Калининградский Государственный Технический университет
Курсовая работа
По дисциплине: Биохимия
По теме: Специфичность амилазы
2010г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
1.2. АМИЛАЗЫ СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ
1.3 СПЕЦИФИЧНОСТЬ АМИЛАЗЫ
1.4. ВЛИЯНИЕ ИНГИБИТОРОВ И АКТИВАТОРОВ НА АКТИВНОСТЬ АМИЛАЗЫ
2. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
4. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Одним из фундаментальных понятий, как биологии, так и химии является понятие «фермент».
Изучение ферментов имеет большое значение для любой области химической, пищевой и фармацевтической промышленности, занятых производством биологически активных веществ для медицины и народного хозяйства. Поэтому одним из ключевых понятий общей биохимии является понятие «фермент».
Актуальность работы: амилазы широко используются в пищевой промышленности. Так амилазы используются в хлебопечении и технологиях брожения. Также амилаза играет значительную роль в расщеплении крахмала в организме человека. Поэтому понимание действия амилазы важно для оптимизации промышленного производства и изучения обмена веществ в организме человека.
Цель: данной работы рассмотреть специфичность действия амилазы.
В рамках достижения поставленной цели необходимо рассмотреть следующие задачи:
1. Изучить классификацию ферментов.
2. Разобрать строение и функции фермента амилаза.
3. Изучить специфические действия фермента амилаза.
4.Рассмотреть влияние ингибиторов и активаторов на активность амилазы.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
Современная классификация ферментов разработана в 1961 г. Комиссией по ферментам Международного биохимического союза. В основу классификации положен тип катализируемой реакции, которая является специфичным для каждого фермента.
Согласно этой классификации все ферменты делят на 6 главных классов:
1. Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции;
2. Трансферазы – катализируют реакции межмолекулярного переноса групп атомов и радикалов;
3. Гидролазы – катализируют реакции расщепления при участии воды;
4. Лиазы – катализируют реакции внутримолекулярного негидролитического расщепления, с образованием двойной связи или присоединения по двойной связи;
5. Изомеразы – катализируют реакции изомеризации;
6. Лигазы (синтетазы) – катализируют реакции синтеза с затратой энергии.
Оксидоредуктазы.
К классу оксидоредуктаз относят ферменты, катализирующие реакции окисления-восстановления. Общая схема может быть представлена следующим образом:
Окисление протекает как процесс отнятия атомов Н (электроном от субстрата, а восстановление – как присоединение атомов Н (электронов) к акцептору. Если обозначить рецептор буквой А, а субстрат В, то уравнение реакции окисления–восстановления при участии оксидоредуктаз примет такой вид:
В природных объектах обнаружено около 500 индивидуальных оксидоредуктаз. Наиболее распространены оксидоредуктазы, содержащие в качестве активной группы никотинамидадениндинуклеотид, или НАДН+. Их принято называть дегидрогеназами.
Число известных процессов окисления спиртовых групп до карбонильных с помощью никотинамидных коферментов превышает две сотни. Например, важный промежуточный этап окисления глюкозы – это окисление глицеральдегид-3-фосфата, который протекает по реакции и приводит к образованию смешанного ангидрида 3-фосфоглицериновой кислоты и ортофосфорной кислоты – 1,3-дифосфоглицерата.
Такой характер окисления имеет важное биоэнергетическое значение, поскольку остаток фосфорной кислоты, образующий ангидридную связь, может быть перенесен от 1,3-дифосфоглицерата на АДФ с образованием АТФ. Фермент, катализирующий эту реакцию, называют глицеральдегид-3- фосфатдегидрогеназой.
Особого рассмотрения заслуживает подподкласс оксидоредуктаз, к которым относится небольшое число исключительно важных ферментов, катализирующих окислительное декарбоксилирование кетокислот остатком липоамида, связанного амидной связью с через аминогруппу остатка лизина с апоферментом трансацетилазой:
$IMAGE6$
Кофактором этих ферментов является тиаминпирофосфат:
$IMAGE7$
Схема превращений, происходящих в активном центре фермента участием реакционноспособного карбаниона тиаминпирофосфата можно представить в виде
$IMAGE8$
Образовавшийся дигидролипоамид окисляется с помощью НАД+ третьим ферментом, участвующим в окислительном декарбокиировании, – дигидролипоамид дегидрогеназой, катализирующей реакцию
$IMAGE9$
Ферменты, катализирующие превращения с участием молекулярного кислорода, разделаются на три основные группы: оксидазы, монооксигеназы и диоксигеназы. К оксидазам относятся ферменты, катализирующие процессы, в результате которых О2 восстанавливается до Н2О2 или до двух молекул воды. Примером подоюных ферментов могут служить глюкозооксидаза и цитохром с оксидаза, катализирующая окисление ферроцитохрома с до феррицитохрома по реакции:
Цитохром с Fe (II) + 4H+ + O2 > 4 Цитохром с Fe (III) + 2H2O
К моноксигеназам относят ферменты, катализирующие окисление органических соединений, приводящее к включению одного из атомов кислорода молекулы О2 в молекулы этих соединений, и восстановление второго атома кислорода до воды. Суммарное уравнение реакции можно записать в виде
$IMAGE10$
К монооксигеназам относится важная группа ферментов, известных под общим названием цитохромы Р450.
Диоксигеназы катализируют превращения, в ходе которых оба атома молекулы кислорода О2 включаются в состав окисляемого субстрата. Например, деструкция триптофана начинается с реакции образования формилкенуренина, в состав которого входят оба атома кислорода молекулы О2. Фермент, катализирующий эту реакцию, является гемопротеидом и называется триптофан 2,3-диоксигеназой.
$IMAGE11$
Фермент, катализирующий диспропорционирование свободного радикала НO2, образующегося в некоторых реакциях с участием О2 и являющегося очень сильным окислителем, называют супероксидисмутазой. Он катализирует реакцию
HO2 + HO2 > H2O2 +O2
Фермент является металлопротеидом и в зависимости от источника содержит Cu2+, Zn2+, Mn2+, или Fe2+.
Трансферазы.
В этот класс входят ферменты, ускоряющие реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков от одного соединения к другому. В зависимости от характера переносимых группировок различают фосфотрансферазы, аминотрансферазы, гликозилтрансферазы, ацилтрансферазы, трансферазы, переносящие одноуглеродные остатки (метилтрансферазы, формилтрансферазы), и др.
Фосфотрансферазы. Сюда относят ферменты, ускоряющие реакцию переноса остатков фосфорной кислоты. К фосфотрансферазам относится, например, гексокиназа – фермент, ускоряющий перенос остатков фосфорной кислоты от молекулы АТФ к глюкозе (с этой реакции обычно начинается преобразование глюкозы):
$IMAGE12$
$IMAGE13$
Аминотрансферазы. Эти ферменты ускоряют реакцию переаминирования аминокислот с кетокислотами и очень важны для обеспечения биосинтеза аминокислот. Они имеют следующее строение:
$IMAGE14$
Пиридоксальфермент катализирует реакцию переаминирования. В результате серии реакций, включающих в себя непременное образование фермент-субстратных комплексов, аспаргиновая кислота переходит в щавелево-уксусную кислоту, а кетоглутаровая – в глутаминовую. Это выражается следующим суммарным уравнением:
$IMAGE15$
Гликозилтрансферазы.
Эти ферменты ускоряют реакции переноса гликозильных остатков из молекул фосфорных эфиров или иных соединений к молекулам моносахаридов, полисахаридов или иных веществ, обеспечивая главным образом, реакции синтеза и распада олиго- и полисахаридов в животном и растительном мире. Ниже приведено уравнение реакции распада сахарозы при участии сахароза-6-глюкозилтрансферазы, или сахарозофосфорилазы:
$IMAGE16$
Гидролазы.
К классу гидролаз относят ферменты, ускоряющие реакции расщепления (иногда синтеза) органических соединений при участии воды. Они делятся на следующие подклассы:
Эстеразы катализируют реакции гидролиза сложных эфиров, спиртов с органическими и неорганическими кислотами. Важнейшими подподклассами эстераз являются гидролазы эфиров карбоновых кислот и фосфатазы. Представитель первого подподкласса – это липаза.
Липаза ускоряет гидролиз внешних, то есть, сложноэфирных связей в молекулах триглицеридов (жиров):
$IMAGE17$
Фосфатазы катализируют гидролиз фосфорных эфиров. Особенно широко распространены фосфатазы, действующие на сложные эфиры фосфорной кислоты и углеводов, например глюкозо-1-фосфатаза:
$IMAGE18$
Гликозидазы. Эти ферменты ускоряют реакцию гидролиза гликозидов.
$IMAGE19$
$IMAGE20$
Пептид-гидролазы. Ферменты этого подкласса ускоряют гидролиз пептидных связей в белках и пептидах, при определенных условиях также синтез пептидных связей. Химизм процесса гидролиза белков и пептидов при участии пептид-гидролаз можно выразить следующей схемой:
$IMAGE21$
Амидазы ускоряют гидролиз амидов кислот. Из них важную роль в биохимических процессах в организме играют уреаза, аспарагиназа и глутаминаза.
Аспарагиназа и глутаминаза укоряют гидролиз амидов дикарбоновых кислот – аспарагиновой и глутаминовой, например:
$IMAGE22$
К гидролазам, кроме амидаз, относится аргиназа. При ее посредстве аминокислота аргинин гидролизуется на орнитин и мочевину:
$IMAGE23$
Лиазы.
К классу лиаз относят ферменты, ускоряющие негидролитические реакции распада органических соединений по связям С–С; С–N; C–O и т.д. При этом замыкаются двойные связи и выделяются такие простейшие продукты, как СО2, Н2О, NH3 и т.п.
Одну из важнейших групп ферментов этого класса являются углерод-углерод-лиазы (С–С-лиазы). Среди них особое значение имеют карбокси-лиазы (декарбоксилазы) и альдегид-лиазы.
В природе широко распространены декарбоксилазы кетокислот и аминокислот, катализирующие реакции по следующим схемам:
$IMAGE24$
характерным представителем альдегид-лиаз является альдолаза, катализирующая обратимую реакцию расщепления фруктозо-1,6-дифосфата до фосфотриоз:
$IMAGE25$
Другую важную группу лиаз составляют углерод-кислород-лиазы (гидролиазы), ускоряющие реакции гидратирования и дегидратирования органических соединений. В качестве представителя гидро-лиаз приведем фумарат-гидратазу:
$IMAGE26$
Примером углерод-азот-лиаз может служить аспартат-аммиак-лиаза, ускоряющая реакцию прямого дезаминирования аспарагиновой кислоты:
$IMAGE27$
Некоторые лиазы ускоряют реакции не только распада, но и синтеза. Например, из дрожжей выделена L-серин-гидро-лиаза, отщепляющая от серина воду и присоединяющая сероводород, в результате чего синтезируется аминокислота – цистеин.
$IMAGE28$
Подобные ферменты называют синтазами.
Изомеразы.
Ферменты, относящиеся к этому немногочисленному (около 90 индивидуальных ферментов) классу, ускоряют геометрические или структурные изменения в пределах одной молекулы. Эти изменения могут состоять во внутримолекулярном переносе водорода, фосфатных и ацильных групп, в изменении пространственного расположения атомных группировок, в перемещении двойных связей и т.п. Важнейшими изомеразами являются триозофасфтизомераза, фосфоглицерат-фосфомутаза, альдозомутаротаза и изопентенилдифосфатизомераза.
Триозофасфтизомераза ускоряет перенос атомов Н в процессе превращения 3-фосфоглицеринового алдегида в фосфодиоксиацетон и обратно:
$IMAGE29$
Фосфоглицерат-фосфомутаза обеспечивает достаточную скорость превращения 2-фосфоглицериновой кислоты в 3-фосфоглицериновую кислоту и обратно:
$IMAGE30$
Мутароза является представителем стереоизомераз, она ускоряет реакцию превращения D-глюкопиранозы в D-глюкопиранозу:
$IMAGE31$
Изопентенилпирофосфат-изомераза катализирует реакцию перестройки изопентилпирофосфата в диметилаллилпирофосфат, что связано с перемещением двойной связи из 3-го во 2-е положение:
$IMAGE32$
$IMAGE33$
Изопентенилпирофосфат-изомераза содержит содержит свободные сульфгидридные группы, верятно, в виде радикала цис в белковой молекуле, и именно благодаря им обеспечивается указанная выше реакция, имеющая огромное значение для синтеза полизиопреноидов и стеролов.
Лигазы (синтетазы).
К лигазам относятся ферменты, катализирующие соединение друг с другом молекул, сопряженное с гидролизом пирофосфатной связи в молекуле АТФ или иного нуклеозидтрифосфата.
В качестве примера действия лигазы можно привести синтез пантотеновой кислоты из
$IMAGE34$
1.2 АМИЛАЗЫ. СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ
Амилазы (от лат. amylum - крахмал), ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз крахмала, гликогена и др. родственных олиго- и полисахаридов, гл. обр. по 1,4 $IMAGE35$глюкозидной связи (см., напр., схему в ст. О-Г
