Сущность жизни



жүктеу 12.9 Mb.
бет4/47
Дата04.09.2018
өлшемі12.9 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   47

Энергия активации - дополнительная энергия , которую необходимо сообщить молекулам реагирующих веществ , помимо своей собственной энергии , для проведения реакции

  • ферменты обладают большими размерами молекул , благодаря чему возникает сильное электрическое поле , ориентирующее молекулы субстрата , придавая им асимметрическую форму , что ослабляет химические связи

  • в клетках содержатся ферменты , катализирующие разные , иногда взаимоисключающие реакции , поэтому ферментативные реакции локализуются в разных органеллах или разделённых мембранами компартаментах клетки

  • часто ферменты образуют биологические конвейеры : конечный продукт реакции служит субстратом для другого фермента

  • название ферментов производится от названия субстрата или реакции с добавлением окончания « аза » ( гидролаза , мальтаза , ревертаза , оксидо - редуктаза ,изомераза , трансфераза и др . )

  • наука о ферментах - энзимология ( важнейший раздел молекулярной биологии )

  • ферменты широко используются в различных отраслях промышленности , сельского хозяйства , медицине и научных исследованиях

Строение ферментов

  • представляют собой глобулярные белки III или IV структуры

  • разделяются на простые ( однокомпонентные ) и сложные ( двухкомпонентные )

Простые ферменты (однокомпонентные )

  • состоят только из белка ( могут кристаллизоваться )

Сложные ферменты ( двухкомпонентные )

  • состоят из белка и небелкового низкомолекулярного компонента ( в отдельности оба компонента не активны )

  • белковая часть называется апоферментом ( часть не содержащая фермента )

  • небелковая часть - кофактор ( простетическая или активная группа )

  • кофактор органической природы называют кофермент ( особенно часто в этой роли выступают витамины , НАД , НАДФ , некоторые нуклеотиды , флавины )

Кофермент - низкомолекулярные органические вещества , соединяющиеся с определённым апоферментом для проявления их активности

  • в качестве неорганического кофактора выступают атомы металлов - Fe , Mg , Zn , Co , Cu , Mo и др .

  • кофакторы в отличие от белковой части очень стойки к действию неблагоприятных условий и могут отделятся от белкового носителя

  • многие гетеротрофы не способны синтезировать все необходимые коферменты и поэтому должны получать их с пищей в виде предшественников или в готовом виде в форме витаминов

  • каталитическая активность ферментов обуславливается активным центром - местом белковой глобулы , где , собственно , и происходит ферментативная реакция

Активный центр - каталитически активная часть глобулы ( место протекания ферментативной реакции )

  • представляет собой комбинацию аминокислотных остатков свободной цепи между доменами

  • количество активных центров в каждой глобуле равно числу доменов(субъединиц) каждая субъединица белка ( фермента ) образует свой активный центр

  • конфигурация ( пространственная структура ) активного центра комплементарна субстрату ( стереосовпадение ) : они должны подходить друг к другу как ключ к замку , что обеспечивает их тесное сближение

  • образуется в результате перестройки доменов при активации фермента ( процессинге )

  • при взаимодействии активного центра и субстрата образуется субстрат - ферментный комплекс

Фермент

Субстрат

Субстрат-ферментный комплекс

  • помимо активного центра в составе ферментов имеется аллостерический центр

Аллостерический центр - участок фермента , где происходит связывание низкомолекулярных соединений , вызывающих изменение его активного центра ( вещества , блокирующие каталитическую активность называются ингибиторами ; повышающие - активаторы )

  • при присоединении веществ к аллостерическому центру происходит изменение третичной и четвертичной структуры белка , обеспечивающее комплиментарность активного центра и субстрата

  • обеспечивает оптимальную активность фермента

  • оба центра в ферменте располагаются далеко друг от друга

Механизм действия фермента

  • механизм проведения ферментативной реакции разделяется на три стадии :

I . Распознавание ферментом ( Ф ) субстрата ( С ) и связывание с ним

II . Образование активного фермент - субстратного комплекса ( ФС )



  • основная стадия реакции ; самая длительная

  • образуется за счёт водородных , ковалентных или гидрофобных связей

  • снижает энергию активации , необходимую для начала реакции

III . Образование продекта реакции ( Р ) и отделение его от фермента

  • Весь процесс можно представить в виде схемы :

Ф + С => ФС => Ф + Р

Этапы ферментативной реакции

  • Пример : в результате реакции из соединения АВ должны получиться два вещества : А и В .

  • В присутствии фермента реакции будут иметь следующий вид :

I . АВ + Ф ( фермент ) = АВФ ( фермент - субстратный комплекс )

II . АВФ = ВФ + А



III . ВФ = Ф + А ( продукты реакции по очереди освобождаются от фермента )

Современная классификация ферментов

  • основывается на типах катализируемых ими химических реакций :

Гидролазы - ускоряют реакции расщепления сложных соединений ( полисахаридов , жиров , белков , нуклеиновых кислот , АТФ ) на мономеры ( амилаза , целлюлаза , пептидазы , липаза и др .

Оксидоредуктаза - катализируют окислительно - восстановительные реакции

Трансферазы - переносят альдегидные , кетонные , фосфатные , и аминные группы от одной молекулы к другой

Изомеразы - осуществляют внутримолекулярные перестройки ( изомеризация )

Лигазы ( синтетазы ) - катализируют реакции соединения молекул с образованием соответствующих связей , используя энергию АТФ

Лиазы - отщепляют отдельные радикалы от молекул субстрата с образованием двойных связей

Другие биологические функции белка

2 . Структурная

  • основной строительный материал клетки

  • входят в состав клеточных мембран ( содержат большое количество неполярных аминокислот , стабилизирующих надмолекулярные и надмембранные структуры )

  • основа цитоскелета и межклеточного вещества тканей ( соединительной , костной , хрящевой , сухожилия , кожи и др . )

  • « обёртка » нуклеиновой кислоты вируса - капсид

  • наружный скелет членистоногих

  • кожа , перья , волосы , рога , ногти и другие производные кожи

3 . Опорная

  • сухожилия , сочленения , кости скелета , выполняющие опорную функцию , имеют в своём составе белки

4 . Регуляторная

  • многие гормоны являются белками , принимающими участие в гуморальной регуляции жизненных процессов в организме ( все гормоны гипоталамуса и гипофиза -гормон роста , либерины , статины гипоталамуса , АКТГ ,инсулин , глюкагон , и др . )

5 . Транспортная

  • участвуют в переносе веществ через клеточную мембрану ( активный и строго избирательный транспорт внутрь и наружу различных веществ и ионов )

  • транспорт кислорода от органов дыхания к клеткам и тканям позвоночных и беспозвоночных ( гемоглобин , миоглобин , гемоцианин )

  • транспорт жирных кислот и липидов в организме ( альбумины )

  • транспорт гормонов в организме

6 . Рецепторная ( сигнальная )

  • основывается на способности белковых молекул изменять конформацию ( пространственную структуру ) при воздействиях среды

  • являются элементарными структурными рецепторами ( локализованы на поверхности клеток )

  • осуществляют процесс избирательного узнавания отдельных веществ

7 . Двигательная ( сократительная )

  • обеспечивает все виды движений , на которые способны биологические объекты разных уровней организации , начиная с цитоплазмы , клеточных органелл , клеток и кончая целым организмом ( движения растений , мышц многоклеточных животных , простейших и т.д. )

  • связана с о спецефическими сократительными белками - актин , миозин

8 . Защитная

  • осуществляется белками иммунной системы ( антитела ) при попадании в организм чужеродных веществ ( антигенов )

  • участвуют в процессе свёртывания крови ( фибриноген , тромбин )

9 . Запасающая

  • белки , откладывающиеся в запас ( белок яиц , молока - казеин , семян растений ) , затем используются клеткой или организмом в процессе жизнедеятельности

10 . Энергетическая

  • при расщеплении 1 г белка освобождается 17 , 2 кДж энергии ( белки расщепляются вначале до аминокислот , а затем до более простых веществ )

  • наиболее характерна для растительных организмов , в семенах которых накапливается от 15 - 20 % ( злаки ) до 45 % ( бобовые ) белковых веществ

  • реализуется в критический период жизни клетки , когда уже использованы все другие энергетические вещества ( углеводы , жиры )

11 . Информационная - Т - лимфоциты с помощью белков передают информацию об антигенах В - лимфоцитам

12 . Гомеостатическая - поддержание постоянства химического состава и физико - химических особенностей клетки и организма ( онкотическое давление крови , белки теплового шока , буферные свойства и т. д. )

13 . Деление клетки - белки ахроматинового веретена деления при митозе

14 . Поддержание структуры макромолекул - гистоновые белки , участвующие в образовании высших структур и регуляции функциональной активности ДНК

Липиды ( от греч . lipos - жир )

  • Группа жироподобных органических соединений с общими физико - химическими свойствами :

  • нерастворимы в воде т . к . имеют в составе молекул много гидрофобных радикалов ( - СН , - СН2 - СН3 )

  • хорошо растворимы и извлекаются из клетки органическими растворителями (ацетон , эфир , спирт , бензин , бензол , хлороформ ) ,

  • Содержатся в клетках всех организмов ( от 5 до 15 % сухой массы ; в жировой ткани до 90 % ) и могут быть твёрдыми и жидкими

  • В химическом отношении представляют собой сложные эфиры жирных кислот и многоатомных спиртов ( глицерина и д.р.)

  • Обязательным компонентом липидов являются жирные кислоты , выполняющих роль строительных блоков

Жирные кислоты :

  • молекула жирной кислоты имеет :

а) длинную , гидрофобную , углерод - водородную цепь ( скелет ) С12 - С20

б) гидрофильную карбоксильную группу - СООН ( на конце гидрофобной цепи ) например , СН3 ( СН2 )14 СООН - пальмитиновая кислота



  • жирные кислоты разделяются на насыщенные и ненасыщенные

Насыщенные жирные кислоты :

- не имеют ненасыщенных ( двойных ) связей ( например - пальмитиновая , масляная , стеариновая , лауриновая и др. )

СН3 ( СН2 ) 14 СООН - пальмитиновая кислота

- липиды , содержащие насыщенные жирные кислоты , имеют высокую температуру плавления и по консистенции обычно твёрдые ( жиры многих животных , кокосовое масло )



Ненасыщенные жирные кислоты :

  • имеют одну или несколько двойных связей (например - олеиновая, линолевая, линоленовая, эруковая и др . )

СН3 ( СН2 )7 СН = СН ( СН2 )7 СООН - олеиновая кислота

  • липиды , содержащие ненасыщенные жирные кислоты , обычно жидкие (обладают низкой температурой плавления ) - льняное , конопляное , хлопковое масло , рыбий жир и др .

  • чаще встречаются в живой природе ( в жирах растений умеренного климата , в жире рыб и некоторых морских млекопитающих

  • организмы , содержащие больше ненасыщенных жирных кислот , могут жить в северных широтах и сохранять свою гибкость и подвижность

Н Н Н Н

- С - С - - С = С -



Н Н

насыщенные ненасыщенные



жирные кислоты

  • Липиды разделяются на простые ( жиры , воски ) , сложные и производные липидов

Жиры ( нейтральные жиры . триглицериды )

  • Основная группа липидов ( самые распространённые из липидов в природе )

  • неполярны , практически нерастворимы в воде , плотность ниже , чем у воды , поэтому в воде они всплывают

  • Их принято делить на жиры и масла в зависимости от консистенции при 200 -твёрдые ( жиры ) или жидкие ( масла )

  • Представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот ( жирные кислоты вступают в реакцию конденсации с тремя - ОН - группами глицерина )

  • Химические и физико-химические свойства жиров определяются соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот , входящих в их состав , положением и числом двойных связей , длинной углеводородной цепи

  • Общая формула простых липидов

О

СН2 - О - С - R1

R2 - С - О - CН

О СН2 - О - С - R 3

СН О

  • Основная функция жиров - служить энергетическим депо и источником метаболической воды

Воски :

  • Сложные эфиры жирных кислот и длинноцепочечных спиртов

О

  • Имеют общую формулу : R 1 - О - С - R 2 , где R 1 и R 2 - длинные углеводородные цепи

  • В организме выполняют в основном защитную функцию ( главным образом в качестве водоотталкивающего покрытия )

  • Наибольшее значение имеют :

  • спермацет , содержащийся в мозге кашалота

  • ланолин - смазывающее вещество кожи , шерсти , перьев ( несмачиваемость )

  • пчелиный воск

  • защитный слой на кутикуле эпидермиса органов растений , например листьев , плодов и семян ( в основном у ксерофитов )

  • входят в состав наружного скелета насекомых

Сложные липиды (фосфолипиды , гликолипиды , липопротеины , ганглиозиды)

Фосфолипиды ( фосфотриглицериды )

  • в молекуле фосфолипида одна группа -ОН у глицерина замене фосфорной кислотой ( в качестве полярной части ) , а две другие - жирными кислотами ( неполярные углеводородные хвосты )

  • образуют упорядоченные структуры на границе любой среды

имеют первоочередное значение для формирования биомембран ( важнейший компонент клеточных мембран )

Гликолипиды

  • вещества , образующиеся в результате соединения липидов с углеводами ( особенно их много в составе ткани мозга и нервных волокон )

  • включают в себя гидрофобную часть и гидрофильную головку , содержащую остаток сахара ( галактозу )

  • функционально аналогичны фосфолипидам и выполняют в основном структурную функцию - входят в состав клеточных мембран ( углеводные компоненты обращены во внеклеточную среду и участвуют в межклеточных взаимодействиях )

Ганглиозиды

  • полярная часть представлена сложным полисахаридом

  • функционально аналогичны гликолипидам и фосфолипидам

Липопротеины

  • липопротеины - продукт соединения липидов с белками

  • являются компонентом мембран и транспортной формой липидов в организме ( в форме липопротеинов липиды переносятся кровью и лимфой )

Производные липидов ( липоиды ) - стероиды , стерины , простогладины , воскообразные соединения , терпены , пигменты ( хлорофиллы , каротин ) , жирорастворимые витамины А , D , Е , К

Стероиды :

  • половые гормоны , например эстроген , прогестерон , тестостерон

  • холестерин ( у растений отсутствует )

  • адренокортикотропные гормоны ( кортикостероиды - кортизон , кортикостерон , альдостерон )



  • сердечные гликозиды ( гликозиды наперстнянки , применяемые при сердечных заболеваниях )

  • желчные кислоты ( входят в состав желчи )

  • соли желчных кислот ( способствуют эмульгированию жиров )

  • витамин D

Терпены

  • натуральный каучук

  • гибберелины - ростовые вещества растений

  • каротины , хлорофиллы - фотосинтетические пигменты

  • витамин К

  • вещества , от которых зависит аромат эфирных масел растений ( мята , ментол , камфора )

Простогладины

  • синтезируются в клетках человека и животных из ненасыщенных жирных кислот

  • регулируют тонус сосудов , функции центра теплорегуляции , различных отделов мозга , сокращение мускулатуры внутренних органов

Функции липидов

1 . Запасная энергетическая



  • липиды и жиры откладываются в специализированных клетках , откуда они легко вовлекаются в энергетический обмен ( жировые депо , жировое тело насекомых , подкожная жировая клетчатка др .)

  • энергетическая ценность липидов выше калорийности углеводов , т.е. данная масса липидов выделяет при окислении больше энергии , чем равная ей масса углеводов (т.к. в липидах по сравнению с углеводамибольше водорода и совсем мало кислорода )

  • обеспечивает минимизацию массы энергетического материала и соответственно тела ( актуально для птиц и насекомых , совершающих дальние перелёты )

  • в организме животных , впадающих в спячку , водных млекопитающих накапливается избыточный жир ( способствует плавучести )

  • семена , плоды и хлоропласты богаты маслами

2 . Энергетическая

  • липиды служат источником энергии в клетке (обеспечивают 25 - 30 % всей энергии, необходимой организму)

  • очень энергоёмки ( при окислении 1г жира выделяется 39 Кдж энергии , примерно в два раза больше чем при расщеплении 1г углеводов или белков )

  • у позвоночных животных и человека примерно половина энергии , потребляемой живыми клетками в состоянии покоя , образуется за счёт окисления жирных кислот , входящих в состав жиров

  • у перелётных птиц и у животных в состоянии спячки запасы жира - практически единственный источник энергии ( у птиц до 50% массы тела - жировые запасы )

3 . Защитная

  • обеспечивает несмачиваемость покровов и их смазку ( кожа , перья птиц , шерсть млекопитающих )

  • защита от чрезмерного проникновения воды внутрь и от её испарения( восковой налёт на эпидермисе листьев и других органов растений )

  • предохранение организма от механических повреждений , ударов , сотрясений (жировая прокладка вокруг внутренних органов и под кожей )

4 . Терморегуляция

  • защита организма от переохлаждения ( жир является термоизолятором ) ; особенно выражен подкожный жировой слой у млекопитающих , живущих в холодном климате , в первую очередь у водных млекопитающих - киты имеют слой жира 1м

  • термогенез (у многих млекопитающих существует специальная жировая ткань , играющая роль термогенератора - « бурая жировая ткань », « бурый жир », окружающая жизненно важные органы - сердце, головной мозг)

5 . Структурная

  • в комплексе с белками , углеводами , фосфорной кислотой образуют структурные компоненты мембран и клеточных органоидов всех органов и тканей ; в виде липопротеинов участвуют в транспорте веществ в клетку и организме , а также в межклеточных взаимодействиях

6 . Разграничительная

  • гидрофобные участки липидов в составе клеточных мембран отделяют содержимое клетки от окружающей среды , а также делит клетку на относительно изолированные отсеки , препятствуя свободному перемещению молекул

7 . Источник метаболической ( эндогенной ) воды

  • при окислении жиров образуется большое количество воды ( при окислении 100 г жира выделяется 107 мл воды ) ; эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустыни ( горб верблюда , песчанки , тушканчики и др . )

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные фосфорсодержащие органические соединения , обеспечвающих хранение и передачу наследственной ( генетической ) информации в живых организмах

  • впервые описаны в 1869 г . Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов ( впоследствии были обнаружены во всех растительных и животных клетках , вирусах , бактериях и грибах ) ; в клетках обычно связаны с белками в нуклеопротеидные комплексы

  • В природе существует два вида нуклеиновых кислот - ДНК ( дезоксирибонуклеиновая ) и РНК ( рибонуклеиновая ) кислота

  • Линейные , неразветвлённые апериодичные , информационные биополимеры , состоящие из множества чередующихся в определённом порядке , мономеров - нуклеотидов

Нуклеотид - мономер нуклеиновых кислот , состоящий из азотистого основания , углеводного компонента ( пентозы ) и остатка фосфорной кислоты

Строение нуклеотида

  • В состав нуклеотидов входит три компонента : азотистые основания , углевод пентоза и остаток фосфорной кислоты ( фосфат )

Азотистые основания

  • азотсодержащие циклические соединения , производные пурина и пиримидина

  • важнейшие пуриновые азотистые основания - аденин ( А ) и гуанин ( Г ) - их молекулы состоят из двух колец , одно из которых содержит пять членов , а другое шесть

  • пиримидиновые азотистые основания - цитозин ( Ц ) , урацил ( У ) и тимин ( Т ) - их молекулы имеют одно шестичленное кольцо

N

N N


N N N

Пурин Пиримидин



  • аденин , гуанин и цитозин встречаются в ДНК и РНК , тимин - только в ДНК , урацил - только в РНК

Пентозы

  • представляют собой углеводный компонент нуклеотида

  • моносахарид рибоза - С5 Н10 О5 - входит в состав РНК

моносахарид дезоксирибоза - С5 Н10 О4 - входит в состав ДНК

  • название нуклеиновой кислоты определяет название сахара - пентозы , входящего в неё

Остаток фосфорной кислоты ( фосфат ) - третий компонент нуклеотидов как ДНК, так и РНК

О

О



азотистое основание О Р ОН

углевод ( пентоза )

ОН

Фосфат ( Н2РО4 )



  • Соединение азотистого основания с сахаром ( пентозой ) в результате реакции конденсации называется нуклеозидом (рибонуклеозиды или дезоксирибонуклеозиды )

  • Соединение нуклеозидаов с одним остатком фосфорной кислоты фосфоэфирной связью ( реакция конденсации ) называется нуклеотидами ( мономеры нуклеиновых кислот ДНК и РНК ) ; производные рибонуклеозидов называются рибонуклеотидами , дезоксирибонуклеозидов - дезоксирибонуклеотидами

  • Названия нуклеотидов образуются от соответствующих азотистых оснований , и те и другие принято обозначать заглавными буквами ( к нуклеотидам ДНК добавляется приставка дезокси - )



Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   47


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет