Главная
страница 1страница 2 ... страница 9страница 10



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ПИЩЕВОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДЕНИЯ

Кафедра «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства»

Е.А. Кузнецова




БИОХИМИЯ

Методические указания

для самостоятельной работы со студентами

Дисциплина – «Биохимия»

Специальности – 240902 «Пищевая биотехнология», 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» , 260303 «Технология молока и молочных продуктов», 260501 «Технология продуктов общественного питания»,

По направлению подготовки магистров – 260100.62 «Продукты питания из растительного сырья»

Допущено ОрелГТУ

для использования в учебном процессе в качестве методических указаний для высшего профессионального образования

Орел 2010
Автор: к.б.н, доцент кафедры «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» Е.А. Кузнецова
Рецензент: к.т.н., доцент кафедры «Химия» Д.В. Цымай

Методические указания предназначены для студентов специальности 240902 «Пищевая биотехнология», 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» , 260303 «Технология молока и молочных продуктов», 260501 «Технология продуктов общественного питания», направления подготовки 260100.62 «Продукты питания из растительного сырья».


Редактор <>

Технический редактор < >
ОрелГТУ

Лицензия ИД №00670 от 05.01.2000 г.


Подписано к печати <дата>. Формат 60х84 1/16.

Печать офсетная. Уч. печ. л. <>. Усл. печ. л. <число>. Тираж <> экз.

Заказ № <число>

Отпечатано с готового оригинал-макета

на полиграфической базе ОрелГТУ,

г. Орел, ул. Московская, 65.

 ОрелГТУ, 2012

Е.А. Кузнецова


Лист согласования



Автор: к.б.н, доцент кафедры «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» Е.А. Кузнецова

Рецензент: к.т.н., доцент кафедры «Химия» Д.В. Цымай

Методические указания предназначены для студентов специальности 240902 «Пищевая биотехнология», 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» , 260303 «Технология молока и молочных продуктов», 260501 «Технология продуктов общественного питания», направления подготовки 260100.62 «Продукты питания из растительного сырья».


Методические указания рассмотрены и одобрены:


на заседании кафедры «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства»

«____» г., протокол №___,

зав. кафедрой _________________ С.Я. Корячкина
на заседании УМС ФПБиТ

«____» г., протокол №___,

председатель УМС, к.э.н._____________ Г.М. Зомитева

Содержание




Введение 5

Тема 1.Белки 6

1.1Строение и свойства аминокислот. Пептидная связь. 6

1.2 Физико-химические свойства белков. 13

Тема 2.Ферменты 14

2.1.Коферменты и кофакторы 15

2.2.Классификация коферментов. 16

2.3.Оксидоредуктазы 23

2.4.Трансферазы 26

2.5. Гидролазы 28

2.6. Лиазы 30

2.7. Изомеразы 31

3.1. Влияние факторов среды на скорость ферментативных реакций 36

3.2 Взаимодействие активного центра с субстратом: модели жёсткого и индуцированного соответствия. 41

3.3 Аллостерические ферменты: изменение конформации под действием эффекторов. Виды аллостерической регуляции. 43

3.4 Ковалентная модификация ферментов. 45

3.5 Регуляция по принципу обратной связи. 47

Тема 4 Распределение ферментов в тканях и в клетке. Изоферменты и мультиферменты: особенности структурной организации, биологическая роль. 52

52



4.1 Локализация ферментов в клетке 52

Рекомендуемая литература 75


Введение

Биохимия представляет собой один из разделов биологии, включающей те ее области, исследование которых ведется с использованием разнообразных химических и физико-химических методов.

Биохимия изучает состав разнообразных живых систем и изменение этих веществ в процессе их жизнедеятельности и в процессе обработки их как пищевых материалов.

Несмотря на большое разнообразие существующих пищевых предприятий, производственный процесс основывается на сходных биохимических реакциях. Пищевое сырье после хранения подвергается механическому, термическому или тому и другому воздействию. В результате жизненно важные процессы в клетках и тканях грубо нарушаются и возникают новые, которые и приводят к превращению сырья в готовый продукт, обладающий характерным для него качеством.

В задачу биохимии входит также изучение физиологической роли отдельных веществ в жизни организмов, процессов биосинтеза сложных органических веществ из неорганических соединений.

Совокупность химических превращений, отражающих постоянную взаимосвязь организма с внешней средой, составляет биологический обмен веществ или метаболизм. Биохимия по своему содержанию и методам тесно связана с физиологией -наукой о природе живых организмов, о функциях и процессах, протекающих в живом организме и его частях (органах, тканях, клетках).




Тема 1.Белки


    1. Строение и свойства аминокислот. Пептидная связь.

В живых клетках синтезируется множество молекул, среди которых главную роль, определяющую особенности структуры и функций данной клетки, играют полимерные макромолекулы — белки, нуклеиновые кислоты, углеводы.

В первую очередь специфические особенности строения и функционирования каждой клетки определяются набором синтезирующихся в ней белков. Белки — это полимеры, содержащие в своем составе всего 20 из нескольких сот известных в природе аминокислот. Пептидные связи соединяют аминокислоты в структуру, называемую пептидной цепью белка.

Пептидные цепи содержат десятки, сотни и тысячи аминокислотных остатков. За счет внутримолекулярных взаимодействий белки образуют определенную пространственную структуру В результате молекулы большинства белков имеют форму, близкую к шаровидной (глобулярные белки). Молекулы некоторых белков образуют волокнистые структуры (фибриллярные белки).

На поверхности или в углублении трехмерной молекулы белков формируются участки, способные специфично соединяться с другими молекулами — лигандами. Эти участки связывания белков с лигандами определяют особенности функционирования индивидуальных белков.

В организме человека содержится около 50 ООО индивидуальных белков. Каждый индивидуальный белок отличается от всех других индивидуальных белков по структуре и функциям. Общее содержание белков в организме взрослого человека равно примерно 15 кг.

Все белки и пептиды построены из мономеров – α-аминокислот, имеющих общую формулу:

,
где R – радикал или боковая цепь.
Таким образом, индивидуальные свойства каждой из аминокислот определяются структурой её радикала. На рисунке 1 приведены формулы 20 белковых аминокислот.

Рисунок 1 - Формулы аминокислот.

Полярные (заряженные и незаряженные) радикалы аминокислот могут взаимодействовать с молекулами воды при помощи водородных связей. Поэтому они называются гидрофильными. Неполярные радикалы не взаимодействуют с молекулами воды, они называются гидрофобными.

В то же время неполярные радикалы аминокислот обладают большим сродством к органическим растворителям (гексан, хлороформ и т.д.), а аминокислоты с полярными радикалами растворяются в таких растворителях хуже.

При взаимодействии α-карбоксильной группы одной аминокислоты с α-аминогруппой другой аминокислоты образуется пептидная (амидная) связь:

Соединения, в которых аминокислоты связаны при помощи пептидных связей, называются пептидами, а аминокислотные звенья пептидов – аминокислотными остатками. Аминокислотный остаток, имеющий свободную α-аминогруппу, называют N-концевым, а остаток, имеющий свободную α-карбоксильную группу, - С-концевым. Пептидные связи формируют первичную структуру белка – последовательность чередования аминокислот в полипептидной цепи.

Качественной реакцией на пептидную связь является биуретовая реакция. Вещества, содержащие не менее двух пептидных групп, образуют в щелочной среде с ионами Cu2+ комплексное соединение фиолетового цвета.



Интенсивность окрашивания пропорциональна содержанию белка в пробе, поэтому биуретовая реакция может быть использована для количественного определения белка в биологических жидкостях (например, в сыворотке крови).

Для обнаружения аминокислот, содержащих α-аминогруппы, используется нингидриновая реакция. При нагревании в присутствии нингидрина происходит окислительное дезаминирование α-аминогрупп аминокислот и пептидов, а молекула нингидрина при этом восстанавливается. Восстановленный нингидрин реагирует с аммиаком и другой молекулой окисленного нингидрина, в результате чего образуется окрашенный комплекс синего или сине-фиолетового цвета:




Рисунок 2 - Уровни структурной организации белков.

Принято выделять четыре уровня структурной организации белковой молекулы: первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура. Рассмотрим особенности каждого из этих уровней.

1. Первичной структурой белка называют последовательность чередования аминокислот в полипептидной цепи. Эту структуру формируют пептидные связи между α-амино- и α-карбоксильными группами аминокислот. Первичная структура каждого белка уникальна и запрограммирована генетически. Выяснение аминокислотной последовательности белков представляет интерес по ряду причин.

