Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма icon

Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма



НазваниеБиологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма
Головенко А.О
Дата конвертации09.08.2012
Размер84,86 Kb.
ТипРеферат
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма


Реферат на тему: Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма Выполнил: Головенко А.О. (ФФМ 117 группа) Преподаватель: Доцент Русняк Ю.И. 29.11.2004 Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма. АТФ. Гидролиз (греч. hydor вода + lysis разложение) – разложение веществ,проходящее с обязательным участием воды и протекающее по схеме: AB + H-OH > AH + BOH Реакции гидролиза подвергаются самые различные вещества. Так впроцессе пищеварения высокомолекулярные вещества (белки, жиры, полисахаридыи др.) подвергаются ферментативному гидролизу с образованиемнизкомолекулярных соединений (соответственно, аминокислот, жирных кислот иглицерина, глюкозы и др.).Без этого процесса не было бы возможным усвоение пищевых продуктов, так каквысасываться в кишечнике способны только относительно небольшие молекулы.Так, например, усвоение полисахаридов и дисахаридов становится возможнымлишь после полного их гидролиза ферментами до моносахаридов. Точно так жебелки и липиды гидролизуются до веществ, которые лишь потом могутусваиваться. Рассмотрим основные реакции гидролиза, протекающие ворганизме. Гидролиз белков. Белковые вещества составляют громадный классорганических, то есть углеродистых, а именно углеродисто азотистыхсоединений, неизбежно встречаемых в каждом организме. Роль белков ворганизме огромна. Без белков или их составных частей – аминокислот – неможет быть обеспечено воспроизводство основных структурных элементоворганов и тканей, а также образование ряда важнейших веществ, как,например, ферментов и гормонов. Белки пищи прежде, чем быть использованыдля построения тканей тела, предварительно расщепляются. Организмомиспользуется для питания не сам пищевой белок, а его структурные элементы –аминокислоты и, может быть, частично простейшие пептиды, из которых затем вклетках синтезируются специфические для данного вида организма белковыевещества.Каждый вид организма, каждый орган и каждая ткань содержат свои характерныебелки, и при усвоении чужеродных белков пищи организм прежде всего лишаетих видовой специфичности. Перед тем, как быть усвоенными белки должны бытьразложены на индифферентный материал. Разложение белковых веществ на болеепростые, лишенные видовой специфичности соединения, способные всасываться вкровь через стенки кишечника, осуществляется в пищеварительных органовчеловека и животных путем последовательного гидролиза под действием рядаферментов. В полости рта белки никаким изменениям не подвергаются, так как всостав слюны необходимые для этого протеолитические ферменты не входят.Переваривание белков начинается в желудке. В желудочно-кишечном тракте пищевые белки распадаются на аминокислотыпри участи пищеварительных протеолитических ферментов – пептидогидролаз.Эта группа ферментов различающихся по субстратной специфичности: каждый изэтих ферментов предпочтительно (т.е. с наибольшей скоростью) гидролизуетпептидные связи (рис.1), образованные определёнными аминокислотами. Врезультате совместного действия всех пищеварительных пептидогидролаз белкипищи полностью распадаются на аминокислоты. Таким путём организм получаетмономеры для синтеза собственных белков. В желудке переваривание (т. е. гидролитическое расщепление)происходит при действии протеолитического фермента пепсина; существеннуюроль в этом процессе играет соляная кислота, за счёт которой желудочный сокимеет низкое значение pH (1-2). Под действием этой кислоты выделяемыйглавными клетками желудочных желез белок пепсиноген превращается в пепсин.HCl катализирует этот процесс, в ходе которого отщепляется часть молекулы иобразуется активный центр фермента. Сам пепсин катализирует процесс своегообразования, т. е. является автокатализатором. Пепсин гидролизирует пептидные связи, удалённые от концов пептиднойцепи (поэтому пепсин относят к эндопептидазам). При этом белки распадаютсяна полипептиды, свободные аминокислоты практически не образуются. Переваривание белков завершается в верхнем отделе тонкого кишечникапод действием ферментов поджелудочной железы и клеток кишечника. Эти клеткипродуцируют ряд проферментов (трипсиноген, химотрипсиноген,прокарбопептидазы А и В, проэластаза). После каталитического образования впроферментах активного центра и отщепления части молекул, эти белкипревращаются соответственно в ферменты: Трипсин, Химотрипсин,Карбопептидазы А и В и Эластазу. 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,образованную концевым аминокислотным остатком. Карбопептидаза А отщепляетпреимущественно концевые аминокислоты с гидрофобным радикалом, акарбоксипептидаза В – остатки лизина и аргинина. Последний этап переваривания происходит при участии ферментов,синтезируемых клетками кишечника – аминопептидаз и дипептидаз. Первыеотщепляют концевые аминокислоты от пептидов, вторые гидролизуют дипептиды. Таким образом, переваривание пищевых белков – суть, последовательностьреакций гидролиза, катализирующегося рядом ферментов. Гидролиз – также основа синтеза мочевины, протекающего по уравнению:Данный процесс катализируется ферментом аргиназой, причём возможен иобратный процесс – синтез аргинина из орнитина (Цикл Кребса-Гензелейта). Гидролиз углеводов.Углеводы пищи в пищеварительном тракте распадаются на мономеры при действиигликозидаз – ферментов, катализирующих гидролиз гликозидных связей (рис.2)в полисахаридах.Переваривание начинается уже в ротовой полости: в слюне содержится ферментамилаза (?~1,4 – гликозидаза), расщепляющая ?~1,4 гликозидные связи.Поскольку пища в ротовой полости пребывает недолго, то крахмал здесьпереваривается лишь частично. Основным же местом перваривания крахмаласлужит тонкий кишечник, куда поступает амилаза в составе сока поджелудочнойжелезы. Амилаза не гидролизует гликозидную связь в дисахаридах, поэтомуосновным продуктом действия кишечой амилазы является дисахарид мальтоза.Из тех глюкозных остатков, которые в молекуле крахмала соединены 1,6-гликозидной связью, образуется дисахарид изомальтоза. Кроме того, с пищей ворганизм поступают дисахариды сахароза и лактоза (рис.3), которыегидролизуются специфическими гликозидазами – мальтазой, изомальтазой,лактазой и сахаразой соответственно.Продукты полного гидролиза углеводов – глюкоза, галактоза и фруктоза –через клетки кишечника поступают в кровь.Гидролиз жиров В 12-перстную кишку поступает желчь и сок поджелудочнойжелезы, необходимые для переваривания жиров. В соке поджелудочной железысодержится фермент липаза, катализирующий гидролиз сложноэфирной связи втриацилглицеринах. Поскольку жиры нерастворимы в водных средах, а липазанерастворима в жирах, гидролиз происходит лишь на поверхности раздела этихфаз и, следовательно, скорость переваривания зависит от площади этойповерхности. В составе желчи содержатся коньюгированные желчные кислоты (Рис.5) –гликохолевая и таурохолевая. Эти кислоты обладают амфифильными свойствами.На поверхности раздела жир-вода они ориентируются таким образом, чтогидрофобная циклическая часть оказывается погружённой в жир, а гидрофильнаябоковая цепь – в водную фазу. В результате образуется стабильная эмульсия. Под действием липазы идёт гидролиз жиров, в ходе которого жирныекислоты отщепляются от триацилглицерина одна за другой, сначала от ?-углеродных атомов, потом – от ?-углеродного атома (Рис. 6) Образующиеся в процессе переваривания пищи вещества-мономеры, вступаютв ряд реакций. Во многих из них они окисляются, и энергия, выделяющаяся приэтом окислении, используется для синтеза АТФ из АДФ – основного процессааккумулирования энергии в живых организмах. Эта энергия необходима дляроста и нормального функционирования организма. Человек получает её как засчёт многостадийного процесса окисления пищи – белков, жиров и углеводов,так и за счёт гидролиза некоторых сложных эфиров, амидов, пептидов игликозидоа. Однако главным источником энергии для многих биологическихпроцессов – 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 – аденозина инеорганической части – трёх связанных в цепь фосфатных групп. При рН ( 7,0АТФ существует в виде аниона АТФ 4- , так как все фосфатные группы при этомзначении водородного показателя ионизированы.Гидролиз АТФ записывают в виде кислотно-основного равновесия:: АТФ 4- + Н2О ( АДФ 3- + НРО4 2- + Н+ (Gо = -30,5 кДж/моль,где АДФ 3- - анион аденозидифосфата. Как видно, гидролиз соповождается убылью энергии Гиббса((Gо = -30,5 кДж/моль). Гидролиз может идти и дальше до образованияаденозинмонофосфата (АМФ) и, наконец, до аденозина. Освобождение значительной энергии при гидролизе дало основание ввестиспециальный термин для фосфоорганических веществ – макроэнергетические.Молекула АТФ содержит две высокоэнергетические (макроэнергетические) связи(рис.7). В химической формуле они традиционно обозначаются знаком ~ (тильда). Вмолекуле АДФ только одна высокоэнергетическая связь; в результате синтезаАТФ путём окилительного фосфорилирования добавляется ещё одна, т.е. энергияокисления субстрата трансформируется в энергию химических связей в молекулеАТФ. Энергия, освобождающаяся при реакциях гидролиза разных веществ, обычноневелика. Если она превышает 30 кДж/моль, то гидролизуемая связь называетсявысокоэнергетической. Энергия гидролиза АТФ в зависимости от от локализациив клетке может меняться от 40 до 60 кДж/моль. В среднем её принято считатьравной 50 кДж/моль. В таблице 2 представлены значения стандартной энергии Гиббса гидролизанекоторых органических фосфатов.Таблица 2: Стандартные энергии Гиббса гидролиза бионеорганическихсоединений(при рН = 7)|Соединение |(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. Что гидролиз одних фосфатов приводит квысвобождению несколько большей энергии, чем гидролиз АТФ, других –меньшей. Главный путь синтеза АТФ из АДФ – окислительное фосфорилирование. Приэтом АДФ фосфорилируется неорганическим фосфатом.: АДФ + H3PO4 + Энергия > АТФ + Н2О Реакция энергетически сопряжена с переносом водорода свосстановленных коферментов на кислород. При этом переносе освобождаетсяосновная часть энергии окисляемых. Энергия синтеза воды из газообразных Н2и О2 составляет 230 кДж/моль. Практически столько же получается, еслииспользуется водород. Входящий в состав органических соединений.Энергетическое сопряжение реакций переноса водорода и синтеза АТФпроисходит при участии митохондриальной мембраны и Н+-АТФ-синтетазы. Другой путь синтеза АТФ из АДФ – субстратное фосфорилирование. В этомслучае механизм сопряжения не требует участия мембран. Сущность же гидролиза заключается в переносе фосфатных групп отсоединений, которые при гидролизе выделяют больше энергии, чем АТФ, кфосфорилированным соединениям, выделяющим меньше свободной энергии пригидролизе, чем АТФ. Следовательно, АТФ функционирует в клетках как промежуточный продукт,переносящий энергию и сопрягающий реакции, сопровождающиеся выделением ипотреблением энергии. При расщеплении сложных органических соединений, например приокислении глюкозы – клеточного топлива, в клетках выделяется большоеколичество энергии. Значительная её часть запасается благодаря сопряжённомусинтезу АТФ и АДФ и неорганического фосфата (Рис.8). При участииспецифичного фермента – фосфотрансферазы – фосфатная группа отфосфоорганического соединения R1 – фосфат с более высокой, чем АТФ,энергией, переносится через АДФ. Это приводит к образованию АТФ: R1-фосфат + АДФ ( R1H + АТФ АТФ, в свою очередь, под действием другого фермента переноситконцевую фосфатную группу на молекулы органических соединений с меньшейэнергией, чем АТФ, тем самым запасая в них энергию. При этом вновьобразуется АДФ: R2H + АТФ ( R2-фосфат + АДФ,где R1-фосфат – фосфорорганическое соединение с более высокой энергией, чемАТФ; R2-фосфат – фосфорорганическое соединение с более низкой энергией, чемАДФ. Энергия гидролиза АТФ в свою очередь используется для обеспеченияразнообразных эндергонических процессов. Реакция фосфорилирования АДФ ипоследующего использования АТФ в качестве источника энергии образуетциклический процесс: Энергия окисляемых веществ Энергия Рассмотренные примеры доказывают колоссальную роль гидролиза впроцессах жизнедеятельности организма: На нём основываются процессы питанияи выделения, поддержания гомеостаза (постоянства среды) и перераспределнияэнергии. Список использованной литературы: 1. Николаев А. Я. Биологическая химия – М.: ООО «Медицинское информационное агенство», 1998. 2. Глинка Н. Л. Общая химия. Изд.19-е. «Химия», 1977. 3. Степаненко Б. Н. Курс органической химии. 3-е издание. М.: Высшая школа, 1979 4. Большая медицинская эндиклопедия. М.:«Советская энциклопедия», 1979. 5. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М.: Высшая школа, 1993 г-----------------------NH2 |C = NH |NH |CH2 |CH2 |CH2 |CH - NH2 |COOHNH2 |CH2 |CH2 |CH2 |CH - NH2 |COOHH2ONH2 |C=O |NH2аргининорнитинмочевинаАДФ+Н3РО4АТФ+Н2ОМышечноесокращение(механичес-кая работа)Трансмембраный электрический потенциал (электрическая работа)Трансмембранная разность концентраций (осмотическая работа)Эндергонические синтезы (химическая работа)R1-фосфатR2-фосфатАТФРис.8: Схема превращения энергии Гиббса в клетке




Нажми чтобы узнать.

Похожие:

Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconРеферат на тему: Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма Головенко А. О. (Ффм 117 группа) Преподаватель: Доцент Русняк Ю. И
...
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconТема: Выделение. Выделительная функция почек. Роль жкт. Легких и кожи в процессах выделения
Цель занятия: Изучить роль органов выделения в процессах поддержания гомеостаза организма
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconРоль минеральных веществ в жизнедеятельности организма. Роль минеральных веществ в жизнедеятельности организма
Необходим для развития костной системы, участвует в обмене белков, жиров, углеводов
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconТема: «Роль минеральных веществ в жизнедеятельности организма Значение молока в питании человека»
Цель урока: дать общие сведения о значении минеральных веществ в жизнедеятельности организма; ознакомить учащихся с питательной ценностью...
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconПамятка для учащихся Биологическая роль химического элемента. Потребность в элементе организма человека
Токсические свойства элемента. Симптомы отравления. Помощь при острых отравлениях
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconКласс паукообразные, особенности строения и жизнедеятельности
Задачи: расширить представления учащихся об особенностях строения и жизнедеятельности паукообразных, показать роль в природе и практическое...
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconТематический план раздел: «Кулинария»
...
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconЗанятие 8 по теме «Химия серы и ее соединений»
Приведите примеры гидролиза сульфидов, протекающего по 1-ой ступени и необратимо. Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярном...
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconУрок в 11 классе по теме «Гидролиз»
Ознакомить учащихся с сущностью гидролиза солей и научить составлять уравнения реакций гидролиза различных солей
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма iconБиологическая роль каротиноидов

Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы