Аминокислотный состав белков, ферментативная реакция, соединения с антивитаминной активностью. 
Энергетическая эффективность распада жиров

1. В чем заключается сущность автоматического метода исследования аминокислотного состава белков

Определение аминокислотного состава белков может быть осуществлено различными методами: химическим, хроматографическим, микробиологическим и изотопным. Чаще используются хроматографические методы.

Бумажная хроматография. Бумажная хроматография используется для идентификации компонентов смеси аминокислот с дии три-пептидами, получаемой при частичном гидролизе белков и полипептидов.

Гидролиз может быть осуществлен кислотным, щелочным или ферментативным методом. Кислотный метод используется чаще (6 н. HCl, 8 н. H₂SO₄). Гидролиз проводят при нагревании, иногда при повышенном давлении. Показателями окончания гидролиза могут служить: прекращение нарастания карбоксильных или аминных групп в гидролизате, либо отрицательная биуретовая реакция. Избыток гидролизующего реагента удаляют: серную кислоту осаждают Ca (OH)₂, соляную кислоту отгоняют в вакууме, а остаток кислоты осаждают нитратом серебра.

Компоненты гидролизата распределяются между водой, адсорбированной на целлюлозе и являющейся неподвижной фазой, и органическим растворителем, подвижной фазой, которая движется вдоль листа вверх или вниз. В качестве подвижной фазы используется смесь бутанол-уксусная кислота-вода (4:1:5). Более липофильные аминокислоты сильнее увлекаются органическим растворителем, более гидрофильные — проявляют большую тенденцию связываться с неподвижной фазой. Гомологические соединения, отличающиеся даже на одно метиленовое звено, движутся с различной скоростью и легко могут быть разделены. По окончании хроматографии бумагу высушивают и обрабатывают проявителем (0,5% раствор нингидрина в смеси ацетон-ледяная уксусная кислота-вода) и нагревают в течение нескольких минут. Аминокислоты проявляются в виде окрашенных пятен. Подвижность — постоянная величина, характерная для каждого соединения возрастает с увеличением молекулярной массы. Для аминокислот с неразветвленной цепью величина подвижности несколько больше, чем для соответствующих изомеров.

Введение

в молекулу полярных групп снижает подвижность соединения. Аминокислоты с объемными неполярными боковыми цепями (лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан и др.) перемещаются быстрее, чем аминокислоты с более короткими неполярными боковыми цепями (пролин, аланин, глицин) или с полярными боковыми цепями (треонин, аргини, цистеин, гистидин, лизин). Это обусловлено большей растворимостью полярных молекул в гидрофильной стационарной фазе и неполярных — в органических растворителях.

Бумажная хроматография может быть использована для количественной оценки содержания аминокислот. Каждое пятно вырезают и элюируют подходящим растворителем; затем проводят количественный колориметрический (нингидриновый) анализ. В другом варианте бумагу опрыскивают нингидрином и измеряют с помощью фотометра интенсивность окрашивания пятна в отраженном или проходящем свете. При полуколичественной оценке содержание аминокислот оценивают по площади пятен на хроматограмме, которые пропорциональны концентрациям аминокислот в разделяемой смеси.

Тонкослойная хроматография. Для разделения и определения аминокислот может быть также использована тонкослойная хроматография. ТСХ, как известно, существует в двух вариантах. Распределительная ТСХ сходна с распределительной на бумаге и адсорбционная ТСХ, основана совершенно на других принципах.

При проведении РТСХ на порошке целлюлозы или других относительно инертных носителях можно использовать такие же системы растворителей и такие же проявляющие реагенты, как и при хроматографии на бумаге.

Разделение с помощью АТСХ определяется способностью растворителя (этот растворитель не обязательно является бинарной или более сложной смесью) элюировать компоненты образца с места его адсорбции на активированном сорбенте. Например, на нагретом силикагеле. АТСХ применима для разделения таких неполярных соединений, как липиды, но не для разделения аминокислот и большинства пептидов. Для разделения аминокислот используют РТСХ, которая позволяет достаточно быстро разделять и определять 22 аминокислоты белковых гидролизатов.

Аминокислоты в белковом гидролизате могут быть определены также методом газовой хроматографии, но перед хроматографическим анализом аминокислоты как правило переводят в летучие соединения.

— Взаимодействие с нингидрином. Образуются соответствующие альдегиды.

Таким образом, получают смесь альдегидов и анализируют ее. Это простейший случай, пригоден лишь для некоторых аминокислот.

— Переводят аминоксилоты в летучие эфиры (алкильные эфиры, метильные эфиры оксикислот, метиловые эфиры хлорзамещенных кислот и др.).

Выбор производных зависит от исследуемой смеси аминокислот.

Ионообменная хроматография. В настоящее время аминокислотный состав пищевых продуктов определяется исключительно с помощью автоматической ионообменной хроматографии.

Ионообменная хроматография основана на обратимом стехиометрическом обмене ионов, находящихся в растворе, на ионы, входящие в состав ионообменника (катионита, анионита) и на различной способности разделяемых ионов к ионному обмену с фиксированными ионами сорбента, образующимися в результате диссоциации ионогенных групп.

Для органических ионов на электростатическое взаимодействие с фиксированными зарядами ионита накладывается гидрофобное взаимодействие органической части иона с матрицей ионита. Чтобы уменьшить его вклад в удерживание органических ионов и добиться оптимальной селективности их разделения, к водному элюенту добавляют органический компонент (1−25% метанола, изопропанола, ацетонитрила).

В методе Мура и Штейна используют короткую и длинную колонки, заполненные смолой из сульфонированного полистирола в Na⁺ — форме. Когда кислотный гидролизат при рН = 2 наносят на колонку, аминокислоты связываются в результате катионного обмена с ионами натрия. Далее колонку элюируют раствором цитрата натрия при заранее запрограммированных значениях рН и температуры. Короткую колонку элюируют одним буфером, длинную — двумя. Элюат обрабатывают нингидрином, измеряя интенсивность окраски с помощью проточного колориметра. Данные автоматически регистрируются на ленте самописца и могут передаваться в компьютер для вычисления площади под пиком.

Высоковольтный электрофорез на инертных носителях. В биохимии широкое применение нашло разделение аминокислот, полипептидов и других амфолитов (молекул, суммарный заряд которых зависит от рН среды) под действием наложенного постоянного электрического поля. Это метод высоковольтного электрофореза на инертных носителях. При разделении аминокислот в качестве инертных носителей чаще всего используют полоски бумаги или тонкие слои целлюлозного порошка. Разделение проводят в течение 0,5−2 ч при напряжении 2000;5000 В в зависимости от суммарных зарядов амфолитов и их молекулярных масс. Среди молекул, несущих одинаковый заряд, более легкие мигрируют быстрее. Но более важным параметром при разделении является суммарный заряд. Метод применяется для разделения аминокислот, низкомолекулярных пептидов, некоторых белков, нуклеотидов. Образец помещают на носитель, смачивают буфером при соответствующем рН и соединяют с буферным резервуаром полоской фильтровальной бумаги. Бумагу прикрывают стеклянной пластинкой или погружают в углеводородный растворитель для охлаждения. В электрическом поле молекулы, несущие при данном рН отрицательный заряд, мигрируют к аноду, а те, которые несут положительный заряд, — к катоду. Далее высушенную электрофореграмму «проявляют» нингидрином (при работе с аминокислотами, пептидами) или измеряют поглощение в УФ-свете (при работе с нуклеотидами).

Выбор рН определяется значениями рК диссоциирующих групп, входящих в состав молекул смеси. При рН 6,4 глутамат и аспарат несут заряд -1 и движутся к аноду; разделение их осуществляется благодаря различию в молекулярной массе. Лизин, аргинин и гистидин движутся в противоположном направлении, а все другие аминокислоты, входящие в состав белка, остаются вблизи места нанесения. При разделении пептидов, образовавшихся в результате ферментативного расщепления, уменьшение рН до 3,5 приводит к увеличению заряда катионных групп и обеспечивает лучшее разделение.

Аминокислоты несут по крайней мере две слабо ионизированные группы: -СООН иNH₃⁺. В растворе эти группы находятся в двух формах, заряженной и незаряженной, между которыми поддерживается протонное равновесие:

R-COOH — R-COO — + H⁺R-NH₃⁺ — R-NH₂ + H⁺ (сопряженные кислоты и основания).

R-COOH и R-NH₃⁺ — слабые кислоты, но первая на несколько порядков сильнее. Поэтому чаще всего (плазма крови, межклеточная жидкость рН 7,1−7,4) карбоксильные группы находятся в виде карбоксилатных ионов, аминогруппы протонированы. Аминокилоты в молекулярном (недиссоциированном) виде не существуют ни при каких рН. Примерные значения рК a-аминокислоты и a-аминогруппы в a-аминокислоте равны 2 и 10 соответственно.

Полный (суммарный) заряд (алгебраическая сумма всех положительных и отрицательных зарядов) аминокислоты зависит от рН, т. е. от концентрации протонов в растворе. Заряд аминокислоты можно изменить, варьируя рН. Это облегчает физическое разделение аминокислот, пептидов и белков.

Значение рН при котором суммарный заряд аминокислоты равен нулю и поэтому она не перемещается в постоянном электрическом поле, называется изоэлектрической точкой (pI). Изоэлектрическая точка находится посредине между ближайшими значениями рК диссоциирующих групп.

Методы бумажной, тонкослойной хроматографии, микробиологические, газохроматографические и ряд других, в настоящее время практически не используются вследствие худшей воспроизводимости и большой длительности. Современные хроматографы позволяют определять аминокислотный состав смеси, содержащей лишь 10 —⁷ -10 —⁹ моль каждого компонента с воспроизводимостью до 5% за 2−4 часа.

Анализ аминокислотного состава включает полный гидролиз исследуемого белка или пептида и количественное определение всех аминокислот в гидролизате. Поскольку при нейтральных рН пептидные связи стабильны, применяют кислотный или щелочной катализ. Ферментативный катализ для полного гидролиза менее пригоден. Полный гидролиз белка на составляющие аминокислоты неизбежно сопровождается частичной потерей некоторых аминокислотных остатков. Для гидролиза обычно используется 6 н. водный раствор соляной кислоты (110єС), в вакуумированной ампуле. Количественное определение аминокислот в гидролизате проводят с помощью аминокислотного анализатора. В большинстве таких анализаторов смесь аминокислот разделяют на сульфокатионитах, а детектирование осуществляют спектрофотометрически по реакции с нингидрином или флуориметрически с офталевым диальдегидом.

Однако данные по аминокислотному составу однотипных продуктов, полученные в разных лабораториях по отдельным аминокислотам, иногда различаются до 50%.

Эти различия обусловлены не только сортовыми, видовыми или технологическими различиями, а главным образом условием проведения гидролиза пищевого продукта. При стандартном кислотном гидролизе (6 н. HСl, 110−120єС, 22−24 часа) происходит частичное разрушение некоторых аминокислот, в том числе треонина, серина (на 10−15% и тем больше, чем дольше проводится гидролиз) и особенно метионина (30−60%) и цистина 56−60%, а также практически полное разрушение триптофана и цистеина. Этот процесс усиливается в присутствии больших количеств углеводов в продукте. Для количественного определения метионина и цистина рекомендуется проводить предварительное их окисление надмуравьиной кислотой. При этом цистин превращается в цистеиновую кислоту, а метионин в метионин-сульфон, которые весьма устойчивы при последующем кислотном гидролизе.

