Элементарная биохимия
субстраты, т.е. на вещества, превращения, которых они катализируют.
4. Одним из важнейших свойств ферментов является их регулируемость.
При ферментативных реакциях в отличие от неферментативных наблюдаются
лишь незначительные побочные процессы, для ферментативных реакций
характерен почти 100% выход продуктов.
Согласно классификации, все ферменты разделяются на шесть классов в
соответствии с характером катализируемых ими реакций.
1. Оксидоредуктазы. Катализируют окислительно-восстановительные реакции.
2. Трансферазы. Катализируют реакции переноса группировок с одного
соединения на другое.
3. Гидролазы. Ускоряют гидролитическое расщепление веществ.
4. Лиазы. Катализируют реакции негидролитического расщепления с
образованием двойных связей или реакции присоединения по двойным связям.
5. Изомеразы. Катализируют реакции изомерации соединений.
6. Лигазы (синтетазы). Ускоряют реакции синтеза с использованием энергии
макроэргических соединений.
Ферментативные препараты находят широкое применение в различных
отраслях промышленности. В хлебопекарном производстве для ускорения
гидролиза крахмала и улучшения качества теста используют амилазы. При
приготовлении детской пищи с целью облегчения переваривания углеводов и
белков исходные продукты обрабатываются амилазой и протеиназами.
Специфические протеиназы используют в виноделии, в кожевенной
промышленности, при производстве синтетических моющих средств. Ферменты
используют как лекарственные средства: пепсин, трипсин, химотрипсин,
лидаза, стрептокиназа…
Нуклеиновые кислоты[10]
Нуклеиновые кислоты – это сложные соединения, состоящие из пуринового
или пиримидинового азотистого основания, моносахарида пентозы (рибозы или
дезоксирибозы) и фосфорной кислоты.
Нуклеиновые кислоты – важнейший компонент всех живых организмов, всех
живых клеток. С участием нуклеиновых кислот происходит образование белков.
Каждый живой организм содержит свои специфические белки, которыми он
отличается то других организмов. Информация, определяющая особенности
структуры белков, «записана» в ДНК и передается в ряду поколений молекулами
ДНК. Все нуклеиновые кислоты делятся на два типа в зависимости от того,
какой моносахарид входит в их состав; рибонуклеиновая кислота (РНК)
содержит рибозу, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) содержит
дезоксирибозу.
Пуриновые и пиримидиновые азотистые основания, входящие в состав
нуклеиновых кислот, являются производными ароматических, гетероциклических
соединений – пурина и пиримидина. Среди пуриновых азотистых оснований
главную роль играют аденин (А) и гуанин (Г), а среди пиримидиновых
оснований – цитозин (Ц), урацил (У), тимин (Т). В состав ДНК входят аденин,
цитозин, гуанин, тимин; в РНК вместо тимина присутствует урацил.
ДНК подобно белкам имеет первичную, вторичную и третичную структуру.
Хромосомы животных, бактерий, вирусов содержат по одной непрерывной ДНК-
спирали огромной длины по сравнению с размерами ядра. Более 99% ДНК клетки
находится в ее ядре и около 1% в цитоплазме. Наследственная информация
передается с помощью уникальной последовательности участков ядерной ДНК.
Содержащиеся в клетке РНК различаются размером, составом, функциями и
локализацией. В цитоплазме содержится РНК нескольких видов: транспортная
РНК (тРНК), информационная РНК (иРНК), рибосомная РНК (рРНК). В ядре
локализована ядерная РНК (яРНК), количество которой составляет от 4 до 10%
от суммарной клеточной РНК.
Синтез РНК, ДНК и белка очень сложные, взаимосвязанные процессы,
которыми вплотную занимается такая наука, как генная инженерия. Основная
задача генной инженерии – получение молекул ДНК in vitro, их размножение и
введение в организм с целью получения новых наследственных свойств.
Углеводы[11]
Углеводами называют альдегиды и кетоны многоатомных спиртов и полимеры
этих соединений. В биосфере углеводов больше, чем всех других органических
соединений вместе взятых. В растительном мире на их долю приходится 80-90%
из расчета на сухое вещество. В животном организме углеводов содержится
около 2% массы тела, но значение их одинаково велико для всех живых
организмов, о чем свидетельствуют те важные функции, которые они выполняют.
1. Энергетическая. Окисляясь в процессе дыхания, углеводы выделяют
заключенную в них энергию и обеспечивают значительную часть потребности
организма в ней. При окислении 1г углеводов выделяется 16,9 кДж энергии.
2. Пластическая. Углеводы используются для синтеза многих важных для
организма веществ: нуклеиновых кислот, органических кислот, а из них –
аминокислот и далее белков, липидов и т. д.
3. Защитная. Углеводы – основные компоненты оболочек растительных тканей,
они участвуют в построении наружного скелета насекомых и ракообразных, в
образовании клеточных стенок бактерий и клеточных мембран всех живых
организмов.
4. Опорная. Целлюлоза и другие полисахариды оболочек растений не только
защищают клетки от внешних воздействий, но и образуют прочный остов
растения. В комплексе с белками углеводы входят в состав хрящевых тканей
человека и животных.
5. Специфические функции углеводов. Углеводы определяют антигенную
специфичность, обусловливают различия групп крови и др.
6. Углеводы выполняют также функцию запасных питательных веществ.
Углеводы подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
К моносахаридам относятся углеводы и их производные, которые не
способны расщепляться без потери основных углеводных свойств.
Олигосахариды гидролизуются с образованием небольшого числа
моносахаридов (от 2 до 10).
Полисахариды (гликаны) представляют собой высокомолекулярные полимеры
моносахаридов и их производных. Число остатков моносахаридных единиц в них
от 10 до нескольких тысяч.
Образование углеводов происходит в растениях в процессе фотосинтеза и
в микроорганизмах в процессе хемосинтеза.
Человек и животные не способны к первичному биосинтезу углеводов из
неорганических веществ, они могут лишь образовывать их в процессе
глюконеогенеза из других органических веществ (органических кислот, жиров,
аминокислот), но главным источником углеводов является пища. Углеводы
составляют существенную часть рациона человека и многих животных. На их
долю приходится 60-70% общей суммы калорий пищи человека. Углеводы
всасываются через слизистую оболочку кишечника только в виде моносахаридов.
Для расщепления и переваривания крупных полисахаридов в пищеварительном
тракте имеются десятки различных ферментных систем. В результате
последовательного воздействия ферментов углеводы превращаются в
моносахариды, они хорошо всасываются через кишечную стенку в кровь и
разносятся по организму для выполнения своих функций.
Липиды[12]
Липидами называются неоднородные в химическом отношении вещества,
общим свойством которых является хорошая растворимость в неполярных
органических растворителях: эфире, ацетоне, хлороформе, бензоле и т. п. По
своему химизму липиды, в большинстве случаев, представляют собой сложные
эфиры высших жирных кислот с глицерином или некоторыми другими спиртами
специфического строения. В составе ряда липидов кроме этих компонентов
встречаются фосфорная кислота, азотистые основания, или углеводы. В
экстракте, полученном при обработке животных или растительных тканей
органическими растворителями, присутствуют обычно высшие и полициклические
спирты, жирорастворимые витамины, которые некоторые авторы также относят к
классу липидов.
Липиды могут быть классифицированы следующим образом:
1. Нейтральные жиры и свободные жирные кислоты
2. Фосфолипиды
3. Гликолипиды
4. Стероиды
5. Воска
6. Терпены
Функции этого класса соединений важны и разнообразны.
1. Прежде всего, липиды в виде комплекса с белками являются
структурными элементами мембран клеток и клеточных органелл. В связи с этим
они определяют транспорт веществ в клетки и участвуют в ряде других
процессов, связанных с функционированием мембран.
2. Липиды служат также энергетическим материалом для организма. При
окислении 1 г жира выделяется 39 кДж энергии, т. е. В 2 раза больше, чем
при расщеплении 1 г углеводов. Одновременно липиды являются запасными
веществами, в форме которых депонируется метаболическое топливо.
Определенное исключение в этом отношении составляют бактерии: у большинства
из них накопление энергии осуществляется в нелипидной форме (гликоген) и