Во-первых, даже небольшие изменения первичной структуры белка в результате генных мутаций могут значительно изменять его свойства. Это приводит к нарушению нормальной функции белка, а следовательно, к развитию заболевания. Примеры заболеваний, развивающихся в результате изменения первичной структуры ферментного белка, будут рассмотрены в 5-й теме настоящего курса.

Во-вторых, знание аминокислотной последовательности важно для выяснения молекулярной основы биологической активности белка.

В-третьих, сравнительное изучение последовательностей аминокислот в белках позволяет проследить эволюцию форм жизни на молекулярном уровне.

В-четвёртых, это необходимо для выяснения тех принципов, на основе которых из полипептидных цепей формируются высокоспецифичные пространственные структуры. Установлено, что последовательность аминокислотных остатков полипептидной цепи белка несёт в себе информацию, необходимую для формирования пространственной структуры белковой молекулы. Процесс сворачивания полипептидной цепи в правильную трёхмерную структуру получил название фолдинг.

До последнего времени считалось, что формирование пространственной структуры белка происходит самопроизвольно, в отсутствие каких-либо компонентов. Однако сравнительно недавно выяснилось, что это справедливо только для относительно небольших белков (порядка 100 аминокислотных остатков). Для фолдинга крупных белков необходимы специальные протеины — шапероны, которые создают возможность быстрого формирования правильной пространственной структуры белка.

2. Вторичная структура белка представляет собой способ свёртывания полипептидной цепи в спиральную или иную конформацию. При этом образуются водородные связи между СО- и NН-группами пептидного остова одной цепи или смежных полипептидных цепей. Известны три основных типа вторичной структуры пептидных цепей: α-спираль, β-складчатый слой и неупорядоченный клубок.

α-Спираль. Жёсткая структура. Имеет вид регулярной спирали, образующейся при помощи водородных связей в пределах одной полипептидной цепи. При этом СО-группа каждого аминокислотного остатка взаимодействует с NH-группой четвёртого от него остатка. Водородные связи ориентированы вдоль оси спирали, боковые радикалы аминокислот направлены наружу.

Рисунок 3 – α-Спираль


β-Спираль. Жёсткая структура. Образуется при помощи водородных в пределах одной или нескольких полипептидных цепей. Пептидные цепи расположены в одном направлении (параллельно) или в противоположных направлениях (антипараллельно), напоминая меха аккордеона. Боковые радикалы лежат выше и ниже плоскости слоя

Рисунок 4 – β-Спираль


Неупорядоченный клубок. Не имеет какой-либо правильной, периодической пространственной ориентации. В этих участках полипептидная цепь может легко изменять свою конформацию.

Обратите внимание на то, что тип вторичной структуры белка определяется его первичной структурой. Например, в месте расположения остатка пролина (атомы пирролидинового кольца в пролине лежат в одной плоскости) пептидная цепь делает изгиб, и водородные связи между аминокислотами не образуются.

3. Третичная структура белка – это пространственная ориентация полипептидной спирали. Основную роль в образовании третичной структуры белка играют водородные, ионные, гидрофобные и дисульфидные связи, которые образуются в результате взаимодействия между радикалами аминокислот.

Водородные связи образуются между двумя полярными незаряженными радикалами, например, радикалами серина и глутамина:


Ионные связи могут возникать между противоположно заряженными радикалами, например, радикалами глутамата и аргинина:


Гидрофобные взаимодействия характерны для неполярных радикалов, например, валина и лейцина:



Дисульфидные связи образуются между SН-группами двух радикалов цистеина, находящихся в разных участках полипептидной цепи:

По форме молекулы и особенностям формирования третичной структуры белки делят на глобулярные и фибриллярные. Познакомьтесь с особенностями этих групп белков, научитесь давать их характеристику.

Таблица 1 – Отличительные признаки белков

Отличительные признаки

Фибриллярные белки

Глобулярные белки

Конформация молекулы

Нитевые агрегаты - фибриллы

Близка к сферической или эллипсовидной

Особенности формирования пространственной структуры

Несколько молекул белка образуют микрофибриллы, из которых формируются более толстые фибриллы, а из них – волокна и пучки волокон. Между соседними полипептидными цепями образуются поперечные ковалентные сшивки.

В результате взаимодействия между аминокислотными остатками образуется компактная структура – глобула. Гидрофобные радикалы погружены во внутренние области глобулы, гидрофильные радикалы располагаются на поверхности молекулы.

