира подвержено самым большим колебаниям, затем идет белки. Содержание лактозы и солей, наоборот, почти не изменяется в течение всего периода лактации. Диапазон колебаний находится в тесной связи с величиной частиц отдельных составных частей.
Эту зависимость сформулировал Вигнер в законе, названном его именем: «Содержание различных составных частей сухого вещества молока колеблется тем меньше, чем в более тонком распределении они присутствуют в молоке».
Лактоза (молочный сахар)
(от лат. lac, родительный падеж lactis – молоко) – дисахарид, образованный остатками D-галактозы и D-глюкозы, по современной номенклатуре углеводов относится к классу олигосахаридов, а именно дисахаридов (биоз).
Первые сведения о молочном сахаре как составной части молока встречаются в работе итальянского ученного Фабрицио Бертоллети (1633 год). Выпаривая молочную сыворотку он получил из нее «важнейшую соль молока», которое писал под названием «манна» – кашице – образная масса. Молочным сахаром полученное вещество назвал Шель (1780 год) установил, что молочный сахар относится к углеводам, и внес его в этот ряд под названием лактоза. Химическая формула лактозы С12Н22О11, структурная Лактоза содержит 12 связанных атомов углеродов 22 атома водорода, 9 гидроксильных атомов, 1 эфирный и 1 карбоксильный. Лактоза может синтезироваться химическим и биологическим путем.
Теоретический химический синтез лактозы может быть осуществлен по равенству
С6Н12О6 + С6Н12О6 С12Н22О11 + Н2О
глюкоза галактоза лактоза вода
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. – М.: Агар, 1999.
Краснов К.С. Физическая химия в 2х книгах. – М.: Высш.шк., 2001.
Голиков Г.А. Руководство по физической химии. – М.: Высш.шк., 1988.
Рыбальченко В.К.Физиология и биохимия пищеварения человека и животных. – К: Фитосоциоцентр, 2002.
Салем Р.Р. Физическая химия. Термодинамика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.
Жеребцов Н.А. Биохимия. – Воронеж: Издательство воронежского государственного университета, 2002.
Кононский А.И. Биохимия животных. – М.: Колос, 1992.
Материалы сайта: http://www.xumuk.ru