Ферменти

Вода

Вода, Н2O — прозора рідина без запаху, смаку і кольору; оксид водню. Молекула води складається з одного атома оксигену і двох атомів гідрогену. Атоми гідрогену розташовані в молекулі так, що напрямки до них утворюють кут 104,45o із вершиною в центрі атома оксигену. Таке розташування зумовлює молекулі води дипольний момент у 1,844 Дебая. При заміні атомів гідрогену (протонів) на атоми дейтерію утворюється модифікація, яка називається важкою водою.

Фізичні властивості

Чиста вода - безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. За нормального атмосферного тиску при 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С - кипить, перетворюючись у пару. У газоподібному стані вода існує і за нижчої температури, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються.

У рідкому стані вода практично не стискається, при замерзанні розширюється на 1/11 від свого об'єму.

Найбільшу густину вода має при +4°С. Масу 1 см3 чистої води при цій температурі прийняли за одиницю і назвали грамом (сучасне визначення грама основане на точнішому еталоні). На відміну від інших рідин, вода при охолодженні від + 4 до 0°С розширюється. Тому лід легший від води (на 8%) і не тоне у ній. Завдяки цьому, а також малій теплопровідності шар льоду захищає глибокі водойми від промерзання до дна, і цим забезпечується у них життя

. До складу води входить гідроген і оксиген. Хімічна формула води Н2О. Молекули води дуже полярні. Тому вони можуть притягатися одна до одної своїми протилежними полюсами і з'єднуватись у агрегати (Н2О)n. Внаслідок цього вода складається не тільки з простих молекул Н2О, а й агрегатів молекул (Н2О)2, (Н2О)3 і т. д.

У хімічному відношенні вода досить активна. З багатьма речовинами вона вступає в хімічні реакції вже при звичайній температурі. З оксидами лужних і лужноземельних металів вона утворює основи:

СаО + Н2О = Са(ОН)2

З багатьма оксидами неметалів (ангідридами) вода утворює кисневмісні кислоти:

Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4

З найактивнішими металами вона утворює основи з виділенням водню:

2Na + 2Н2О = 2NaOH + Н2 ↑

З деякими солями вода утворює так звані кристалогідрати, які характеризуються строго визначеною кількістю молекул води, що припадають на одну молекулу солі. Наприклад, з сульфатом міді вода утворює мідний купорос:

CuSO4 + 5Н2О = CuSO4 • 5Н2О

в якому на одну молекулу сульфату міді припадає п'ять молекул води. Воду, що входить до складу кристалів, називають кристалізаційною.

3. Стан в клітині солей

Гіалоплазма або основна речовниа цитоплазми приблизно на 90% складається із води, в якій в розчиненому вигляді знаходяться всі основні біомолекули: солі, цукри, амінокислоти, нуклеотиди, вітаміни та гази утворюють істинний розчин, тоді як великі молекули, зокрема білки, перебувають у колоїдному розчині. У гіалоплазмі відбувається велика кількість метаболічних процесів, зокрема гліколіз. Вона може змінювати свої властивості, переходячи із стану золю в стан більш густого гелю. Спостерігаючи за живою цитоплазмою клітини, зазвичай, можна помітити, що вона рухається, найкраще видно переміщення мітохондрій і пластид, це явище називаєть циклозом.

4. Вуглеводи — органічні сполуки з емпіричною формулою Cm(H2O)n, до складу яких входять тільки Вуглець, Кисень та Водень. Вуглеводи є складовою частиною клітин усіх живих організмів.

Вуглеводи є найпоширенішими органічними сполуками, що підтверджується тим фактом, що більше половини органічного вуглецю на Землі існує у формі вуглеводів.

Здебільшого вуглеводи є сполуками рослинного походження — це продукти фотосинтезу і таким чином вони є базовою ланкою у трансформації сонячної енергії у хімічну для забезпечення життя на Землі.

Поряд з білками і жирами, вуглеводи — важлива складова частина харчування людини і тварин, багато з них використовується як технічна продукція.

З хімічної точки зору це є полігідроксикарбонільні сполуки та їхні похідні із загальною формулою СnH2nOn.

Низькомолекулярні вуглеводи відомі також як цукри.

Найвідомішими представниками вуглеводів є целюлоза, крохмаль,

глюкоза, фруктоза,

цукроза (звичайний цукор).

Вуглеводи поділяють на моносахариди, дисахариди, олігосахариди і полісахариди.

Поширена в природі група багатоатомних спиртів (цукрів, целюлози, крохмалю тощо). У вищих рослинах вуглеводів міститься більше, ніж інших речовин. Деревина, наприклад, містить понад 50% найскладніших вуглеводів, до яких належить целюлоза, причому її супроводжують менш складні прості вуглеводи, пектинові речовини й геміцелюлози.

Прості вуглеводи. До цієї групи вуглеводів належать розчинні в холодній воді найпростіші моносахариди — гексози С6Н12О6 і пентози С5Н10О6. Пентози поширені в рослинах, входять до складу речовини клітин.

Харчова енергетична цінність вуглеводів складає приблизно 4 ККал/грам Особлива група органічних сполук-це біологічно-активні речовини. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в живих організмах.

Залежно від числа кисневих атомів у молекулі розрізняють біози, тріози, тетрози, пентози, гексози, гептози і т. д.

Вуглеводи у великій кількості містяться в рослинних і тваринних організмах. У природі переважно поширені пентози і гексози.

5. Основна роль вуглеводів пов'язана з їх енергетичною функцією. При їх ферментативном розщеплюванні і окисленні виділяється енергія, яка використовується кліткою. Полісахаріди грають головним чином роль запасних продуктів і легко мобилизуемых джерел енергії (наприклад, крохмаль і глікоген), а також використовуються як будівельний матеріал (целюлоза, хітин). Полісахаріди зручні як запасні речовини по ряду причин: будучи нерастворимы у воді, вони не надають на клітку ні осмотичного, ні хімічного впливу, що вельми важливо при тривалому зберіганні їх в живій клітці: твердий, обезводнений стан полисахаридов збільшує корисну масу продуктів запасу за рахунок економії їх об'єму. При цьому істотно зменшується вірогідність споживання цих продуктів хвороботворними бактеріями і іншими мікроорганізмами, які, як відомо, не можуть заковтувати їжу, а всмоктують речовини всією поверхнею тіла. І нарешті, при необхідності запасні полисахариды легко можуть бути перетворений на прості цукру шляхом гідролізу.

6. Ліпіди

Всі живі клітини оточені плазматичними мембранами, основним структурним елементом яких є подвійний шар ліпідів (ліпідний бішар). В 1 мкм2 біологічної мембрани міститься близько мільйона молекул ліпідів.[6] Всі ліпіди, що входять до складу мембран, мають амфіфільні властивості: вони складають із гірофільної та гірофобної частин. У водному середовищі такі молекули спонтанно утворюють міцели та бішари внаслідок гідрофобних взаємодій, в таких структурах полярні голови молекул повернуті назовні до водної фази, а неполярні хвости — всередину, таке ж розміщення ліпідів характерне для природних мембран. Наявність гідрофобного шару дуже важлива для виконання мембранами їхніх функцій, оскільки він непроникний для іонів та полярних сполук.

Ліпідний бішар біологічних мембран — це двовимірна рідина, тобто окремі молекули можуть вільно пересуватись одна відносно одної. Текучість мембран залежить від їх хімічного складу: наприклад, із збільшенням вмісту ліпідів, до складу яких входять поліненесичені жирні кислоти вона збільшується.

Основними структурними ліпідами, що входять до складу мембран тваринних клітин, є гліцерофосфоліпіди, в основному фосфатидилхолін та фосфатидилетаноламін, а також холестерол, що збільшує їх непроникність. Окремі тканини можуть бути вибірково збагачені іншими класами мембранних ліпідів, наприклад нервова тканина містить велику кількість сфінгофосфоліпідів, зокрема сфінгомієліну, а також сфінгогліколіпідів. У мембранах рослинних клітин холестерол відсутній, проте зустрічається інший стероїд — ергостерол. Мембрани тилакоїдів містять велику кількість галактоліпідів, а також сульфоліпіди.

Ліпі́ди — це група органічних речовин, що входять до складу живих організмів і характеризуються нерозчинністю у воді та розчинністю в неполярних розчинниках, таких як ефір, хлороформ та бензол.[1] Це визначення об'єднує велику кількість сполук різних за хімічною природою, зокрема таких як жирні кислоти, воски, фосфоліпіди, стероїди та багато інших. Також різноманітними є і функції ліпідів у живих організмах: жири є формою запасання енергії, фосфоліпіди та стероїди входять до складу біологічних мембран, інші ліпіди, що містяться в клітинах в менших кількостях можуть бути коферментами, світлопоглинаючими пігментами, переносниками електронів, гормонами, вторинними посередниками під час внутрішньоклітинної передачі сигналу, гідрофобними «якорями», що утримують білки біля мембран, шаперонами, що сприяють фолдингу білків, емульгаторами у шлунково-кишковому тракті.

7. Функції ліпідів

Частина вітамінів, тобто речовин, що необхідні для життєдіяльності організму у невеликих кількостях, належать до ліпідів. Їх об'єднують під назвою жиророзчинні вітаміни і розділяють на чотири групи: вітамін A, D, E і K. За хімічною природою всі ці речовини є ізопреноїдами. До ізопреноїдів також належать і переносники електронів убіхінон та пластохінон, що є частиною електронтранспортних ланцюгів мітохондрій та пластид відповідно.

Більшість ізопреноїдів містять кон'юговані подвійні зв'язки, через що в їх молекулах можлива делокалізація електронів. Такі сполуки легко збуджуються світлом, внаслідок чого вони мають колір видимий для людського ока. Багато організмів використовують ізопреноїди як пігменти для поглинання світла (наприклад каротиноїди входять до світлозбиральних комплексів хлоропластів), а також і для спілкування з особинами свого або інших видів (наприкалд ізопреноїд зеаксантин надає пір'ю деяких птахів жовтого кольору).

8. Будова білків

Молекули білків є лінійними полімерами, що складаються з α-L-амінокислот (які є мономерами цих полімерів) і, в деяких випадках, з модифікованих основних амінокислот (щоправда модифікації відбуваються вже після синтезу білка на рибосомі). Для позначення амінокислот в науковій літературі використовуються одно- або трьохбуквені скорочення. Хоча на перший погляд може здатися, що використання «всього» 20 основних типів амінокислот обмежує різноманітність білкових структур, насправді кількість варіантів важко переоцінити: для ланцюжка всього з 5 амінокислот воно складає вже більше 3 мільйонів, а ланцюжок з 100 амінокислот (невеликий білок) може бути представлений більш ніж у 10130 варіантах (для порівняння — кількість атомів у Всесвіті оцінюється приблизно у 1080). Поліпептидні ланжюжки завдовжки від двох до кількох десятків амінокислотних залишків зазвичай називають пептидами, при більшому ступені полімеризації — власне білками або протеїнами, хоча цей поділ вельми умовний.

При утворенні білка в результаті взаємодії α-аміногрупи (-NH2) однієї амінокислоти з α-карбоксильною групою (-СООН) іншої амінокислоти утворюються пептидні зв'язки. Кінці білка називають С- і N- кінцями (залежно від того, яка з груп кінцевої амінокислоти вільна: -COOH чи -NH2, відповідно). При природному синтезі білка на рибосомі, нові амінокислоти приєднуються до C-кінця, тому назва пептиду або білка дається шляхом перерахування амінокислотних залишків починаючи з N-кінця.

9. Властивості білків

Властивості. Фізично-хімічні властивості білків визначаються їх високомолекулярної природою, компактність укладання поліпептидних ланцюгів і взаємним розташуванням залишків амінокислот. Молекулярна маса варіюється від 5 до 1 млн., а константи седиментації - від 1 до 20 (і вище). Середній питомий об'єм білкових молекул -0,70-0,75 см 3 / г, а константи дифузії - 10 6 -10 8 см 2 / с. Максимум поглинання білків, в УФ-області спектра, зумовлений наявністю ароматичних амінокислот, знаходиться поблизу 280 нм. Порушення електронів атома азоту пептидної групи викликає різке збільшення поглинання при 185-240 нм. В ІЧ-області спектра білки поглинають за рахунок СО-і NH-груп при 1600 і 3100-3300 см -1.

У розчинах білки амфотерности. Ізоелектрична точки білка можуть мати значення від <1,0 (у пепсину) до 10,6 (у цитохрому с) і вище. Бічні групи амінокислотних залишків здатні вступати в багато реакції. Білки дають ряд кольорових реакцій, обумовлених наявністю певних амінокислотних залишків або хімічних угруповань. До найважливіших з них відносяться: біуретова реакція (пептидні зв'язку), Ксантопротеїнова реакція (ароматичні ядра залишків тирозину, триптофану, фенілаланіну), Адамкевич реакція (індольних кільце триптофану), Міллона реакція (фенольний радикал тирозину), Паулі реакція (імідазольного кільця гістидину), Сакагучі реакція (гуаніновий група аргініну) і Нінгідринова реакція (амінограппа).

10,28. Функції білків

Класифікація білків за функцією може бути як біохімічною, тобто за типом безпосередньої біохімічної функції, яку білок виконує в оргінізмі, так і заснованою на головних клітинних процесах, один з кроків яких виконує даний білок. В останньму випадку класифікація включає такі категорії[27]:

Обробка та збереження інформації (процеси реплікації, експресії генів та підтримки геному)

Клітинні процеси та сигнали (контроль клітинного циклу, підтримка структури клітини та органів, транспорт, модифікації макромолекул, сигнальні системи)

Метаболізм (отримання та перетворення енергії, синтез та транспорт ліпідів, амінокислот, цукрів, неорганічних молекул, вторинних метаболітів)

Ферме́нти або ензи́ми — органічні каталізатори білкової або РНК природи. Ферменти каталізують більшість хімічних реакцій, які відбуваються у живих організмах. Вони можуть мати від одного до кількох поліпептидних ланцюгів — субодиниць. Кожен із ферментів має один або більше активних центрів, які визначають специфічність хімічної реакції, що каталізується даним ферментом. Крім активного центру деякі ферменти мають алостеричний центр, який регулює роботу активного центру. Ферментативна реакція також може регулюватися іншими молекулами, як білкової природи, так й іншими — активаторами та інгібіторами.Ферменти є біологічними каталізаторами, вони присутні у всіх живих клітинах і сприяють перетворенню одних речовин (субстратів) на інші (продукти). Ферменти виступають в ролі каталізаторів практично у всіх біохімічних реакціях, що відбуваються в живих організмах — ними каталізується біля 4000 хімічно окремих біореакцій[3]. Ферменти грають найважливішу роль у всіх процесах життєдіяльності, скеровуючи та регулюючи обмін речовин організму.

Подібно до всіх каталізаторів, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію, знижуючи енергію активації процесу. Хімічна рівновага при цьому не зміщується ні в прямий, ні у зворотний бік. Відмінність ферментів від небілкових каталізаторів полягає у їхній високій специфічності — константа дисоціації деяких субстратів з білком-ферментом може досягати менш ніж 10−10 моль/л.Ферменти широко використовуються і в народному господарстві — харчовій, текстильній промисловості, у фармакології.

12. Вітаміни

Вітамі́ни (лат. vitae — життя і "амін" - азотиста речовина, що містить NH2) — органічні сполуки різної хімічної природи, необхідні в невеликих кількостях для нормального обміну речовин і життєдіяльності живих організмів. Багато вітамінів є попередниками коферментів, які беруть участь у ферментативних реакціях. Людина і тварини не синтезують вітаміни, або синтезують у недостатній кількості, тому повинні одержувати їх з їжею. Нестача вітамінів приводить до порушення обміну речовин. Джерелом вітамінів найчастіше є рослини. Звичайно вітаміни поділяються на

розчинні у воді: В1 (тіамін), B2 (рибофлавін), В3 (нікотинамід, нікотинова кислота), B5 (пантотенова кислота), B6 (піридоксин, піридоксаль, піридоксамін), H (B7) (біотин), B9 (фолієва кислота), B12 (кобаламін), B4 (аденін), B8 (інозитол), B10 (параамінобензойна кислота), B11 (BC) (холін), С (аскорбінова кислота),;

нерозчинні у воді: А (ретинол), D2 (кальциферол), D3 (холекальциферол), Е (токоферол), К1 (філохінон).

Роль вітамінів полягає у прискоренні протікання процесів обміну, це своєрідні каталізатори, маючі енергетичну чи пластичну дію. Стимуляція обміну вітамінами за класифікацією по функціональній дії відбувається двома шляхами: коферментним та мембранним.

Вітаміни - низькомолекулярні органічні сполуки різноманітної хімічної природи, які не синтезуються (або синтезуються в недостатній кількості) в організмі людей і більшості тварин. Вони надходять з їжею і необхідні для каталітичної активності ферментів, які визначають перебіг біохімічних і фізіологічних процесів у живому організмі. Вітаміни належать до незамінних мікрокомпонентів їжі на відміну від макрокомпонентів - білків, ліпідів і вуглеводів. Вітаміни поділяють на водо- і жиророзчинні. До водорозчинних належать вітаміни С, групи В, Р і РР, до жиророзчинних - вітаміни A, D, Е і К. Виокремлюють також групу вітаміноподібних речовин, до яких належать холін, інозит, вітамін U, карнітин, оротова, пангамова (вітамін B12) і параамінобензойна кислоти, вітамін F. Потреба людини у вітамінах залежить від її віку, стану здоров'я, характеру діяльності, пори року, вмісту в їжі основних макрокомпонентів харчування. Розрізняють три ступені забезпечення організму вітамінами: авітаміноз - вітаміни відсутні повністю; гіповітаміноз - недостатність вітамінів, іноді відсутність якого-небудь одного чи кількох вітамінів; гіпервітаміноз - надлишкове їхнє надходження.

Дата добавления: 2015-04-24