БИОХИМИЯ

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ПИЩЕВОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДЕНИЯ

Кафедра «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства»

 

 

Е.А. Кузнецова

 

БИОХИМИЯ

 

курс лекций

Дисциплина – «Биохимия»

Специальности – 240902 «Пищевая биотехнология», 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» , 260303 «Технология молока и молочных продуктов», 260501 «Технология продуктов общественного питания»,

По направлению подготовки магистров – 260100.62 «Продукты питания из растительного сырья»

 

 

Допущено ОрелГТУ

Для использования в учебном процессе в качестве методических указаний для высшего профессионального образования

Орел 2010

  Рецензент: к.т.н., доцент кафедры «Химия» Д.В. Цымай  

Строение и свойства жиров. Константы жиров. Незаменимые жирные кислоты.

  О СН2О–С–R1

Автоокисление и термоокисление жиров. Деструкция.

Различают автоокисление и термическое окисление жиров. Автоокисление жиров протекает при низких температурах в присутствии газообразного кислорода.… Между термическим и автоокислением есть много общего, но, однако, состав… Продукты, образующиеся при автоокислении и термоокислении подразделяются на три группы:

Термополимеризация жиров. Антиоксиданты.

Выбор ингибиторов полимеризации в настоящее время носит во многом эмпирический характер, зависящий от многих объективных и субъективных причин,… Антиоксиданты - это синтетические или природные вещества, которые способны… Натуральные антиоксиданты содержатся в свежих фруктах, овощах, ягодах, а также продуктах, приготовленных из них. Из…

Роль белков в процессах жизнедеятельности.

1. Ферментативная — в клетке участвуют в биохи­мических реакциях 2000 различных ферментов, и все они по химической природе — белки (простые или… 2. Гормональная — в организме человека 50% всех гормонов имеют белковую… 3. Рецепторная — избирательное связывание различ­ных регуляторов — гормонов, биогенных аминов, простагландинов,…

Отличие ферментов от неорганических катализаторов

2. Каталитическая активность проявляется в очень мягких условиях (умеренные температуры 37-40 ºС, нормальное давление, близкие к нейтральным… 3. Ферменты обладают высокой специфичностью действия, т.е. каждый фермент… 4. Активность ферментов в клетках строго контролируется и регулируется;

Строение ферментов

По строению ферменты делятся на: - простые или однокомпонентные; - сложные или двухкомпонентные (холоферменты).

Активный центр ферментов.

Активный центр фермента – это часть его молекулы, непосредственно взаимодействующая с субстратами участвующая в акте катализа. Активный центр фермента формируется на уровне третичной структуры. Поэтому при… Активный центр в свою очередь состоит из:

Механизм действия ферментов

1. поляризации химических связей в молекуле субстрат и перераспределение электронной плотности; 2. деформации связей, вовлекаемых в реакцию; 3. сближения и необходимой взаимной ориентации молекул субстрата (S).

Специфичность

Специфичность бывает трех видов: 1. - относительная или групповая специфичность – фермент действует на… 2. – абсолютная специфичность - фермент действует только на один строго определенный субстрат (например, фермент…

Концентрация фермента

Между скоростью ферментативной реакции и концентрацией фермента имеется прямопропорциональная связь.

υ

 

[E]

Концентрация субстрата

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата может быть описана уравнением:   υ = υmax/(1+ Kм/[S]),

Ингибирование.

Основные виды ингибиторов: 1 – антиферменты – вещества белковой природы, образуют труднодиссоциируемые… 2 – неспецифические ингибиторы – группа ингибиторов, вызывающих денатурацию белковой молекулы фермента (кислоты,…

Водорастворимые витамины (строение, биохимическая роль).

      Известны и другие производные тиамина, обладающие свойствами витамина В1 (тиаминмонофосфат, тиаминдифосфат,…

Анаэробное расщепление углеводов (гликолиз). Спиртовое и молочнокислое брожение.

В то же время последовательности гликолитических реакций у разных организмов отличаются скоростью регуляции отдельных реакций, а также… Гликолиз включает две стадии и состоит из 10 после­довательных реакций. Первая стадия гликолиза - это фосфорилирование глюкозы и ее превращение в глицеральдегид- З- фосфат.

Аэробное окисление углеводов (цикл Кребса).

Гликолиз составляет обязательную анаэробную (бескислородную) стадию процесса катаболизма глюкозы. Конечным продуктом гликолиза (но не брожения!) является пировиноградная кислота (пируват). В аэробных клетках пируват не восстанавливается до лактата (как при молочнокислом брожении), а подвергается окислительному декарбоксилированию до ацетил кофермента А, а затем окисляется до СО₂ и Н₂О в аэробной (кислородной) стадии катаболизма глю­козы, которая называется дыханием.

Основную энергию для синтеза АТФ при дыхании клетка получает в результате окисления водорода (связанного с коферментом) кислородом, образующегося в результате гликолиза, окисления пирувата. В конечном счете, окисление ацетата в цикле трикарбоновых кислот дает две молекулы СО₂ и восемь атомов [Н], из которых шесть входят в состав пиридиннуклеотидов, а два - в состав флавопротеинов. Кроме того, образуются молекулы различных высокоэнергетических соединений.

Последней стадией катаболизма является окислительное фосфори­лирование. В ходе этого процесса высвобождается большая часть мета­болической энергии. При окислительном фосфорилировании молекулы НАДН₂ и ФАДН₂ переносят электроны, полученные от кислорода молекул питательных веществ, к молекуле О₂. Окислительное фосфорилирование осуществляется в дыхательной цепи под воздействием фермента АТФ-синтазы. Обе ферментные системы у прокариот находятся в плазматической мембране, а у эукариот - во внутренней мембране митохондрий. Электроны от атомов водорода (например, в НАДН₂) по сложной цепи переносчиков переходят к молекулярному кислороду, восстанавливая его, при этом образуется вода.

В цепи дыхания при переносе атомов [Н] от НАДН к О₂ освобождается 218 кДж на 1 моль НАДН. Из этого количества путем образования3 молей АТФ запасается при стандартных условиях модельных опытов 90 кДж, а в клетке, вероятно, - 120 кДж.

Таким образом, сравнивая количество энергии, высвобождаемой при анаэробном расщеплении глюкозы, убеждаемся, что в аэробном процессе из 1 молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ и 217 кДж энергии. В процессе дыхания образуется почти в 20 раз больше энергии, чем при первичном распаде глюкозы до пировиноградной кислоты. Именно этим объясняется более эффективный рост клеток в аэробных условиях по сравнению с анаэробными.

Кроме углеводов источником энергии могут служить жиры и белки. Белки распадаются до аминокислот, а жиры - до жирных кислот и глицерина. При окислении жирных кислот образуется большая часть ацетил-СоА. При расщеплении аминокислот также высвобождается энергия. Если аминокислоты не используются для синтеза новых белков, то разными путями распадаются и, в конце концов, превращаются в пируват, ацетил-СоА и промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот (а-кетоглутарат, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат).

Цикл лимонной кислоты. Цикл лимонной кислоты, или цикл Кребса (другое катание - цикл трикарбоновых кислот), - это циклический процесс, в каждый оборот которого вступает одна альдегидная группа (два атома углерода) и из каждого оборота цикла выводятся две молекулы диоксида углерода. Другие химические компоненты цикла не расходуются - они регенерируются в течение оборота цикла. Схема цикла Кребса представлена на рисунке.

Схема цикла Кребса

Цикл включает 8 реакций.

I. Конденсации ацетил- Со А с щавелево-уксусной кислотой.

В этой реакции метильный углерод ацетильной группы ацетил- Со А связывается с карбоксильной группой щавелево-уксусной кислоты, при этом освобождается кофермент А. Катализатором этой реакции является цитратсинтаза.

Высвободившийся кофермент А может вновь использоваться в реакции окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты.

Лимонная кислота превращается в изолимонную через образование цис-аконитовой кислоты под действием фермента аконитазы, которая катализирует обратимое присоединение воды.

Реакция катализирующая изоцитратдегидрогеназой. В качестве промежуточного соединения образуется щавелево- янтарная кислота, прочно связанная с ферментом. Для действия NAD' (зависимой дегидрогеназы) необходимо присутствие Mg' и Mn'. Предполагают, что наличие двух типов ферментов связано с регуляцией цикла. Одновременно с дегидрированием изолимонной кислоты происходит ее декарбоксилирование у С₃-изоцитрата, который принадлежит молекуле щавелево-уксусной кислоты.

ά-Кетоглутаровая кислота наряду с пировиноградной кислотой обеспечивает вовлечение в стадию аэробного дыхания аминокислот, липидов и других соединений. Процессы переаминирования или окисления глутаминовой кислоты - важный источник ά- кетоглутаровой кислоты в метаболизме животных и растений. Кроме того, все аминокислоты, которые могут превращаться в глутаминовую кислоту, являются потенциальным источником ά-кетоглутарата. К ним относятся аминокислоты орнитин, пролин, гистидин и оксипролин.

Эта реакция аналогична окислительному декарбоксилированию пировиноградной кислоты. Она также катализируется мультиферментным комплексом, состоящим из трех ферментов, аналогичных трем ферментам пируватдегидрогеназной системы, и включает также связанные с ферментами кофакторы: тиамин пирофосфат, Mg" кофермент А, NAD*, FAD и липоевую кислоту. Отличается эта реакция конечным продуктом, которым является не янтарная кислота (сукцинат), а сукцинил- Со А. Последний, вступая в реакцию конденсации с глицином, может участвовать в образовании порфи-рина (соединения, входящего в состав хлорофилла, пероксидазы. цитохромоксидаэы, гемоглобина крови и др.). Одновременно с де-гидрированием происходит декарбоксилирование ά-кетоглутарата. В этой реакции карбоксильная группа, близлежащая к карбонильной, выделяется в виде СО₂. Этот углерод принадлежит щавелево-уксусной кислоте. Реакция необратима и предопределяет направленность цикла лимонной кислоты в целом.

 

Сукцинил- Со А является высоко энергетическим соединением. При гидролизе тиоэфирной связи в его составе выделяется энергия, которая накапливается в гуанозинтрифосфате (GTP). Образование сукцинил-Со А и синтез GTP являются сопряженными, поэтому эта реакции называется фосфорилированием на субстратном уровне.

Энергия, содержащаяся в GTP, используется дли синтеза АТР.

Из четырех атомов углерода сукцината два, образующие СН₂СООН-единицу, происходят из ацетильного остатка и два других, также образующих-СН₂СООН-единицу, - из двух центральных углеродных атомов щавелево-уксусной кислоты. На этой стадии лимонного цикла двухуглеродная единица из ацетил-Со А теряет свою индивидуальность, поскольку следующий фермент — сукцинатдегидрогеназа не может различить две –CH₂COOH-единицы сукцината.

Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, единственной реакцией дегидрирования, в которой участвиет не NAD, a FAD. Фермент состоит из двух субъединиц. Более крупный белок содержит FAD, обе субъединицы содержат негеминовое железо.

 

Эта реакция стереоспецифична по отношению присоединения -Н и -ОН воды по двойной связи фумарата и приводит к образованию только L-формы яблочной кислоты.

Этой реакцией цикл лимонной кислоты, или цикл Кребса, полностью свершается, и регенерированный оксалоацетат может конденсироваться с новой молекулой ацетил- Со А. Таким образом, для протекания цикла необходима лишь одна молекула щавелево-уксусной кислоты.

Щавелево-уксусная кислота образуется при карбоксилировании пировиноградной кислоты:

Вновь включившийся в цикл ацетильный остаток становится -С-СООН-группой щавелево-уксусной кислоты, регенерируемой в цикле. Однако использование регенерированной щавелево-уксусной кислоты в следующих оборотах цикла приводит к тому, что атом углерода того ацетила, который вошел в состав генерированной щавелево-уксусной кислоты, выделяется в виде CO. т. е. выделение СО₂ за счет углерода, принадлежащего ацетилу, происходит не на первом обороте цикла, а на последующих.

Промежуточные продукты цикла лимонной кислоты используются клеткой в качестве предшественников при синтезе многих биомолекул - аминокислот, жирных кислот, а также терпенов, витаминов и многих других.

Глиоксилатный цикл.

  Лекция 10.

Синтез и превращения углеводов. Синтез сахарозы и лактозы.

1. Синтез сахарозы. Основным продуктом ассимиляции углекислоты в фотосинтетическом цикле является фруктозо-6-фосфат. Фруктозо-6-фосфат превращается…  

Синтез жиров.

  Исходное соединение глицерол-3-фосфат образуется двумя пу­тями. В ходе гликолиза он возникает при восстановлении…

Общая схема переваривания жиров

Липиды — важная составная часть пищи. Взрослому человеку требуется от 70 до 145 г жира в сутки в зависимости от трудовой деятельности, пола, климатических условий. Причем необходимы как животные, так и растительные жиры. Липиды являются высокими энергетическими веществами, поэтому за их счет удовлетворяется до 25—30 % потребности человеческого организма в энергетическом материале. Кроме того, в составе животных жиров в организм поступают жирорастворимые витамины А, В, К и Е, растительные жиры богаты непредельными жирными кислотами, являющимися предшественниками простагландинов, исходным материалом для синтеза организмом фосфолипидов и других веществ.

Переваривание жира начинается в желудке, где находится малоактивный фермент желудочная липаза, однако ее роль в гидролизе пищевых триглицеридов у взрослых людей невелика. Во-первых, в желудочном соке взрослого человека и других млекопитающих содержание липазы крайне низкое. Во-вторых, рН желудочного сока далек от оптимума действия этого фермента (оптимальное значение рН для желудочной липазы 5,5-7,5). В-третьих, в желудке отсутствуют условия для эмульгирования триглицеридов, а липаза может активно действовать только на триглицериды, находящиеся в форме эмульсии. Поэтому у взрослых людей не эмульгированные триглицериды составляющие основную массу пищевого жира, проходят через желудок без особых изменений. Вместе с тем расщепление триглицеридов в желудке играет важную роль в пищеварении у детей, особенно грудного возраста. Слизистая оболочка корня языка и примыкающей к нему области глотки ребенка грудного возраста секретирует собственную липазу в ответ на сосательные и глотательные движения. Эта липаза получила название лингвальной. Активность лингвальной липазы не успевает проявиться в ротовой полости, основным местом ее действия является желудок. Оптимум рН лингвальной липазы в пределах 4,0-4,5; он близок к величине рН желудочного сока у грудных детей.

Расщепление триглицеридов в желудке взрослого человека невелико, но оно в определенной степени облегчает последующее переваривание в кишечнике. Даже незначительное по объему расщепление триглицеридов в желудке приводит к появлению свободных жирных кислот, которые подвергаясь всасыванию в желудке, поступают в кишечник и способствуют там эмульгированию жиров, облегчая таким образом воздействие на них липазы панкреатического сока.

После того как химус попадает в двенадцатиперстную кишку, прежде всего происходит нейтрализация попавшей в кишечник с пищей соляной кислоты желудочного сока бикарбонатами, содержащимися в панкреатическом и кишечном соках. Выделяющиеся при разложении бикарбонатов пузырьки углекислого газа способствуют хорошему перемешиванию пищевой кашицы с пищеварительными соками. Одновременно начинается эмульгирование жира. Наиболее мощное эмульгирующее действие на жиры оказывают соли желчных кислот, попадающие в двенадцатиперстную кишку с желчью в виде натриевых солей. Большая часть желчных кислот конъюгирована с глицином или таурином. По химической природе желчные кислоты являются производными холановой кислоты:

 

В желчи в основном содержится холевая, дезоксихолевая и хенодезоксихолевая кислоты:

дезоксихолевая

хенодезоксихолевая

Желчные кислота присутствуют в желчи в конъюгированной форме, т.е. в виде гликохолевой, гликодезоксихолевой, гликохенодезоксихолевой (около 2/3-4/5 всех желчных кислот) или таурохолевой, тауродезоксихолевой и таурохенодексихолевой (около 1/5-1/3 всех желчных кислот). Эти соединения иногда еще называют парными желчными кислотами, так как они состоят из двух компонентов – желчной кислоты и глицина или таурина:

 

холевая

таурохолевая

гликохолевая

Считают, что только комбинация соль желчной кислоты + ненасыщенная жирная кислота + моноглицерид придает необходимую степень эмульгирования жира. Соли желчных кислот резко уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раздела жир/вода, благодаря чему они не только облегчают эмульгирование, но и стабилизируют уже образовавшуюся эмульсию.

Основное расщепление липидов происходит в кишечнике, в первую очередь в двенадцатиперстной кишке. В этот отдел кишечника поступает сок поджелудочной железы, содержащий очень активную липазу. Сюда же поступает из желчного пузыря желчь, составные компоненты которой (желчные кислоты) необходимы для переваривания липидов. Это связано с тем, что желчные кислоты—холевая (преобладает в желчи человека), дезоксихолевая, литохолевая, хенодезоксихолевая, таурохолевая и гликохолевая —• представляют собой поверхностно-активные вещества, способствующие эмульгированию жиров, что является важнейшим условием их последующего ферментативного расщепления.

Пройдя через барьер слизистой оболочки кишечника, желчные кислоты в связанном состоянии с липидами отделяются от последних и по венам кишечника через портальный кровоток возвращаются в печень, а затем с желчью в двенадцатиперстную кишку.

Образование эмульсии жиров в кишечнике может происходить и под влиянием мелких пузырьков СО₂, выделяющегося при нейтрализации соляной кислоты пищевой кашицы бикарбонатами поджелудочного и кишечного сока. Способствуют эмульгированию и соли жирных кислот (мыла), возникающие при гидролизе липидов. Но основная роль в эмульгировании жиров принадлежит желчным кислотам.

В результате описанных процессов образуется очень тонкая жировая эмульсия, диаметр частиц которой не превышает 0,5 мкм. Такие эмульгированные жиры способны самостоятельно проходить через стенку кишечника и попадать в лимфатическую систему. Однако большая часть эмульгированного жира всасывается после гидролитического расщепления его панкреатическими липазами. Последние образуются в поджелудочной железе в виде неактивных проферментов, которые переходят в активную форму при участии мыльных кислот.

Основная масса липидов пищи представлена триацилглицеринами, меньше фосфолипидами и стероидами. Гидролиз триацилглицеринов идет постепенно. Сначала расщепляются эфирные связи в I м и 3-м положениях, т.е. внешние сложноэфирные связи:

 

Эти реакции осуществляют липазы, специфичные в отношении 1,3-эфирных связей триацилглицерина. Связи во 2-м положении гидролизуют другие липазы:

Связи 1 и 3 гидролизуются быстро, а потом идет медленный гидролиз 2-моноглицерида. 2-Моноглицерид может всасываться стенкой кишечника и использоваться на ресинтез триацилглицеринов, специфичных для данного вида организмов, уже в самой слизистой, тонкого кишечника.

Кроме липаз в соке поджелудочной железы присутствуют эстеразы, гидролизующие преимущественно эфиры жирных кислот с короткой цепью и эфиры холестерина. Эти эстеразы тоже активны только в присутствии желчных кислот.

Пищеварительные липазы кроме человека и млекопитающих животных обнаружены и исследованы у рыб, некоторых беспозвоночных. Однако, как правило, у большинства видов беспозвоночных и костистых рыб липолитическая активность в пищеварительных соках примерно в 1000 раз ниже, чем в панкреатическом соке млекопитающих. Не следует забывать, что жиры могут усваиваться также путем фагоцитоза и сохраняться без предварительного гидролиза до тех пор, пока не прогидролизуются внутриклеточными липазами и, таким образом, примут участие в синтезе липидов в процессах образования энергии.

Расщепление фосфолипидов происходит при участии ряда ферментов: фосфолипаз А₁, А₂, С, D и лизофосфолипазы.

Фосфолипаза А₁ гидролизует связь в 1-м положении. Фосфолипаза А₂, образующаяся в поджелудочной железе, поступает в полость тонкого кишечника в неактивной форме и только под действием трипсина активируется. Под действием фосфорилапазы А₂ отщепляется жирная кислота во 2-м положении. В результате ее действия образуются лизофосфолипиды, которые вызывают разрушение триглицеридов крови. Кроме панкреатического сока фосфолипаза А₂ содержится в яд рептилий, беспозвоночных (особенно членистоногих — пчел, скорпионов, муравьев), а также у кишечнополостных. Известны так же внутриклеточные фосфолипазы А₂ (в лизосомах, микросомах, митохондриях).

В организме ее действие компенсируется фосфорилазой А₁, которая отщепляет второй кислотный остаток. Затем отщепляется азотистое основание под действием фосфорилазы D и фосфорная кислота – фосфорилазой С.

Конечными продуктами распада фосфолипидов являются жирные кислоты, глицерин, азотистое основание и фосфорная кислота.

Стериды, подвергаясь действию гидролитических ферментов типа холестераз, расщепляются в кишечнике с образованием спирта холестерола или эргостерола и соответствующей жирной кислоты. Холестеразы продуцируются поджелудочной железой и активны только в присутствии солей желчных кислот.

Таким образом, образующаяся в результате гидролиза липидов смесь содержит анионы жирных кислот, моно-, ди- и триацилглицерины, хорошо эмульгированные солями жирных кислот и мылами, глицерин, холин, этаноламин и другие полярные компоненты липидов. Исследования с мечеными триацилглицеринами показали, что около 40% жиров пищи гидролизуется полностью до глицерина и жирных кислот, 3—10% всасываются без гидролиза в форме триацилглицеринов, а остальные гидролизуются частично, главным образом до 2-моноацилглицеринов. Глицерин водорастворим и вместе с жирными кислотами, имеющими короткие углеродные цепи (С<10), всасывается свободно через стенку кишечника и через портальную систему кровообращения поступает в печень.

Для всасывания жирных кислот с длинной цепью (С >10), моноглицеридов и холестерина необходимы желчные кислоты. Соединяясь с вышеперечисленными соединениями, желчные кислоты образуют растворимые комплексы или мицеллы— холеиновые комплексы, которые легко всасываются в эпителий кишечника. Так как рН в тонком кишечнике слабощелочная, желчные кислоты функционируют здесь в форме своих солей. Особую роль при этом играют такие желчные кислоты, как таурохолевая и гликохолевая. Лучше перевариваются и всасываются липиды, находящиеся в жидком состоянии, при температуре тела. Липиды, у которых точка плавления существенно выше температуры тела, плохо перевариваются и всасываются.

Фосфорная кислота, образующаяся при гидролизе фосфолипидов, всасывается в виде натриевых и калиевых солей, а азотистые основания — холин, этаноламин и серин — всасываются при участии нуклеотидов (ЦДФ-производных). Некоторая избирательность проявляется слизистой оболочкой кишечника в отношении стероидов, особенно растительного происхождения. Среди основных стероидов пищи только холестерин легко проникает через стенки кишечника. С такой же легкостью всасываются витамин D и некоторые стероидные гормоны, введенные перорально.

Преобладающими липидами лимфы являются триацилглицериды, даже тогда, когда жирные кислоты находятся в составе сложных эфиров других спиртов.

Желчные кислоты выполняют в организме 3 основных функции:

- эмульгируют жиры;

- активируют липазу;

- обеспечивают всасывание высших жирных кислот, моноглицеридов и холестерина.

 

Лекция 13.

Обмен азотистых соединений

........ 1.Пути превращения аммиачного азота.

........ 2.Пути синтеза аминокислот (прямое аминирование и переаминирование).

........ 3.Пути превращения аминокислот (дезаминирование, декарбоксилирование).

........ 4.Орнитиновый цикл.

 

........ 1.Пути превращения аммиачного азота.

Человек и животные не способны усваивать минеральные соединения азота, не могут синтезировать некоторые аминокислоты. Эти аминокислоты поступают обычно с пищей (кормом).

В отличие от животных, растительные организмы способны синтезировать все необходимые им азотистые соединения из аммиака, который поступил из почвы или образовался в результате восстановления нитратов, распада белков, других реакций. Основной путь превращения аммиачного азота в органические соединения – это синтез аминокислот. Исходным веществом для синтеза органических соединений является аммиак, и в растительных тканях усвоенные из почвы нитраты быстро восстанавливаются до аммиака. Схематически процесс восстановления нитратов до аммиака можно выразить так:

HNO₃ + 8 H⁺ + 8 е NH₃ + 3 H₂O,

То есть для восстановления молекулы HNO₃ до уровня аммиака требуется 8 протонов и 8 электронов. Этот процесс, как и большинство других биохимических процессов, идет ступенчато, через ряд промежуточных соединений и катализируется несколькими ферментами.

В настоящее время процесс восстановления нитратов представляется в следующем виде. На первой стадии нитраты под действием нитратредуктазы восстанавливаются до нитритов. Донором протонов и электронов является НАДФ*Н₂ (или НАД*Н₂). Это сложная реакция, в ней участвует в качестве промежуточного переносчика водорода флавиновый фермент, для проявления активности которого необходим молибден, а также другие вещества и кофакторы. Схематически действие нитратредуктазы изображается так:

HNO₃ + НАДФ*H₂ НNО₂ + H₂O.

 

Механизм восстановления нитратов под действием нитратредуктазы:

 

2Н⁺

НАД*Н₂ или НАДФ* Н₂ ФАД Мо⁵⁺ + 2 е NO₃^–

НАД или НАДФ ФАД*Н₂ М_О⁶⁺ NO₂^– +Н₂О

 

Согласно этой схеме, для восстановления нитратов необходимо 2 протона и 2 электрона, которые доставляются восстановленными формами НАД*Н₂ или НАДФ* Н₂ и передаются на флавиновый фермент. Последний восстанавливается, а НАД или НАДФ переходят в окисленное состояние. На следующем этапе промежуточным переносчиком электронов служит молибден. Две молекулы М_О⁶⁺ принимают два электрона от ФАД*Н₂ и передают их на NO₃^– . После присоединения электронов NO₃^– переходит в NO₂^– , а из протонов и кислорода образуется молекула воды. Затем нитрат восстанавливается до гипонитрита. Эта реакция катализируется нитритредуктазой, которая также представляет собой металлофлавопротеид. Донором протонов и электронов является восстановленный НАД*Н₂ (НАДФ* Н₂), в реакции также принимают участие флавиновые ферменты, для активации которых необходимы железо, медь и магний:

2 НNО₂ + 2 НАД*Н₂ Н₂N₂О₂ + 2 Н₂О + 2 НАД

 

На следующем этапе происходит присоединение еще двух атомов водорода и образование гидроксиламина (NH₂OH). Фермент, катализирующий эту реакцию, называется гипонитритредуктазой. Он представляет собой флавопротеид, для активирования которого требуется медь, железо, марганец, а донором протонов и электронов является НАД*Н₂.

Н₂N₂О₂ + 2 НАД*Н₂ 2 NН₂ОН + 2 НАД.

На последнем этапе под действием гидроксиламинредуктазы из гидроксиламина образуется аммиак. Здесь также участвуют флафопротеиды, содержащие магний и марганец, а донором водорода является НАД* Н₂ :

NН₂ОН + НАД*Н₂ NН₃ + Н₂О+ НАД.

 

Таким образом, общая схема восстановления нитратов представляется в виде:

 

M_O C_U, F_e, M_g C_U, F_e, M_n M_n, M_g

NО₃ NО₂ N₂О₂ NН₂ОН NН₃

 

Следует отметить, что ферменты нитратвосстанавливающей системы представляют собой так называемые индуцированные ферменты, т.е. они довольно интенсивно образуются в растениях после поступления в растения большого количества нитратов или продуктов их восстановления. Для восстановления нитратов до аммиака необходимы 8 протонов и 8 электронов, которые доставляются восстановленными НАД*Н₂ или НАДФ*Н₂ .

Нитраты довольно быстро восстанавливаются в растениях, и иногда их восстановление заканчивается в корневой системе. Накопление повышенного количества нитратов в надземных органах растений бывает сравнительно редко, лишь при неблагоприятных условиях выращивания растений или при избыточных дозах нитратных удобрений. Для восстановления нитратов необходимы фосфор, магний, молибден и другие элементы. Интенсивность восстановления нитратов связана с двумя основными процессами, в результате которых выделяется энергия, – дыханием и фотосинтезом. Если растения обеспечены достаточным количеством углеводов, нитраты восстанавливаются в основном в корневой системе при участии НАД*Н₂ или НАДФ*Н₂ , образующихся при распаде углеводов через цикл ди- и трикарбоновых кислот. Если же интенсивность фотосинтеза ослаблена и растения испытывают некоторый недостаток углеводов, часть нитратов не успевает восстанавливаться в корнях и поступает в надземные органы, где восстанавливается при участии никотинадениндинуклеотидов, образующихся при фотосинтезе.

Пути синтеза аминокислот (прямое аминирование и переаминирование).

Реакция синтеза аминокислот идет в две фазы: NH 1) R–COCOOH + NH3 R–C + H2O

Пути превращения аминокислот (дезаминирование, декарбоксилирование).

Дезаминирование аминокислот – распад на аммиак и соответствующие кислоты – является основной реакцией превращения азотистых веществ в безазотистые… 1. Восстановительное дезаминирование, в котором образуется соответствующая…  

Реакции транспептидации.

1) R1CONHR2 + NH2R3 R1CONHR3 + NH2R2, 2) R1CONHR2 + R3COOH R3CONHR2 + R1COOH, где R1, R2, R3 – остатки пептидов.

Биосинтез пуриновых и пиримидиновых оснований.

Биосинтез нуклеиновых кислот. Основными структурными элементами, из которых построены молекулы ДНК и РНК, являются нуклеотиды – соединения,… Биосинтез пуриновых нуклеотидов. В отличие от многих других синтетических… НСООН+ТГФК+АТФ АФТГФК+АДФ+Н3РО4

Распад нуклеиновых кислот

Распад РНК и ДНК. В нуклеиновых кислотах единственными связями, доступными действию ферментов, являются связи фосфорных эфиров, через которые…  

Распад нуклеотидов и нуклеозидов.

Распад нуклеозидов. Нуклеозиды могут подвергаться дальнейшим превращениям. Основной путь этих превращений – расщепление гликозидной связи между… гуанозин + Н2О нуклеозидаза гуанин + рибоза (нуклеозид) (азотистое основание)

ЛИТЕРАТУРА

 

 

1. Казаков Е.Д., Биохимия зерна и хлебопродуктов. [Текст] / Е.Д. Казаков, Г.П Карпиленко - СПб: ГИОРД, 2005.- 512 с.

2. Комов В.П., Биохимия. [Текст] /В,П. Комов. – СПб.: ГИОРД, 2004. – 465с

3. Ленинджер А. Основы биохимии: В 3 т. М.: Мир, 1987. 980 с.

4. Луценко Н.Г. Начала биохимии: Кур лекций / РХТУ им. Менделеева Д.И. . – М.: МАЙК «Наука/Интерпериодика» , 2002 – 125 с

5. Рис Э.., Введение в молекулярную биологию: от клеток к атомам: Пер. с англ. [Текст] / Э. Рис, М. Стернберг.- М.: Мир, 2002. – 142с.

6. Уайт А., Фендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии. В 3 т. – М.: Мир, 1981.

7. Щербаков В.Г., Биохимия. [Текст] / В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов, Т.Н. Прудникова, А.Д. Минакова - СПб.: ГИОРД, 2003. – 440 с.

8. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М.: НИИ биомед. химии РАМН, 1999. - 372 с