Реферати » Реферати по біології » Біологічна роль гідролізу в процесах життєдіяльності організму

Біологічна роль гідролізу в процесах життєдіяльності організму

Реферат на тему:

Біологічна роль гідролізу в процесах життєдіяльності організму

Виконав: Головенко А.О.

(ФФМ 117 група)

Викладач: Доцент Русняк Ю.І.

29.11.2004
Біологічна роль гідролізу в процесах життєдіяльності організму. АТФ.

Гідроліз (грец. Hydor вода + lysis розкладання) - розкладання речовин, що проходить з обов'язковою участю води і протікає за схемою:

AB + H-OH> AH + BOH

Реакції гідролізу піддаються самі різні речовини. Так в процесі травлення високомолекулярні речовини (білки, жири, полісахариди та ін.) Піддаються ферментативному гідролізу з утворенням низькомолекулярних сполук (відповідно, амінокислот, жирних кислот і гліцерину, глюкози і ін.).
Без цього процесу не було б можливим засвоєння харчових продуктів, так як висмоктувати в кишечнику здатні тільки відносно невеликі молекули.
Так, наприклад, засвоєння полісахаридів і дисахаридів стає можливим лише після повного їх гідролізу ферментами до моносахаридів. Точно так же білки і ліпіди гідролізуються до речовин, які лише потім можуть засвоюватися. Розглянемо основні реакції гідролізу, що протікають в організмі.

Гідроліз білків. Білкові речовини становлять величезний клас органічних, тобто вуглецевих, а саме вуглецево азотистих сполук, неминуче зустрічаються в кожному організмі. Роль білків в організмі величезна. Без білків або їх складових частин - амінокислот - не може бути забезпечено відтворення основних структурних елементів органів і тканин, а також утворення низки найважливіших речовин, як, наприклад, ферментів і гормонів. Білки їжі перш, ніж бути використані для побудови тканин тіла, попередньо розщеплюються. Організмом використовується для живлення не сам харчової білок, а його структурні елементи - амінокислоти і, може бути, частково найпростіші пептиди, з яких потім у клітинах синтезуються специфічні для даного виду організму білкові речовини.


Кожен вид організму, кожен орган і кожна тканина містять свої характерні білки, і при засвоєнні чужорідних білків їжі організм передусім позбавляє їх видовий специфічності. Перед тим, як бути засвоєними білки повинні бути розкладені на індиферентний матеріал. Розкладання білкових речовин на більш прості, позбавлені видовий специфічності з'єднання, здатні всмоктуватися в кров через стінки кишечника, здійснюється в травних органів людини і тварин шляхом послідовного гідролізу під дією ряду ферментів.

У порожнині рота білки ніяким змінам не піддаються, тому що до складу слини необхідні для цього протеолітичні ферменти не входять.
Переваривание білків починається в шлунку.

У шлунково-кишковому тракті харчові білки розпадаються на амінокислоти при долі травних протеолітичних ферментів - пептидогидролаз.
Ця група ферментів що розрізняються за субстратної специфічності: кожен з цих ферментів переважно (тобто з найбільшою швидкістю) гидролизует пептидні зв'язку (рис.1), утворені певними амінокислотами. В результаті спільної дії всіх травних пептидогидролаз білки їжі повністю розпадаються на амінокислоти. Таким шляхом організм отримує мономери для синтезу власних білків.

У шлунку перетравлювання (т. Е. Гидролитическое розщеплення) відбувається при дії протеолітичного ферменту пепсину; істотну роль в цьому процесі відіграє соляна кислота, за рахунок якої шлунковий сік має низьке значення pH (1-2). Під дією цієї кислоти виділяється головними клітинами шлункових залоз білок пепсиноген перетворюється на пепсин.
HCl каталізує цей процес, в ході якого відщеплюється частина молекули і утворюється активний центр ферменту. Сам пепсин каталізує процес своєї освіти, т. Е. Є автокатализаторов.

Пепсин гідролізує пептидні зв'язки, вилучені від кінців пептидного ланцюга (тому пепсин відносять до ендопептідазу). При цьому білки розпадаються на поліпептиди, вільні амінокислоти практично не утворюються.

Переваривание білків завершується у верхньому відділі тонкого кишечника під дією ферментів підшлункової залози і клітин кишечника. Ці клітини продукують ряд проферментов (тріпсіноген, хімотріпсіноген, прокарбопептідази А і В, проеластази). Після каталітичного освіти в профермент активного центру і відщеплення частини молекул, ці білки перетворюються відповідно в ферменти: Трипсин, Хімотрипсин,
Карбопептідази А і В і еластази.

Трипсин, Хімотрипсин і еластаза - ендопептідази - гидролизуют зв'язку, що лежать ближче до середини поліпептидного ланцюга. Продуктами їх дії є, в основному, пептиди, але утворюється і ряд амінокислот.

Карбопептідази - екзопептідази. Вони гидролизуют пептидную зв'язок, утворену кінцевим амінокислотним залишком. Карбопептідази А отщепляет переважно кінцеві амінокислоти з гідрофобним радикалом, а карбоксипептидаза В - залишки лізину і аргініну.

Останній етап перетравлення відбувається за участю ферментів, синтезованих клітинами кишечника - аминопептидаз і дипептидаз. Перші отщепляют кінцеві амінокислоти від пептидів, другі гидролизуют дипептиди.

Таким чином, перетравлювання харчових білків - суть, послідовність реакцій гідролізу, каталізує поруч ферментів.

Гідроліз - також основа синтезу сечовини, що протікає за рівнянням:

Даний процес каталізується ферментом аргінази, причому можливий і зворотний процес - синтез аргініну з орнитина (Цикл Кребса-Гензелейта ).

Гідроліз вуглеводів.
Вуглеводи їжі в травному тракті розпадаються на мономери при дії гликозидаз - ферментів, які каталізують гідроліз глікозидних зв'язків (рис.2) в полисахаридах.

Переваривание починається вже в ротовій порожнині: в слині міститься фермент амілаза (? ~ 1,4 - глікозідаза), що розщеплює? ~ 1,4 глікозидні зв'язку.
Оскільки їжа в ротовій порожнині перебуває недовго, то крохмаль тут перетравлюється лише частково. Основним же місцем перваріванія крохмалю служить тонкий кишечник, куди надходить амілаза в складі соку підшлункової залози. Амілаза НЕ гідролізують гликозидную зв'язок в дисахаридами, тому основним продуктом дії кишкової амілази є дисахарид мальтоза.
З тих глюкозних залишків, які в молекулі крохмалю з'єднані 1,6-гликозидной зв'язком, утворюється дисахарид изомальтоза. Крім того, з їжею в організм надходять дисахариди сахароза і лактоза (рис.3), які гідролізуються специфічними глікозідазамі - мальтаза, ізомальтаза, лактазой і сахараза відповідно.

Продукти повного гідролізу вуглеводів - глюкоза, галактоза і фруктоза - через клітини кишечника надходять у кров.
Гідроліз жирів У 12-палу кишку надходить жовч і сік підшлункової залози, необхідні для перетравлення жирів. У соку підшлункової залози міститься фермент ліпаза, що каталізує гідроліз складноефірний зв'язку в тріацілгліцеріни. Оскільки жири нерозчинні у водних середовищах, а ліпаза нерастворима в жирах, гідроліз відбувається лише на поверхні розділу цих фаз і, отже, швидкість перетравлення залежить від площі цієї поверхні.

У складі жовчі містяться Кон'югований жовчні кислоти (Рис.5) - глікохолевой і таурохолевая. Ці кислоти володіють амфіфільних властивостями.
На поверхні розділу жир-вода вони орієнтуються таким чином, що гідрофобна циклічна частина виявляється зануреною в жир, а гідрофільна бічна ланцюг - у водну фазу. В результаті утворюється стабільна емульсія.

Під дією ліпази йде гідроліз жирів, в ході якого жирні кислоти відщеплюються від тріацілгліцеріна одна за одною, спочатку від? - Вуглецевих атомів, потім - від?-вуглецевого Атома (Рис. 6)

Утворені в процесі перетравлення їжі речовини-мономери, вступають в ряд реакцій. У багатьох з них вони окислюються, і енергія, що виділяється при цьому окисленні, використовується для синтезу АТФ з АДФ - основного процесу акумулювання енергії в живих організмах. Ця енергія необхідна для росту і нормального функціонування організму. Людина отримує її як за рахунок многостадийного процесу окислення їжі - білків, жирів і вуглеводів, так і за рахунок гідролізу деяких складних ефірів, амідів, пептидів і глікозідоа. Однак головним джерелом енергії для багатьох біологічних процесів - біосинтезу білка, іонного траспорту, скорочення м'язів, електричної активності нервових клітин - є аденозинтрифосфат (АТФ).

АТФ (Аденозинтрифосфорная кислота) належить до біонеорганічної сполукам, тому що складається з органічної частини - аденозину та неорганічної частини - трьох пов'язаних в ланцюг фосфатних груп. При рН (7,0
АТФ існує у вигляді аніону АТФ 4, так як всі фосфатні групи при цьому значенні водневого показника іонізовані.
Гідроліз АТФ записують у вигляді кислотно-основного рівноваги ::

АТФ 4 + Н2О (АДФ 3-+ НРО4 2-+ Н +

(Gо =-30,5 кДж / моль , де АДФ 3-- аніон аденозідіфосфата.

Як видно, гідроліз соповождается убутком енергії Гіббса
((Gо =-30,5 кДж / моль). Гідроліз може йти і далі до утворення аденозинмонофосфата (АМФ) і, нарешті, до аденозину.

Звільнення значної енергії при гідролізі дало підставу ввести спеціальний термін для фосфоорганіческіх речовин - макроенергетіческіе.
Молекула АТФ містить дві високоенергетичні (макроенергетіческіе) зв'язку
(рис.7).
У хімічній формулі вони традиційно позначаються знаком ~ (тильда). В молекулі АДФ тільки одна високоенергетична зв'язок; в результаті синтезу
АТФ шляхом окілітельного фосфорилирования додається ще одна, тобто енергія окислення субстрату трансформується в енергію хімічних зв'язків в молекулі
АТФ.

Енергія, що звільняється при реакціях гідролізу різних речовин, зазвичай невелика. Якщо вона перевищує 30 кДж / моль, то гідролізуемая зв'язок називається високоенергетичної. Енергія гідролізу АТФ в залежності від від локалізації в клітині може змінюватися від 40 до 60 кДж / моль. В середньому її прийнято вважати рівною 50 кДж / моль.

У таблиці 2 представлені значення стандартної енергії Гіббса гідролізу деяких органічних фосфатів.

Таблиця 2: Стандартні енергії Гіббса гідролізу біонеорганічної сполук
(при рН = 7)
| З'єднання | (Gо, кДж / моль |
| фосфоенолпіруват |-61,9 |
| Ацетілфосфат |-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 |
| гліцер-1-фосфат |-9,2 |

З даних цієї таблиці видно. Що гідроліз одних фосфатів призводить до вивільнення кілька більшої енергії, ніж гідроліз АТФ, інших - меншою.

Головний шлях синтезу АТФ з АДФ - окисне фосфорилювання. При цьому АДФ фосфорилюється неорганічним фосфатом .:

АДФ + H3PO4 + Енергія> АТФ + Н2О

Реакція

Сторінки: 1 2