Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

прості складні

(протеїни) (протеїди)

До ферментів-протеїнів належать переважно ферменти травного каналу. Більшість тканинних ферментів належать до складних – протеїдів. Ферменти-складні білки містять поліпептидні ланцюги (апофермент або білкова частина) і небілкову частину – простетичну групу або кофермент. Якщо при виділенні ферментів зв’язки між поліпептидними ланцюгами апоферменту і небілковою частиною не порушуються і кофермент не вивільняється, такі ферменти називаються холоферментами (холоензимами), а їхній кофермент – простетичною групою. Отже, простетична група – це невідємна частина молекули ферменту. Небілкова група, яка легко відділяється від апоферменту при дисоціації, називається коферментом. Деякі коферменти містять вітаміни В₁, В₂, В₃, В₅, В₆.

Схема 2. Будова складних ферментів

білкова частина небілкова частина

+

апофермент кофактор

(кофермент або простетична група)

холофермент

Ферментам притаманні всі фізико-хімічні властивості білків:

· висока молекулярна маса,

· розщеплення до амінокислот під час гідролізу,

· здатність до утворення колоїдних розчинів,

· нестійкість до впливу високих температур та солей важких металів,

· антигенні властивості,

· здатність до фракціонування.

Властивості ферментів:

Ø Пришвидшують реакції, але самі у цій реакції не витрачаються.

Ø Досить незначна кількість ферментів викликає перетворення великої кількості субстрату.

Ø Активність ферментів залежить від середовища, температури, тиску, концентрації субстрату та від самого ферменту.

Ø Дія ферменту вибіркова, тобто один фермент завжди каталізує одну реакцію.

У молекулі ферменту розрізняють три спеціалізованих центри: активний, субстратзв'язуючий і алостеричний. При цьому кожна частина молекули строго спеціалізо­вана, тобто виконує певну роль.

Активний центр - це динамічне утворення. У простих фер­ментів він являє собою унікальне об'єднання залишків певних амінокислот, які розміщені в різних місцях поліпептидного лан­цюга молекули білка. У молекулах простих ферментів активний центр виникає в результаті того, що поліпептидний ланцюг моле­кули білка набуває такої конфігурації, за якої радикали амінокислот з'являться поруч. Утворюється своєрід­на «кишеня», в якій відбуваються каталітичні перетворення суб­страту. Такою конфігурацією, як правило, є третинна структура поліпептидного ланцюга. Таким чином, активний центр фермен­тів протеїнів виникає в той момент, коли білкова молекула набу­ває характерної для неї третинної структури. Тому зміна цієї структури може викликати деформацію або руйнацію активно­го центру й ослаблення ферментативної активності.

У складних ферментів роль активного центру виконує його небілкова частина, тобто кофактор, а також прилягаючі до нього білкові функціональні групи.

Відповідністю будови активного центру ферменту і субстра­ту пояснюється висока специфічність ферментів. Тільки суб­страт певної будови може ввійти в тісний контакт з активним центром ферменту.

У молекулах ферментів розрізняють також спеціалізовані ді­лянки, відповідальні за зв'язок із субстратом. їх називають ще субстратзв'язуючим (субстратним) центром, або "якірною" пло­щадкою.

У молекулах ферментів є також ділянки, розташовані на де­якій відстані від активного і субстратного центрів. їх називають алостеричними, або регуляторними, центрами. До цих центрів можуть приєднуватися різні речовини, викликаючи при цьому зміну просторової конфігурації молекули ферменту. Як наслі­док, відбувається зміна конфігурації й активного центру, що су­проводжується збільшенням або зменшенням каталітичної ак­тивності ферменту. Через алостеричний центр на активність ферменту можуть впливати різні регуляторні чинники, якими виступають продукти ферментативних реакцій, гормони і проду­кти їх обміну, медіатори нервової системи й ін. Регуляторні чин­ники, що підвищують активність ферментів, називають алосте­ричними активаторами, що зменшують її - алостеричними інгібіторами.

Згідно з гіпотезою Міхаеліса-Ментен, ферментативна реакція завжди супроводжується утворенням проміжної коротко існуючої сполуки – ферментсубстратного комплексу. Процес утворення комплексу описується рівнянням і перебігає в декілька стадій, кожна з яких має свої особливості:

Е + S ES → ES^x ES^xx → EP E + P

1 стадія – зв’язування субстрату з активним центром ферменту, тобто утворення ферментсубстратного комплексу (ES);

2 стадія – перетворення первинного ферментсубстратного комплексу в один або кілька активних ферментсубстратних комплексів (ES^x, ES^xx);

3 стадія – відокремлення продуктів реакції від активного центру ферменту і вивільнення ферменту і продукту (Е і Р).

Найкоротша за тривалістю перша стадія, вона проходить майже миттєво. За цей час субстрат орієнтується навколо активного центру й утворює з ним коротко існуючу, неміцну проміжну сполуку. На другій стадії, яка проходить найповільніше, відбувається розхитування зв'язків у молекулі субстрату, розрив їх і утворення нових зв'язків з каталітичним центром ферменту. Знижується енергія активації субстрату, що зумовлює зростання швидкості його перетворення. Третя стадія за тривалістю наближається до першої, швидкість її перебігу залежить від дифузії продукту в середовище.

Біохімічні процеси, що відбуваються в клітині, являють со­бою складні ланцюги реакцій, які послідовно каталізуються де­кількома ферментами. Багато ферментів у клітині діють одно­часно. При цьому речовина, одержана під дією першого фермен­ту, є субстратом для наступного і т.д. Утворюються так звані мультиферментні системи.

За ступенем складності мультиферментні системи можна розділити на три групи. До першої групи належать системи, в яких окремі ферменти знаходяться в цитоплазмі і не зв'язані один з одним. У цих випадках молекули субстратів дифундують від одного ферменту до іншого і т.д., причому продукт дії одного ферменту є субстратом для іншого (рис. 17, а).

До другої групи відносять системи, що утворені у вигляді комплексів і важко розпадаються на окремі ферменти. При цьо­му продукт дії одного ферменту також є субстратом для іншого, однак проміжні продукти вже не залишають ферментного ком­плексу в результаті дифузії (рис. 17, б). Прикладом такої систе­ми може бути комплекс ферментів, які каталізують синтез жир­них кислот або окиснювальне декарбоксилювання піровиноград­ної кислоти.

Найбільш високоорганізованими мультиферментними систе­мами є комплекси ферментів, з'єднані з мембранами клітинних органел.

Деякі ферменти спочатку перебувають в неактивному стані і тільки після дії активаторів набувають активності.

Біосинтез ферментів в організмі відбувається безперервно. Окремі органи синтезують значну частину ферментів, які каталізують багато реакцій в організмі. Це, в першу чергу, залози – слинні, кишкові, шлункові, підшлункова тощо.

Для ферментів характерна певна клітинна локалізація. Так, у ядрі зосереджені ферменти, що беруть участь в обміні нуклеїнових кислот; у ядерній мембрані – ферменти, що беруть участь у транспортуванні окремих сполук та енергії; ферменти клітинного дихання розміщені в основному в мітохондріях; лізосоми містять ферменти, що каталізують розщеплення багатьох речовин; в рибосомах локалізуються ферменти біосинтезу білка.

Ферменти мають відносну молекулярну масу від десятків тисяч до кількох мільйонів. Понад 400 ферментів одержано в кристалічному стані. Усі вони амфотерні і мають високу хімічну активність.

2. Вітаміни - низькомолекулярні органічні речо­вини, які в дуже малих кількостях (у міліграмах або навіть у мікрограмах) необхідні для нормального обміну речовин і жит­тєдіяльності організму.

Історія відкриття і вивчення вітамінів пов'язана з вивчен­ням різних захворювань.

Початок вивченню вітамінів було покладено російським лікарем М.І. Луніним, який у 1888 р. на основі тривалих дослідів установив, що для нормального росту і розвитку тваринного організму, крім білків, жирів, вуглеводів, мінеральних речовин і води, необхідні ще якісь невідомі речови­ни, відсутність яких призводить до загибелі організму.

Працюючи на острові Ява, голландський лікар X. Ейкман (1896 p.) виявив, що серед корінного населення острова в людей, що харчувалися очищеним рисом, захворювання бері-бері зустрі­чалося частіше, ніж у тих, що харчувалися неочищеним рисом. Симптоми цієї хвороби він виявив і в курей, що харчувалися очищеним рисом. Додаючи до їжі водний екстракт із висівок рису, Ейкман досягав виліковування цього захворювання.

У 1912 р. польський учений К. Функ уперше виділив у чис­тому вигляді з висівок рису речовину, яка мала у своєму складі аміногрупу і виліковувала від захворювання бері-бері. Цю речовину він назвав "вітаміном" (від лат. vita – життя).

На даний час відомо багато речовин, що не містять амінної групи, але нестача їх у їжі призводить до важких специфічних захворювань. За цими життєво необхідними речовинами збере­глася назва "вітаміни". Вітаміни не виконують ні енергетичних, ні пластичних функцій. Свою дію вони проявляють, беручи участь у будові ферментів, які називають біологічними каталіза­торами.

Більшість вітамінів не синтезу­ється в організмі людини або синтезуються в таких мізерно ма­лих кількостях, що не можуть забезпечити його потреби. Дже­релом вітамінів для людини і багатьох тварин є переважно про­дукти рослинного походження: овочі (картопля, морква, капуста, томати, щавель), фрукти, ягоди і соки з них (смородина, полуни­ця, мореля, шипшина, обліпиха й ін.). Проте окремі вітаміни мі­стяться тільки в організмі тварин, наприклад, у печінці тріско­вих риб і жуйних тварин, молоці, яйцях.

Обов'язковою умовою для нормального розвитку, життєдія­льності, опірності організму інфекційним захворюванням є вжи­вання вітамінів у фізіологічних нормах. Особливо це важливо для вагітних жінок, матерів, що годують немовлят, дітей і підлітків, людей, що працюють з підвищеною напругою нервової і м'язової систем, у гарячих цехах, шахтах, а також після важких за­хворювань.

За недостатньої кількості вітамінів у їжі в людей розвива­ються захворювання, які називають гіповітамінозами. Найчас­тіше вони виникають за умови одноманітного і неповноцінного харчування. Гіповітамінози легко виліковуються введенням в організм відповідних вітамінів.

Повна відсутність в їжі якогось вітаміну викликає авіта­міноз, що на ранніх стадіях захворювання виліковується шля­хом введення в організм відповідного вітаміну. Тривала відсу­тність цього вітаміну в їжі призводить організм до загибелі.

Хвороба, що виникає внаслідок відсутності декількох вітамі­нів, називають поліавітамінозом. Проте типові авітамінози на даний час зустрічаються досить рідко.

Введення в організм великих доз деяких вітамінів також може викликати захворювання - гіпервітамінози. Це стосуєть­ся переважно жиророзчиних вітамінів, які здатні накопичувати­ся в організмі і проявляти токсичну дію. Важкі гіпервітамінозні захворювання й отруєння виникають при зживанні великої кі­лькості вітаміну А (отруєння печінкою палтуса й інших морсь­ких риб) і зловживанні препаратами вітаміну D.

Існує декілька класифікацій вітамінів, проте загальновизна­ною є класифікація, що ґрунтується на їх фізичних властивос­тях. Всі вітаміни поділяють на дві групи - жиророзчинні і водо­розчинні.

Таблиця 1. Класифікація вітамінів

3. Гормонами називаються речовини, що виробля­ються залозами внутрішньої секреції. Це біологічно активні ре­човини, здатні в кількості 10^-3 і навіть 10⁶ мг викликати зміни метаболічних процесів в організмі. Протягом доби в організмі людини синтезується всього декілька міліграмів або часток мі­ліграмів окремих гормонів. Концентрація їх у крові складає 10^-6-10^{-9 г на 100 мл. Більшість гормонів діють короткочасно і швидко руйнуються.}

Особливості дії гормонів та нейрогормонів наступні:

· висока біологічна активність (вплив на клітини, тканини та органи здійснюється навіть у мізерних концентраціях);

· висока специфічність (вплив здійснюється лише на певні процеси в клітинах – мішенях, які здатні їх розпізнавати);

· дистанційність дії (перенесення з током крові на значні відстані від місця їх утворення);

· відносно короткий час існування в організмі (від кількох хвилин до кількох годин).

Багато гормонів не проникають усередину клітин, а проявля­ють свою дію через інші речовини-посередники. Деякі ж гормо­ни проникають усередину клітин і далі через ядерну мембрану в ядро клітин.

У людини і вищих тварин гормони є важливою ланкою регу­ляторних механізмів. Потрапляючи в кров, вони впливають на всі функції організму. Регуляторна роль гормонів спрямована в основному на підтримку й активування найголовніших проце­сів обміну. Свою біологічну дію вони проявляють шляхом впли­ву на активність ферментів, оскільки впливати на обмін можна саме шляхом зміни ферментативних процесів.

З хімічної точки зору гормони можна розподілити на чотири групи:

1) гормони білкової природи (гормони гіпофізу, гіпоталамусу, підшлункової залози й ін.);

2) гормони – похідні амінокислот (гормони мозкової части­ни наднирників, щитовидної залози);

3) гормони – похідні жирних кислот (простагландини);

4) стероїдні гормони – похідні холестерину (жіночі і чоловічі статеві гормони, гормони кори наднирників);

За характером дії всі гормони можна розділити на дві гру­пи. Першу складають гормони, які не проникають у клітину і здійснюють свій вплив через посередників. Діють вони швидко, миттєво змінюючи один або декілька метаболічних процесів. Сюди відноситься більшість гормонів перших трьох груп.

Гормони другої групи проникають у ядра клітин і дія їх проявляється на рівні генів. Вони стимулюють синтез специфі­чних РНК і білків. До них відносять стероїдні гормони.

Таблиця 2. Класифікація гормонів

Гормони, що діють через посередника, доставляються плазмою крові у вільному або зв'язаному зі спеціальними білками плазми стані до клітин тканин. При цьому гормонам характерна певна специфічність стосовно клітин – кожний із них діє тільки на пе­вні типи клітин, які називають "клітинами-мішенями". Досягну­вши цих клітин, гормони фіксуються клітинною мембраною.

Таким чином, гормони як важливі регулятори різноманіт­них процесів обміну речовин впливають на формування особли­востей будови і функцій організму. Оскільки універсальними регуляторами хімічних процесів у всіх живих організмів є фер­менти, то регуляторна дія гормонів на обмін речовин здійсню­ється впливом їх на ферментативні процеси.

4. Алкалоїди – органічні сполуки переважно рослинного походження, роль яких полягає у тому, що (як вважають деякі вчені) вони захищають рослини від поїдання тваринами. Часто алкалоїди містять Нітроген у складі різних функціональних груп.

Виявлені алкалоїди у рослин переважно родин Пасльонові, Лілійні, Макові, Конопляні.

Людина використовує алкалоїди у медицині. Так, хініном лікують малярію, нікотин та морфін є болезаспокійливими засобами тощо.

5. Антибіотики – біологічно активні сполуки, що їх виробляють мікроорганізми з метою самозахисту від інших мікроорганізмів. Антибіотики згубно впливають на збудників захворювань – мікроорганізми та гриби.

6. Фітогормони – біологічно активні речовини різної будови, які регулюють життєво важливі функції вищих рослин та грибів. Впливають майже на всі життєво важливі процеси розвитку рослин: поділ і ріст клітин, диференціація тканин, формування органів, проростання насіння, появу бруньок тощо.

Наприклад, ауксин активізує поділ клітин, гібереліни прискорюють ріст органів рослин тощо.

Специфічність дії фітогормонів виражена слабо, що дає можливість людям застосовувати фітогормони одних рослин з метою стимулювання росту інших.

Фактори росту — клас невеликих природних пептидів та білків, що беруть участь в сигнальних системах організму еукаріотів, зв'язуючись із рецепторами на поверхні клітин із головною метою стимулювання їх росту та диференціації. Крім того, фактори росту важливі для регулювання різноманітності клітинних процесів.

Конкретний ефект на клітину та тип клітин, на які діє фактор росту, залежить від конкретного фактору. Наприклад, білок морфогенезу кісток стимулює диференціацію клітин кісток, тоді як фактор росту фібробластів і васкулоендотеліальный фактор росту стимулюють диференціювання кровоносних судин (ангіогенез).

Термін «фактори росту» часто використовується рівноцінно із термінами «цитокіни» та «гормони». Проте, на відміну від гормонів, фактори росту секретуються локально та мають обмежену область дії, тоді як гормони переносяться кровотоком і діють на дуже віддаленні тканини організму. Крім того, гормони не обов'язково мають пептидну природу.

Феромони – біологічно активні речовини, якими тварини (наприклад, комахи) передають сигнали особинам свого або іншого виду на далекі відстані. Наприклад, готовий до спарювання самець метелика відчуває самку свого виду за три і більше кілометри саме завдяки її феромонам. За допомогою феромонів передають інформацію гуртові комахи – бджоли, мурашки. Феромонами комахи відлякують ворогів або сповіщають про запаси їжі тощо.

В цілому біологічно активні речовини регулюють процеси життєдіяльності в живих організмах і в цьому полягає їх основна роль.