БІОХІМІЯ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

МІНІСТЕРСВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

БІОХІМІЯ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

 

 

 

ВСТУП

Біологічна хімія – наука про хімічний склад живих організмів та хімічні процеси, що відбуваються в організмах і лежать в основі їх життєдіяльності. За останні дисятиріччя зроблено такі важливі відкриття, як розшифровка будови білків і нуклеїнових кислот, з’ясування механізму біосинтезу цих сполук, виявлення шляхів збереження і передачі генетичної інформації, встановлення біохімічних основ функціонування організму на клітинному і тканинному рівнях та основних механізмів трансформації енергії в біологічних системах, з’ясування структурно-функціональної організації мітохондрій, рибосом, клітинних мембран, шляхів передачі інформації в клітинах тощо. Успішно розвиваються такі основні напрямки біохімії як статична, динамічна і функціональна. Статична біохімія досліджує хімічну природу і властивості речовин, які входять до складу живих організмів. Динамічна біохімія вивчає перетворення речовин і енергії в організмі (метаболічні процеси).

Виключне важливе значення має біохімія у вдосконаленні технологічних процесів харчової промисловості і створенні нових схем і принципів переробки рослинної та тваринної сировини. Суттєва роль біохімічних процесів в таких галузях харчової промисловості як хлібопекарська, м’ясо-молочна, консервна, виноробна, спиртово-горілчана і інш. Надзвичайно тісно зв’язані з біохімією всі галузі харчової промисловості, які грунтуються на використанні різних видів бродіння.

В представленому конспекті лекцій у стислій формі висвітлено основні питання статичної і динамічної біохімії. Значна увага приділяється питанням біохімії м’яса і крові, основним типам бродіння, які мають значення у харчових технологіях, біохімічній характеристиці рослинних речовин вторинного походження. “Конспект лекцій”, в першу чергу, призначений для студентів заочної форми навчання вищих учбових закладів харчової промисловості, але рекомендується також і для студентів очної форми в період їх підготовки до іспитів.

БІЛКИ ТА АМІНОКИСЛОТИ

Загальна характеристика білків.

Білки є структурно-функціональною основою живих організмів. Це високомолекулярні органічні сполуки, побудовані з окремих одиниць – амінокислот, які зв’язані між собою пептидним (амідним) зв’язком. Білки – найбільш складні і важливі структури живих організмів. Тому інша їх назва – протеїни (з гр. „найважливіші”), яка була запропанована Н.Мульдером в 1838 році. Українська назва „білки” зв’язана з тим, що за рядом властивостей розчини білку нагадують яєчний білок.

В хімічному відношенні (дослідження 1809 р., здійснені Ф.Греном) білки складаються (%): С – 53, N -16, О – 22, Н – 7. Найбільш стабільним є вміст азоту. Також містять S, P, Fe, I, Cu, Mo, Zn.

Білкам належить ведуча роль у забезпеченні процесів життєдіяльності, тому відомий натурфілософ Ф.Енгельс давав визначення життя як „спосіб існування білкових тіл”.

Функції білків.

2) Гормональна. Залози внутрішньої секреції продукують у кров в дуже низьких кількостях регуляторні молекули - гормони. Деякі з них мають білкову… 3) Транспортна. Це забезпечення органів і тканин необхідними речовинами,… 4) Захисна. У разі попадання до організму антигену (мікроорганізми, токсини) спеціальні імунокомпетентні клітини…

Амінокислоти.

       

Білки.

Будова білків. Рівні структури та природа.Цю проблему вивчали Данилевський О., Фішер Е. Білки – одна з найскладніших і високоорганізованих структур в живій природі. Існує кілька рівнів структурної організації білку.

Первинна структура. Це послідовність залишків амінокислот в поліпептидному ланцюгу. Є специфічною і генетично детермінованою. Подібність будови первинних структур різних білків називається гомологією і може свідчити про еволюційну спорідненість. Амінокислоти поєднані між собою пептидним зв’язком (це варіант амідного зв’язку):

H₂N ¾ CH ¾ COOH H₂N ¾ CH ¾ NH₂ H₂N ¾ CH ¾ CONH ¾ CH ¾ COOH

½ + ½ ® ½ ½ + H₂O

R₁ R₂ R₁ R₂

(дипептид)

А, наприклад, назва трипептиду – аланіл-валіл-цистеїн. В науковій літературі амінокислоти позначають латинськими літерами.

будова пептидного зв’язку

Первинна структура є основою всіх інших. За з’ясування первинної структури інсуліну Сенгером Ф. у 1962 році присуджена Нобелівська премія.

Вторинна структура. Це просторова конфігурація поліпептидного ланцюга. Запропанована на основі рентгеноструктурного аналізу Полінгом Л. та Корі Р. Це правозакручена a-спіраль, до якої входять амінокислотити L-ряду. ЇЇ параметри: на одни виток спіралі припадає 3,6 залишка амінокислот, відстань між витками – 0,54 нм (крок спіралі):

Стабілізація спіральної структури забезпечується чисельними слабкими водневими зв’язками, які утворюються між атомами водню імінної групи одного пептидного зв’язку (має частковий позитивний заряд) та киснем карбоксильної групи іншого (несе частковий негативний заряд):

 

= С = O^d- ··· H^d+ ¾ N =

Зазначених зв’язків дуже багато, тому в сукупності формується достатньо міцна структура.

Для білків сполучної тканини (колаген, фіброїн, кератин) в шерсті, волоссі, шкірі, шовку, сухожилках характерна інша структура - b-складчастий шар:

Відповідні білки не мають ферментативної активності. В більшості білків чергуються спіралізовані і неспіралізовані ділянки.

Третинна структура. Це певне положення спіралізованих і неспіралізованих ділянок у просторі (конформація):

Від специфічної просторової будови залежить біологічна активність білку, в першу чергу, ферментативна. Вперше її розшифрував у 1957 році для міоглобіну Дж. Кендрю. Фактори стабілізації третинної структури:

- водневі зв’язки;

- іонні зв’язки (електростатичні зв’язки між протилежно зарядженими радикалами амінокислот);

- гідрофобні зв’язки (міжмолекулярна взаємодія між неполярними радикалами амінокислот), наприклад, такі зв’язки утворюють аланін, валін, лейцин, фенілаланін і т.д.;

- ковалентний зв’язок (міцна хімічна взаємодія за рахунок утворення спільних електронних пар; в білках – це дисульфідний зв’язок.

Наприклад, в інсуліні 3 дисульфідних зв’язка, 2 міжланцюгові і 1 внутрішньоланцюговий. Багато дисульфідних зв’язків в сполучній тканині, волоссі (на руйнуванні та відновленні дисульфідних зв’язків грунтується хімічна завивка, виготовлення шкір тощо).

Іноді має місце четвертинна структура (гемоглобін). Тоді такий білок називають олігомерним, а окремі субодиниці – протомерами. М_{гемоглобіну}=68000, субодиниці – 17000. Стабілізація структури досягається різними типами зв’язків. За дії фізико-хімічних факторів (сечовина, органічні розчинники, мінеральні солі, різка зміна рН) відбувається дисоціація субодиниць, при відмиванні – реасоціація.

Білки класифікують за формою третинної структури: глобулярна чи фібрилярна. Фібрилярні білки – це білки сполучної тканини, в структурі переважає b-складчастий шар, мають форму стрижня, нитки. Більшість ферментів – глобулярні білки, причому порушення третинної структури призводить до втрати ферментативної активності. Глобулярні білки мають форму шару, кульки, сфери. На конформацію глобули впливають рН, температура, іонна сила тощо. Молекулярна маса білків коливається від кількох тисяч до 10-100 млн.: поліпептиди ( 6 тис.), олігомери ( 50-60 тис.); інсулін – 5700, люд. альбумін – 69000, вірус тютюнової мозаїки – 2 тис. протомерів.

Методи визначення маси білків. (1) Осмометрія: визначення за осмотичним тиском розчину білку. (2) Оптичні методи: інтенсивність розсіювання світла молекулами прямо пропорційна їх числу та розмірам. (3) Аналітичні методи: у різних білках містяться певні хімічні елементи в постійній кількості, знаючи їх % вміст можна вирахувати масу. (4) Гельфільтрація: через прокалібровану білками з відомою масою і заповнену гідратованим полімерним матеріалом (сефадексом) колонку пропускають розчин білку, швидкість проходження обернено пропорційна розмірам молекул; таким методом білки можна очищати, розділяти та, по швидкості проходження, порівнюючи зі стандартом, визначати масу. (5) Седиментаційний аналіз: з використанням ультрацентрифуг.

Фізико-хімічні властивості. Білки – амфотерні поліелектроліти. Заряд макромолекули зумовлюється наявністю заряджених амінокислот: „-„ аспарагінова та глутамінова кислоти, „+” лізин та аргінін. В білках переважає „-„, втім, лужний характер мають протаміни і гістони. Ізоелектрична точка білку – значення рН, при якому молекула електронейтральна. Наприклад, за додавання Н⁺ (закислення середовища) до білку (1) утворюється білок (2), який є в цілому електронейтральний:

(1) (2)

Існує два фактори стабілізації білку у водних розчинах – заряд та гідратаційна вода. Тому в ізоелектричній точці за наявності водовідбираючих агентів білок випадає в осад. Гідрофільні групи на поверхні білків мають заряд і зв’язують диполі води – зв’язана вода або гідратна оболонка. В лужному середовищі білок стає аніоном і рухається в електричному полі до аноду, у кислому – катіоном і рухається до катоду. Внаслідок негативного заряду ізоелектрична точка більшості білків знаходиться при кислому рН.

Деякі реакції білків: фосфорилювання (по залишкам серину, треоніну, тирозину), ацилювання, окислення/відновлення (цистеїн), естеріфікація, взаємодія з металами (іноді метали стабілізують певну конформацію білку або можуть входити до його складу – металопротеїди). Реакційна здатність залежить від природи радикалів в амінокислотах. Хімічні модифікації змінюють біохімічну характеристику білків, в першу чергу, ферментативні властивості. Легко утворюють комплекси з ліпідами і вуглеводами (ліпопротеїди та глікопротеїди).

Розчинність білків у воді залежить від багатьох факторів – іонної сили, рН, температури. Явище, коли при додаванні невеликих кількостей нейтральних солей збільшується розчинність білку називається засолюванням (глобуліни, міозин з високими дипольними моментами), воно пояснюється тим, що невеликі кількості іонів екранують дипольні заряди на білку. При значному збільшенні концентрації нейтральної солі, тобто іонної сили розчину, відбувається випадання білків в осад – висолювання. Пояснюється конкуренцією іонів за диполі води, які формують гідратну оболонку білку. По здатності до висолювання катіони і аніони утворюють ліотропні ряди. В практиці для очищення і розділення білків використовують NaCl, KCl, (NH₄)SO₄. Так, глобуліни випадають в осад в напівнасичених розчинах, а альбуміни при 100% насиченні, що залежить від заряду та дипольного моменту. Зменшення гідратації білку можна досягти додаючі спирт, ацетон при низьких температурах, при цьому спостерігається зворотнє осадження, яке використовується, зокрема, для вивчення білків крові.

Денатурація – це втрата властивостей нативного білку під впливом фізико-хімічних факторів, які призводять до руйнування третинної і, частково, вторинної структури. Серед основних денатуруючих агентів: температура (вища 50-60 ^оС), ультразвук, іонізуюче і УФ-опромінення, сильні луги та кислоти (серед органічних сульфосаліцилова, трихлороцтова), солі важких металів. При денатурації зв’язки руйнуються, поліпептидний ланцюг розгортається, утворюється нитка, в якій хаотично формуються інші зв’язки. Тобто порушується нативна конформація білку – специфічна просторова структура. Якщо видалити денатуруючий агент, який діяв короткий час, можна спостерігати ренатурацію (зворотня денатурація). Практичне значення денатурації – переробка продуктів харчування (термічна), консервація, сушка (в цих випадках спостерігається денатурація ферментів бактерій, які псують продукт).

Колоїдні властивості білків. Білки в водних розчинах являють собою часточки розміром 0,001-0,1 ммк. Це гідрофільні колоїди (золі). Якщо до білку (желатину) додати води, то він набрякає, утворюючі гель, в якому частина води зв’язана (гідратаційна), а частина вільна. За певних умов вода відокремлюється від гелю – явище синерезису, яке є оборотнє набряканню. Переходи золь - гель мають значення в функціонуванні цитоплазми клітин, проростанні зерна, замочуванні желатину, випіканні хлібу тощо. Колоїдні розчини здатні розсіювати промені світла – конус Тіндаля.

Методи визначення білків (якісні реакції). Біуретова реакція. Це реакція на пептидний зв’язок. Сполуки, які мають 2 або більше пептидних зв’язка утворюють в лужному середовищі в присутності сульфату міді (2) комплекси, забарвлені у фіолетовий кольор. Ксантопротеїнова реакція. Ароматичні амінокислоти (фенілаланін, тирозин, триптофан) дають з азотною кислотою нітросполуки жовтого кольору внаслідок нітрування бензольного кільця. Реакція Міллона. Зумовлена наявністю в білках тирозину. Реактив Міллона – суміш нітратів і нітритів ртуті (1,2) в конц. азотній кислоті. З білком утворює білий осад, який при нагріванні стає червоним.

Методи виділення і очищення білків.Гельфільтрація (див. вище). Діаліз. Білки не проходять крізь напівпроникні перетинки в водних розчинах (целюлоза, пергамент), при цьому йде очищення від низькомолекулярних домішок. Електрофорез. Розділення за зарядом при певному рН на носії (поліакриламідний гель) в електричному струмі. Хроматографія (див. вище).

Класифікація білків.Це класифікація за фізико-хімічними властивостями.

(1) Протеїни (прості). До їх складу входять лише залишки амінокислот.

Альбуміни. Дуже добре розчинні у воді, висолюються 100% розчином сульфату амонію. Молекули еліпсовидної форми (молекулярна маса до 70 тис.). Багаті лейцином і сірковмісними амінокислотами, дуже мало гліцину. Поширені в сироватці крові. Багато їх в молоці (лактоальбуміни), яйцях (овоальбумін), злакових, бобових (легумелін). Функції в організмі: підтримання онкотичного тиску крові, забезпечення транспорту ліпідів, стероїдних гормонів, лікарських речовин.

Глобуліни. Менш гідрофільні, ніж альбуміни, із рослинних і тваринних тканин екстрагуються 10% розчинами солей, в 50% розчинах випадають в осад, молекулярна маса до 1,5 млн. Містять до 5% гліцину і меншу кількість сірковмісних амінокислот, ніж альбуміни. Особливо велика кількість знаходиться в насінні злакових, соняшнику, бобових (фазеолін квасолі, легумін гороху). В крові виділяють фракції глобулінів - a, b, g - глобуліни. a, b - глобуліни утворюють глікопротеїдні комплекси (глікопротеїд церулоплазмін забезпечує в організмі транспорт міді, b-глубулін трансферин - транспорт заліза). Антитіла за хімічною природою є g-глобулінами. Альбумін/глобуліновий коефіцієнт - показник фізіологічного стану, у здорової людини він становить1,7-2,3.

Проламіни. Розповсюджені в рослинах. Містять велику кількість проліну, зовсім не містять лізину. Екстрагуються з тканин 70% спиртом. Входять до складу насіння злаків (гліадин пшениці, зеїн кукурудзи).

Глутеліни. Розповсюджені в рослинах. В їх складі наявна велика кількість глутамінової кислоти та лізину. Погано розчинні у воді і добре у розведених лугах.

Протаміни. Містять до 70% аргеніну, мають виражений лужний характер. Добре розчинні у воді, термостабільні. В великих кількостях розповсюджені у внутрішніх органах, залозах внутрішньої секреції, молоках риб. Містяться в ядрах клітин, де утворюють нуклеопротеїдні комплекси.

Гістони. Мають лужний характер, до 40% вмісту складають діаміномонокарбонові кислоти. Розповсюджені у внутрішніх органах (печінка, нирки, селезінка). Знаходяться в ядрах клітин, де утворюють нуклеопротеїдні комплекси, з яких побудовані хромосоми. Відіграють важливу роль в регуляції функцій і структурі ДНК.

Протеїноїди. Це білки сполучної і покривної тканин. Входять до складу тваринних тканин і виконують структурну, механічну і опорну функції. Нерозчинні у воді, кислотах, лугах, розчинах солей. Слабко гідролізуються травними ферментами, тому погано засвоюються і сприяють гниттю у кишках. У структурі розповсюджений b-складчастий шар. Колаген. Основний компонент сухожилок, зв’язок, хрящів, шкіри, кісток (може становити до 25% усіх білків тварини). Містить гліцин, пролін, оксипролін, не містить сірковмісних амінокислот, має фібрилярну будову. При тривалому кип’ятінні утворює гель – желатину. Кератин. Має велику кількість сірковмісних амінокислот, в молекулі багато дисульфідних зв’язків, що зумовлює міцність та хімічну стійкість. Входить до складу шерсті, волосся, рогів, копит, сполучної тканини. При гідролізі або відновленні сульфідами дисульфідні зв’язки розриваються і підвищується розчинність, що в промисловості використовується для видалення волосяного покриву шкір тварин. При пранні шерстяних речей руйнуються водневі і іонні зв’язки, білки скорочуються, в побуті це явище отримало назву „сідання”. Еластин. Містить велику кількість гліцину, проліну, валіну. Не містить сірковмісних і ароматичних амінокислот. Формує сполучнотканинні елементи судин. Після кулінарної обробки може частково розщеплюватись травними ферментами і засвоюватись. Фіброїн – білок натурального шовку, виділяється спеціальними залозами шовкопрядів і павуків.

(2) Протеїди (складні). Складаються з простого білку і сполуки небілкової природи – простетичної групи.

Глікопротеїди. Простетичною групою є вуглеводи (олігосахариди). Нейтральні глікопротеїди (небілковою частиною є аміносахара – глюкозамін, галактозамін, гексози, сіалові кислоти). Містяться в крові, білках молока, яйцях. Багато ферментів і деякі гормони мають глікопротеїдну природу. Простетична група зв’язана з білковою міцними ковалентними зв’язками, вуглеводна частина менша за 5%. Мукопротеїди. Вуглеводна частина більша за 5%, зв’язана з білковою слабкими зв’язками. Вона включає залишки гексуронових кислот і сульфатів, що зумовлює кислий характер. Включають хондроїтинсірчану кислоту (хрящі, зв’язки, сухожилки) і гіалуронову кислоту (основна речовина сполучної тканини). Серед мукопротеїдів виділяють муцини і мукоїди. Муцини входять до складу слини, шлункового соку, захищають слизові оболонки кишкового тракту від дії травних ферментів. Мукоїди забезпечують функціонування сполучної тканини.

Ліпопротеїди. Простетична група – ліпіди. Розповсюджені в тваринних і рослинних тканинах. Їх утворення підвищує розчинність ліпідів за рахунок формування міцел: на поверхні гідрофільні білки, а всередині – гідрофобні ліпіди. Це транспортна форма ліпідів в плазмі крові. Утворюють з білками нековалентні зв’язки, білкова частина – глобуліни:

-ліпопротеїди високої густини, білок:ліпіди – 1:1, включають фосфоліпіди, холестерин;

-низької густини, 25% білку, високий вміст холестерину;

-дуже низької густини, 91% ліпідів, включають триацилгліцероли;

-хіломікрони, 1% білку, це основна транспортна форма ліпідів.

Рівень ліпопротеїдів низької густини підвищується при гіпертонії, атеросклерозі. В біологічних мембранах ліпіди становлять 30% сухої маси, особливо фосфатидилхолін.

Нуклеопротеїди. Простетична група – нуклеїнові кислоти (РНК, ДНК). Білкова частина в більшості представлена протамінами і гістонами, яка зв’язана з небілковою іонними зв’язками через фосфорну кислоту. Містяться переважно в ядрі, молоках риб. Основні функції: ріст, розвиток, біосинтез білку, передача та збереження спадкової інформації.

Хромопротеїди. Мають забарвлену простетичну групу: похідні ізоалоксазину (флавопротеїди) та порфірину (гемопротеїди). Гемоглобін. У 1968 році Перутц М. відкрив третинну структуру цього білку, за що одержав Нобелівську премію. Глобінова (білкова) частина складається з 4 субодиниць, пов’язаних електростатичними зв’язками, кожна субодиниця включає небілкову частину - гем (порфіринове кільце з Fe²⁺); для гемоглобіну характерне висококооперативне зв’язування 4О₂. Видова різноманітність зумовлюється амінокислотним складом. В легенях високий парціальний тиск О₂, тому спостерігається його зв’язування з гемоглобіном, при цьому суттєво змінюється третинна та четвертинна структури. В тканинах низький рО₂, але великий рСО₂, тому гемоглобін зв’язує СО₂ і звільнює О₂. Спорідненість гемоглобіну до СО значно вища, ніж до О₂, що лежить в основі отруєння чадним газом. При серповидній анемії (спадкова хвороба) заміна в одному ланцюзі глобіну амінокислоти глутамату на валін змінює форму, розинність, транспортну здатність білку. Міоглобін. Третинна ст-ра розшифрована Кендрю Дж. у 1957 р., молекулярна маса - 17500. Молекула побудована з 1 поліпептидного ланцюга, небілкова частина представлена гемом, 70% глобінової частини спіралізовано, неспіралізовані ділянки містять пролін, який перешкоджає спіралізації. Міоглобін - резерв О₂ в спокої в м’язах, який використовується при м’язовому навантаженні. Міоглобін дає червоне забарвлення м’ясу. Чим більше навантаження на м’яз, тим більш червоне м’ясо (грудні м’язи птахів, м’язи ніг парнокопитних). При з’єднанні з СО утворюється карбоксиміоглобін вишнево-червоного кольору, а з NO - нітрозоміоглобін червоного кольору. Ці процеси мають місце при солінні і коптінні м’яса. У членистоногих і молюсків замість гемоглобіну присутній блакитний гемоціан (мідьвмісний пігмент).

Фосфопротеїди. Це білки, фосфорильовані по спиртовим групам серину, треоніну, тирозину. Тобто простетична група – залишки ортофосфорної кислоти, зв’язані з білковою частиною складноефірним зв’язком. Важливу роль відіграють в обмінних процесах, рості, розвитку. Часто використовуються для живлення ембріонів (багато в яйці, молоці), де виступають донорами лабільних фосфорних груп. Казеїн – найпоширеніший фосфопротеїд молока, молекулярна маса сягає 100 тис., не розчиняється у воді, але розчиняється у сольових розчинах, ізоелектрична точка спостерігається при рН=4,8. Казеїн містить всі незамінні амінокислоти, виступає важливим джерелом неорганічного фосфату для синтезу АТФ, креатинфосфату, формування кісткової тканини. Тому є необхідним для повноцінного раціону. Біля 30% яєчного жовтку складають фосфопротеїди вітелін та фосфовітин.

Металопротеїди. Простетичною групою є метал, який ковалентно зв’язаний з білком. До цього класу відносяться чисельні ферменти: супероксиддисмутаза (мідь, цинк), карбоксипептидаза (цинк); транспортні білки з резервною функцією (церулоплазмін, феритин).

Поліпептиди. Найважливішим трипептидом є глутатіон. Він складається із залишків глутамінової кислоти, цистеїну та гліцину; містить вільну –SH групу. Є складовою частиною багатьох ферментів (тканинні катепсини – протеолітичні ферменти), захищає сульфгідрильні групи білків від окислення та інактивації. Є потужним антиоксидантом – захищає організм від реакційноздатних вільних радикалів (в тому числі продуктів окислення ліпідів киснем). При нагріванні рослинної/тваринної сировини в умовах дефіциту кисню кількість відновленого глутатіону зростає.

Білки м’язів. Біохімічні основи скорочення.М’язова тканина становить біля 40% маси тварин і є основою для виробництва м’ясних продуктів. В організмі вона викионує механічну – рухову функцію. Поділяється на скелетну, гладеньку і сецеву мускулатуру. Для промисловості найбільше значення має скелетна мускулатура. Ця тканина складається з багатоядерних м’язових клітин (діаметр до 100 мкм, довжина до 12 см), так званого м’язового волокна. М’язове волокно вкрите плазматичною мембраною – сарколемою, цитоплазма має назву міоплазма або саркоплазма. Основну частину м’язового волокна займають міофібрили – ниткоподібні білки скоротливого апарату. Всі структури м’язового волокна мають білкову природу і технологічне значення. До 50% білків м’язової тканини складають міофібрили, 40% - білки саркоплазми. Білки міофібрил: актин, міозин, тропоніни і деякі інші., вони відповідають за скорочення м’язів. Для виділення міозину його екстрагують із гомогенатів м’язів 0,6 М хлоридом калію у фосфатному буфері при рН=6,5 за низької температури. Його молекулярна маса близька до 500 тис., добре зв’язує Са²⁺ та АТР, на 30% складається з моноамінодикарбонових кислот, тому має кислий характер (ізоелектрична точка при рН=5,4), до 1,5% складають залишки цистеїну. Молекула міозину побудована з 4 поліпептидних ланцюгів: 2 великих, які при скороченні взаємодіють з актином та 2 малих – регуляторних (регуляція шляхом фосфорилювання). В „зібраному” стані міозин має фібрилярний „хвіст” та глобулярну „голівку”. Актин складає до 15% білків м’язів. Існує у глобулярній та фібрилярній формах, молекулярна маса глобулярної форми 47 тис. В присутності іонів калію і магнію актин полімеризується (глобули складаються в фібрили). При взаємодії міозину з актином значно посилюється здатність міозину розщеплювати АТФ, утворюється актоміозиновий комплекс. Ковзання ниток актину та міозину за рахунок взаємодії голівок міозина з актином лежить в основі скорочення. Енергозабезпечення процесу досягається за рухунок гліколізу і, частково, дихання, рівень АТФ в працюючому м’язі підтримується за рахунок креатинфосфату. Тропоніни в незбудженому скелетному м’язі блокують актин-міозинову взаємодію, це блокування знімається при зв’язуванні з тропоніном Са²⁺, тому іони Са є найважливішим регулятором скорочення. Білки саркоплазми. Сюди відносяться міоглобін, міоген, глобулін Х, міоальбумін. Міогени складають біля 20% білків м’яса, за фізико-хімічними властивостями близькі до альбумінів, добре розчиняються у воді, висолюються насиченими розчинами сульфату амонію. Це ферменти, які проявляють дегідрогеназну, альдолазну, інвертазну і інш. активності (багато ферментів гліколітичного обмін вуглеводів). Глобулін Х – псевдоглобуліни, розчиняються при низьких концентраціях солей, це також білки-ферменти. Міольбумін відноситься до альбумінів, добре розчиняється у воді і висолюється концентрованими розчинами сульфату амонію. Білки строми. Це сукупність сполучнотканинних елементів, які розташовані над сарколемою, і, звичайно, входять до складу м’яса. До них належать колаген, еластин, ретикулін; багато глікопротеїдів – муцини та мукоїди. До білків м’яса належать також нуклеопротеїди, але вони не мають значної харчової цінності, також різноманітні білки-ферменти. В білках м’яса міститься лізин, метіонін, триптофан, але останні 2 амінокислоти навіть у м’ясі присутні в обмеженій кількості.

Білки крові. Згортання крові. Роль антикоагулянтів в промисловості.Кров виконує ряд важливих функцій – живільна, дихальна, регуляторна, захисна, підтримує водну рівновагу та регулює температуру тіла. Складається з плазми та форменних елементів (еритроцити, лейкоцити, тромбоцити). Плазма крові без білку фібриногену називається сироваткою. Кров має слабколужну реакцію. Містить білки (альбуміни, глобуліни), небілкові азотисті речовини (креатин, вільні амінокислоти, сечовину, сечову кислоту тощо), вуглеводи (глюкоза, фруктоза, галактоза, маноза), ліпіди (вільні та ліпопротеїди), деякі (про-) вітаміни (каротин, аскорбінова кислота) і т.д. Кількість крові становить до 10% маси тіла. З крові забитих тварин виготовляють ковбаси, сальтисони, деякі консерви; використовують в медицині (кровозамінники, імунні сироватки, гематоген, тромбін і інш.). В процесі виробництва негативне значення має зсідання крові, для запобігання цього процесу використовують стабілізацію крові – вилучення форменних елементів, фібрину, додавання антикоагулянтів (цитрат, гепарин, синтетичні сполуки тощо). При переробці крові необхідно також запобігати розриву еритроцитів, так званого гемолізу. Механізм зсідання крові. При розриві кровоносних судин відбувається взаємодія крові з О₂ повітря, руйнуються тромбоцити. В присутності Са²⁺ та спеціального ферменту з протеолітичною активністю протромбін перетворюється в тромбін. Тромбін є також протеолітичним ферментом, який перетворює розчинний білок плазми фібриноген в нерозчинний фібрин. Останній полімеризується, утворюючі сітку, в якій застрівають форменні елементи крові – формується „згусток”. Послідуюче виділення плазми з фібринового згустку одержало назву ретракція згустку. Існує велика група таких званих факторів згортання крові, взагалі процес утворення згустку дуже складний ферментативний процес, який включає активацію зазначених факторів згортання. Антикоагулянти можуть зв’язувати Са²⁺ - цитрат, сульфатований кислий полісахарид гепарин інгібує активацію факторів згортання крові.

Запитання і вправи для самоконтролю.

1. Дайте характеристику амінокислот, які входять до складу білків.

2. На основі яких принципів класифікують амінокислоти?

3. Охарактеризуйте фізико-хімічні властивості амінокислот.

4. Назвіть основні методи визначення і розділення амінокислот.

5. Охарактеризуйте і напишіть формули незамінних амінокислот.

6. Наведіть приклади використання амінокислот у сільському господарстві і медицині.

7. Яке значення для харчової промисловості має утворення меланоїдинів?

8. Назвіть рівні структури білка і охарактеризуйте їх.

9. Дайте характеристику типів зв’язків, які лежать в основі первинної, вторинної і третинної структури білків.

10. Охарактеризуйте a-спіраль і b-структури білків.

11. Що таке глобулярні і фібрилярні білки?

12. Охарактеризуйте фізико-хімічні властивості білків. Які існують способи визначення молекулярної маси білків.

13. Що таке явище денатурації і яке воно має значення в харчових технологіях?

14. Назвіть основні якісні реакції на амінокислоти і білки.

15. Які ви знаєте методи виділення і очищення білків?

16. Охарактеризуйте сучасну класифікацію білків.

17. Які білки відносяться до протеїнів?

18. Які білки відносяться до класу протеїдів?

19. Яке значення протеїноїдів в харчових технологіях?

20. Охарактеризуйте структуру і значення міоглобіну та гемоглобіну.

21. Назвіть відомі вам поліпептиди.

22. Охарактеризуйте білкі м’язів і назвіть основні етапи м’язового скорочення.

23. Що таке згортання крові і яке воно має значення в харчових технологіях?

 

Список рекомендованої літератури:[1, с. 6 – 58; 2, с. 21 – 52; 3, с. 78 – 102; 6, с. 326-349, 366-372, 384-390].

 

Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти були відкриті швейцарським вченим Мішером у 1869 р. в ядрах лейкоцитів. У зв’язку з цим їх назвали нуклеїновими від nucleus –… Існує два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнова (РНК) та… Нуклеотид – це сполука, що складається із залишків азотистої основи, пентози та фосфорної кислоти.

Структури ДНК.

    Вторинна структура ДНК була запропонована Уотсоном та Кріком в 1953 році. За це відкриття вони отримали в 1962 р.…

Структура РНК.

Розрізняють декілька рівнів структурної організації РНК.

Первиннаструктура – послідовність чергування залишків мононуклеотидів у полінуклеотидних ланцюгах.

Мононуклеотиди РНК містять рибозу, залишки фосфорної кислоти та азотисті основи (АУГЦ). Зв’язуються фосфодіефірними зв’язками.

Вторинна структура. РНК побудована з одного ланцюга для якого властива спіралізація. Полінуклеотидний ланцюг закручується сам на себе, утворюючи водневі зв’язки між азотистими основами А = У, Г º Ц. Особливістю вторинної структури є те, що ланцюг спаралізований не повністю, утворюються виступи у окремих нуклеотидів на поверхні спіралі.

РНК може мати різні типи третинноїструктури: невпорядковано розташований у просторі ланцюг, клубок або компактні палички, що містять біспіральні ділянки.

Типи РНК.

1. Матрична (інформаційна) РНК (м РНК) – 2 – 6 % від загальної кількості РНК. Молекулярна маса від 250 тисяч до 1 млн. Зчитує інформацію з ДНК і переносить її в рибосоми, де відбувається синтез білка.

2. Транспортна РНК (т РНК) – її кількість 10 – 15 % від усієї клітинної РНК. Мають невелику молекулярну масу (близько 30 000). Містяться в розчинній фракції цитоплазми, виконуючи функцію перенесення активованих амінокислот до місця синтезу білка - в рибосому.

3. Рибосомна РНК (р РНК) – 80 – 85 % від загальної кількості РНК. Молекулярна маса від 35 тис. до 1,1 млн. Рибосомна РНК є структурною основою рибосом. У складі рибосом рРНК знаходиться у комплексі з білками.

Нуклеозиди і нуклеотиди

Речовина, що складається лише з залишків азотистої основи та пентози, називається нуклеозидом.

Назви нуклеозидів та нуклеотидів

Якщо азотиста основа з’єднується з дезоксирибозою – дезоксіаденозин, дезоксицитидин; нуклеотид – дезокситимідин-монофосфат. Залежно від кількості залишків фосфорної кислоти, що приєднуються до… Нуклеотиди, що входять до складу нуклеїнових кислот, відіграють важливу роль у вільному стані. Найбільш важливим серед…

Моносахариди.

Представляють собою похідні багатоатомних спиртів, що містять альдегідну групу (альдози – глюкоза, рибоза, арабіноза) та кетонну групу (кетози –… За числом вуглеводних атомів поділяють на тріози (діоксиацетон, гліцериновий… Майже всі моносахариди містять один або більше асиметричних атомів вуглецю, тому можуть існувати у вигляді різних…

Олігосахариди

Дисахариди – складні вуглеводи, кожна молекула яких побудована з двох молекул моносахаридів. Найбільш широко відомі мальтоза, лактоза, цукроза. Існують два способи сполучення моносахаридів з утворенням дисахаридів. Перший… Другий – взаємодія глікозидного гідроксилу однієї молекули моносахариди з одним із чотирьох не глікозидних гідроксилів…

Полісахариди.

Крохмаль представляє собою суміш двох гомополісахаридів: лінійного – амілози та розгалуженого – амілопектину. Вміст амілози 10 – 30 %, амілопектину…               …  

Органічні кислоти

Гідроароматичні сполуки.Джерело утворення - фосфоровані сахара. Найбільше значення - фенольні сполуки. Відносяться ті, які мають ароматичне кільце з… Фенольні сполуки - їх утворення є характерною ознакою рослинної клітини. Мають… До них відносяться: пірокатехінова кислота, ванільна, галова кислота, бузкова, зокрема кумарини - речовина, яка має…

Дубильні речовини

В харчовій промисловості використовуються псевдодубильні речовини, вони не здатні сильно зв`язуватися з білками, мають меншу молекулярну масу. Вони… - негідролізуючі (конденсуючі) - гідролізуючі.

Ефірні масла та смоли.

Ефірні масла мають аромат, який зумовлює запах багатьох рослин. Вони використовуються в косметиці, парфюмерії, миловарінні (розове масло, тмін). В природі більш поширені кисневі похідні аліфатичних терпенів – спирти та альдегіди.

Ефірні масла – це тертени.

Смоли - це органічні сполуки, похідні терпенів. Полімери терпенів мають певний аромат - смоли (поліфенольні сполуки). Ефірне масло скипідару. Ефірні масла надають аромат ("букет") виноградним винам, особливо мускатним. Смола хвойних дерев містить ефірне масло пінен (скіпідар, каніфоль. камфору).

Терпени.

ізопрен ( два залишки ) Всі вони мають одну і ту ж формулу С10 Н16, серед них є циклічні. Розчинні в… Використовуються в парфюмерній промисловості, медицині (розове масло - слабкий наркотик), харчовій промисловості,…

Циклічні ефірні масла.

               

Каучук і гумма – політерпени.

Міститися в багатьох рослинах (біля 2 тис. рослин).

Каучук отримують з гевеї, містить від 1 до 10 тис. залишків ізопрену.

Ростові речовини та антибіотики.

Запитання і вправи для самоконтролю: 1. Які речовини називаються вуглеводами? 2. Назвіть сучасну класифікацію вуглеводів.

Нейтральні жири

   

Стериди

Важливим стеролом є холестерол, який відіграє роль проміжного продукту в синтезі сполук стероїдної природи. При опроміненні УФ-промінням з…  

Воски

Воски– це складні ефіри вищих жирних кислот та вищих спиртів. Природні воски містять також вільні вищі спирти та вищі жирні кислоти, вуглеводи, барвники та пахучі речовини.

До складу восків входять пальмітинова, карнаубова, церотинова кислоти та цетиловий, мірициловий спирти.

Розрізняють воски тваринного та рослинного походження. Представником рослинних восків є карнаубський віск. До тваринних восків належать ланолін, спермацет, бджолиний віск.

Фосфоліпіди

Важливими представниками є: 1. Фосфатидилхоліни (лецитини) – містять холін, гліцерин, залишки вищих жирних… СН3 СН3 СН2– О – Р – О – СН2– СН2 –…

Гліколіпіди

Досить поширеними є цереброзиди (містяться в мембранах нервових клітин) та гангліозиди (містяться в сірій речовині мозку та мембранах нервових… Характеристика жирнокислотного складу промислових жирів. Жирні кислоти в залежності від вмісту у жирах поділяють на:

ВІТАМІНИ

У 80-х роках ХІХ ст. російський вчений лікар М.І. Лунін встановив, що для нормальної життєдіяльності організму крім основних поживних речовин –… У 1912 р. К. Функ виділив із рисових висівок у кристалічному стані речовину,… Нині вчення про вітаміни – вітамінологія – перетворилося на галузь науки, що має важливе загально біологічне…

Класифікація і номенклатура вітамінів

Сучасна класифікація і номенклатура вітамінів ґрунтується на результатах хімічного аналізу, розчинності в певних розчинниках та симптомах вітамінної… За фізико-хімічними властивостями вітаміни поділяють на дві групи: водо- і…

Жиророзчинні вітаміни

Вітамін А (ретинол, антиксерофтальмічний). Будова і фізико-хімічні властивості. Молекула вітаміну А складається з двох…

Водорозчинні вітаміни

Вітамін В1 (тіамін). Будова і фізико-хімічні властивості. Молекула тіаміну складається з двох…

Корнин

 

Вітамін В₁₂ – досить складна органічна сполука. Молекула вітаміну В₁₂ складається з двох частин: кобальтвмісної, кориноїдно-порфіриноподібної, або хромофорної, і нуклеотидної. В центрі хромофорної частини знаходиться атом кобальту, одна валентність якого насичена ціаногрупою, а друга – сполучена з атомом азоту пірольного ядра А. Атоми азоту інших трьох пірольних кілець (В, С, D) зв’язані з кобальтом координаційними зв’язками. В бічних ланцюгах пірольних кілець є вісім метальних груп, а також залишки амідів оцтової і пропіонової кислот. До складу нуклеотидної частини входить 5,6-диметилбензімідазол, залишки рибози і фосфорної кислоти. З хромофорною частиною молекули вона сполучена ковалентним зв’язком через пірольне ядро (D) і координаційно з атомом кобальту через 5,6-диметилбензімідазол.

Біологічна дія. Роль вітаміну В₁₂ в організмі різноманітна. Він бере участь у багатьох метаболічних реакціях організму – синтезі метильних груп, відновленні дисульфідних груп у сульфгідрильні, синтезі білків і нуклеїнових кислот, у реакціях ізомеризації та ін.

Досить важливою фізіологічною функцією вітаміну В₁₂ є забезпечення нормального гемопоезу активацією дозрівання еритроцитів. Нестача вітаміну В₁₂ в організмі веде до порушення утворення еритроцитів в кістковому мозку. При цьому виникає мегалобластичний тип кровотворення і, як наслідок, розвивається перниціозна анемія.

Поширення і потреба. Основним джерелом вітаміну В₁₂ є продукти тваринного походження – печінка, нирки, м’язи, а також молоко і яйця.

Вітамін С (аскорбінова кислота).

Будова і фізико-хімічні властивості. При дослідженні будови аскорбінової кислоти було встановлено, що вона є похідним L-гулонової кислоти (2,3-ендіол-L-гулоно-1,4-лактон). У природі аскорбінова кислота існує лише в L-формі. Структурна формула аскорбінової кислоти має такий вигляд:

Першим продуктом окислення аскорбінової кислоти є дегідроаскорбінова кислота (2,3-дикетогулонолактон).

Дегідроаскорбінова кислота за вітамінними властивостями рівноцінна аскорбіновій, однак вона менш стійка і дуже легко окислюється з утворенням продуктів, які не мають вітамінних властивостей.

Біологічна дія. Вітамін С відіграє в організмі надзвичайно важливу роль. Оскільки він в організмі людини не синтезується, то необхідне постійне надходження його з продуктами харчування.

При нестачі або тривалій відсутності вітаміну С виникають гіпо- та авітамінози. Розвиваються вони найчастіше в зимовий або ранній весняний період, коли вміст вітаміну в харчових продуктах значно знижується. Тривала відсутність вітаміну протягом 3-5 місяців призводить до розвитку захворювання, що дістало назву цинги, або скорбуту.

Найхарактернішою ознакою цинги є ураження кровоносних судин, особливо капілярів, яке супроводжується ламкістю їх стінок і підвищенням проникності. Зміни в капілярах призводять до виникнення підшкірних точкових крововиливів (петехій). Спостерігаються також зміни в кістковій та інших мезенхімальних тканинах (хрящах, сухожиллях, дентині зубів), що зумовлено значним зменшенням вмісту колагену. Спостерігається ураження ясен – гінгівіт, що призводить до їх роз рихлення, оголення і розхитування зубів, кровоточивості ясен.

Усі ці зміни виникають внаслідок порушення синтезу основної міжклітинної речовини сполучної тканини, яка за нормальних умов цементує ендотеліальні клітини. При захворюванні на цингу порушується також діяльність серцевосудинної системи – спостерігаються прискорене серцебиття, болі в області серця, зниження артеріального тиску.

В організмах людини і тварин вітамін С відіграє надзвичайно важливу роль. Вважають, що механізм його дії пов’язаний з участю цього вітаміну в окислювально-відновних процесах. Важливу роль відіграє вітамін С у процесах тканинного дихання, стимулює діяльність окислювально-відновних ферментів (каталази, глутатіону), бере участь у забезпеченні біосинтезу нуклеїнових кислот, білків та ін.

Вітамін С позитивно впливає на біосинтез білка колагену – основної міжклітинної речовини сполучної тканини, яка “склеює” ендотеліальні клітини судин і тканин організму.

Поширення і потреба. Основним джерелом аскорбінової кислоти є продукти рослинного і тваринного походження. Найбільша кількість її міститься в шипшині, чорній смородині, полуницях, грецьких горіхах, печінці та ін.

Вітамін Р (рутин, катехіни).

Будова і фізико-хімічні властивості. Встановлено, що Р-вітамінні властивості мають дві групи речовин – флавони (гесперидин, кверцитин, рутин) і катехіни (a-епікатехін). Спільним для цих речовин є те, вони мають полі фенольний тип будови. До складу їх молекул входить два або кілька фенольних кілець, в яких атоми водню заміщені гідроксильними групами.

Біологічна дія. Р-авітаміноз характеризується порушенням проникності капілярів, розвитком геморагій, які мають вигляд петехіальних висипів, що починаються у волосяних мішечках. Цим вони відрізняються від великих крововиливів у підшкірну тканину і м’язи, характерних для цинги.

Біологічна дія вітаміну Р в організмі ще недостатньо вивчена, хоч тепер існує багато різних припущень. Вважають, зокрема, що препарати вітаміну Р підвищують активність аскорбінової кислоти, оберігають її від окислювального розщеплення, що сприяє економічному використанню і нагромадженню її в організмі. Існують дані, що антиокислювальні властивості вітаміну Р не обмежуються аскорбіновою кислотою, він може запобігати окисленню інших речовин, зокрема адреналіну. Позитивно впливає вітамін Р на функціональний стан деяких внутрішніх органів.

Поширення і потреба. Вітамін Р досить поширений у рослинних продуктах. Найбільша кількість його міститься в смородині, шипшині, цитрусових, чорноплідній горобині, листках гречки, чаю та ін.

Існують також вітаміноподібні речовини. Це різні хімічні сполуки, які мають вітамінні властивості, але частково синтезуються в організмі і іноді входять у склад тканин. До таких сполук можна віднести інозитол, вітаміни У (метилметіонін), вітамін В₁₃ (оротова кислота), вітамін В₁₅ (пангамова кислота).

 

 

Запитання і вправи для самоконтролю:

1. Які речовини називаються вітамінами?

2. Дайте визначення поняттям: гіповітаміноз, авітаміноз, поліавітаміноз, гіпервітаміноз.

3. Назвіть основні екзо- та ендогенні фактори, які зумовлюють авітамінози і поліавітамінози.

4. У чому полягає біологічна роль вітамінів?

5. Назвіть основні джерела вітамінів.

6. Охарактеризуйте номенклатуру та класифікацію вітамінів.

7. Вітаміни А і D, їх хімічна будова та біологічна роль.

8. Дайте характеристику вітаміну К і К-авітамінозів.

9. Напишіть структурні формули вітамінів В₁ і В₂ та назвіть основні ознаки їх авітамінозів.

10. Охарактеризуйте біологічну роль вітаміну В₃.

11. Напишіть хімічну формулу і поясніть біологічну роль в організмі вітаміну В₅.

12. Яка хімічна будова та біологічна роль вітаміну В₆?

13. Напишіть структурну формулу вітаміну С та поясніть основні етапи його окислення.

14. Розкажіть про основні ознаки С-авітамінозу, поширення вітаміну С в природі та добову потребу в ньому організму людини.

15. Яка біологічна роль вітаміну В₁₂?

Список рекомендованої літератури: [1, С. 240-284; 2, С. 73-96; 3, С. 169-193; 4, С. 239-251].

ФЕРМЕНТИ

 

Ферменти є органічними сполуками білкової природи, які утворюються в живих організмах, і здатні прискорювати перебіг хімічних реакцій в організмі. Від інших каталізаторів ферменти відрізняються тим, що в природі вони зустрічаються лише в живих організмах, мають високу специфічність і каталітичну дію. Всі хімічні реакції, які відбуваються за участю ферментів, проходять при нормальному тиску, температурі, близькій до кімнатної, при слабокислій, нейтральній або слабколужній (у більшості випадків) реакції середовища і т.д.

Прості ферменти

Прості (однокомпонентні) ферменти представлені одним або кількома поліпептидними ланцюгами і при гідролізі розщеплюються до амінокислот.

Складні ферменти

Складні (двокомпонентні) ферменти крім білкової частини містять групу небілкової природи – кофактор. Усі кофактори ферментів поділяються на коферменти, простетичні групи та активатори.

Коферменти зв’язані з білковою частиною ферменту слабкими електростатичними або вандерваальсівськими силами (НАД⁺, НАДФ⁺, ліпоєва кислота, кофермент А).

Простетичні групи зв’язані з апоферментом ковалентними зв’язками (ФМН, ФАД, ТПФ).

До активаторів ферментів належать такі кофактори, які прискорюють реакції, що каталізуються ферментами. Активаторами часто є іони металів – магнію, цинку, марганцю, кобальту та ін.

Активний центр ферментів

Субстрат зв’язується не з усією молекулою, а з окремою її ділянкою, яка називається активним центром. Активний центр визначає специфічність і каталітичну активність ферменту.

У складних ферментах (протеїдах) активний центр утворений кофактором і залишками амінокислот; у простих ферментах (протеїнах) активний центр представлений певною комбінацією залишків амінокислот, які розміщені на відповідній ділянці молекули ферменту.

Механізм дії ферментів

Більшість дослідників вважають, що механізм дії ферментів у процесах каталізу тих чи інших реакцій пов’язаний з утворенням фермент-субстратних комплексів. За цих умов фермент змінює молекулу субстрату так, що енергія, яку необхідно прикласти для переведення її в активний стан, значно зменшується.

Під час каталітичного процесу утворення фермент-субстратного комплексу відбувається поетапно. На першому етапі ферментативного каталізу субстрат з’єднується з ферментом, на другому – відбуваються активація і видозмінення субстрату з утворенням одного або кількох активованих комплексів і на останньому (третьому) етапі – відділення продуктів реакції від ферменту. Схематично ці етапи можна показати так:

Е + S « ES ® ES* ® Е + Р,

де Е – фермент; S – субстрат; ЕS – первинний фермент-субстратний комплекс; ES* – активований комплекс; Р – продукт реакції.

Властивості ферментів

Активність ферментів характеризується швидкістю хімічних реакцій, які вони каталізують. Активність ферментів виражають в одиницях, які називаються каталами (скорочено… 2. Вплив температури на активність ферментів. Ферменти – термолабільні речовини. Зміна температури зумовлює зміну їх…

Кінетика ферментативних реакцій

Ферментативну реакцію можна зобразити в вигляді рівняння: , де Е – фермент; S – субстрат; ES – фермент-субстратний комплекс; Р – продукт реакції.

Рис.1. Залежність швидкості реакції від концентрації субстрату

Оброблюючи рівняння Міхаеліса-Ментена методом подвійних зворотних величин можна отримати рівняння прямої лінії типу у=ах+b, а саме:

.

Це рівняння є лінеаризацією залежності Міхаеліса-Ментена та називається рівнянням Лайнуівера-Берка.

Номенклатура і класифікація ферментів

В основу класифікації ферментів покладено принцип розподілу їх за типами хімічних реакцій, які вони каталізують. На цій основі усі ферменти… 1. Оксидоредуктази – каталізують окислювально-відновні процеси. 2. Трансферази – прискорюють реакції перенесення окремих атомів і груп атомів від одних субстратів до інших.

Характеристика окремих класів ферментів

Окисдоредуктази

Окисленням називають процес відщеплення атомів водню (електронів і протонів)… Клас оксидоредуктаз поділяється на 19 підкласів залежно від того, на які субстрати вони діють.

Трансферази

2.1. Трансферази, які переносять одновуглецеві залишки. Серед ферментів даного підкласу важливе значення мають метилтрансферази, які каталізують… 2.2. Трансферази, які переносять альдегідні і кетонні залишки. До даної групи… 2.3. Трансферази, які переносять ацильні залишки. Майже всі ферменти цього підкласу каталізують перенесення ацильних…

Гідролази

R-X + HOH « R-OH + HX. Залежно від зв’язків, які вони розщеплюють, клас гідролаз поділяють на… 3.1. Гідролази, які діють на складно ефірні зв’язки. Їх називають естеразами. В організмах людини і тварин із цього…

Ліази

Ці ферменти каталізують реакції не гідролітичного відщеплення певних груп від субстрату з утворенням подвійних зв’язків. Вони можуть каталізувати і реакції приєднання цих груп по місцю подвійних зв’язків. Під час реакцій ліази діють на такі зв’язки: С-С, С-О, С-N, C-S і ін.

4.1. Вуглець – вуглець ліази. Ці ферменти каталізують розрив зв’язків між атомами вуглецю. Представниками цього підкласу є карбокси-ліази (декарбоксилаза), альдегід-ліази і ліази оксикислот. Під дією декарбоксилаз відбувається декарбокислювання a-кетокислот і амінокислот. Наприклад, піруватдекарбоксилаза каталізує декарбоксилювання піровиноградної кислоти:

СН₃ – СО – СООН ® СН₃ – СООН + СО₂.

Піровиноградна кислота Оцтовий альдегід

4.2. Вуглець – кисень ліази. Цей підклас ферментів називають дегідратазами (гідратазами). Вони каталізують реакції гідратації та дегідратації органічних сполук.

4.3. Вуглець - азот ліази. Ці ферменти каталізують відщеплення від певних субстратів аміаку або амідинових груп. Прикладом є аргініносукцинат-ліаза, яка відщеплює аміак від аспарагінової кислоти.

НООС – СН₂ – СН(NH₂) – СООН « НООС – СН = СН – СООН + NН₃.

Аспарагінова кислота Фумарова кислота

4.4. Вуглець – сірка ліази. Дані ферменти каталізують реакції відщеплення сірководню або його похідних від субстрату.

 

Ізомерази

5.1. Рацемази і епімерази. Ці ферменти каталізують реакції інверсії асиметричних груп у молекулах різних речовин. 5.2. Цис-транс-ізомерази. До цього підкласу належать ферменти, які змінюють… 5.3. Внутрішньо молекулярні оксидоредуктази. Цей підклас ферментів прискорює реакції взаємоперетворення альдоз і…

Локалізація ферментів у клітині

Ферменти циклу утворення сечовини зосереджено в різних органелах. Так, орнітин (карбамоїлтрансфераза) і більшу частину карбаматкінази зосереджено в… Досить важливим компонентом клітини є ядро. В ньому відбувається синтез різних… До ферментів, які перебувають у розчиненому стані в цитоплазмі, належать ферменти гліколізу, біосинтезу ліпідів,…

Використання ферментів

Різні види ферменту амілази використовують у пивоварінні і при виробництві спирту. Так, застосування ферментних препаратів у пивоварінні дає… Ферменти та їх препарати використовують також у тваринництві з метою… В останні роки ферментні препарати успішно застосовують і при силосуванні різних кормів, в результаті чого…

ОБМІН РЕЧОВИН

Анаеробний розклад вуглеводів.

Процес анаеробного перетворення вуглеводів називається гліколізом. Гліколіз - з грецької glykys - солодкий та lysis - розпад, розклад. Гліколіз -… OH HO …                           …

Бродіння

Бродіння, процес анаеробного розщеплювання органічних речовин, переважно вуглеводів, що відбувається під впливом мікроорганізмів або виділених з них ферментів. У ході бродіння в результаті зв'язаних окислювально-відновних реакцій звільняється енергія, необхідна для життєдіяльності мікроорганізмів, і утворюються хімічні сполуки, які мікроорганізми використовують для біосинтезу амінокислот, білків, органічних кислот, жирів і ін. компонентів тіла. Одночасно накопичуються кінцеві продукти бродіння Залежно від їх характеру розрізняють бродіння спиртове, молочнокисле, маслянокисле, пропіоновокисле, ацетоно-бутилове, ацетоно-етилове та ін. види. Характер бродіння, його інтенсивність, кількісні співвідношення кінцевих продуктів, а також напрям бродіння залежать від особливостей його збудника і умов, за яких бродіння протікає (pH, аерація, субстрат і ін.).

Спиртове бродіння

Надалі багато дослідників детально вивчили ферментативну природу і механізм спиртового бродіння. Послідовність реакцій до стадії утворення ПВК… C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ = 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2АТФ. Таким чином, при зброджуванні 1 моля глюкози утворюються 2 моля етилового спирту, 2 благаючи CO2, а також в результаті…

Глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ ® 6 СО2 + 12НАДФ×Н2 + Рн

   

Запитання і вправи для самоконтролю.

1. Яка роль вуглеводів в організмі?

2. Зазначте основні шляхи розщеплення вуглеводів в організмі.

3. Охарактеризуйте основні типи бродіння і їх значення в харчовій промисловості.

4. Що таке гліколіз?

5. Назвіть реакції анаеробного перетворення вуглеводів.

6. Розрахуйте енергетичний баланс анаеробного розкладу вуглеводів.

7. Зазначте шляхи перетворення піровиноградної кислоти.

8. Опишіть хімізм спиртового бродіння.

9. Напишіть рівняння реакцій цикла Кребса.

10. Обчисліть загальний енергетичний ефект перетворення глюкози у СО₂ і Н₂О.

11. Охарактеризуйте гліоксилатний шлях обміну глюкози.

12. Яке значення пентозофосфатного катаболізму глюкози?

13. Що таке біолоігчне окислення? Охарактеризуйте тканинне дихання.

14. Як побудований дихальний ланцюг мітохонрій?

 

Список рекомендованої літератури:[1, с. 242-253, 320 – 352; 2, с. 197 – 224; 3, с. 196 – 217].

 

ОБМІН ЛІПІДІВ

Розпад ліпідів

                                  …   СН2ОН

Окиснення гліцерину

                             

Окиснення насичених жирних кислот

Оскільки процес окиснення розпочинається від вуглецевого атома, який знаходиться в b-положенні й окиснюється в найбільшій мірі, він дістав назву… b-окиснення жирних кислот – найбільш розповсюджений шлях їх розкладу. Він… R – СН2– СН2– СН2 – СО ~ S – КоА + АМФ   +   …

Енергетика b-окиснення жирних кислот

1. При кожному циклі b-окиснення утворюються 1 молекула ФАД^.Н₂ та 1 молекула НАД^.Н₂. Вони, в процесі окиснення у дихальному ланцюгу, дають 5 молекул АТФ.

Кількість циклів окиснення визначається за формулою: (n/2) – 1, де n – число атомів вуглецю в молекулі жирної кислоти.

2. В процесі b-окиснення утворюються також молекули ацетил-КоА, кожна з яких, згоряючи в циклі Кребса, дає 12 молекул АТФ.

3. З врахуванням 1 АТФ, що витрачається на стадії активації жирних кислот, загальний енергетичний вихід при повному окисленні однієї молекули жирної кислоти зменшується на 1 АТФ.

Окиснення жирних кислот

  Далі альдегід за участю НАД-залежної дегідрогенази окиснюється до жирної кислоти, яка має на один атом вуглецю менше,…

Біосинтез ліпідів

Біосинтез гліцерину

                …  

Біосинтез жирних кислот

Початковою речовиною в процесі синтезу жирних кислот є ацетил-КоА, який утворюється при b-окисненні жирних кислот, при окислювальному декарбоксилюванні ПВК.

 

Приєднання двовуглецевих радикалів відбувається до досягнення необхідної довжини ланцюга.

Біосинтез тригліцеридів

Процес проходить при наявності активного гліцерину (α-фосфогліцерину) та активних жирних кислот (ацил-КоА) і відповідних ферментних систем.

Основні перетворення ліпідів у харчовій промисловості

1. Гідроліз ліпідів відбувається під впливом ферменту ліпази, кислот чи лугів. Тригліцериди гідролізують з утворенням жирних кислот та гліцерину. … Такий розпад жирів та масел, ліпідів зерна, круп, м’яса, риби є однією з… 2. Переетерифікація – обмін залишками жирних кислот між молекулами гліцеридів або в межах однієї молекули. Цей процес…

Обмін білків.

Роль білків у харчуванні дуже важлива, бо в організмі людини немає білкових депо. Людина повинна на добу вживати 110 г повноцінного білку, який… H2N — CH — COOH H2N — CH — COOH ½ ½

Катаболізм амінокислот.

COOH +НАД СOOH +H2O COOH ½ -НАДН + Н+ ½ - NH3 ½ CH — NH2 ® C = NH ® C = O

Біосинтез білку.

фермент + АТФ ® фермент – АМФ ~ ФФ; фермент – АМФ ~ ФФ + амінокислота ® фермент – АМФ ~ амінокислота + ФФ; фермент – АМФ ~ амінокислота + тРНК ® аміноацил ~ тРНК + АМФ + фермент.

Запитання і вправи для самоконтролю.

1. Яка добова потреба людини в білках.

2. Дайте характеристику перетравлювання білків в організмі людини.

3. Що таке процеси гниття і яке вони мають значення в жизнєдіяльності людини?

4. Які біологічно-активні сполуки синтезуються з амінокислот?

5. Яке значення креатинфосфату в організмі тварин і людини?

6. Охарактеризуйте види дезамінування у амінокислот.

7. Що таке процеси переамінування амінокислот і як вони відбуваються в клітині?

8. Напишіть окремі реакції орнітинового циклу синтезу сечовини.

9. Охарактеризуйте основні етапи біосинтезу білку.

 

Список рекомендованої літератури.

Основна:

1. Боєчко Ф.Ф. Біологічна хімія. – К.: Вища шк., 1989. - 407 с.

2. Кретович В.Л. Биохимия растений. – М.: Высш. шк., 1980. - 445 с.

3. Кучеренко Н.Е. и др. Биохимия. – К.: Выща шк., 1988. - 432 с.

4. Никитин Г.А. Биохимические основы микробиологических производств. – К.: Вища шк., 1981. - с.

 

Додаткова:

5. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. – М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1984. - с.

6. Кононский А.И. Биохимия животных. – К.: Вища шк., 1984. - 415 с.

7. Ленинджер А. Основы биохимии. Т. 1-2. – М.: Мир, 1985. - 735 с.

8. Мецлер Д. Биохимия. Т. 2. – М.: Мир, 1980. – 609 с.

9. Щербаков В.Г. Биохимия и товароведение масличного сырья. – М.: Пищевая пром-сть, 1969, 456 с.