Трудной задачей в аминокислотном анализе является определение триптофана. Как уже говорилось, при кислотном гидролизе происходит почти полное его разрушение (до 90%). Поэтому для определения триптофана проводят один из вариантов щелочного гидролиза 2 н. NaOH, 100єС, 16−18 часов в присутствии 5% хлорида олова или 2 н. гидроокиси бария, при которых он разрушается незначительно (до 10%). Минимальное разрушение происходит в присутствии тиогликолевой кислоты и предварительно гидролизованного крахмала. (При щелочном гидролизе происходит разрушение серина, треонина, аргинина и цистеина). Гидролизат после нейтрализации смесью лимонной и соляной кислот немедленно (во избежание студнеобразования) анализируют на аминокислотном анализаторе. Что касается многочисленных химических методов определения триптофана, то они, как правило, в пищевых продуктах плохо воспроизводимы и поэтому их использовать не рекомендуется.

Для мясных продуктов дополнительной необходимой аминокислотой является оксипролин, который характеризует количество соединительных тканных белков в мясе. Его можно определять ионообменной хроматографией с помощью автоматических анализаторов или химическим колориметрическим методом. Метод основан на нейтрализации кислотного гидролизата до рН 6,0, последующем окислении оксипролина с помощью 1,4% раствора хлорамина Т (или хлорамина Б) в смеси пропилового спирта и буфера, колориметрическом определении при 533 нм продуктов окисления оксипролина после реакции с 10%-ным раствором пара-диметиламинобензальдегида в смеси хлорной кислоты и пропилового спирта (1:2).

В связи с тем, что тирозин, фенилаланин и пролин в присутствии кислорода могут частично окисляться, стандартный кислотный гидролиз рекомендуется проводить в атмосфере азота. Ряд аминокислот, в том числе лейцин, изолейцин и валин, требуют для своего полного выделения из белков более длительного кислотного гидролиза — до 72 ч. В биохимии при анализе белков гидролизуют параллельные пробы в течение 24, 48, 72 и 96 ч.

Для точного количественного определения всех аминокислот требуется проводить 5 различных гидролизов, что весьма удлиняет определение. Обычно же проводят 1−2 гидролиза (стандартный с соляной кислотой и с предварительным оксилением надмуравьиной кислотой).

Во избежание потерь аминокислот удаление избытка кислоты при кислотном гидролизе следует проводить немедленно многократным выпариванием в вакуум-эксикаторе с добавлением дистиллированной воды.

При правильной работе анализатора ионообменные колонки работают без замены смолы довольно долго. Однако, если образцы содержат заметные количества красящих веществ и липидов, то колонка быстро забивается и для восстановления ее разделительных способностей требуется многократная регенерация, иногда с перенабивкой колонки. Поэтому, для продуктов, содержащих более 5% жира, рекомендуется предварительно удалять липиды экстракцией. В таблице приведены условия пробоподготовки основных пищевых продуктов при анализе аминокислотного состава.

Таблица — Условия подготовки проб пищевых продуктов к анализу.

Участок (-) цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: (-) 3(ОН) Ц-Ц-Ц-Г-Т-Г-А-А-Т-А-А-Ц-А-Г 5р

• 1-Какова первичная структура фрагмента белка, соответствующая такой генетической информации?
• 2-Укажите этапы экспрессии генетической информации в приведенной схеме.
• 3-Объясните, как осуществляется на рибосомах процесс декодирования м — РНК в ходе биосинтеза этого фрагмента белка.

ОТВЕТ: 1-Первичная структура фрагмента белка: Г-Г-Г-Ц-А-Ц-Т-Т-А-Т-Т-Г-Т-Ц

2 -В процессе синтеза белка рибосома присоединяется к 5'-концу мРНК и перемещается в направлении З'-конца. При этом 5'-конец мРНК освобождается, и к нему может присоединиться новая рибосома, на которой начинается poст ещё одной полипептидной цепи. Как правило много рибосом одновременно участвует в синтезе белка на одной и той же мРНК, образуя комплекс, который называют полирибосомой, или полисомой.

Каждая рибосома занимает на мРНК участок длиной около 80 нуклеотидов, поэтому рибосомы располагаются на мРНК с интервалом примерно в 100 нуклеотидов. Чем длиннее полипептидная цепочка синтезируемого белка, тем больше рибосом может одновременно осуществлять синтез этого белка, значительно увеличивая таким образом эффективность использования матрицы.

3- Чтобы синтезировать белки, одной только информации или программы недостаточно — нужен еще и материал, из которого их можно делать. Поток материала для синтеза белков идет в рибосомы через посредство третьего класса клеточных РНК — РНК-переносчиков (transfer RNA, транспортные РНК, тРНК). Они ковалентно связывают — акцептируют — аминокислоты, которые служат строительным материалом для белков, и в виде аминоацил-тРНК поступают в рибосомы. В рибосомах аминоацил-тРНК взаимодействуют с кодонами — трехнуклеотидными комбинациями — мРНК, в результате чего и происходит декодирование кодонов в процессе трансляции.

Рибонуклеиновые кислоты Итак, перед нами набор главных клеточных РНК, определяющих основной процесс современной живой материи — биосинтез белка. Это мРНК, рибосомные РНК и тРНК. РНК синтезируются на ДНК с помощью ферментов — РНК-полимераз, осуществляющих транскрипцию — переписывание определенных участков (линейных отрезков) двутяжевой ДНК в форму однотяжевой РНК. Участки ДНК, кодирующие клеточные белки, переписываются в виде мРНК, тогда как для синтеза многочисленных копий рибосомной РНК и тРНК имеются специальные участки клеточного генома, с которых идет интенсивное переписывание без последующей трансляции в белки.

аминокислотный белок фермент антивитаминный.

• 2. Какие принципы лежат в основе современной номенклатуры и классификации ферментов? Напишите уравнение ферментативной реакции, укажите класс и подкласс фермента, охарактеризуйте строение и свойства, практическое использование в пищевых технологиях
• з) Фермент инвертаза (-фруктофуранозидаза) катализирует превращение сахарозы до смеси эквимолярных количеств, d-глюкозы и, d-фруктозы, получившей название инвертного сахара, что можно выразить следующей схемой:
  • (+)сахароза + Н₂О, d (+)-глюкоза +, d (-)-фруктоза

Что означает термин «инверсия»?

Номенклатура и классификация ферментов.

Номенклатура ферментов. На первых этапах развития энзимологии названия ферментам давали их первооткрыватели по случайным признакам (тривиальная номенклатура). Например, к тривиальным относятся названия ферментов: пепсин, трипсин, химотрипсин. Первая попытка ввести правило для названий ферментов была предпринята Е. Дюкло в 1898 г. (рациональная номенклатура). Согласно рациональной номенклатуре, простой фермент называли по названию субстрата с добавлением окончанияаза (ДНКаза, РНКаза, амилаза, уреаза). Для названия холофермента по рациональной номенклатуре использовали название кофермента (пиридоксальфермент, геминфермент). Позднее в названии фермента стали использовать название субстрата и тип катализируемой реакции (алкогольдегидрогеназа).

В 1961 г. V Международный биохимичекий конгресс, проходивший в Москве, утвердил научную номенклатуру ферментов. Согласно этой номенклатуре название фермента складывается из химического названия субстрата (субстратов), на который действует фермент, типа катализируемой реакции и окончанияаза. Например, фермент, осуществляющий гидролиз мочевины (рациональное название — уреаза), по научной номенклатуре называют карбамидамидогидролазой:

Если в химической реакции участвуют донор какой-либо группировки атомов и акцептор, то фермент называют следующим образом: химическое название донора, химическое название акцептора, тип катализируемой реакции. Например, фермент, катализирующий процесс переаминирования глутаминовой и пировиноградной кислот, называется глутамат: пируватаминотрансфераза.

Однако следует отметить, что наряду с названиями по научной номенклатуре допускается использование тривиальных названий ферментов.

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

Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные процессы.

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

Гидролазы катализируют реакции гидролиза.

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.

Изомеразы катализируют процессы изменения геометрической или пространственной конфигурации молекул.

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.

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

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. НАДи 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 олигои полисахаридов. Если гликозильный остаток переносится на молекулу фосфорной кислоты, то процесс называется фосфоролизом, а ферменты, обеспечивающие этот процесс, называются фосфорилазами. В качестве примера приведем схему фосфоролиза мальтозы:

Донором гликозильных остатков в процессах синтеза олигои 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:

3. Гидролазы. Эти ферменты ускоряют реакции гидролиза органических соединений; обязательным участником этих процессов является вода. В зависимости от характера гидролизуемой связи гидролазы подразделяют на ряд подклассов: эстеразы, гликозидазы, пептидгидролазы и др. Отличительной чертой всех гидролаз является то, что они являются однокомпонентными ферментами.

Эстеразы катализируют реакции гидролиза сложноэфирных связей. Приведем примеры:

Липаза ускоряет гидролиз внешних сложноэфирных связей в молекуле триглицерида. Особенно широко распространены эстеразы, катализирующие гидролиз сложных эфиров фосфорной кислоты и углеводов. Эти ферменты называются фосфатазами:

Гликозидазы ускоряют реакции гидролиза гликозидных связей. Примером гликозидазы может служить мальтаза (б-глюкозидаза).

Из гликозидаз, действующих на полисахариды, наиболее распространены амилазы.

Пептид-гидролазы. Ферменты этого подкласса катализируют гидролиз пептидных связей в молекулах пептидов и белков, что можно выразить следующей схемой:

Пептид-гидролазы гидролизуют не все пептидные связи в молекулах белков и пептидов, а только определенные. О специфичности действия пептид-гидролаз речь пойдет в главе «Обмен белков» .

Амидазы ускоряют гидролиз амидов дикарбоновых аминокислот — аспарагина и глутамина.

4. Лиазы. Ферменты этого класса катализируют разнообразные реакции распада и синтеза. В зависимости от того, какая связь расщепляется или, наоборот, образуется, выделяют углерод-углерод, углерод-кислород, углерод-азот лиазы. Приведем примеры процессов, катализируемых ферментами указанных подклассов.

Углерод-углерод лиазы. В природе широко представлены ферменты, ускоряющие декарбоксилирование кетои аминокислот. Декарбоксилазы или карбокси-лиазы — двухкомпонентные ферменты, коферментом которых является фосфорный эфир витамина B₁ — в случае декарбоксилирования кетокислот и витамина В₆ — в случае декарбоксилирования аминокислот. Схемы процессов представлены ниже:

Углерод-кислород лиазы (гидролиазы). Ферменты этого подкласса ускоряют реакции гидратации и дегидратации органических соединений.

Эти реакции постоянно идут при распаде и синтезе углеводов и жирных кислот, поэтому гидратазы играют большую роль в жизнедеятельности организмов. Примером может служить фумаратгидратаза, присоединяющая молекулу воды к кратной связи фумаровой кислоты:

Углерод-азот лиазы катализируют реакции прямого дезаминирования некоторых аминокислот; примером может служить аспартат-аммиак-лиаза:

• 5. Изомеразы. Изомеразы ускоряют процессы превращений одних изомеров органических соединений в другие. Приведем два примера:
• 6. Лигазы (синтетазы). Ферменты этого класса обеспечивают синтез различных органических соединений. Характерной чертой ферментов этого класса является использование соединений, способных поставлять энергию для осуществления биосинтеза. Одним из таких соединений является аденозинтрифосфорная кислота — АТФ. В качестве примера действия лигазы можно привести синтез щавелевоуксусной кислоты из пировиноградной путем ее карбоксилирования:

Следует обратить внимание на тот факт, что молекула АТФ не участвует в образовании продуктов реакции, а просто распадается до АДФ и Н₃РО₄; при этом освобождается энергия, необходимая для осуществления биосинтеза.

Важной реакцией является образование ацил-коэнзима, А (ацил-КоА), которая тоже ускоряется ферментом, относящимся к рассматриваемому классу:

• 3) в=фруктофуранозидаза, сахараза, фермент класса гидролаз, содержится в растениях, микроорганизмах и пищеварительных соках животных. Катализирует отщепление остатка в-фруктофуранозы от олигои полисахаридов. Расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Эту реакцию называют инверсией, а Ф. — инвертазой, т. к. она сопровождается изменением знака оптического вращения: правовращающая сахароза превращается в левовращающую смесь глюкозы и фруктозы — т. н. инвертированный сахар. Особенно активна Ф. в дрожжах, из которых её получают в видеочищенных ферментных препаратов. Ф. осуществляет также реакции переноса остатка фруктофуранозы.
• 3. Какие соединения относят к антивитаминам? На какие группы они подразделяются по характеру действия? Приведите примеры соединений с антивитаминной В₅, В₁, В₆, Н, А и С-активностью, являющихся природными антипищевыми факторами. Укажите природные пищевые источники и пути устранения их влияния

Антивитамины, вещества, затрудняющие использование витаминов клеткой путем их разрушения, связывания в неактивные формы, замещения соединениями, близкими по структуре, но не обладающими их свойствами.

Согласно этому определению можно выделить две группы антивитаминов:

• 1) неспецифические, препятствующие проникновению витаминов в клетку тем или иным путем (связывание, разрушение), к этой группе относят энзимы, разрушающие тиамины (тиаминаза, аскорбиназа и др.), и вещества, образующие с витаминами комплексы, что препятствует их всасыванию (например, авидин);
• 2) специфические, препятствующие осуществлению метаболических функций (сходные по структуре и занимающие в связи с этим место витаминов в биологически активных молекулах), антивитамины данной группы имеют важное значение в теории и практике медицины, они действуют, как антикоферменты и могут быть отнесены к числу антиметаболитов.

Антивитамины нашли широкое применение в клинической практике в качестве антибактериальных и противоопухолевых средств, тормозящих синтез белков и нуклеиновых кислот в бактериальных и опухолевых клетках.

Антипищевые вещества и пути устранения их влияния.

Механизм действия и применение антивитаминов:

• *(витамин) В1 — (антивитамин) гидрокситиамин — (механизм действия) замещение коферментов — (область применения) экспериментальные гиповитаминозы;
• *В2 — дихлоррибофлавин — замещение коферментов — экспериментальные гиповитаминозы;
• *В3 — изониазид — замещение коферментов — туберкулостатик;
• *В5 — гомопантотеновая кислота — замещение коферментов — экспериментальные гиповитаминозы;
• *В6 — дезоксипиридоксин — замещение коферментов — экспериментальные гиповитаминозы;
• *Вс* (фолиевая кислота) — птеридин — замещение коферментов — лечение лейкозов;
• *ПАБК (пара-аминобензойная кислота) — сульфаниламиды и их производные — включаются вместо ПАБК в молекулу фолацина при синтезе у микроорганизмов, блокируют фолатзависимые реакции — лечение инфекционных заболеваний, вызванных ПАБК-зависимыми микроорганизмами.
• 4. Опишите основные этапы гидролитического распада жиров на примере тристеарина с последующимокислением стеариновой кислоты. Обоснуйте более высокую энергетическую эффективность распада жиров по сравнению с распадом углеводов

Попытаемся сравнить энергетический эффект окисления жирных кислот и углеводов. В качестве примера для расчёта энергетического эффекта окисления жирных кислот возьмём стеариновую кислоту, а углеводов — глюкозу. Стеариновая кислота имеет углеродную цепь, включающую 18 атомов углерода. В ходе её распада 8 раз повторяется цикл реакций b-окисления и образуется 9 молекул ацетил-КоА. Как было показано ранее, в каждом цикле b-окисления накапливаются восстановленные динуклеотиды, при окислении которых в системе окислительного фосфорилированя могут синтезироваться 5 молекул АТФ, а за 8 циклов реакций b-окисления — могут синтезироваться соответственно 40 молекул АТФ.

При окислении в дыхательных реакциях 1 молекулы ацетил-КоА возможно образование 12 молекул АТФ, а в результате окисления 9 молекул ацетил-КоА могут синтезироваться 108 молекул АТФ. Таким образом, в результате окисления одной молекулы стеариновой кислоты через механизм b-окисления и дыхательных реакций возможно образование в системе окислительного фосфорилирования 40 + 108 = 148 молекул АТФ. Однако, если учесть, что одна молекула АТФ затрачивается на активирование жирной кислоты, то окончательный выход АТФ при окислении одной молекулы стеариновой кислоты составляет 147 молекул АТФ (или 147 молей АТФ в расчёте на 1 моль стеариновой кислоты).

Если произвести расчёт выхода АТФ при окислении 1 г стеариновой кислоты (284 г/моль), то получим следующий результат: 147: 284 = 0,52 моля АТФ в расчёте на 1 г стеариновой кислоты. В главе «Обмен углеводов» (стр. 400) было показано, что при окислении 1 моля глюкозы (180 г/моль) синтезируется 38 молей АТФ (или 38: 180 = 0,21 моль АТФ в расчёте на 1 г глюкозы). Из этих показателей видно, что энергетический эффект окисления одной единицы массы стеариновой кислоты более чем в 2 раза превышает эффективность окисления глюкозы.

В качестве примера нами определён энергетический эффект окисления насыщенной жирной кислоты — стеариновой. Однако ненасыщенные жирные кислоты также дают высокий выход АТФ при их окислении в митохондриях. У них только на одном из этапов окисления, когда в реакцию вступает ненасыщенное производное, не происходит образования ФАДЧН₂, которое в системе окислительного фосфорилирования обеспечивает синтез двух молекул АТФ. Поэтому в ходе окисления каждого моля ненасыщенной жирной кислоты с одной двойной связью выход АТФ уменьшается на 2 моля, с двумя двойными связями — на 4 моля, с тремя двойными связями — на 6 молей. Следовательно, в процессе окисления в митохондриях 1 моля линоленовой кислоты, имеющей 3 двойные связи, выход АТФ по сравнению со стеариновой кислотой будет составлять не 147 молей, а 141. 147 молей, а 141. И в расчёте на 1 г окисляемой линоленовой кислоты выход АТФ составит 0,51 моля, то есть значительно больше, чем для глюкозы и других углеводов.

Как было показано ранее, определённая часть жирных кислот, образующихся при распаде жиров, у растений подвергается a-окислению в цитоплазме и при каждом обороте a-окисления происходит отщепление от жирной кислоты одной молекулы СО₂ и синтез одной молекулы восстановленного динуклеотида НАДЧН. Следовательно, если даже предположить, что происходит полное окисление жирной кислоты, то может осуществиться синтез такого числа молекул НАДЧН, которое на один меньше числа углеродных атомов в молекуле жирной кислоты.

Например, для молекулы стеариновой кислоты оно будет равно 17. Если сделать пересчёт синтезированных молекул НАДЧН в эквиваленты АТФ, принятые для системы окислительного фосфорилирования, то мы получим выход АТФ значительно меньший, чем при окислении жирных кислот по механизму b-окисления и последующего окисления ацетилкофермента, А в цикле Кребса. Однако, надо иметь в виду, что большая часть восстановленных динуклеотидов НАДЧН, образуемых в цитоплазме по механизму a-окисления, не окисляется в системе окислительного фосфорилирования митохондрий, а используется в восстановительных реакциях, происходящих в цитоплазме.