Растворимость в воде

Нерастворимые белки. Растворению в воде препятствуют многочисленные неполярные радикалы аминокислот, а также ковалентные сшивки между пептидными цепями. Могут набухать в воде в результате взаимодействия молекул воды с СО- и NH-группами пептидного остова.

Растворимые белки. При взаимодействии полярных радикалов, расположенных на поверхности глобулы, с водной фазой образуются многочисленные водородные связи. Удерживаются в растворённом состоянии за счёт заряда и гидратной оболочки.

Роль в организме

Выполняют опорную функцию, обеспечивают механическую прочность тканей.

Выполняют транспортную, ферментативную, регуляторную, защитную функции.

Примеры белков

Коллаген и эластин - белки соединительной ткани; кератин - белок эпидермиса и производных кожи

Альбумины и глобулины плазмы крови, гемоглобин эритроцитов, гистоны клеточного ядра

4. Четвертичная структура белка – размещение в пространстве взаимодействующих между собой нескольких полипептидных цепей белка. Четвертичная структура - высший уровень организации белковой молекулы — более половины известных белков её не имеют. Белки, обладающие четвертичной структурой, называют также олигомерными белками, а полипептидные цепи, входящие в их состав, — субъединицами или протомерами. В некоторых белках такие субъединицы одинаковы или имеют сходное строение, а другие белки состоят из субъединиц с цепями разных типов.

Каждый из протомеров синтезируется в виде отдельной полипептидной цепи, которая сворачивается в глобулу и затем соединяется с другими протомерами. Объединение идёт путём самосборки. Каждый из протомеров содержит участки, комплементарные другим протомерам. Взаимодействие между контактными участками протомеров происходит при помощи гидрофобных, ионных и водородных связей.

Олигомерные белки имеют несколько устойчивых конформаций и обладают аллостерическими свойствами, то есть способны обратимо переходить из одной конформации в другую с изменением своей функциональной активности. Примером таких белков может служить эритроцитарный белок гемоглобин. Многие ферменты также характеризуются аллостерическими свойствами. Более подробно функционирование аллостерических белков будет рассмотрено в 3-й теме настоящего курса.



Рисунок 5- Пространственное строение гемоглобина. В состав его молекулы входят четыре попарно одинаковые субъединицы, обозначаемые буквами α и β. Небелковая часть гемоглобина — гемпоказана синим цветом.


Известны некоторые белки, молекула которых состоит из двух или более полипептидных цепей, соединённых дисульфидными связями (например, тромбин — фермент, участвующий в свёртывании крови). Подобные белки нельзя отнести к олигомерным. Такие белки образуются из единой полипептидной цепи в результате частичного протеолиза — локального расщепления пептидных связей. Аллостерическими свойствами, характерными для олигомерных белков, такие белки не обладают.


следующая страница >>
Смотрите также:
По направлению подготовки магистров 260100
941.02kb.
10 стр.
Справочник для бакалавров и магистров факультета менеджмента москва 2012
1647.63kb.
12 стр.
Вопросы для самопроверки 145
2209.06kb.
14 стр.
Программа государственного экзамена магистров по направлению подготовки 210100 "электроника и микроэлектроника"
103.97kb.
1 стр.
Программа подготовки магистров: Технология воды и топлива в энергетике Квалификация (степень) выпускника: магистр
119.88kb.
1 стр.
Программа подготовки магистров: Физико-технические проблемы атомной энергетики Квалификация (степень) выпускника: магистр
118.54kb.
1 стр.
Наименование дисциплины Программное обеспечение допечатных процессов По направлению подготовки
91.85kb.
1 стр.
Основная образовательная программа магистратуры, реализуемая вузом по направлению подготовки юриспруденция и профилю подготовки гражданское право
207.09kb.
1 стр.
Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая вузом по направлению подготовки юриспруденция и гражданско-правовому профилю подготовки
209.78kb.
1 стр.
Программа подготовки магистров права "Международное право и право Европейского Союза"
59.88kb.
1 стр.
Практикум содержит учебно-методические материалы по международному публичному праву: программы курса «Международное право»
53.47kb.
1 стр.
1 Нормативные документы для разработки ооп бакалавриата по направлению подготовки 035700 Лингвистика
1251.29kb.
7 стр.