Липиды, классиф., биол.ф-ии, Липидные мономеры. Формулы рационального питания для липидных компонентов

Липиды (от греч. lipos — жир) — это гетерогенная группа орга­нических веществ, не растворимых в воде, но растворимых в аполярных органических растворителях (хлороформ, бензол, эфир, ацетон, этанол и др.).

Содержание липидов в организме, как правило, составляет 10—20 % от массы тела и зависит от вида тканей, возраста, пола животного, количества и состава пищи.

Биологические функции липидов

1. Структурная. Участвуют в структурно-функциональной организации мембраннных систем клетки. В качестве структурных компонентов клетки участвуют в передаче нервного импульса (в нервной ткани содержится 20—25 % фосфолипидов).

2. Энергетическая. Липиды являются резервом энергетического топлива. Так, например, триацилглицериды (ТАГ) при расщеплении 1 г дают 38,9 кДж энергии (это в 2,5 раза больше, чем при сгорании такого же количества углеводов или белков).

Липиды так же, как белки и углеводы, являются источником эндогенной воды. При окислении 100 г жира образуется 107,1 г воды, углеводов — 55,5 г, белков — 41,3 г.

3. Защитная. Жировая ткань защищает внутренние органы от травм. Жиры участвуют в образовании липидных компонентов кожи позвоночных, восковой пленки на поверхности листьев и пло­дов, предохраняющей их от потери воды, в образовании клеточных стенок бактерий и кутикулы насекомых.

4. Терморегуляторная. Жиры участвуют в процессах термо­регуляции, защищая внутренние органы от охлаждения.

5. Транспортная. Транспортируют жирорастворимые компо­ненты в процессе всасывания.

Классификация липидов

До настоящего времени единой строго научной классификации липидов нет, что объясняется многообразием структурных компонен­тов, входящих в их состав. Существует несколько классификаций.

В соответствии со структурной классификацией липиды под­разделяют на однокомпонентные (липидные мономеры) и много­компонентные. В свою очередь многокомпонентные липиды под­разделяются на простые и сложные (липоиды).

К липидным мономерам относятся высшие углеводороды, высшие алифатические спирты, альдегиды, кетоны, изопреноиды и их производные, высшие аминоспирты (сфингозины), жирные кислоты, высшие полиолы.

Простые многокомпонентные липиды — это эфиры высокомоле­кулярных алкоголей и жирных кислот. К ним относятся ацилглицери-ды (жиры), воски, стериды.

Сложные липиды (липоиды) являются сложными эфирами, со­держащими также азотистые основания и радикалы фосфорной кислоты. К ним относятся липопротеиды, фосфо- и гликолипиды.

По степени полярности липиды подразделяются на нейтральные (неполярные) и полярные. Нейтральные липиды — это нейтральные жиры.

По отношению к щелочам выделяют омыляемые и неомыля-емые липиды. Омыляемая фракция липидов подвергается щелоч­ному гидролизу. Неомыляемые липиды — соединения, не подверга­ющиеся щелочному гидролизу: липидные мономеры, стерины, простые эфиры, жирорастворимые витамины.

По расположению в тканях и функциям липиды подразделя­ются на структурные (плазматические) и запасные (депозитные). Структурные липиды входят в состав клеточных мембран и прото­плазмы. К ним относятся фосфо-, глико- и сульфолипиды. Депозит­ные липиды являются лабильной составной частью тканей, их со­держание находится в прямой зависимости от упитанности организма. Ряд авторов делит липиды на три основные группы: нейтраль­ные липиды, фосфолипиды и сфинголипиды.

Представители липидных мономеров

Углеводороды

Высшие углеводороды являются липидами простейшего типа, например: С₃₀Н₅₀ — сквален, C₁₈H₃₂ — пристан, С_|8Н₃₂ — гадлузенен, С₁₀Н₂₂ — декан, С₂₈Н₄₆ - цеторхинен.

Сквален — алифатический ненасыщенный углеводород с шестью двойными связями, бесцветное подвижное масло; М = 410,7, (_кт = 213 °С, t = -20 °Г.

Сквален является промежуточным соединением в биосинтезе холестерина. Содержится в жирах печени некоторых морских жи­вотных и рыб (акул, скатов, химер).

Каротиноиды (от лат. carota — морковь) — углеводороды состава С₄₀Н₅₆. Одной из характерных особенностей каротиноидов является наличие в них большого числа сопряженных двойных свя­зей, образующих хромоформные группы, от которых зависит окраска тканей.

Наиболее важными являются а-, β -, γ -каротины, которые содержатся в растениях и служат провитаминами жирораствори­мого витамина А. а-Каротин отличается от β -изомера положением двойной связи в одном из циклов, расположенных по концам моле­кулы. В отличие от а- и β-изомеров γ-каротин имеет только один цикл.

Группа каротиноидов включает 65—70 природных пигментов. Они содержатся в большинстве растений, в животных организмах их концентрация низкая. Все натуральные каротиноиды рассмат­риваются как производные ликопина — каротиноида, который ха­рактерен для плодов томатов, некоторых ягод и фруктов. Наиболее известными пигментами являются каротины, придающие окраску моркови. Криптоксантин и цеоксантин — это каротины, определя­ющие окраску семян желтой кукурузы; ликопин — каротиноид, обус­ловливающий окраску плодов томата; лютеин — желтый пигмент, содержащийся наряду с каротинами в зеленых частях растений; цитроксантин — это каротиноид, который содержится в кожуре цит­русовых плодов; фукоксантин характерен для бурых водорослей и принимает участие в процессе фотосинтеза в качестве вспомога­тельного пигмента.

К липидным мономерам также относятся хлорофиллы — пигменты, придающие зеленую окраску растениям и участвующие в процессе фотосинтеза.

Высшие полиолы (спирты)

Высшие полиолы (спирты) — это липидные мономеры, кото­рые могут входить в состав многокомпонентных липидов; они под разделяются на насыщенные и ненасыщенные.

Насыщенные спирты

Октиловый, Дециловый,Лауриновый,

додециловый, Миристиновый,,тетрадециловый

Цетиловый,,гексадециловый

Стеариновый, октадециловый, батиловый

Мирициловый

Ненасыщенные спирты

Каприновый,,атрофиловый,Макроцефаловый,

децениловый,Додецениловый,

одонтоцефалиновый,Тетрадецениловый,

физетериловый, Гексадецениловый

зоомариновый,Октадецениловый

олеиловый, селахиловый

Аминоспирты

Аминоспирты — это спирты, которые содержат аминогруппу, могут входить в состав липидов и являться липидными мономерами. Характерным аминоспиртом является сфингозин: CH₂(CH₃)₁₂—СН=СН—СН—СН—СН₂

ОН NH₂ ОН

Сфингозин в виде церамин-1^-ацильного производного входит в состав сложных липидов, а именно сфинголипидов — типичных компонентов высокоорганизованных тканей, особенно тканей нервной системы. В процессе миелинизации они накапливаются в сером и белом веществе головного мозга; содержатся в оболочках аксонов периферической нервной системы, мембранах эритроцитов, плазме крови, печени, легких, селезенке, почках.

Холин относят к группе витаминов В, синтезируется из метионина и аминоэтилового спирта (этаноламина), является сильным основанием и входит в состав лецитинов. Структурная формула холина

Жирные кислоты

Жирные кислоты подразделяются на насыщенные и ненасы­щенные.

Согласно Женевской номенклатуре систематическое название жирных кислот чаще всего образуется путем добавления к назва­нию углеводорода окончания -овая. Насыщенные кислоты при этом имеют окончание -ановая (например, октановая), а ненасыщенные -еновая (например, октадеценовая — олеиновая кислота).

Общие сокращенные формулы для жирных кислот С^r_m» С_m:r, где т — число атомов С, включая атом С карбоксильной группы; k — число кратных связей.

Атомы углерода нумеруются, начиная от карбоксильной груп­пы, содержащей атом углерода (углерод 1). Атом углерода, следу­ющий за карбоксильной группой (углерод 2), называют также а-углеродом, атом углерода 3 - β-углеродом, а углерод концевой метильной группы (углерод п) — ω-углеродом.

Для указания числа двойных связей и их положения принима­ются различные обозначения:

• символ Δ с цифрой, указывающей номер атома углерода, означает положение первой двойной связи, при этом нумерация идет от атома углерода карбоксильной группы, например, Δ 9 означает, что двойная связь в молекуле жирной кислоты находится между атомами 9 и 10 от карбоксильной группы;

• символ ω обозначает обратный ход нумерации, со обозначается первый атом углеродного радикала, например, ω 9 показывает, что двойная связь между 9-м и 10-м атомами углерода, если их отсчиты­вать с ω -конца.

В молекулы жирных кислот животных организмов в процессе метаболизма могут входить дополнительные двойные связи, но всегда между уже имеющимися двойной связью (например,ω9,ω6, ωЗ) и карбоксильным углеродом; это позволяет разделить жирные кислоты животного происхождения на три семейства — ω9,ω6, ω3

Насыщенные жирные кислоты

Насыщенными жирными кислотами называются карбоновые кислоты, углеродные цепи которых не содержат двойных связей.

Насыщенные жирные кислоты (в отличие от ненасыщенных) устойчивы к действию окислителей.

Углеродные цепи насыщенных кислот имеют форму зигзаго­образной линии, когда они вытянуты, как, например, при низких температурах. При высоких температурах происходит поворот вокруг ряда связей, приводящий к укорочению цепей, именно поэтому при повышении температуры биомембраны становятся тоньше.

Насыщенные жирные кислоты характерны для твердых жиров, ненасыщенные — для жидких.

Ненасыщенные жирные кислоты

Ненасыщенные жирные кислоты — это кислоты, содержащие в углеродном скелете двойные (кратные) связи.

В зависимости от степени ненасыщенности (количество двойных связей) их подразделяют:

— на мононенасыщенные (моноэтеноидные, моноеновые) кис­лоты — содержат одну двойную связь;

• — полиненасыщенные (полиэтеноидные, полиеновые) кислоты — содержат более двух двойных связей. Некоторые авторы относят к полиеновым кислотам ненасыщенные жирные кислоты, содержа­щие три и более кратных связей.

У ненасыщенных жирных кислот наблюдается геометрическая изомерия, обусловленная различием в ориентации атомов или групп относительно двойной связи. Если ацильные цепи располагаются с одной стороны от двойной связи, образуется цис-конфитурация, характерная, например, для олеиновой кислоты; если же они рас­полагаются по разные стороны от двойной связи, то образуется транс-конфигу рация.

К ненасыщенным жирным кислотам относятся оксикислоты, например рицинолевая кислота, имеющая гидроксильную группу у атома С₁₂:

С₂₁Н₄₁СООН

СН₃-(СН₂)₇-СН=СН-(СН₂)_П-СООН

Циклические ненасыщенные жирные кислоты

Молекулы циклических ненасыщенных кислот содержат мало реакционноспособные углеродные циклы. Характерными примерами являются гиднокарповая и хаульмугровая кислоты.

Эти кислоты входят в состав масел тропических растений, используемых для лечения проказы и туберкулеза.

Незаменимые {эссенциальные) жирные кислоты

В 1928 г. Эванс и Бэрр обнаружили, что у крыс, получающих обезжиренный, но содержащий витамины А и D рацион, наблюда­ется замедление роста, снижение плодовитости, чешуйчатый дер­матит, некроз хвоста, поражение мочевой системы. В своих рабо­тах они показали, что данные синдромы можно лечить, добавляя в пищу незаменимые жирные кислоты.

Незаменимые (эссенциальные) жирные кислоты — это кислоты, которые не синтезируются организмом человека, а поступают в него с пищей. Незаменимыми кислотами являются:

- линолевая С₁₇Н₃₁СООН (две двойные связи),

— линоленовая С₁₇Н₂₉СООН (три двойные связи),

— арахидоновая С₁₉Н₃₁СООН (четыре двойные связи),

Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организ­ме человека, арахидоновая — синтезируется из линолевой с помощью витамина В₆. Эти кислоты называются витамином F (от англ. fat — жир) и входят в состав растительных масел.

У людей, в питании которых отсутствуют незаменимые жир­ные кислоты, развивается чешуйчатый дерматит, нарушение транс­порта липидов. Во избежание этих нарушений необходимо, чтобына долю незаменимых жирных кислот приходилось до 2 % от общей калорийности. Незаменимые жирные кислоты используются орга­низмом в качестве предшественников биосинтеза простагландинов и лейкотриенов, участвуют в построении клеточных мембран, регу­лировании обмена веществ в клетках, кровяного давления, агрега­ции тромбоцитов, выводят из организма избыточное количество холестерина, уменьшая таким образом вероятность заболевания атеросклерозом, повышают эластичность стенок кровеносных сосу­дов. Наибольшей активностью обладает арахидоновая кислота, про­межуточной — линолевая; активность линоленовой кислоты в 8—10 раз ниже активности линолевой кислоты.

а-Линоленовая кислота является ω-З-кислотой, линолевая, ара­хидоновая и γлиноленовая — ω-6-кислотами, последние входят в семейство омега-6.

Линолевая кислота входит в состав многих растительных масел, содержится в пшенице, арахисе, семенах хлопчатника, сое. Арахи­доновая кислота обнаруживается вместе с линолевой кислотой, осо­бенно в арахисовом масле; является важным элементом фосфоли-пидов животных. а-Линоленовая кислота также обнаруживается вместе с линолевой кислотой, особенно в льняном масле, γлиноле-новая — характерна для розового масла.

Рекомендуемое Институтом питания РАМН соотношение ω-6: ω-3 в рационе для здорового человека составляет 10: 1, для лечебного питания от 3: 1 до 5: 1. Суточная потребность в линоле­вой кислоте — 6—10 г, ее суммарное содержание в жирах пищевого рациона должно составлять не менее 4 % от общей калорийности.

Для здорового организма соотношение жирных кислот должно быть сбалансированным: 10—20 % полиненасыщенных, 50—60 % мононенасыщенных и 30 % насыщенных. Для людей пожилого воз­раста и больных сердечно-сосудистыми заболеваниями содержание линолевой кислоты должно составлять 40 % от общего содержания жирных кислот. Соотношение полиненасыщенных и насыщенных кислот 2: 1, соотношение линолевой и линоленовой кислот 10: 1.

 

11.Гидролазы, биол. роль, п/Кл, представители.

Гидролазы — это ферменты, катализирующие процессы гидро­лиза (гидролиз эфирных, сложноэфирных, пептидных и гликозильных связей, кислотных ангидридов, связей С—С, С-галоида, Р—N).

Гидролазы подразделяются на эстеразы, карбогидразы, протеазы, амидазы, дезаминазы, фосфорилазы и др.

Эстеразы — ферменты, катализирующие реакции расщепления и синтеза сложных эфиров:

эстеразы

R-CO-O-R₁ + Н₂О <-------- > R-COOH + _R1OH

К ним относятся липазы, танназы, хлорофиллазы, пектинэстера-зы (пектазы), фосфатазы, сульфатазы.

Липазами (КФ 3.1.1.3) называются эстеразы, катализирующие гидролиз и синтез жиров:

СН₂-О-СО— R, СН₂ —ОН

СН—О—СО—R₂ + ЗН₂О -^липаза--> СН—ОН—R₁COOН + R₂COOH + R₃COOH

СН₂-О—СО—R₃ CH₂—ОН

Танназы — ферменты, катализирующие гидролиз сложного эфи­ра таннина.

Хлорофиллазы — это эстеразы, катализирующие переэтерифи-кацию хлорофилла.

Пектазы катализируют гидролиз эфиров пектина.

Фосфатазы ускоряют расщепление и синтез сложных эфиров, об­разованных спиртами и фосфорной кислотой. Они подразделяются на фосфатазы неспецифического и специфического действия. Неспецифи­ческие фосфатазы катализируют отщепление Н,РО₄ от фосфорных эфи­ров, для них характерен широкий диапазон рН (4,5—9,0). К ним относят­ся рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза, катализирующие распад рибонуклеиновой и дезокси рибонуклеиновой кислот. Специфические фос­фатазы действуют на фосфорные эфиры определенного состава. К ним относится фруктозодифосфатаза, действующая только на фруктозоди-фосфорную кислоту. Сульфатазы катализируют гидролиз и синтез слож­ных эфиров серной кислоты.

К карбогидразам относятся ферменты, катализирующие гидро­лиз и синтез гликозидов, олиго- и полисахаридов. Карбогидразы под­разделяются на олигазы и полиазы. Полиазы — ферменты, катализи­рующие гидролиз полисахаридов, а олигазы — гидролиз олигосахаридов.

Олигазы

К олигазам относятся а-глюкозидаза, [3-глюкозидаза, а-галакто-зидаза, (3-галактозидаза, (3-фруктофуранозидаза.

а-Глюкозидаза, или мальтаза — фермент, расщепляющий а-глюкозидную связь в дисахаридах и глюкозидах. Биологическим субстратом для данного фермента являются мальтоза и сахароза. Содержится в тканях растений, плесневых грибах, дрожжах, бактери­ях, проросшем просяном зерне. Просяной солод применяют как до­бавку к ячменному солоду при изготовлении мальтозной патоки, так как он богат активной мальтазой.

р-Глюкозидаза — фермент, расщепляющий Р-глюкозидную связь в ди- и полисахаридах, Р-глюкозидах (глюкозиды — амигдалин, арбутин).

а-Галактозидаза — фермент, катализирующий гидролиз а-галакто-зидов, например рафинозы и мелибиозы. Этот фермент содержится в пивных дрожжах и грибном солоде, например в такадиастазе — ферментном препарате, полученном из плесневых грибов.

Р-Галактозидаза (К.Ф 3.2.1.23), или лактаза, — фермент, катали­зирующий гидролиз лактозы на глюкозу и галактозу; содержится в бактериях, плесневых грибах, плодах миндаля, в лактозных дрож­жах, в молочных железах животного организма.

Р-Фруктофуранозидаза (КФ 3.2.1.26), или сахараза, или инвертаза,— фермент, катализирующий расщепление сахарозы на глюкозу и фруктозу.

а-Глюкозидаза гидролизует сахарозу у а-глюкозидного С-атома остатка глюкозы, а Р-фруктофуранозидаза гидролизует связь у Р-глюкозидиого С-атома остатка фруктозы. р-Фруктофуранозидаза (сахараза) также гидролизирует рафинозы (триозы) с образованием молекулы фруктозы и молекулы дйсахарида мелибиозы.

Полиазы

Одной из полиаз является амилаза, которую называют также птиалином, или диастазой. Амилаза была открыта в 1814 г. К.С. Кирхгофом. Содержится в слюне, панкреатическом соке, плесне­вых грибах, проросшем зерне; гидролизует крахмал до декстринов и мальтозы. Амилазы гидролизуют крахмальные зерна и крахмаль­ный клейстер. Установлено существование трех амилаз: а-амилазы, Р-амилазы и у-амилазы (глюкоамилазы).

а-Амилаза (КФ 3.2.1.1) (другие названия птиалин, декстриноге-ноамилаза, гликогеназа) — содержится в слюне, в проросших зернах пшеницы, ржи, ячменя.

fi-Амилаза (КФ 3.2.1.2.), или сахарогеноамилаза, содержится в зернах пшеницы, ржи, ячменя, соевых бобах.

а- и $-Амилазы различаются по характеру действия на компо­ненты крахмала — амилозу и амилопектин.

fi-Амилаза расщепляет амилозу на 100 % до мальтозы, амило­пектин — на 54 % до мальтозы и на 46 % — до декстринов, дающих с йодом красно-коричневое окрашивание. Данные декстрины гидро-лизуются ос-амилазой до декстринов с меньшей молекулярной массой, не дающих окрашивания с йодом, с образованием незначительного количества мальтозы.

Декстрины, образовавшиеся при действии Р-амилазы на амило­пектин, гидролизуются а-амилазой с образованием декстринов, облада­ющих меньшей молекулярной массой и дающих окрашивание с йодом.

При последующем длительном действии а-амилазы на крахмал 85 % его превращается в мальтозу. Таким образом, при действии на крахмал Р-амилазы образуется в основном мальтоза и незначитель­ное количество высокомолекулярных декстринов-. При действии на крахмал а-амилазы образуются в основном декстрины меньшей мо­лекулярной массы и незначительное количество мальтозы.

Оптимум рН Р-амилазы — 4, а-амилазы — 5,5.

Так как активность а-амилазы снижается при повышении кис­лотности, тесто из муки, полученной из проросшего зерна, замешива­ют на жидких дрожжах (молочнокислых заквасках); молочная кисло­та угнетает действие а-амилазы.

а-Амилаза более устойчива к действию повышенных темпера­тур, ее температурный оптимум (68 °С) выше температурного опти­мума Р-амилазы (52 °С).

Семена растений отличаются содержанием а- и Р-амилазы. Так, Р-амилаза содержится в непроросших семенах пшеницы, ржи и ячменя, а-амилаза образуется лишь при прорастании. В непророс­ших и проросших соевых бобах присутствует только Р-амилаза. В непроросших семенах сорго содержится а-амилаза.

Инактиваторы амилазы — белки и дубильные вещества — служат регулирующим фактором в прорастающем и созревающем зерне.

Солод, применяемый при изготовлении пива-и осахаривании карто­фельных или мучных заторов в спиртовой промышленности, является ис­точником активной амилазы, превращающей крахмал в сбраживаемый сахар — мальтозу. Активный грибной солод получают из плесневых грибов.

Глюкоамилаза (КФ 3.2.1.3) — фермент, гидролизующий крахмал с образованием глюкозы и небольшого количества декстринов. Полу­чают из плесневых грибов и используют для производства кристал­лической глюкозы и глюкозной патоки.

Целлюлаза — комплекс двух ферментов: эндоглюканазы (КФ 3.2.1.4) и экзоглюканазы (КФ 3.2.1.74). Гидролизует клетчатку с образованием целлобиозы. Целлюлаза содержится в проросшем зерне, бактериях и плесневых грибах, является активным ферментом в грибах-вредителях, живущих на древесине.

Бактерии, живущие в желудках травоядных животных, выделя­ют активную целлюлазу, которая гидролизует клетчатку. Этим объяс­няется способность животных переваривать и усваивать клетчатку.

Инулиназа(КФ 3.2.1.7), или инулаза, — фермент, гидролизующий инулин с образованием фруктозы. Обнаружена в высших растениях содерж ащих большое количество инулина, и плесневых грибах.

Гемицеллюлазы — группа ферментов, гидролизующих различ­ные гемицеллюлозы. Последние содержатся в прорастающих семенах и плесневых грибах. Например, ксиланаза (КФ 3.2.1.32) гидролизует ксиланы до ксилозы.

Протопектиназа и полигалактуроназа (пектиназа) — фермен­ты, расщепляющие пектиновые вещества. Протопектиназа — фермент, разрушающий связи между метоксилированной полигалактуроновой кислотой и арабаном или галактаном. Эта кислота (растворимый пек­тин) гидролизуется пектинэстеразой до метилового спирта и полига­лактуроновой кислоты. Полигалактуроназа катализирует гидролиз по­лигалактуроновой кислоты. Полигалактурон'аза характерна для бактерий и плесневых грибов, в высших растениях встречается редко (пока об­наружена только в плодах томатов). Плесневые грибы используются для получения препаратов данных ферментов, которые применяются в пищевой промышленности для осветления фруктовых соков, плодо­вых и виноградных вин, содержащих большое количество растворимо­го пектина.

^Протеазы (протеолитические ферменты) — это ферменты, ка­тализирующие гидролиз белков, полипептидов, олигопептидов. Под­разделяются на протеиназы (полипептидазы) и пептидазы.

Протеиназы (полипептидазы) осуществляют гидролиз белков и высокомолекулярных полипептидов. Пептидазы расщепляют низ­комолекулярные пептиды (тетра-, три- и дипептиды).

По воздействию на конкретные участки пептидной цепи протеоли-тические ферменты делятся на эндопептидазы (действуют на участки цепи, расположенные далеко от ее концов) и экзопептидазы (отщепля­ют концевые аминокислоты). Примерами экзопептидаз являются кар-бокси- и аминопептидазы.

В зависимости от строения активного центра протеолитических ферментов выделяют следующие протеиназы:

— сериновые, содержащие в активном центре серии (трипсин, химотрипсин);

— тиоловые, содержащие в активном центре цистеин (катепсин В);

— кислые, содержащие в активном центре две —СООН-группы (пепсин, катепсин Д).

Протеолитические ферменты подразделяются на ферменты же­лудочно-кишечного тракта, тканевые и бактериальные.

Дезамидазы (амидазы) - гидролазы, катализирующие процес­сы дезаминирования амидов кислот с образованием NH₃ и кислоты. К амидазам относятся аргиназа, уреаза, аспарагиназа, глутаминаза. Аргиназа — фермент печени, катализирует гидролиз аргинина с обра­зованием мочевины и орнитина. Уреаза — фермент, катализирующий гидролиз мочевины с образованием NH₃ и СО₂. Аспарагиназа деза-минирует аспарагин, глутаминаза - глутамин.

Дезаминазы катализируют процессы дезаминирования азотис­тых оснований (аденин,гуанин) с образованием спиртов и аммиака.

Гуаназа и аденилаза катализируют дезаминирование гуанина и адениловой кислоты.

В растительной клетке гидролитические ферменты локализова­ны в вакуолях, отделенных от цитоплазмы белково-липидной мемб­раной —тонопластом.

 

Пищеварительные ферменты

П'ищеварительные ферменты — это энзимы, катализирующие процессы гидролиза пищевых веществ. К ним относятся протеолити-ческие ферменты.

Пищеварительные протеолитические ферменты

Протеолиз — это гидролиз белков. Протеолитические пищева­рительные ферменты {протеазы) — ферменты, катализирующие гид­ролиз белков. Протеолитические ферменты относятся к классу гидро-лаз. Протеазы подразделяются на протеиназы (полипептидазы) и пептидазы.

Протеиназами (полипептидазами) называются ферменты, ка­тализирующие гидролиз белков и полипептидов, пептидазами — фер­менты, катализирующие гидролиз олигопептидов.

Кроме того, протеазы подразделяются на эндопептидазы и эк-зопептидазы. Эндопептидазы — это протеазы, катализирующие раз­рыв внутри пептидной цепочки, экзопептидазы — ферменты, катали­зирующие отщепление концевых аминокислот. К эндопептидазам относятся пепсин, трипсин и др., к экзопептидазам — карбоксипепти-даза, аминопептидаза.

К протеолитическим ферментам относятся ферменты желудка (пепсин, парапепсин, гастриксин, химозин) и ферменты кишечника (трипсин, химотрипсин, аминопептидаза, ди-, три-, тетра- и карбокси-пептидаза, эластаза).

Коллаген в организме человека не гидролизуется, так как фер­мент коллагеназа отсутствует.

Ферменты желудка

Толщина слизистой оболочки желудка от 1,5 до 2,5 мм, она по­крыта слоем специальных железистых клеток, которые выделяют сли-зеподобный секрет. В более глубоких слоях слизистой оболочки рас­положены железы, состоящие из главных и обкладочных клеток. Эти железы вырабатывают желудочный сок, содержащий ферменты и соляную кислоту.

В слизистой желудка образуются биологически активные веще­ства (гормон гастрин, олигопептиды), оказывающие возбуждающее

действ.ие на нейроны продолговгого мозга, что усиливает актив­ность желудочных желез.

П епсин (от греч. pepsls — пш№арение) — протеиназа, входящая в соста_в желудочного сока, — выкатывается обкладочными клетка­ми ели зистой оболочки желудка,вносится к гидролазам. Молекула пепсин а представляет собой однуголипептидную цепь, содержащую 327 ам инокислотных остатков. Р?псин получают в виде белковых криста ллов. Молекулярная масса!епсина — 34 644. Кристаллический ¹ пепсин обладает высокой каталимческой активностью, 1 г пепсина за 2 ч створаживает 100 000 л молка или растворяет 50 кг сваренно­го яичн ого белка. Активатором пеяина являются ионы водорода (HCI) и сам ггепсин. Профермент пепеш — пепсиноген.

И, пепсин Пепсиноген-------->Пепсин

Пепсин гидролизует не толыо белки, но поли- и олигопептиды (основной субстрат - белок), а танке пептидные связи, образованные аминными группами ароматических аминокислот. Оптимум рН для пепсину 1,5-2,5.

Для определения активности пепсина используется метод Пят­ницкого (экспресс-метод). В основ(иетода лежит способность пепсина створа>кивать белок молока — ка*иноген. Створаживание молочно-ацетат1 юй смеси пепсином при рН4,9 и температуре 25 °С происхо­дит пропорционально его способнети переваривать белок. За едини­цу акти вности пепсина принимаюжоличество пепсина (в мг), которое при рЩ 4,9—5,0 и температуре 2S °С створаживает 5 см³ молочно-ацетатчой смеси (данная единица сютветствует 0,010 мг кристалличес­кого пепсина). Желудочный сок в ирме содержит в 1 см^:! 40—60 единиц^ пепсину, т. е. в 1 см³ желудочного сока должно быть 0,4-0,6 мг пепсина.-i

Гастриксин (от греч. gastros- желудок) — фермент, входящий в состав желудочного сока, вырайтывается слизистой желудка. От­носится к гидролазам, является яротеиназой. Оптимум рН 3,5—4,0. Профермент гастриксина - гастриксиноген. Активатором гастрикси-на являются ионы Н⁺ (НС1), субстратом — белки, продуктами гидро­лиза — полипептиды.

Псжрапепсин — фермент, входящий в состав желудочного сока, вырабатывается обкладочными клетками слизистой оболочки желуд­ка. Пар апепсин относится к гидройзам, является протеиназой. Акти­вируется ионами Н⁺(НС1). Субаратом для парапепсина является белок гемоглобин, продуктами гидролиза — полипептиды.

 

Желатиназа — гидролаза, присутствующая в желудочном соке, гидролизует полипептид желатину. Является протеиназой.

Химозин (от греч. chymos — сок) - протеиназа, вырабатывае­мая слизистой желудка. Другие названия фермента — реннин, сы­чужный фермент, лабфермент. Характерен для детского организма. Активатором являются ионы Н^т, зимогеном — химозиноген, субстра­том - белки молока. В промышленности химозин получают из сычу­га (четвертый отдел желудка теленка), в котором содержится сычуж­ный фермент, створаживающий молоко. Его также применяют в качестве створаживающего средства при изготовлении сыров. Сычуж­ный фермент превращает белок молока казеиноген в сгусток казеината кальция. Очищенный сычужный фермент получают в виде кристаллев, он обладает высокой каталитической активностью: одна часть фермента при рН 6,2 и температуре 37 °С свертывает 4 550 000 частей молока. ■

Ферменты кишечника

Кишечный сок — пищеварительный сок, выделяемый либеркю-новыми железами слизистой оболочки кишечника. За сутки выделя­ется 2 л кишечного сока.

Кишечный сок — это бесцветная мутноватая жидкость, рН > 7. В состав сока входят следующие протеолитические ферменты: кар-бокси-, амино-, ди-, три-, тетрапептидаза.

Кишечный сок содержит энтерокиназу, которая является акти­ватором всех протеолитических ферментов панкреатического сока.

Панкреатический (поджелудочный) сок — пищеварительный сок поджелудочной железы. За сутки вырабатывается 0,8 л панкреати­ческого сока, который поступает в двенадцатиперстную кишку.

Секреция поджелудочного сока начинается через 2—3 мин после приема пищи и продолжается 6—14 ч, при приеме жирной пищи происходит более продолжительное сокоотделение.

Панкреатический сок является бесцветной прозрачной жидко­стью, имеет рН 7,8—8,7. Протеолитическими ферментами панкреати­ческого сока являются трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза.

Трипсин (от греч. thrypsis — разжижение) — протеиназа, кото­рая входит в состав панкреатического сока, выделяемого поджелу­дочной железой и поступающего по протокам в тонкий кишечник. Молекулярная масса трипсина 24 000. Изоэлектрическая точка соот­ветствует рН 10, оптимум рН 8—9 (физиологический диапазон рН тонкого кишечника 7,8—8,2).

Трипсин гидролизует преимущественно пептидные связи, в ко­торых участвует карбоксильная группа лизина или аргинина. Зимо­геном трипсина является трипсиноген. В 1899 г. Шеповальников, со­трудник лаборатории академика И.П. Павлова, установил, что в пищеварительном соке трипсин присутствует в виде профермента трипсиногена. Активация трипсина происходит в двенадцатиперстной кишке. Активаторами трипсина являются трипсин и энтерокиназа. Активированный трипсин в свою очередь является активатором всех протеолитических ферментов в полости двенадцатиперстной кишки. В процессе активации из одной молекулы трипсина отщепляется одна молекула гексапептида.

Химотрипсин (от греч. chymos — сок + thrypsis — разжижение) — пищеварительный протеолитический фермент, входит в состав панкреати­ческого сока. Проферментом химотрипсина является химотрипсиноген, активатором — энтерокиназа и трипсин. Химотрипсин относится к классу гидролаз, является протеиназой. Оптимум рН 7,8—8,2. Субстратами для химотрипсина являются полипептиды, продуктами гидролиза — олиго-пептиды. Химотрипсин расщепляет пептидные связи между ароматиче­скими аминокислотами, а также связи, которые не быди гидролизованы трипсином. Для активного центра химотрипсина характерно наличие ос­татков таких аминокислот, как серии, гистидин, аспарагиновая кислота. \

Карбоксипептидаза (карбоксиполипептидаза) — пищеварительная гидролаза — вырабатывается поджелудочной железой и входит в состав панкреатического сока. Субстратом для карбоксипептидазы являются олигопептиды, содержащие С-концевые аминокислоты (концев^-е. амино­кислоты, содержащие свободную группу -СООН).

Шифр карбоксипептидаз — 3.4.12.

Одним из представителей является карбоксипептидаза А (КФ 3.4.12.2), которая по классификации относится к металлофер-ментам. Молекулярная масса — 35 000, 1 моль содержит 1 моль Zn²⁺ на 1 моль белка. Содержится в кишечнике, выделена в виде кристал­лов. Используется в карбоксипептидазном методе определения ами­нокислотной последовательности в белковой молекуле.

Аминопептидаза — пищеварительный гидролитический фермент, вырабатываемый слизистой кишечника, входит в состав кишечного сока. Катализирует отщепление N-концевых аминокислот — амино­кислот, находящихся на конце полипептидной цепи и содержащих свободную аминогруппу —NH₂.

Аминопептидазы имеют шифр 3.4.11.

Одним из представителей является широко распространенная в природе лейцинаминопептидаза (КФ 3.4.11.1). Данный фермент содержит Zn, гидролизует соединения, имеющие N-концевую амино­кислоту лейцин (пептиды, амиды).

Тетра-, три- и дипептидазы — ферменты, которые расщепляют тетра-, три- и дипептиды до аминокислот, относятся к пептидазам.

Эрепсин — смесь аминопептидаз и тетра-, три-, дипептидаз — входит в состав кишечного сока.

Энтерокиназа — специфичный активатор трипсиногена и химот-рипсиногена. Синтезируются кишечными эпителиоцитами. С помо­щью желчных кислот энтерокиназа попадает в просвет кишечника, поэтому активация происходит и в полости и мембранно.

На участке между лизином и изолейцином энтерокиназа строго из­бирательно отщепляет пептид из шести молекул (гексапептид). Она "уз­нает" последовательность аминокислотных остатков изолейцин — валин — глицин.