Лекции по биохимии (стр. 7 из 26)
Изомеразы - ферменты, катализирующие структурные превращения изомеров (рацемизация или эпимеризация). Изомеразы катализируют реакции, подобные следующей: A → B, где B является изомером A. Ускоряют пространственные или структурные перестройки в пределах одной молекулы. 6. Лигазы — ускоряют реакции синтеза, сопряженные с распадом богатых энергией связей.
Лигазы - фермент, катализирующий соединение двух молекул с образованием новой химической связи (лигирование). При этом обычно происходит отщепление (гидролиз) небольшой химической группы от одной из молекул.
3. Рассмотрите значение и применение ферментов: ферментативные процессы являются основой многих производств: хлебопечения, виноделия, пивоварения, сыроделия, производства спирта, чая, уксуса. С начала 20 в. по предложению япон. учёного Д. Такамине в спиртовой и др. отраслях промышленности началось применение ферментных препаратов, получаемых из плесневых грибов или бактерий. В ряде стран этот способ широко используется для осахаривания с помощью амилаз крахмалистого сырья с целью получения кристаллической глюкозы или его сбраживания на спирт. Концентрированные амилолитические препараты Ф. из плесневых грибов при добавке в тесто приводят к улучшению качества хлеба и ускорению технологического процесса. Препараты протеолитических Ф., получаемых из микроорганизмов, употребляются в кожевенной промышленности для удаления волос и мягчения сырья, а в сыродельной промышленности – для замены дефицитного сычужного фермента (реннина). Препараты микробных пектолитических Ф. широко используют при производстве соков (выход плодового сока повышается на 10–20%). Всё большее применение очищенные ферментные препараты находят в медицине. В научных исследованиях и в клинической практике высокоочищенные ферментные препараты служат в качестве специфических средств биохимического анализа. Весьма перспективно применение т. н. иммобилизованных Ф., которые связываются каким-либо носителем, образующим с данным Ф. нерастворимый комплекс. При подборе соответствующего носителя можно получить иммобилизованный Ф. с высокой активностью, устойчивый по отношению к денатурирующим агентам. Колонка, заполненная иммобилизованным Ф., может быть многократно использована для проведения соответствующей реакции. Иммобилизованные Ф. находят всё более широкое применение в аналитической практике и биохимической технологии.
Тема 3. Углеводы.
1. Рассмотрите строение моносахаридов. Какие моносахариды называются альдозами и какие кетозами? Приведите примеры.
а) моносахариды
Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы.
Альдозы содержат функциональную альдегидную группу -НС=О, тогда как кетозы содержат кетонную группу >С=О. Название моносахарида зависит от числа составляющих его углеродных атомов, например альдотриозы, кетотриозы, альдогексозы, кетогексозы и т.д.
Моносахариды по строению можно отнести к простым углеводам, так как они не гидролизуются при переваривании, в отличие от сложных, которые при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов.
Рис. Важнейшие моносахариды.
2. Какие виды изомерии характерны для моносахаридов?
Для моносахаридов, содержащих n асимметричных атомов углерода, возможно существование 2n стереоизомеров.
3. Дайте характеристику оптических изомеров.
Это изомеры молекул, содержащих хиральный центр симметрии (напр., асимметричный атом углерода, относительно которого атомы могут располагаться двумя зеркально противоположными способами). Такие молекулы называются хиральными. Физические и химические свойства оптических изомеров одинаковы, различие проявляется только при их взаимодействии с плоско поляризованным светом или с другими хиральными молекулами. Так, оптические изомеры вращают плоскость поляризации в противоположные стороны. Один из оптических изомеров молекулы считают правым (D-dexter), другой - левым (L -laevus), что обычно не связано с направлением вращения плоскости поляризации. Правые и левые оптические изомеры одной молекулы иногда, соединяясь друг с другом, образуют довольно прочные соединения - рацематы; такие соединения (а также смеси D- и L –изомеров в равном отношении) оптически неактивны, другие физические свойства рацематов также отличны от свойств энантиомеров, из которых они образовались.
4. Какой атом углерода называется асимметрическим?
На примере молочной кислоты, существующей в виде двух оптических изомеров – мясомолочной кислоты и молочной кислоты брожения можно показать, что если четыре заместителя различны, то возможны два различных расположения, которые относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному изображению. Таким образом, тетраэдрический углеродный атом можно рассматривать как центр дисимметрии, и его часто называют асимметрическим атомом углерода или (по современной терминологии) хиральным центром (от греческого слова сheir – рука). Два различных расположения представляют собой право- и левовращающие энантиомеры (зеркальные изомеры) хиральной молекулы; смесь равных количеств двух энантиомеров представляет собой рацемат.
5. Опишите биологическую роль и применение моносахаридов.
Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями, входящими в состав живых организмов. У человека и животных углеводы выполняют важные функции: энергетическую (главный вид клеточного топлива), структурную (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур) и защитную (участие углеводных компонентов иммуноглобулинов в поддержании иммунитета).
Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для синтеза нуклеиновых кислот, они являются составными компонентами нуклеотидных ко-ферментов, играющих исключительно важную роль в метаболизме живых существ. В последнее время все большее внимание к себе привлекают смешанные биополимеры, содержащие углеводы: гликопептиды и глико-протеины, гликолипиды и липополисахариды, гликолипопротеины и т.д. Эти вещества выполняют в организме сложные и важные функции.
С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молоку и т.д.
Следует отметить, что в организме человека и животного углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды; в растительных организмах за счет целлюлозы на долю углеводов приходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений вместе взятых.
6. Напишите схему окисления глюкозы в различных условиях и назовите образующиеся соединения.
7. Напишите уравнение реакций спиртового и молочнокислого брожения.
Химическое уравнение спиртового брожения: C6H12O6 ® 2C2H5OH + 2CO2 было дано французскими химиками А. Лавуазье (1789) и Ж. Гей-Люссаком (1815).
Суммарно уравнение спиртового брожения может быть представлено в следующем виде:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ ® 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2АТФ.
Молочнокислое Б. Молочнокислые бактерии подразделяют на 2 группы — гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии (например, Lactobacillus delbrückii) расщепляют моносахариды с образованием двух молекул молочной кислоты в соответствии с суммарным уравнением: C6H12O6 = 2CH3CHOH·COOH.
б) олигосахариды:
1. Рассмотрите строение и свойства восстанавливающих и не восстанавливающих дисахаридов.
Дисахариды представляют собой О-гликозиды моносахаридов и при гидролизе образуют два одинаковых или различных моносахарида. Дисахариды делятся на не восстанавливающие и восстанавливающие. К не восстанавливающим относятся, например, трегалоза:
1-[-D-глюкопиранозил]--D-глюкопиранозид
и сахароза:
1-[-D-фруктофуранозил]--D-глюкопиранозид
В образовании гликозидной связи участвуют оба гликозидных гидроксила,поэтому невосстанавливающие дисахариды не способны к таутомерии с образованием открытой формыи свободной оксо-группы. Поэтому не восстанавливающие дисахариды не дают реакций, характерных для открытойформы моносахаридов, т.е. не взаимодействуют с гидроксидом диамминсеребра, гидроксидом меди, фенилгидразином,гидроксиламином, циановодородной кислотой. У восстанавливающих дисахаридов остается один свободный гликозидный гидроксил (на рисунках он подчеркнут двумя красными черточками), например:
лактоза, 4-[-D-галактопиранозил]--D-глюкопираноза
мальтоза, 4-[-D-глюкопиранозил]--D-глюкопираноза
целлобиоза, 4-[-D-глюкопиранозил]--D-глюкопираноза
Химические свойства
Восстанавливающие дисахариды способны к таутомерии, поэтому остаток моносахарида, сохранивший свой гликозидный гидроксил может переходить в открытую форму (не теряя при этом связи с остатком второго моносахарида):