Классификация и номенклатура ферментов. Инженерная энзимология. Использование ферментов в медицине, промышленности и сельском хозяйстве.

1) тривиальная номенклатура 2) рабочая номенклатура З) систематическая номенклатура, т.е. обычно для названия одного и того же фермента очень часто используют несколько названий, поэтому в следствии все возрастающего числа вновь открываемых ферментов было принято международное соглашение о систематической номенклатуре ферментов. В соответствии с этой системой все ферменты в зависимости от типа катализируемой реакции, я еще раз подчеркиваю что в основу положен тип катализируемых реакций, делят на 6 больших классов. В каждом классе выделяют подкласс. В подклассе выделяют под подкласс, а уже там соответственно название конкретного фермента. Шифр фермента для того что бы было понятно о каком ферменте говорит китаец если его читает русский. Например 4 буквенное обозначение 1 -ая класс, 1 подкласс, 1 под подкласс и первый порядковый номер в этом под подклассе, т.е. шифр фермента всегда включает 4-ех цифровое обозначение.Какие же классы по международному соглашению 1961 г. выделяют? а). Оксидоредуктазы - ферменты катализирующие окислительно-восстановительные реакции в организме человека б). Трансферазы - ферменты катализирующие реакции с переносом групп между различными веществами. Например переносящие метильную группу - метилтрансферазы, аминогруппу переносящие - аминотрансферазы и т.д. в). Гидролазы - ферменты катализирующие реакции гидролиза (гидролиз - расщепление с присоединением воды Гидролитических ферментов достаточно много. С пищей мы получаем полимеры, для того чтобы они всасывались их нужно расщепить до мономеров. г). Лиазы -1. ферменты катализирующие присоединение групп по двойной связи (имеется ввиду по месту разрыва двойной связи). 2. Разрыв углерод - углеродной связи, водородными иегидролитическим путем. Например, фермент декарбоксилаза, отщепляющая карбоксильную группу от аминокислоты, как раз относится к лиазам. д). Изомеразы - ферменты катализируют реакции изомеризации. В основном это перенос групп внутри молекул с образованием изомерных форм. Например превращение глюкозы 1- фосфат в глюкозу 6 -фосфат, т.е перенос фосфорильного остатка от первого.е). Лигазы или синтетазы - ферменты которые катализируют образование связи С-С, C-S, C-N, С-О за счет реакции конденсации сопряженных с использованием АТФ, т.е это реакции эндоорганические, требующие притока энергии. В настоящее время идентифицировано более 2000 различ. ферментов, причем 200 из них получены и используются достаточно хорошо в кристаллическом виде. В наше время ферменты используются не только в медицине, но и в пищевой и хим. промышленности, в народном хоз-ве, для получения особо чистых препаратов (лекарств). Ферменты - специализированные белки обладающие каталитической активностью, т.е. способны ускорять течение химической реакции в организме человека. Ферменты, будучи биокатализаторами, отличаются от обычных катализаторов. Каково значение ферментов в организме человека? Ферменты по праву считают рабочим аппаратом ген. Дело в том, что как реализуют этот фермент? Все зависит от того насколько активны у вас ферменты полученные. Не секрет что сидящие здесь имеют одни и те же ферменты, но ферменты работают у каждого индивидуально. У каждого из нас поддерживается 1. Определенная концентрация ферментов. 2. Поддерживается еще и за счет синтеза активность определенных ферментов, поэтому метаболизм наш в целом очень различается.

Ферменты по праву считают функциональными единицами клеточного метаболизма, поскольку большинство реакций протекающих в наших клетках (ежесекундно в наших клетках протекает десятки тысяч разнообразных химических превращений) идут с участием ферментов, за редким исключением. Только в том случае если в ходе реакции образуется какое-то неустойчивое соединение его стабилизация происходит самопроизвольно т.е. не ферментативным путем. Поэтому изучение ферментов имеет огромное значение для понимания метаболизма, для понимания патологий которые могут развиться у человека. Ферменты осуществляют превращение таким образом огромного кол-ва вещ-в, причем в-в поступающих из внешней среды и в-в образующихся в ходе метаболизма, т.е. непосредственно внутри организма.

Некоторые болезни человека особенно генетически обусловленные заболевания связаны с недостаточностью или полным отсутствием того или иного фермента.

Энзимопатии - патология, причем она может быть наследственная и врожденная поскольку вообще энзимопатии делятся на первичные и вторичные. Первичные - врожденные, наследуемые. Энзимопатия это патология связанная с нарушением синтеза, т.е. синтез прежде всего ферментов недостаточно активных или полным блоком синтеза какого-то фермента Пример врожденной энзимопатии - фенилкетонурия (правильней - фенилпировиноградноолигоприния) т.е. олигос фреиус в переводе на русский - слабоумие связанное с нарушением превращения фенилаланина, дело в том, что и фенилаланина синтезируются гормоны такие как йодированный тиронин, адреналин, хлорадреналин, поэтому те нарушения которые возникают при нарушении оксидинации фенилаланина.

С другой стороны патологические состояния, с которыми мы встречаемся, могут быть вызваны избыточной активностью того или иного фермента. В таких случаях удается подобрать препарат ингибирующий активность фермента тем самым помочь больному. Ингибиторы ферменты используются достаточно широко, в том числе и в стоматологии. Очень часто многие лекарственные препарата реализуют свои эффекты воздействуя на ферменты. Измерение активности ферментов плазмы крови, биопсированных тканей имеет огромное значение при диагностики заболевания, а так же контроля за эффективностью проводимого лечения. Часть ферментов используется в качестве лечебных препаратов.

20. Нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты: их состав, разнообразие, биологическая роль.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (полинуклеотиды), биополимеры, осуществляющие хранение и передачу генетич. инфор-мации во всех живых организмах, а также участвующие в биосинтезе белков.

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) относятся к сложным высокомолекулярным соединениям, состоят из небольшого числа индивидуальных химических компонентов более простого строения. Так, при полном гидролизе нуклеиновых кислот (нагревание в присутствии хлорной кислоты) в гидролизате обнаруживают пуриновые и пиримидиновые основания, углеводы (рибоза и дезоксирибоза) и фосфорную кислоту.

В молекуле ДНК углевод представлен дезоксирибозой, а в молекуле РНК – рибозой, отсюда их названия: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты. Кроме того, они содержат фосфорную кислоту, по два пуриновых и по два пиримидиновых основания; различия только в пиримидиновых основаниях: в ДНК содержится тимин, а в РНК – урацил. В составе ДНК и РНК открыты так называемые минорные (экзотические) азотистые основания. Основу структуры пуриновых и пиримидиновых оснований составляют два ароматических гетероциклических соединения – пиримидин и пурин.

Молекула пурина состоит из двух конденсированных колец: пиримидина и имидазола.

В составе нуклеиновых кислот встречаются три главных пиримидиновых основания: цитозин, урацил и тимин. Помимо главных пиримидиновых оснований, в составе нуклеиновых кислот открыты минорные пиримидиновые основания, 5-метил- и 5-окси-метилцитозин, дигидроурацил, псевдоурацил, 1-метилурацил, оротовая кислота, 5-карбоксиурацил, 4-тиоурацил и др.

Одним из важных свойств свободных азотистых оснований (содержащих оксигруппы) является возможность их существования в двух таутомерных формах, в частности лактим- и лактамной формах, в зависимости от значения рН среды: при рН 7, 0 они представлены в лактамной форме, при снижении величины рН – в лактимной форме. Таутомерные превращения можно представить на примере урацила.

Оказалось, что в составе природных нуклеиновых кислот все оксипроизводные пуринов и пиримидинов находятся в лактамной форме.

О локализации и количественном содержании нуклеиновых кислот в клетках получены определенные данные. Доказано, что количественное содержание ДНК в клетках одного и того же организма отличается удивительным постоянством и исчисляется несколькими пикограммами, однако в клетках разных видов живых организмов имеются существенные количественные различия в содержании ДНК. Хорошо известно также, что ДНК преимущественно сосредоточена в ядре, а в митохондриях и хлоропластах содержится только небольшой процент клеточной ДНК. О количестве РНК нет точных данных, поскольку содержание ее в разных клетках в значительной степени определяется интенсивностью синтеза белка. На долю РНК приходится около 5–10% от общей массы клетки. Современная классификация различных типов клеточной РНК основывается на данных топографии, функции и молекулярной массы. Выделяют три главных вида РНК: матричную (информационную) – мРНК, которая составляет 2–3% от всей клеточной РНК; рибосомную – рРНК, составляющую 80–85% и транспортную – тРНК, которой около 16%. Эти 3 вида различаются нуклеотидным составом и функциями.

Матричная РНК (мРНК) синтезируется в ядре на матрице ДНК, затем поступает в рибосому, выполняя матричную функцию при синтезе белка. По предположению акад. А.С. Спирина, часто мРНК при поступлении из ядра в цитоплазму образует со специфическими РНК-свя-зывающими белками комплексы – так называемые информосомы, способные к обратимой диссоциации. Информосомы рассматриваются как транспортная форма мРНК, способствующая образованию полирибосом в цитоплазме. Транспортные РНК (тРНК) имеют небольшую молекулярную массу и содержатся в растворимой фракции цитоплазмы, выполняя функцию переноса аминокислот к месту белкового синтеза – рибосоме. Рибосом-ные РНК (рРНК) имеют разную и значительно большую молекулярную массу. Они локализуются в двух субчастицах рибосом 50S и 30S у Е.coli и 60S и 40S в клетках животных.

Субчастица 60S содержит три разных рРНК (5S, 5, 8S и 28S рРНК), в то время как субчастица 40S – одну молекулу 18S рPHK. Детально роль рРНК в белковом синтезе пока не выяснена.

Правила Чаргаффа:

1) молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов: А+Г = Ц+Т, А+Г/ Ц+Т = 1.

2) количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина: А+Ц = Г+Т, А+Ц/ Г+Т = 1.

3) количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина: А = Т и Г = Ц; соответственно А/Т = 1, Г/Ц = 1.

4) существенным для характеристики вида (таксономическое значение) оказался так называемый коэффициент специфичности, отражающий отношение Г + Ц/А+Т.

Это отношение часто выражают в молярных процентах (Г + Ц), или процентах ГЦ-пар. Для животных и большинства растений этот коэффициент ниже 1 (от 0, 54 до 0, 94), у микроорганизмов он колеблется в значительных пределах (от 0, 45 до 2, 57).

Выделяют АТ-типа ДНК (у хордовых и беспозвоночных животных, высших растений, ряда бактерий, дрожжевидных организмов) и ГЦ-типа ДНК (у недрожжевидных грибов, актиномицетов, ряда бактерий и вирусов).

Известно, что структурными единицами нуклеиновых кислот являются мономерные молекулы – мононуклеотиды. Следовательно, нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Это продукты полимеризации мононуклеотидов, число и последовательность расположения которых в цепях ДНК и РНК определяются в строгом соответствии с программой, заложенной в молекуле матрицы.

Нуклеозиды содержат пуриновое или пиримидиновое основание, соединенное с углеводом N-гликозидной связью. В составе нуклеиновых кислот обнаруживаются только β -нуклеозиды.