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 впроцесі травлення високомолекулярні речовини (білки, жири, полісахаридита ін) піддаються ферментативного гідролізу з утвореннямнизькомолекулярних сполук (відповідно, амінокислот, жирних кислот ігліцерину, глюкози та ін.)
Без цього процесу не було б можливим засвоєння харчових продуктів, так яквисмоктувати у кишечнику здатні тільки відносно невеликі молекули.
Так, наприклад, засвоєння полісахаридів і дисахаридів стає можливимлише після повного їх гідролізу ферментами до моносахаридів. Точно так самобілки і ліпіди гідролізуються до речовин, які лише потім можутьзасвоюватися. Розглянемо основні реакції гідролізу, що протікають ворганізмі.

Гідроліз білків. Білкові речовини становлять величезний класорганічних, тобто вуглецевих, а саме вуглецеве азотистихз'єднань, неминуче зустрічаються в кожному організмі. Роль білків уорганізмі величезна. Без білків або їх складових частин - амінокислот - неможе бути забезпечено відтворення основних структурних елементіворганів і тканин, а також утворення низки найважливіших речовин, як,наприклад, ферментів і гормонів. Білки їжі перш, ніж бути використанідля побудови тканин тіла, попередньо розщеплюються. Організмомвикористовується для харчування не сам харчової білок, а його структурні елементи --амінокислоти і, можливо, частково найпростіші пептиди, з яких потім уклітинах синтезуються специфічні для даного виду організму білковіречовини.

Кожен вид організму, кожен орган і кожна тканина мають свої характернібілки, і при засвоєнні чужорідних білків їжі організм перш за все позбавляєїх видовий специфічності. Перед тим, як бути засвоєними білки повинні бутирозкладені на індиферентний матеріал. Розкладання білкових речовин на більшпрості, позбавлені видової специфічності з'єднання, здатні всмоктуватися вкров через стінки кишечника, здійснюється в травних органівлюдини і тварин шляхом послідовного гідролізу під дією рядуферментів.

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

У шлунково-кишковому тракті харчові білки розпадаються на амінокислотипри долі травних протеолітичних ферментів - пептідогідролаз.
Ця група ферментів що розрізняються за субстратної специфічності: кожен зцих ферментів переважно (тобто з найбільшою швидкістю) гідролізуютьпептидні зв'язку (рис.1), утворені певними амінокислотами. Успільною дією всіх травних пептідогідролаз білкиїжі повністю розпадаються на амінокислоти. Таким шляхом організм отримуємономери для синтезу власних білків.

У шлунку перетравлення (тобто гідролітичні розщеплення)відбувається при дії протеолітичної ферменту пепсину; істотнуроль у цьому процесі відіграє соляна кислота, за рахунок якої шлунковий сікмає низьке значення pH (1-2). Під дією цієї кислоти виділяєтьсяголовними клітинами шлункових залоз білок пепсиноген перетворюється на пепсин.
HCl каталізує цей процес, в ході якого відщеплюється частина молекули іутворюється активний центр ферменту. Сам пепсин каталізує процес свогоосвіти, тобто є автокатализаторов.

Пепсин гідролізується пептидні зв'язку, віддалені від кінців пептидноголанцюга (тому пепсин відносять до ендопептідазам). При цьому білки розпадаютьсяна поліпептиди, вільні амінокислоти практично не утворюються.

Переварювання білків завершується у верхньому відділі тонкого кишечникапід дією ферментів підшлункової залози і клітин кишечника. Ці клітинипродукують ряд проферменту (Трипсиноген, хімотріпсіноген,прокарбопептідази А і В, проеластаза). Після каталітичного освіти впроферменту активного центру і відщеплення частини молекул, ці білкиперетворюються відповідно в ферменти: Трипсин, Хімотрипсин,
Карбопептідази А і В і еластазу.

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

Карбопептідази - екзопептідази. Вони гідролізують пептидних зв'язок,утворену кінцевим амінокислотним залишком. Карбопептідаза А відщеплюєпереважно кінцеві амінокислоти з гідрофобним радикалом, акарбоксипептидаза В - залишки лізину і аргініну.

Останній етап перетравлювання відбувається за участю ферментів,синтезованих клітинами кишечника - амінопептідаз і діпептідаз. Першівідщеплює кінцеві амінокислоти від пептидів, другий гідролізують дипептид.

Таким чином, перетравлювання харчових білків - суть, послідовністьреакцій гідролізу, що каталізує поруч ферментів.

Гідроліз - також основа синтезу сечовини, що протікає по рівнянню:

Даний процес каталізується ферментом аргінази, причому можливий ізворотний процес - синтез аргініну з орнітіна (Цикл Кребса-Гензелейта).

Гідроліз вуглеводів.
Вуглеводи їжі в травному тракті розпадаються на мономери при діїглікозідаз - ферментів, що каталізують гідроліз глікозидних зв'язків (рис.2)в полісахариду.

Переварювання починається вже в ротовій порожнині: в слині міститься ферментамілаза (? ~ 1,4 - глікозідаза), розщеплюються? ~ 1,4 Глікозидний зв'язку.
Оскільки їжа в ротовій порожнині перебуває недовго, то крохмаль тутперетравлюється лише частково. Основним же місцем перваріванія крохмалюслужить тонкий кишечник, куди надходить амілаза в складі соку підшлунковоїзалози. Амілаза НЕ гідролізують Глікозидний зв'язок в дисахарида, томуосновним продуктом дії кишечнику амілази є дисахарид мальтоза.
З тих глюкозних залишків, які в молекулі крохмалю з'єднані 1,6 --Глікозидний зв'язком, утворюється дисахарид ізомальтоза. Крім того, з їжею ворганізм надходять дисахариди сахароза і лактоза (рис.3), якігідролізуються специфічними глікозідазамі - мальтаза, ізомальтазой,лактазою і сахаразой відповідно.

Продукти повного гідролізу вуглеводів - глюкоза, галактоза і фруктоза --через клітини кишечнику надходять в кров.
Гідроліз жирів У 12-палу кишку надходить жовч і сік підшлунковоїзалози, необхідні для перетравлювання жирів. У соку підшлункової залозиміститься фермент ліпаза, що каталізує гідроліз складноефірний зв'язку втріацілгліцерінах. Оскільки жири нерозчинні у водних середовищах, а ліпазанерозчинні в жирах, гідроліз відбувається лише на поверхні розділу цихфаз і, отже, швидкість перетравлювання залежить від площі цієїповерхні.

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

Під дією ліпази йде гідроліз жирів, у ході якого жирнікислоти відщеплюються від тріацілгліцеріна одна за одною, спочатку від? --вуглецевих атомів, потім - від?-вуглецевого атома (Рис. 6)

що утворюються в процесі перетравлення їжі речовини-мономери, вступаютьв ряд реакцій. У багатьох з них вони окислюються, і енергія, що виділяється прице окисленні, використовується для синтезу АТФ з АДФ - основного процесуакумулювання енергії в живих організмах. Ця енергія необхідна длязростання і нормального функціонування організму. Людина отримує її як зарахунок багатостадійного процесу окислення їжі - білків, жирів і вуглеводів,так і за рахунок гідролізу деяких складних ефірів, амідів, пептидів іглікозідоа. Однак головним джерелом енергії для багатьох біологічнихпроцесів - біосинтезу білка, іонного траспорта, скорочення м'язів,електричної активності нервових клітин - є аденозинтрифосфат (АТФ).

АТФ (аденозинтрифосфорной кислота) належить до біонеорганічноїсполук, тому що складається з органічної частини - аденозину інеорганічної 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 цьомузначенні водневого показника іонізовані.
Гідроліз АТФ записують у вигляді кислотно-основної рівноваги::

АТФ 4 - + Н2О (АДФ 3 - + НРО4 2 - + Н +

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

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

Звільнення значною енергії при гідролізі дало підставу ввестиспеціальний термін для фосфоорганіческіх речовин - макроенергетіческіе.
Молекула АТФ містить два високоенергетичні (макроенергетіческіе) зв'язку
(рис.7).
У хімічній формулі вони традиційно позначаються знаком ~ (тильда). Умолекулі АДФ тільки один високоенергетична зв'язок; в результаті синтезу
АТФ шляхом окілітельного фосфорилювання додається ще один, тобто енергіяокислення субстрату трансформується в енергію хімічних зв'язків в молекулі
АТФ.

Енергія, що звільняється при реакціях гідролізу різних речовин, звичайноневелика. Якщо вона перевищує 30 кДж/моль, то гідролізуемая зв'язок називаєтьсявисокоенергетичної. Енергія гідролізу АТФ в залежності від від локалізаціїв клітині може змінюватися від 40 до 60 кДж/моль. У середньому її прийнято вважатидорівнює 50 кДж/моль.

У таблиці 2 представлені значення стандартної енергії Гіббса гідролізудеяких органічних фосфатів.

Таблиця 2: Стандартні енергії Гіббса гідролізу біонеорганічноїз'єднань
(при рН = 7)
| З'єднання | (Gо, кДж/моль |
| Фосфоенолпіруват | -61,9 |
| Ацетілфосфат | -43,1 |
| Креатинфосфату | -43,1 |
| Пірофосфат | -33,5 |
| АТФ | -30,5 |
| АТФ | -30,5 |
| Глюкоза-1-фосфат | -20,9 |
| АМФ | -14,2 |
| Глюкозо-6-фосфат | -13,8 |
| Гліцеро-1-фосфат | -9,2 |

З даних цієї таблиці видно. Що гідроліз одних фосфатів призводить довивільненню трохи більшої енергії, ніж гідроліз АТФ, інших --меншою.

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

АДФ + H3PO4 + Енергія "АТФ + Н2О

Реакція енергетично пов'язана з переносом водню звідновлених коферментів на кисень. При цьому перенесення звільняєтьсяосновна частина енергії окислюється. Енергія синтезу води з газоподібних Н2і О2 становить 230 кДж/моль. Практично стільки ж виходить, якщовикористовується водень. Що входить до складу органічних сполук.
Енергетичне пару реакцій перенесення водню і синтезу АТФвідбувається за участю мітохондріальної мембрани і Н +-АТФ-синтетази.

Інший шлях синтезу АТФ з АДФ - субстратне фосфорилювання. У цьомуразі механізм утворення пари не вимагає участі мембран.

Сутність же гідролізу полягає в перенесенні фосфатних груп відсполук, які при гідролізі виділяють більше енергії, ніж АТФ, дофосфорілірованним сполук, що виділяють менше вільної енергії пригідролізі, ніж АТФ.

Отже, АТФ функціонує в клітинах як проміжний продукт,переносить енергію і сполучаються реакції, що супроводжуються виділенням іспоживанням енергії.

При розщепленні складних органічних сполук, наприклад приокисленні глюкози - клітинного палива, в клітинах виділяється великакількість енергії. Значна її частина запасається завдяки зв'язаномусинтезу АТФ і АДФ і неорганічного фосфату (Рис.8). За участюспецифічного ферменту - фосфотрансферази - фосфатна група відфосфоорганіческого з'єднання R1 - фосфат з більш високою, ніж АТФ,енергією, переноситься через АДФ. Це призводить до утворення АТФ:

R1-фосфат + АДФ (R1H + АТФ

АТФ, у свою чергу, під дією іншого ферменту переноситькінцеву фосфатну групу на молекули органічних сполук з меншоюенергією, ніж АТФ, тим самим запасаючи в них енергію. При цьому зновуутворюється АДФ:

R2H + АТФ (R2-фосфат + АДФ,де R1-фосфат - фосфорорганічних сполук з більш високою енергією, ніж
АТФ; R2-фосфат - фосфорорганічних сполук з більш низькою енергією, ніж
АДФ.

Енергія гідролізу АТФ в свою чергу використовується для забезпеченнярізноманітних ендергоніческіх процесів. Реакція фосфорилювання АДФ іподальшого використання АТФ як джерело енергії утворюєциклічний процес:

Енергія окисляючих речовин

Енергія

Розглянуті приклади доводять колосальну роль гідролізу впроцесах життєдіяльності організму: На ньому грунтуються процеси харчуванняі виділення, підтримки гомеостазу (постійності середовища) і перераспределніяенергії.

Список використаної літератури:

1. Николаев А. Я. Біологічна хімія - М.: ТОВ «Медичне інформаційне агенство», 1998.

2. Глінка Н. Л. Загальна хімія. Ізд.19-е. «Хімія», 1977.

3. Степаненко Б. Н. Курс органічної хімії. 3-е видання. М.:

Вища школа, 1979

4. Велика медична ендіклопедія. М.: «Радянська енциклопедія»,

1979.

5. Загальна хімія. Біофізична хімія. Хімія біогенних елементів. М.:

Вища школа, 1993 р
-----------------------< br>NH2
|
C = NH
|
NH
|
CH2
|
CH2
|
CH2
|
CH - NH2
|
COOH

NH2
|
CH2
|
CH2
|
CH2
|
CH - NH2
|
COOH

H2O

NH2
|
C = O
|
NH2

аргінін

орнітін

сечовина

АДФ + Н3РО4

АТФ + Н2О < p> М'язовескорочення
(механічні-кая робота)

Трансмембраний електричний потенціал (електрична робота)

Трансмембранний різниця концентрацій (осмотична робота)

Ендергоніческіе синтези (хімічна робота)

R1-фосфат

R2-фосфат

АТФ

Рис.8: Схема перетворення енергії Гіббса в клітці