Реферат: Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма

Реферат на тему:

Биологическая роль гидролиза в процессахжизнедеятельности организма

Выполнил: Головенко А.О.

(ФФМ 117группа)

Преподаватель: Доцент Русняк Ю.И.

29.11.2004

Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельностиорганизма. АТФ.

Гидролиз (греч. hydorвода + lysis разложение) –разложение веществ, проходящее с обязательным участием воды и протекающее посхеме:

AB + H-OH→ AH + BOH

Реакции гидролиза подвергаютсясамые различные вещества. Так в процессе пищеварения высокомолекулярныевещества (белки, жиры, полисахариды и др.) подвергаются ферментативномугидролизу с образованием низкомолекулярных соединений (соответственно,аминокислот, жирных кислот и глицерина, глюкозы и др.).

Без этого процесса не было бы возможным усвоение пищевыхпродуктов, так как высасываться в кишечнике способны только относительнонебольшие молекулы. Так, например, усвоение полисахаридови дисахаридов становится возможным лишь после полногоих гидролиза ферментами до моносахаридов. Точно также белки и липиды гидролизуютсядо веществ, которые лишь потом могут усваиваться. Рассмотрим основные реакциигидролиза, протекающие в организме.

<img src="/cache/referats/18446/image002.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026"> Гидролизбелков. Белковые вещества составляютгромадный класс органических, то есть углеродистых, а именно углеродистоазотистых соединений, неизбежно встречаемых в каждом организме. Роль белков ворганизме огромна. Без белков или их составных частей – аминокислот – не можетбыть обеспечено воспроизводство основных структурных элементов органов итканей, а также образование ряда важнейших веществ, как, например, ферментов игормонов. Белки пищи прежде, чем быть использованы для построения тканей тела,предварительно расщепляются. Организмом используется для питания не сам пищевойбелок, а его структурные элементы – аминокислоты и, может быть, частичнопростейшие пептиды, из которых затем в клетках синтезируются специфические дляданного вида организма белковые вещества.

Каждый вид организма, каждый орган и каждая ткань содержатсвои характерные белки, и при усвоении чужеродных белков пищи организм преждевсего лишает их видовой специфичности. Перед тем, как быть усвоенными белкидолжны быть разложены на индифферентный материал. Разложение белковых веществна более простые, лишенные видовой специфичности соединения, способныевсасываться в кровь через стенки кишечника, осуществляется в пищеварительныхорганов человека и животных путем последовательного гидролиза под действиемряда ферментов.
Вполости рта белки никаким изменениям не подвергаются, так как в состав слюнынеобходимые для этого протеолитические ферменты не входят. Переваривание белковначинается в желудке.

Вжелудочно-кишечном тракте пищевые белки распадаются на аминокислоты при участипищеварительных протеолитическихферментов – пептидогидролаз. Эта группа ферментов различающихся посубстратной специфичности: каждый из этих ферментов предпочтительно (т.е. снаибольшей скоростью) гидролизует пептидные связи(рис.1), образованные определёнными аминокислотами. В результате совместногодействия всех пищеварительных пептидогидролаз белкипищи полностью распадаются на аминокислоты. Таким путём организм получаетмономеры для синтеза собственных белков.

В желудкепереваривание (т. е. гидролитическое расщепление) происходит при действиипротеолитического фермента пепсина; существенную роль в этом процессе играетсоляная кислота, за счёт которой желудочный сок имеет низкое значение pH (1-2). Под действием этойкислоты выделяемый главными клетками желудочных желез белок пепсиногенпревращается в пепсин. HCl катализирует этот процесс, в ходе которого отщепляетсячасть молекулы и образуется активный центр фермента. Сам пепсин катализируетпроцесс своего образования, т. е. является автокатализатором.

Пепсин гидролизирует пептидные связи, удалённые от концовпептидной цепи (поэтому пепсин относят к эндопептидазам).При этом белки распадаются на полипептиды, свободные аминокислоты практическине образуются.

Перевариваниебелков завершается в верхнем отделе тонкого кишечника под действием ферментовподжелудочной железы и клеток кишечника. Эти клетки продуцируют рядпроферментов (трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбопептидазы А и В, проэластаза).После каталитического образования в проферментах активного центра и отщеплениячасти молекул, эти белки превращаются соответственно в ферменты: Трипсин,Химотрипсин, Карбопептидазы А и В и Эластазу.

<img src="/cache/referats/18446/image004.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1027"> Трипсин, Химотрипсин и эластаза – эндопептидазы – гидролизуют связи, лежащие ближе к середине полипептидной цепи. Продуктами их действияявляются, в основном, пептиды, но образуется и ряд аминокислот.

Карбопептидазы – экзопептидазы.Они гидролизуют пептидную связь, образованнуюконцевым аминокислотным остатком. Карбопептидаза Аотщепляет преимущественно концевые аминокислоты с гидрофобным радикалом, а карбоксипептидаза В – остатки лизина и аргинина.

Последнийэтап переваривания происходит при участии ферментов, синтезируемых клеткамикишечника – аминопептидаз и дипептидаз.Первые отщепляют концевые аминокислоты от пептидов, вторые гидролизуютдипептиды.

Таким образом, перевариваниепищевых белков – суть, последовательность реакций гидролиза, катализирующегосярядом ферментов.

мочевина

орнитин

аргинин

NH2

C=O

NH2

NH2

CH2

CH — NH2

COOH

NH2

C = NH

CH2

CH — NH2

COOH

H2O

<img src="/cache/referats/18446/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1035 _x0000_s1033 _x0000_s1034"> Гидролиз – также основа синтезамочевины, протекающего по уравнению:

Данный процесс катализируется ферментом аргиназой, причёмвозможен и обратный процесс – синтез аргинина из орнитина (Цикл Кребса-Гензелейта).

Гидролиз углеводов.

<img src="/cache/referats/18446/image008.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1045">гликозидаз – ферментов, катализирующих гидролиз гликозидных связей (рис.2) в полисахаридах.

Переваривание начинается уже в ротовой полости: в слюнесодержится фермент амилаза (α~1,4 – гликозидаза),расщепляющая α~1,4 гликозидные связи. Посколькупища в ротовой полости пребывает недолго, то крахмал здесь переваривается лишьчастично. Основным же местом перваривания крахмаласлужит тонкий кишечник, куда поступает амилаза в составе сока поджелудочнойжелезы. Амилаза не гидролизует гликозиднуюсвязь в дисахаридах, поэтому основным продуктом действия кишечойамилазы является дисахарид мальтоза.

<img src="/cache/referats/18446/image010.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1046">гидролизуютсяспецифическими гликозидазами – мальтазой,изомальтазой, лактазой исахаразой соответственно.

Продукты полного гидролиза углеводов – глюкоза, галактоза ифруктоза – через клетки кишечника поступают в кровь.

<img src="/cache/referats/18446/image014.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1048">Гидролиз жиров В 12-перстную кишкупоступает желчь и сок поджелудочной железы, необходимые для перевариванияжиров. В соке поджелудочной железы содержится фермент липаза, катализирующийгидролиз сложноэфирной связи в триацилглицеринах.Поскольку жиры нерастворимы в водных средах, а липаза нерастворима в жирах,гидролиз происходит лишь на поверхности раздела этих фаз и, следовательно,скорость переваривания зависит от площади этой поверхности.

В составе желчи содержатся коньюгированные желчные кислоты (Рис.5) – гликохолеваяи таурохолевая. Эти кислоты обладают амфифильными свойствами. На поверхности раздела жир-водаони ориентируются таким образом, что гидрофобная циклическая часть оказываетсяпогружённой в жир, а гидрофильная боковая цепь – в водную фазу. В результатеобразуется стабильная эмульсия.

<img src="/cache/referats/18446/image016.gif" v:shapes="_x0000_s1049">
Под действием липазы идёт гидролиз жиров, в ходе которого жирные кислотыотщепляются от триацилглицерина одна за другой,сначала от α-углеродных атомов, потом – от β-углеродного атома (Рис.6)

Образующиеся в процессепереваривания пищи вещества-мономеры, вступают в ряд реакций. Во многих из нихони окисляются, и энергия, выделяющаяся при этом окислении, используется длясинтеза АТФ из АДФ – основного процесса аккумулирования энергии в живыхорганизмах. Эта энергия необходима для роста и нормального функционированияорганизма. Человек получает её как за счёт многостадийного процесса окисленияпищи – белков, жиров и углеводов, так и за счёт гидролиза некоторых сложныхэфиров, амидов, пептидов и гликозидоа. Однако главным источником энергии для многихбиологических процессов – биосинтеза белка, ионного траспорта,сокращения мышц, электрической активности нервных клеток – является аденозинтрифосфат (АТФ).

АТФ (Аденозинтрифосфорная кислота) принадлежит к бионеорганическимсоединениям, так как состоит из органической части – аденозинаи неорганической части – трёх связанных в цепь фосфатных групп. При рН <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">³

7,0 АТФ существует в виде аниона АТФ 4- ,так как все фосфатные группы при этом значении водородного показателяионизированы.

Гидролиз АТФ записывают в виде кислотно-основногоравновесия::

АТФ 4- + Н2О<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">Û

АДФ 3- + НРО4 2- + Н+

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

Gо = -30,5 кДж/моль,

где АДФ 3- — анион аденозидифосфата.

Как видно,гидролиз соповождается убылью энергии Гиббса

(<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">D

Gо = -30,5 кДж/моль). Гидролиз может идти и дальше до образования аденозинмонофосфата (АМФ) и, наконец, до аденозина.

<img src="/cache/referats/18446/image018.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1072">фосфоорганических веществ – макроэнергетические.Молекула АТФ содержит две высокоэнергетические (макроэнергетические)связи (рис.7).

В химической формулеони традиционно обозначаются знаком ~ (тильда). В молекуле АДФ только однавысокоэнергетическая связь; в результате синтеза АТФ путём окилительногофосфорилирования добавляется ещё одна, т.е. энергия окислениясубстрата трансформируется в энергию химических связей в молекуле АТФ.

Энергия, освобождающаяся приреакциях гидролиза разных веществ, обычно невелика. Если она превышает 30 кДж/моль, то гидролизуемая связьназывается высокоэнергетической. Энергия гидролиза АТФ в зависимости от от локализации в клетке может меняться от 40 до 60 кДж/моль. В среднем её принято считать равной 50 кДж/моль.

В таблице 2 представлены значениястандартной энергии Гиббса гидролиза некоторых органических фосфатов.

Таблица 2: Стандартные энергии Гиббса гидролизабионеорганических соединений

(при рН = 7)

Соединение

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

Gо, кДж/моль

Фосфоенолпируват

-61,9

Ацетилфосфат

-43,1

Креатинфосфат

-43,1

Пирофосфат

-33,5

АТФ

-30,5

АТФ

-30,5

Глюкозо-1-фосфат

-20,9

АМФ

-14,2

Глюкозо-6-фосфат

-13,8

Глицеро-1-фосфат

-9,2

Из данных этой таблицы видно. Чтогидролиз одних фосфатов приводит к высвобождению несколько большей энергии, чемгидролиз АТФ, других – меньшей.

Главный путь синтеза АТФ из АДФ –окислительное фосфорилирование. При этом АДФ фосфорилируется неорганическим фосфатом.:

АДФ + H3PO4 +Энергия → АТФ + Н2О

Реакцияэнергетически сопряжена с переносом водорода с восстановленных коферментов накислород. При этом переносе освобождается основная часть энергии окисляемых.Энергия синтеза воды из газообразных Н2 и О2 составляет230 кДж/моль. Практически столько же получается, если используется водород.Входящий в состав органических соединений. Энергетическое сопряжение реакцийпереноса водорода и синтеза АТФ происходит при участии митохондриальноймембраны и Н+-АТФ-синтетазы.

Другой путьсинтеза АТФ из АДФ – субстратное фосфорилирование. Вэтом случае механизм сопряжения не требует участия мембран.

Сущность жегидролиза заключается в переносе фосфатных групп от соединений, которые пригидролизе выделяют больше энергии, чем АТФ, к фосфорилированнымсоединениям, выделяющим меньше свободной энергии при гидролизе, чем АТФ.

Следовательно,АТФ функционирует в клетках как промежуточный продукт, переносящий энергию исопрягающий реакции, сопровождающиеся выделением и потреблением энергии.

R1-фосфат

АТФ

<img src="/cache/referats/18446/image020.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1073"> При расщеплении сложных органическихсоединений, например при окислении глюкозы – клеточного топлива, в клеткахвыделяется большое количество энергии. Значительная её часть запасается благодарясопряжённому синтезу АТФ и АДФ и неорганического фосфата (Рис.8). При участииспецифичного фермента – фосфотрансферазы – фосфатнаягруппа от фосфоорганического соединения R1 – фосфат с более высокой,чем АТФ, энергией, переносится через АДФ. Это приводит к образованию АТФ:

R1-фосфат + АДФ <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

R1H + АТФ

R2-фосфат

Рис.8: Схема превращения энергии Гиббса в клетке

АТФ, в своюочередь, под действием другого фермента переносит концевую фосфатную группу намолекулы органических соединений с меньшей энергией, чем АТФ, тем самым запасаяв них энергию. При этом вновь образуется АДФ:

R2H + АТФ <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®

R2-фосфат + АДФ,

где R1-фосфат– фосфорорганическое соединение с более высокой энергией, чем АТФ; R2-фосфат –фосфорорганическое соединение с более низкой энергией, чем АДФ.

Энергиягидролиза АТФ в свою очередь используется для обеспечения разнообразных эндергонических процессов. Реакция фосфорилированияАДФ и последующего использования АТФ в качестве источника энергии образуетциклический процесс:

Энергия окисляемыхвеществ

АДФ+Н3РО4

АТФ+Н2О

Мышечное

сокращение

(механичес-кая работа)

Трансмембраный электрический потенциал (электрическая работа)

Трансмембранная разность концентраций (осмотическая работа)

Эндергонические синтезы (химическая работа)

Рассмотренные примеры доказываютколоссальную роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма: На нёмосновываются процессы питания и выделения, поддержания гомеостаза (постоянствасреды) и перераспределния энергии.

Список использованнойлитературы:

1.<span Times New Roman"">

агенство», 1998.

2.<span Times New Roman"">

3.<span Times New Roman"">

4.<span Times New Roman"">

эндиклопедия. М.:«Советскаяэнциклопедия», 1979.

5.<span Times New Roman"">

еще рефераты

Еще работы по биологии. химии

Реферат по биологии. химии

Белки

29 Августа 2013

Реферат по биологии. химии

Аминокислоты

29 Августа 2013