Катализаторы химических реакций витамины

Ферменты – биологические катализаторы. Значение ферментов

В природе существуют особые вещества белковой природы, одинаково успешно функционирующие как в живой клетке, так и за её пределами. Это ферменты. С их помощью организм переваривает пищу, выращивает и разрушает клетки, благодаря им эффективно работают все системы нашего организма и, в первую очередь, центральная нервная система. Без ферментов в мире не существовало бы йогурта, кефира, сыра, брынзы, кваса, готовых каш, детского питания. Из чего состоят и как устроены эти биокатализаторы, недавно ставшие верными помощниками биотехнологов, как их отличают друг от друга, как они облегчают нашу жизнь, об этом вы узнаете из этого урока.

Определение ферментов

Ферменты – это белковые молекулы, которые синтезируются живыми клетками. В каждой клетке насчитывается более сотни различных ферментов. Роль ферментов в клетке колоссальна. С их помощью химические реакции идут с высокой скоростью, при температуре, подходящей для данного организма.

То есть ферменты – это биологические катализаторы, которые облегчают протекание химической реакции и за счет этого увеличивают её скорость. Как катализаторы они не изменяют направление реакции и не расходуются в процессе реакции.

Ферменты—биокатализаторы – вещества, увеличивающие скорость химических реакций.

Без ферментов все реакции в живых организмах протекали бы очень медленно и не могли бы поддерживать его жизнеспособность.

Наглядный пример работы ферментов – сладковатый вкус во рту, который появляется при пережевывании продуктов, содержащих крахмал (например, риса или картофеля). Появление сладкого вкуса связано с работой фермента амилазы, которая присутствует в слюне и расщепляет крахмал (рис. 1). Крахмал является полисахаридом, и сам по себе безвкусный, но продукты расщепления крахмала (моносахариды) с меньшей молекулярной массой (декстрины, мальтоза, глюкоза) сладкие на вкус.

Рис. 1. Механизм действия амилазы

Все ферменты – глобулярные белки с третичной или четвертичной структурой. Ферменты могут быть простыми, состоящими только из белка, и сложными.

Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой части (белковая часть – апофермент, а добавочная небелковая – кофермент). В качестве кофермента могут выступать витамины – E, K, B групп (рис. 2).

Рис. 2. Классификация ферментов по их составу

Фермент взаимодействует с субстратом, не всей молекулой, а отдельной её частью – т. н. активным центром.

Механизм действия ферментов

Фермент взаимодействует с субстратом и образует короткоживущий фермент-субстратный комплекс. По завершении реакции, фермент-субстратный комплекс распадается на продукты и фермент. Фермент в итоге не изменяется: по окончании реакции он остается таким же, каким был до неё, и может теперь взаимодействовать с новой молекулой субстрата (рис. 3).

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

источник

Ферменты, витамины, катализаторы

глава 42

глава 44

глава 49

Содержание

Мы часто слышим слово «ФЕРМЕНТ», но все ли точно понимают, что оно означает? Иногда используется синоним — «ЭНЗИМ».

Ферментами могут быть белки, которые, как и любые белки, состоят из более или менее длинной цепочки аминокислотных остатков, и эта цепочка затем еще сворачивается сложным образом, образуя сначала так называемую «вторичную структуру», а затем и «третичную». Нередко несколько белков соединяются в один комплекс, и тогда это называется «четвертичной структурой».

Ферментами могут быть и РНК, о которых мы уже много писали. И наконец, ферментами могут быть комплексы РНК и белков.

Так что же делает ту или иную молекулу ферментом? Точнее — какие именно молекулы мы называем ферментами? Те, которые обладают способностью резко ускорять, то есть «катализировать», химические реакции (поэтому мы можем их называть КАТАЛИЗАТОРАМИ). Причем реакции могут ускоряться в миллионы раз! Например, какой-то фермент может притянуть к себе две разных молекулы и соединить их в одну. Или наоборот — другой фермент может притягивать к себе молекулы и разбивать их на части. А если бы эти молекулы просто плавали и ждали удобного случая, чтобы с ними могло что-то случиться, чтобы они объединились или разбились на части, то наша жизнь бы стала попросту невозможной, ведь биохимические реакции внутри клетки просто перестали бы идти.
Наверное, наиболее известными ферментами являются ВИТАМИНЫ.

Важная особенность ферментов заключается в том, что они, осуществляя свои функции, сами почти не расходуются. Поэтому НЕ НАДО бездумно пичкать себя мультивитаминами в угаре впечатлений от просмотра рекламы. Если витаминов станет слишком много, они начнут тебя отравлять. Витамины в избыточном количестве — это яд! Возможно тебе попадались истории о том, как люди, съевшие печень кита или белого медведя, моржа или тюленя, сильно отравились из-за того, что там очень много витамина А. Это не сказки — так оно и есть. Впрочем, в современных условиях человек, съевший кусочек печени кита, не успеет отравиться витамином А, так как скорее отравится ртутью…

В 1 грамме медвежьей печени содержится 5 наших дневных доз витамина А! Сколько граммов печени съест на обед голодный охотник? Грамм триста, наверное. После такого обеда выжить ему будет трудно.

Характерные симптомы некритического отравления витамином А: через пару часов возникает головная боль, тошнота, рвота, понос, сильные рези в желудке и кишечнике. Температура повышается до 40°С. Возникает жар, одышка, учащенное сердцебиение, светобоязнь, болезненность при движении глазными яблоками. Через двое суток часа кожа начинает сильно шелушиться и сходить пластами… а казалось бы — витаминчики, полезно. Полезно, но в меру. При нормальном образе жизни и питания человек получает достаточное количество витаминов из своей пищи. И лишь в том случае, если питание у человека неполноценное, требуются витаминные добавки.

Снабжение клетки энергией, производство нуклеиновых кислот, белков, углеводов, жиров, снятие копий с ДНК… все эти и очень-очень многие другие внутриклеточные процессы не будут идти без ферментов. Именно поэтому некоторые яды успешны именно потому, что, присоединяясь к ферментам, лишают их ферментативных функций.

источник

Каталитические функции витаминов

Синтез витаминов

Витамины и гормоны обладают способностью в малых количествах регулировать биологические процессы. В то время как гормоны у нормальных животных являются эндогенными продуктами и вырабатываются в их собственных железах внутренней секреции, витамины представляют собой продукты экзогенной природы и вводятся в организм с пищей.

Витамины — это незаменимые сложные органические вещества разнообразной структуры, являющиеся биологическими катализаторами химических реакций или реагентами фотохимических процессов, протекающих в живой клетке. Они участвуют в обмене веществ в основном в составе ферментных систем. В организм они поступают только из внешней среды в виде ферментов или коферментов или в виде провитаминов.

Потребность человека и животных в витаминах неодинакова. Некоторые витамины — тиамин (витамин В₁), рибофлавин (В₂), пантотеновая кислота (В₃), пиридоксаль и пиридоксамин (витамины группы В₆) и некоторые другие необходимы как катализаторы химических реакций для каждой живой клетки. Другие витамины нужны не всем животным. Так, например, аскорбиновая кислота (витамин С) нужна только человеку, обезьяне и морской свинке, а остальные животные способны к самостоятельному биосинтезу (для этих животных аскорбиновая кислота не является витамином).

Некоторые ненасыщенные органические кислоты, такие как линолевая, ли-ноленовая и арахидоновая, одновременно являются пластическим и энергетическим материалом и в то же время рассматриваются как витамины группы F.

По мере открытия отдельных витаминов их обозначали как буквами латинского алфавита, так и по их биологической роли: витамин Е – токоферол (по гречески токос — деторождение, феро — несущий), витамин А — аксерофтол (ксерофтальмия — глазное заболевание) и так далее. После того как были выделены новые индивидуальные вещества близкого, аналогичного и нового биологического характера к буквам присоединили цифровые обозначения. Так, вместо наименования «витамин В» в настоящее время для обозначения различных «витаминов комплекса В» использованы наименования от «витамина В₁” до “витамина В₁₄”.

Каталитические функции витаминов

Витамины являются типичными биокатализаторами в составе ферментных систем. Специфичность фермента зависит от природы реагирующего вещества, его пространственной конфигурации и белковой части фермента. В состав фермента витамин входит в виде сложного органического вещества небелкового характера – кофермента, который соединяется с его белковой частью. Белок фермента синтезируется организмом. Витамин же поступает с пищей и превращается в кофермент путем образования эфира с фосфорной кислотой или путем соединения сначала с D-рибофуранозой (нуклеозид) и затем этерификацией фосфорной кислотой (нуклеотид).

Витамины в составе ферментов катализируют реакции превращения белков, жиров и углеводов.

Провитамины

Иногда организм животного вместо витаминов удовлетворяется получением веществ, не являющихся витаминами, но и не синтезируемых организмом. В процессе обмена веществ в организме или фотосинтеза они переходят в витамины. Их называют провитаминами. Важнейшими провитаминами являются каротиноиды. Они содержат в своей молекуле структурную часть витамина А, в который переходят при расщеплении в процессе метаболизма.

Другая большая группа провитаминов – стерины. Они содержат двойные связи, при расщеплении образующие отдельные циклы. Стерины при облучении кожи ультрафиолетовыми лучами солнечного или искусственного света переходят в витамины группы D.

Никотиновая кислота, превращающаяся в никотинамид, является провитамином РР.

К витаминам алифатического ряда относятся ненасыщенные кислоты — линолевая, линоленовая и арахидоновая. Они содержат от 18 до 20 атомов углерода и от 2 до 4 несопряженных двойных связей:

Эти три природные незаменимые жирные кислоты обладают полной цис-конфигурацией

Наибольшей, физиологической активностью обладает арахидоновая кислота (III), две другие (I) и (II) способны в организме переходить в нее. Таким образом, очевидно (III) является витамином, а (I) и (II) можно рассматривать как провитамины.

Для выделения линолевой и линоленовой кислот из природного сырья применяют метод кристаллизации жирных кислот, полученных омылением подсолнечного, льняного, макового, хлопкового, табачного и других масел, из ацетона или петролейного эфира при низкой температуре (от минус 60 о до минус 70 о С). Предварительно при минус 20 о С отделяют насыщенные кислоты, а олеиновую – при минус 50 о С.

Из этих трех незаменимых ненасыщенных жирных кислот синтезированы линолевая и линоленовая.

Основной синтез природной линолевой (I) кислоты ведут из бромистого амила (IV) и дибромгексана (VI). Из бромистого амила синтезируют 2-октинилбромид (V), а из дибромгексана получают ацетиленовый ацеталь (VII) в виде его магниевого производного (VIII). После конденсации (V) с (VIII), последующего окисления альдегидной группы и избирательного восстановление тройных связей диацетиленовой кислоты С₁₈ (IX) до двойных получают (I).

Синтез линоленовой кислоты также проводят из ацетиленовых соединений. Витамин F в животном организме катализирует окисление насыщенных жирных кислот, участвуя в усвоении жиров и жировом обмене кожных покровов. Полноценная по витамину F пища должна иметь в своем составе 0.1% арахидоновой кислоты или 1% линолевой и линоленовой.

Дата добавления: 2016-12-05 ; просмотров: 1039 | Нарушение авторских прав

источник

Ферменты — биологические катализаторы

Вопрос 1. Какие вещества называются катализаторами?
Вещества, которые изменяют скорость химической реакции, оставаясь к концу ее неизменными, называются катализаторами.

Вопрос 2. Какую роль играют ферменты в клетке?
Ферменты – это белковые катализаторы, синтезируемые клетками. Они регулируют скорость и специфичность тысяч химических реакций, протекающих в клетке. Ферменты могут действовать в качестве катализатора не только в клетке, где они образовались, но и за её пределами, например, пищеварительные ферменты работают в полости желудочно-кишечного тракта. Многие ферменты просто растворены в цитоплазме. Молекулы одних ферментов состоят только из белков, другие включают белок и соединение небелковой природы (органическое — кофермент или неорганическое — ионы различных металлов). Ферменты строго специфичны: каждый фермент катализирует определенный тип реакций, в которых участвуют определенные виды молекул субстратов.

Вопрос 3. От каких факторов может зависеть скорость ферментативных реакций?
Скорость ферментативных реакций во многом зависит от концентрации фермента, природы вещества, температуры, давления, реакции среды (кислой или щелочной). Так ферменты теряют свою активность при нагревании; большинство ферментов от 50 до 600 С быстро инактивируются. На ферменты влияет кислотность или щёлочность среды, например, пепсин – фермент, выделяющийся слизистой желудка, — замечателен тем, что он активен только в кислой среде и лучше всего работает при рН =2. трипсин, расщепляющий белки и выделяемый поджелудочной железой, проявляет активность только в щелочной среде, при рН около 8,5. Большинство клеточных ферментов имеют оптимум при нейтральной среде. На активность фермента влияет его концентрация, если рН и температура системы постоянны и субстрат имеется в избытке, скорость реакции прямо пропорциональна количеству фермента. При постоянной температуре, рН и концентрации фермента в системе начальная скорость реакции возрастает вплоть до известного предела пропорционально количеству субстрата. Если ферментная система нуждается в каком-либо коферменте или специфическом ионе-активаторе, то концентрация этого вещества или иона может при определённых обстоятельствах определять общую скорость реакции. Некоторые ферменты специфически чувствительны к определённым ядам: цианиду, иодуксусной кислоте, фториду, люизиту и т. д., и даже очень маленькие концентрации этих ядов могут инактивировать ферменты. Одну из ферментативных реакций, участвующих в расщеплении глюкозы, тормозит фторид, а другую – иодуксусная кислота. Один из ферментов системы переноса электронов (цито-хромоксидаза) особенно чувствителен к цианиду, при незначительной концентрации которого фермент инактивируется, и нарушается клеточное дыхание, что приводит к смерти клеток. Оказавшись в ненадлежащем месте, ферменты сами могут действовать как яды. Например, внутриклеточной инъекции 1мг кристаллического трипсина достаточно для того, чтобы убить крысу. Действие различных ядов змей, пчёл и скорпионов обусловлено тем, что эти яды содержат ферменты, разрушающие клетки крови или клетки других тканей и органов.

Вопрос 4. Почему большинство ферментов при высокой температуре теряет каталитические свойства?
Высокая температура среды, как правило, вызывает денатурацию белка, т. е. нарушение его природной структуры. Поэтому при высокой температуре большинство ферментов утрачивает свои каталитические свойства.

Вопрос 5. Почему недостаток витаминов может вызвать нарушения в процессах жизнедеятельности организма?
Многие витамины входят в состав ферментов. Поэтому недостаток в организме витаминов ведет к ослаблению активности ферментов в клетках, а следовательно, может вызвать нарушения в процессах жизнедеятельности.

источник

Ферменты — биологические катализаторы

источник

Витамины. Биологические катализаторы

Витамины (от лат. vita – жизнь) – биоорганические соединения, которые обозначают буквами латинского алфавита. Различают жирорастворимые витамины (A, Д, Е, К) и водорастворимые (В, С, РР и др.). Суточная потребность человека в витаминах составляет несколько микрограммов (1 мкг = 10 -6 г), только витамин С нужен в количестве 100 мг в сутки. Недостаток витаминов в организме является причиной заболеваний – авитаминозов.

Витамины участвуют во всех биохимических и физиологических процессах, они являются регуляторами жизнедеятельности, оказывают влияние на рост, развитие, обмен веществ.

Витамины и их роль в организме:

Витамины	Роль в организме
А	При недостатке развивается «куриная слепота»; человек или животное не видят в сумерках.
Д	При недостатке развивается рахит, кости содержат недостаточное количество кальция и фосфора, что приводит к искривлению костей.
К	При недостатке снижается свертываемость крови.
Е	Недостаток приводит к нарушению белкового, углеродного, жирового обмена.
С	При недостатке развивается цинга, заболевание сопровождается кровотечением десен, слабостью, головокружением.
В	Входит в состав ферментов – катализаторы, ускоряющие химические реакции, и гормонов – биологически активных веществ. При недостатке развиваются поражения нервной системы – расстройства движений, параличи.

Катализаторы – вещества, изменяющие скорость химических реакций. Ферменты – это биокатализаторы, вещества, которые ускоряют биохимические реакции в десятки и сотни тысяч раз. В живой клетке биохимические реакции протекали бы очень медленно или не проходили бы совсем без участия ферментов. В настоящее время известны тысячи ферментов.

— они специфичны, ускоряют только определенные реакции;

— функционируют при определенных условиях.

Пример: в желудочном соке содержатся ферменты – пепсин, липаза. Пепсин расщепляет сложные белки на простые, этот фермент действует только в кислой среде (в желудке соляная кислота). Липаза расщепляет только эмульгированный жир молока.

Механизм действия ферментов. Молекулы ферментов имеют активный центр – участок, на котором идет реакция. Форма и строение активного центра соответствуют только определенным молекулам (они комплементарны друг другу). На заключительном этапе биохимической реакции комплекс «фермент – вещество» распадается на свободный фермент и конечные продукты данной реакции.

Все процессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с участием ферментов. Например, под их действием составные компоненты пищи (белки, углеводы, липиды и др.) расщепляются до более простых соединений, а из них уже затем синтезируются новые, свойственные данному виду макромолекулы. Поэтому нарушения образования и активности ферментов нередко ведут к возникновению тяжелых болезней.

Скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов: природы и концентрации фермента и субстрата, температуры, давления, кислотности среды, наличия ингибиторов и т. д. Например, при температурах, близких к нулю, скорость биохимических реакций замедляется до минимума. Это свойство широко используется в различных отраслях народного хозяйства, особенно в сельском хозяйстве и медицине. В частности, консервация различных органов (почек, сердца, селезенки, печени) перед их пересадкой больному происходит при охлаждении с целью снижения интенсивности биохимических реакций и продления времени жизни органов. Быстрое замораживание пищевых продуктов предотвращает рост и размножение микроорганизмов (бактерий, грибов и др.), а также инактивирует их пищеварительные ферменты, так что они оказываются уже не в состоянии вызвать разложение пищевых продуктов.

Дата добавления: 2017-06-02 ; просмотров: 678 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник