Біологічна хімія з біохімічними методами дослідження

Крохмаль (полісахарид рослин) - складається з декількох тисяч залишків глюкози, 10-20% яких представлені амілозою, 80-90% амілопектином. Крохмаль нерозчинний у холодній воді, а в гарячій утворює колоїдні розчини, що називаються крохмальним клейстером.

Клітковина або глюкоза - самий розповсюджений на землі вуглевод рослин, кількість його приблизно 50 кг на кожного жителя планети. Клітковина представляє собою лінійний полісахарид, що складається з 1000 і більше залишків глюкози. В організмі клітковина приймає участь в активації моторики кишечника, стимулює виділення травних соків.

Глікоген тваринний крохмаль є основним запасним вуглеводом організму людини. Він складається приблизно з 30 000 залишків глюкози, які утворюють розгалуджену структуру.

В найбільшій кількості глікоген накопичується в печінці та м'язовій тканині, в тому числі у м'язах сердця. При нестачі глюкози він швидко розщеплюється і відновлює її нормальний рівень у крові.

В клітинах глікоген зв'язаний з білками цитоплазми і частково - з внутрішньоклітинними мембранами.

5. Гетерополісахариди (глюкозоамінглікани або мукополісахариди)

Приставка муко- вказує на те, що вони вперше були виділені з муцину. Складаються з різного виду моносахаридів (глюкози, галактози) та їх похідних (аміносахаридів, гексуронових кислот). В їх складі виявлені і інші речовини: азотисті основи, органічні кислоти.

Мукополісахариди представлють собою желеподібні, липкі речовини. Вони виконують різні функції, в тому числі структурну, захисну, регуляторну. Мукополісахариди складають основну масу міжклітинної речовини тканин, входять до складу шкіри, хрящів, скловидного тіла ока. В організмі зустрічаються у комплексі з білками (протеоглікани та глікопротеїди) і жирами (гліколіпіди), в яких на долю полісахаридів приходиться основна частина молекули (до 90% і більше). Для організму мають значення слідуючі з них: гіалуронова кислота - основна частина міжклітинної речовини, біологічний цемент, який з'єднує клітини, заповнюючи увесь міжклітинний простір. Вона також виконує роль біологічного фільтру, який затримує мікроби і запобігає їх проникненню у клітини, приймає участь у обміні води в організмі.

Слід відмітити, що гіалуронова кислота розщеплюється під дією специфічного фермента гіалурононідази. При цьому порушується структура міжклітинної речовини, в її складі утворюються тріщіни, що приводить до проникливості води і інших речовин. Це має важливе значення в процесі запліднення яйцеклітини сперматозоїдами, які багаті цим ферментом. Гіалурононідазу містять і деякі бактерії, що полегшує їх проникнення у клітину.

Хондроітинсульфати - хондроітинсірчані кислоти служать структурним компонентом хрящів, зв'язок, клапанів серця, пупочного канатика. Вони сприяють відкладенню Са в кістках.

Гепарин - утворюється в клітинах паренхіматозних органів (печінка, легені, нирки) і виділяється ними в кров та міжклітинну рідину. В крові він зв'язується з білками і запобігає процесу зсідання крові, виконуючи функцію антикоагулянта. Крім того, гепарин має протизапальну дію, впливає на обмін калію та натрію, виконує антигіпоксичну функцію.

Сиалові кислоти - представляють групу глюкозоамінгліканів, що мають у своєму складі нейрамілові кислоти і похідні вуглеводів. Сполуки нейромілової кислоти з оцтовою кислотою представляють собою сиалові кислоти. Вони знаходяться в клітинних оболонках, слині і інших біологічних рідинах. Для діагностики ряду запальних захворювань (ревматизм, туберкульоз), при яких їх рівень у крові підвищений, проводять їх визначення.

Лекція № 4. ХІМІЯ ЛІПІДІВ

1. Загальна біологічна характеристика ліпідів. Основні біологічні функції

Ліпіди (lipos - жир, грецьк.) - це велика група різноманітних за хімічною будовою органічних речовин нерозчинних у воді і розчинних у неполярних органічних розчинниках - ефірі, хлороформі, ацетоні, бензолі і т. ін.

Біологічні функції ліпідів визначаються їхньою будовою і фізико-хімічними властивостями. Специфічною властивістю ліпідів є їхня здатність утворювати у водному середовищі емульсії різного ступеня дисперсності та стійкості. Ця властивість має суттєве біологічне значення. Так, від емульгування ліпідів у шлунково-кишковому тракті залежить їх розщеплення та всмоктування. У вигляді емульсії жир знаходиться в крові, лімфі і транспортується до різних органів і тканин, включаючись в обмінні процеси.

Ліпіди відіграють подвійну біологічну роль - енергетичну та структурну. При їхньому розщепленні звільнюється велика кількість енергії. Так, окислення 1 г жиру в організмі людини супроводжується утворенням 35-39 кДж енергії.

Ліпіди як пластичний матеріал, утворюючи комплекси з білками (ліпопротеїни) вуглеводами (глїколіпіди), складають основу структури клітин і тканин.

Особливо важливою є роль ліпідів у структурі мембран клітин та клітинних органел - мітохондрій, рибосом, ядра тощо.

Мембрани, як відомо, відіграють надзвичайно важливу роль у структурі, обміні та функціях клітини.

У кожному типі мембран внутрішня частина являє собою бімолекулярний шар ліпідів, на якому з внутрішньої і зовнішньої сторін розташовані білки, немовби вбудовані з двох боків у ліпідний прошарок. Тому мембрани і вважають багатошаровими або ламелярними структурами. Окрім того, відкладаючись у значних кількостях у підшкірній жировій клітковині, жир відіграє роль термоізолятора, запобігаючи втраті організмом тепла, а також виконує механічну функцію, уберігаючи організм від травмування.

Високий вміст ліпідів у клітинах нервової тканини й особливо головного мозку свідчить про їхню важливу роль у формуванні структури і функцій нервової системи.

Як складні ефіри спиртів та вищих жирних кислот, ліпіди є найважливішим джерелом ендогенної води, яка утворюється під час їхнього окислення, тому що з усіх органічних сполук ліпіди містять найбільшу кількість атомів водню.

Ліпіди і продукти їхнього обміну утворюють велику групу біологічно активних сполук, які впливають на метаболізм і структуру клітин і організму в цілому. Це чоловічі й жіночі статеві гормони, гормони кори надниркових залоз (кортикостероїди), простагландини, жовчні кислоти й жиророзчинні вітаміни -А, D, K, I E.

Основні біологічні функції ліпідів у вільному стані відображає табл.

Таблиця 1.

Функція	Характеристика функції	Ліпіди, котрі здійснюють, функцію
Емульгуюча	Амфіфільні ліпіди є мульгаторами. Розміщуючись на поверхні фаз масло-вода, стабілізують емульсії і перешкоджають їх розшаруванню	Фосфогліцериди, жовчні кислоти є емульгаторами для ацилгліцеринів у кишечнику. У крові фосфогліцериди стабілізують розчинність холестерину
Енергетик-на	При розщепленні 1 г ліпідів виділяється 39,1 кДж енергії. Це більше ніж під час окислення 1 г вуглеводів і білків разом узятих	Ацилгліцерини, вільні жирні кислити
Структурна	Ліпіди входять до складу білково-лІпідного бішару клітинних мембран і суб-целюлярних утворень	Фосфоліпіди (фосфогліцерин-дисфінгомієліни), холестерин та його ефіри
Механічна	Ліпіди сполучної тканини, яка утворює капсули внутрішніх органів, і підшкірної жирової тканини, захищають органи від зовнішніх пошкоджень	Триацилгліцерини
Теплоізолююча	Ліпіди підшкірної жирової клітковини зберігають тепло завдяки їх низькій теплопровідності	Триацилгліцерини
Транспор-тна	Беруть участь у транспорті речовин (на-приклад, катіонів) через ліпідний шар біомембран, переносять ліпіди з кишеч-ника в кров, утворюючи холеїнові комплекси	Фосфоліпіди. жовчні кислоти
Електроі-золююча	Є своєрідним електроізолюючим матеріа-лом у мієлінових оболонках клітин	Сфінгомієліни, глікосфінголіпіди
Розчинююча	Деякі ліпіди є розчинниками для інших ліпідних речовин	Жовчні кислоти розчинники вітамінів у кишечнику
Гормональ-на	Усі стероїдні гормони, які виконують різноманітні специфічні функції	Стероїди, ізопреноїди, похідні есенціальних жирних кислот (олеїнова, лінолева, ліноленова арахідонова)
Вітамінна	Усі жиророзчинні вітаміни (А, Д, Е, К) і вітаміноподібні речовини (Р,убіхінон або кофермент 0)	Стероїди, ізопреноїди, похідні есенціальних жирних кислот (олеїнова, лінолева, ліноленова арахідонова)

2. Класифікація ліпідів

Існують три основні класифікації ліпідів; біологічна, або фізіологічна, фізико хімічна і структурна.

Біологічна класифікація. Відповідно до цієї класифікації ліпіди поділяють на резервні і структурні. Резервні ліпіди у великих кількостях депонуються в підшкірній жировій тканині, сальниках внутрішніх органів і в інших жирових депо. Загальна кількість резервних ліпідів у більшості людей становить 10-15% маси тіл Однак кількість резервних ліпідів може значно змінюватися залежно під режиму харчування, інтенсивності фізичного навантаження, стану організму та інших причин. При ожирінні кількість жиру може досягати 25-35%, а іноді навіть 50% маси тіла.

Резервні ліпіди за своєю хімічною структурою належать, головним чином, до ацилгліцеринів і в значних кількостях використовуються для енергетичних потреб організму.

Структурні ліпіди не мають такої енергетичної цінності, як резервні ліпіди. Це переважно складні ліпіди, і у вигляді ліпопротеїнів вони складають основу клітинних структур і субклітинних утворень.

Фізико-хімічна класифікація враховує ступінь полярності ліпідів. За цією ознакою ліпіди поділяються на нейтральні, або неполярні, і полярні До першого типу належать ліпіди, які не мають заряду, а до другого - ліпіди, які несуть заряд і мають виразні полярні властивості, наприклад фосфоліпіди, жирні кислоти.

Деякі ліпіди мають певні структурні особливості, які зумовлюють їх важливі біологічні властивості. У більшості випадків вони представлені іонними або полярними похідними вуглеводнів і належать до класу речовин, які називаються амфіфтами.

Амфіфіли (спорідненість) містять полярні або іонні гідрофільні групи, а також гідрофобні неполярні вуглеводневі групи. Властивості амфіфілів значною мірою визначаються природою цих груп. Так, наприклад нейтральні жири відзначаються низькою полярністю і я мають дуже малу спорідненість з водою. Інші ліпіди," такі як фосфогліцериди і сфінголіпіди, більш полярні; внаслідок виразних амфіфільних властивостей вони входять до складу основних структурних компонентів різних біологічних мембран. Ці фізико-хімічні особливості різних ліпідів зумовлюють їх різноманітні біологічні функції.

Структурна класифікація - це найскладніша класифікація, яка ґрунтується на хімічній будові ліпідів. Відповідно до цієї класифікації ліпіди поділяються на три великі групи: прості, складні та похідні ліпідів.



Прості ліпіди - у хімічному відношенні є складними ефірами різних спиртів та жирних кислот. Залежно від спиртового компонента вони діляться на такі підгрупи:

1. Нейтральні жири або гліцериди (ацилгліцерини) - складні ефіри трьохатомного спирту гліцерину та вищих жирних кислот.

2. Стерини і стериди. Стерини - одноатомні циклічні спирти. Стериди - складні ефіри одноатомних циклічних спиртів і вищих жирних кислот.

3. Воски - складні ефіри вищих одноатомних спиртні і вищих жирних кислот.

Складні ліпіди - це також ефіри вищих жирних кислот і спиртів, але на відміну від простих ліпідів, вони мають у своїй структурі ряд інших компонентів (азотисті сполуки, залишки фосфорної або сірчаної кислот, вуглеводи тощо). До складних ліпідів відносяться:

Фосфоліпіди (фосфатиди) - складні ефіри спиртів (гліцерину або сфінгозину) і жирних кислот. Окрім того, до їх складу входять залишки фосфорної кислоти і азотисті сполуки (холін, серин).

Гліколіпіди - складні ефіри аміноспирту сфінгозину та жирних кислот, зв'язані з вуглеводами (глюкоза, галактоза). Деякі з гліколіпідів містять нейрамінову кислоту і галактозамін.

Сульфоліпіди - подібні, до гліколіпідів, але мають у своєму складі залишок сірчаної кислоти.

Похідні ліпідів. Ця група речовин включає різноманітні сполуки, котрі близькі до ліпідів за будовою і фізико-хімічними властивостями.

До них належать такі речовини, як насичені і ненасичені жирні кислоти, моно- і диацилгліцерини, вищі спирти, а також каротини, жиророзчинні вітаміни (А, Д, Е, К) та ін.

Прості ліпіди. Жирні кислоти. Гліцерин

Нейтральні жири - тригліцериди (триацилгліцерини). Вони складають основу резервних ліпідів і служать джерелом енергії. Оскільки жири є складними ефірами гліцерину і жирних кислот, то їх різноманітність залежить переважно від природи і властивостей жирних кислот, які входять до складу їх молекули.

Вищі жирні кислоти с основними гідрофобними компонентами простих і складних ліпідів. Із різних ліпідів виділено понад 200 жирних кислот. Вони відрізняються між собою довжиною зв'язків, а також замісниками (окси-, кето-, циклічні структури). Більшість жирних кислот, які входять до складу жирів, мають нерозгалужений вуглеводневий ланцюг і парну кількість атомів вуглецю.

У природі жирні кислоти у вільному стані зустрічаються рідко. Проте, утворюючи ефірні чи амідні зв'язки, вони входять до складу різних класів ліпідів, зазначених вище, а також багатьох проміжних продуктів метаболізму ліпіді.

Серед них можуть бути насичені кислоти (масляна, капронова, пальмітинова, стеаринова) і ненасичені, які мають різну кількість подвійних зв'язків: один (олеїнова), два (лінолева), три (ліноленова), чотири (арахідонова).

Суміш жирних кислот, яку одержують під час гідролізу ліпідів із різних природних джерел, звичайно, містить як насичені, так і ненасичені жирні кислоти. У ліпідах тваринного походження переважаючою насиченою жирною кислотою є пальмітинова (С₁₆,), друге місце займає стеаринова кислота (С₁₈).

Більш короткі жирні кислоти (С₁₄ і С₁₂), як і довголанцюгові (до С₂₈), зустрічаються лише в невеликих кількостях. Жирні кислоти, які містять 10 або менше вуглецевих атомів, у тваринних ліпідах зустрічаються рідко, причому у вільному стані ці жирні кислоти в організмі містяться в невеликій кількості, переважно як продукти обміну.

У деяких рідинах організму, таких як молоко і молозиво, присутні жири, які містять разом із вищими жирними кислотами (пальмітиновою, олеїновою) і коротко ланцюгові жирні кислоти (масляна, капронова). У жіночому молоці виявлено близько 40 різних жирних кислот.

У жирових депо відкладаються, головним чином, ліпіди, які містять вищі жирні кислоти з довжиною ланцюга 16-18 вуглецевих атомів.

Що стосується ненанасичених жирних кислот які зустрічаються в природі то всі вони при кімнатній температурі - рідини.

Одинарний подвійний зв'язок у жирних кислотах тваринного походження звичайно знаходиться в 9,10-положенні жирної кислоти. Двома найбільш розповсюдженими мононенасиченими жирними кислотами тваринного походження є олеїнова і пальмітоолеїнова

Проте олеїнова кислота в природі превалює в кількісному відношенні.

Наявність подвійного зв'язку створює можливість утворення цис- та транс-ізомерів. Як правило, природні жирні кислоти з одним подвійним зв'язком є цис-ізомерами.

Жирні кислоти, які мають більше одного подвійного зв'язку, відносяться до поліненасичених кислот.

Встановлено, що чим активніший обмін і функція клітин, тим більше подвійних зв'язків у жирних кислотах, які беруть участь в утворенні їх мембран. Так, із мембран паличкоподібних зорових клітин сітківки ока виділено поліненасичену жирну кислоту, яка має 22 атоми вуглецю в ланцюзі і 6 подвійних зв'язків,

Поліненасичені жирні кислоти входять до складу харчових жирів, особливо рослинних олій, таких як кукурудзяна, соняшникова, горіхова, оливкова, бавовняна та інших, а також деяких лікарських препаратів (риб'ячий жир, лінетол, есенціале, олія обліпихова, олія шипшини, арахіден та ін.),

Найважливішими для організму людини і вищих тварин є такі полінена-сичені кислоти, як лінолева, ліноленова й арахідонова. Ці кислоти в організмі або зовсім не синтезуються (лінолева і ліноленова), або утворюються в недостатніх кількостях (арахідонова), тому їх називають незамінними, або есенціальними кислотами (виключний) ї відносять до вітамінів (вітамін F). Ці кислоти відзначаються високою біологічною активністю. Експериментально доведено, що у разі недостатності лінолевої і ліноленової кислот у тварин, наприклад у щурів, починається випадіння шерсті, посилюється злущування епітелію, а в молодих тварин припиняється ріст.

Таблиця 2. Жирні кислоти

Насичені	Ненасичені
Масляна С3Н7СООН	Олеїнова С17Н33СООН
Капронова С5Н11СООН	Лінолева С17Н31СООН
Пальмітинова С15Н13СООН	Ліноленова С17Н29СООН
Стеаринова С17Н35СООН	Арахідонова С19Н31СООН

Характерними біохімічними ознаками дефіциту ненасичених жирних кислот є порушення обміну холіну, холестерину і фосфору. Встановлено, що поліненасичені жирні кислоти знижують вміст холестерину в крові, стимулюють його обмін у печінці і виведення із жовчю. Ефіри холестерину з поліненасиченими жирними кислотами - це важлива транспортна форма стероїдів і необхідна ланка їх метаболізму, Похідними ноліненасичених жирних кислот є гормони простагландини.

Гліцерин

Спиртовим компонентом більшості нейтральних жирів виступає гліцерин.

Це триатомний спирт. У структурі гліцерину відсутній асиметричний атом вуглецю. Він розчинний у воді та етанолі і нерозчинний або слабо розчинний в органічних розчинниках. Гліцерин утворює ефіри з жирними кислотами типу гліцеридів (ацилглїцеринів), які називають також нейтральними ліпідами. Ацилгліцерини поділяються на моно-, ди- та три-ацилгліцерини, які містять відповідно один, два і три ефірозв'язані ацили (RСО-):



Триацилгліцерин

Номенклатура триацилгліцеринів

Якщо до складу молекули жирів входять гліцерин та три залишки будь-якої однієї кислоти, то такі жири називають моноацидними, або простими триацилгліцеринами. У ньому випадку назва молекули жиру утворюється з назви жирної кислоти із зазначенням кількості її залишків у молекулі Наприклад, моноацидний жир, утворений із трьох молекул стеаринової кислоти, називається тристеарином, утворений із пальмітинової кислоти -трипальмітином, а із олеїнової - триолеїном.

Якщо до складу молекули жиру входять різні жирні кислоти, то такий жир називається гетероацидним, Гетероацидний жир може містити або три різні, або дві однакові жирні кислоти. Відповідно до цього утворюється і назва. Наприклад, стеаропальмі-тоолеїн або дистеаропальмітин. Фізико-хімічні властивості ацил-гліцеринів значною мірою залежать від переважання в їхньому складі тієї чи іншої жирної кислоти. Так, стеаринова кислота плавиться при температурі 70°С, тому при звичайній температурі жир, у якому вона переважає, буде твердим, наприклад, жир вівці. Моно- і диацилгліцерини, які мають вільні полярні гідроксили, розчинні у воді. Вони утворюють у воді міцели. Триацилгліцерини не мають здатності до утворення міцел і не розчинні у воді. При лужному гідролізі або омиленні ацилгліцеринів здійснюють ферменти ліпази.

До складу жирів підшкірної клітковини входить 50-60% олеїнової кислоти, тому вони плавляться при 17-23 °С, перебуваючи в організмі фактично в рідкому стані. Це сприяє обміну жиру між жировою тканиною і кров'ю, а також прискорює його внутрішньоклітинне використання.

Прості моноацидні жири отримують переважно штучним шляхом. В організмі людини і вищих тварин більшість жирів гетероацидні. Вміст жиру в деяких органах, тканинах і рідинах людини (у %) у перерахуванні на сиру масу такий:

печінка 1,5-3,0

м'язи 1,0-1,1

кров 0,2-0,3

молоко 3,2-3,8

4. Стерини та стериди. Холестерин. воски

Стерини та стерини

Циклопентанпергідрофенантрен (стеран)

Сполуки цієї групи можна розглядати як похідні відновленої конденсованої циклічної системи - циклопентанпергідрофенаетрену, який складається 5 трьох конденсованих циклогексанових кілець (А, В і С) у нелінійному або фенантреновому сполученні і циклопентанового кільця В.

Стерини, або стероли, - одноатомні вторинні спирти, похідні циклопентан-пергідрофенантрену. Вони широко розповсюджені в живій природі і залежно від походження розподіляються на дві групи - тваринні (зоостерини) і рослинні (фітостерини). У складі тканин стерини перебувають або у вільному стані або (частіше) у вигляді складних ефірів з жирними кислотами - стеридів.

До зоостеринів відносяться: холестерин (С₂₇Н₄₅ОН), десмостерин (С₂₇Н₄₃ОН), ланостерин (С₃₀Н₄₀ОН) і ряд інших. Найбільше значення в організмі людини і тварин має холестерин Холестерин (холестерол) уперше був виділений ще у XVIII сторіччі із жовчних каменів, звідки і походить його назва (сhоlе - жовч, лат.).

Холестерин - це циклічний ненасичений одноатомний спирт. З'єднуючись із жирними кислотами, переважно ненасиченими, холестерин утворює складні ефіри - холестериди. Холестерин і його ефіри є складовою частиною мембран клітин і субклітинних структур. Особливо великий їх вміст (більше 2%) у тканині головного мозку. У крові ефіри холестерину складають основну частину загального холестерину і транспортуються в складі ліпопротеїдів.

В організмі людини та вищих тварин із холестерину утворюються такі біологічно активні сполуки, як гормони кори надниркових залоз -кортикостероїди, статеві гормони, а також жовчні кислоти.

Холестерин може з'єднуватися своєю гідроксильною групою не тільки з жирними кислотами, але й з іншими сполуками в тому числі токсичними речовинами (наприклад, з токсинами патогенних мікроорганізмів, гемолітич-ними отрутами змій тощо) і знешкоджувати їх.

Окрім холестерину, у деяких тканинах (кістковий мозок, кров, нервова тканина шкіра) у невеликих кількостях містяться 7-оксихолестсрин, 7-дегідрохолестерин, який має ще один подвійний зв'язок у положенні С₇-С₈. Під дією ультрафіолетового опромінення 7-дегідрохолестерин, який є у людини в шкірі, перетворюється у вітамін Д₃.

Воски

Загальна назва воски відноситься до природних ефірів вищих жирних кислот і витих монооксиспиртів. Воски утворюють захисне покриття на шкірі, шерсті, пірї, а також є головними ліпідними компонентами багатьох видів морського планктону - одного з основних джерел їжі океанської фауни.

Ланолін - жир шерсті вівці є сумішшю жирнокислотних ефірів ланостерину й агностерину і застосовується у фармації як мазева основа.

Спермацет. Входить до складу спермацетового масла, яке добувають із черепних порожнин кашалота.

Основна складова частина спермацету - цетилпальмітин - складний ефір цетилового спирту і пальмітинової кислоти.

Бджолиний віск - це суміш різних речовин ліпідної природи, серед яких основною складовою частиною є складний ефір мірицилового спирту і

пальмітинової кислоти - мірицилпальмітин. Ланолін, спермацет та бджолиний віск широко використовуються в парфумерії і фармації як основа для приготування кремів і мазей.

5. Складні ліпіди. Фосфогліцериди. фосфатиди-негліцериди. Гліколіпіди і сульфоліпіди

Складні ліпіди

Складні та змішані ліпіди на відміну під простих ліпідів містять неліпідний компонент, наприклад фосфат (фосфоліпіди), вуглевод (гліколіпіди), білки (ліпопротеїди) та ін.

Фосфоліпіди (фосфатиди), як уже зазначалося, є складовою частиною мембран клітин і субклітинних структур - ядер, мітохондрій, рибосом. Це складні ефіри жирних кислот та спиртів, але, крім того, до їх складу входять фосфорна кислота і такі азотовмісні речовини, як амінокислоти й аміноспирти.

Залежно від характеру спирту, що входить до складу їх молекули, фосфатиди поділяються на дві групи: фосфатид-гліцериди, або фосфогліцериди і фосфатиди-негліцериди.

Фосфогліцериди

Ліпіди цього класу, що називаються також гліцерофосфатами, містяться практично тільки в клітинних мембранах, і лише дуже невелика кількість фосфогліцеридів знаходиться в складі жирових депо.

Молекули всіх фосфогліцеридів мають полярну голову і два неполярних вуглеводневих хвости; тому їх називають амфіпатичними, або полярними ліпідами.

Кожний тип фосфогліцеридів може бути представлений великою кількістю різних сполук, що відрізняються залишками жирних кислот. Як правило, вони містять один залишок насиченої й один залишок ненасиченої жирної кислоти, причому остання знаходиться в положенні С₂ гліцерину. До структури природних фосфогліцеридів входить ?-гліцеринфосфорна кислота.

Лецитин. Одним з найперших фосфогліцеридів, отриманим ще у 1845 р. з яєчного жовтка, був лецитин (жовток). У молекулі лецитину два гідроксили гліцерину з'єднані з двома молекулами вищих жирних кислот, з котрих одна, як правило, ненасичена. Третій гідроксил з'єднується з фосфорною кислотою, до якої приєднується аміноспирт - холін. Таким чином, лецитин відноситься до фосфатидилхолінів.

Кефалін. Ця група фосфоліпідів на відміну від лецитину містить замість холіну аміноспирт коламін (етаноламін). Тому ця група фосфоліпідів одержала назву коламінфосфатидів.

Хоча кефалін і лецитин - це старі назви, проте й до теперішнього часу вони використовуються досить часто. Цї два фосфогліцериди метаболічне зв'язані один з одним і є основними ліпідними компонентами більшості мембран у клітинах тварин.

Серинфосфатиди вперше були виділені із головного мозку бика, а потім знайдені і в більшості інших тканин тварин, рослин і бактерій. Вони побудовані з тих же складових частин, але азотовмісна частина в них містить амінокислоту серин

Інозитфосфатиди вперше виділені з туберкульозних паличок, а потім знайдені в рослинах і тканинах тварин. Ця група фосфатидів характеризується тим, що до їхнього складу входить шестиатомний циклічний спирт інозит.

Існує порівняно багато форм інозитфосфатидів, які відрізняються наявністю або відсутністю (наприклад, ліпозитол) у їх структурі молекули гліцерину, кількістю залишків жирних і фосфорної кислоти. Залежно від цього інозитфосфатиди діляться на три основні групи; монофосфоінозитфосфатиди (де один залишок фосфату сполучається з інозитом), поліфосфоінозитфосфатиди (в яких декілька фосфатів приєднуються до гідроксильних груп інозиту) і складні інозитфосфатиди (у яких до інозиту приєднуються інші речовини - амінокислоти, моносахариди, фітосфінгозин). Поліфосфорні інозитфосфатиди виявлені переважно в головному мозку людини і вищих тварин, де, як вважають, вони відіграють важливу роль у нервовій діяльності. У рослинному світі на них багаті соя, арахіс, соняшник.

Плазмалогени містяться в усіх тканинах організму людини і становлять близько 20% від загальної кількості фосфоліпідів. Особливо багато їх у головному і спинному мозку, де 50-90% під вмісту всіх ліпідів припадає на плазмалогени.

Кардіоліпін - подібний до фосфатидилгліцеринів, але має більш складну структуру. Хребет молекули кардіоліпіну включає три залишки гліцерину.

Кардіоліпін уперше був виділений із серця бика і звідси отримай свою назву. Надалі він був виявлений у багатьох тканинах тварин і людини, в зеленому листі вищих рослин, дріжджах. Вміст його в клітинах складає 7-5% від маси ліпідів. Проте в мембранах мітохондрій він є головним компонентом фосфоліпідів.

Фосфатиди-негліцериди

Діольні фосфатиди (фосфоліпіди) - нова, нещодавно відкрита група сполук. Вони є похідними двохатомних спиртів, у яких одна зі спиртових груп етерифікована залишком жирної кислоти, а інша зв'язана з фосфатом і будь-яким /спиртом, наприклад і холіном. У організмі діольні фосфоліпіди можуть зв'язувати з клітинними мембранами, змінюючи їх функцію. Вони виявляють виразні поверхнево-активні властивості. Великі їх концентрації призводять до гемолізу еритроцитів. Діольні фосфоліпіди впливають на імунні реакції і усувають вплив медіатору ацетилхоліну на клітини, тобто виявляють холінолітичну дію.

Сфінгомієліни. Вони у великих кількостях містяться в нервовій тканині, входячи до складу мієліну, який утворює оболонку нервових волокон {звідси пішла їх назва). Сфінгомієліни виявлені і в інших органах (легені, печінка, нирки, селезінка, а також у крові).

Сфінгомієліни побудовані з двохатомного ненасиченого аміноспирту сфінгозину, холіну, фосфорної та жирної кислот, причому жирна кислота своїм карбоксилом реагує з аміногрупою сфінгозину, в результаті чого утворюється ациламідний зв'язок.

Сфінгомієліни відрізняються між собою характером жирної кислоти, котра входить до їхнього складу (стеаринова, пальмітинова, лігноцеринова).

Гліколіпіди і сульфоліпіди. Гліколіпіди - це велика група складних ліпідів, що містять у своєму складі вуглеводи.

У гліколіпідів голову молекули утворюють полярні, гідрофільні групи вуглеводів, найчастіше D-галактоза, але може бути й глюкоза, а в деяких випадках -галактозамін і нейрамінова кислота.

Найпростішими гліколїпідами є глікозилдиацилгліцерини, виявлені в рослинах і мікроорганізмах.

Інша група - цереброзиди, їх можна розглядати і як гліколіпіди, і як сфінголіпіди, оскільки ці сполуки містять і цукор, і аміноспирт сфінгозин. Особливо багато цереброзидів міститься в мембранах нервових клітин і, зокрема, в мієліновій оболонці. Жирні кислоти, які входять до складу цереброзидів незвичайні, бо містять понад 20 атомів вуглецю; найчастіше зустрічаються нервонова, церебронова і лігноцеринова кислоти.

Нижче наведено формулу цереброзиду нервову, до складу якого входять нервонова кислота (С₂₃Н₄₅СООН) і галактоза. Остання своїм напівацетальним гідроксилом утворює глікозидний зв'язок зі спиртовою групою сфінгозину.

Інший великий клас гліколіпідів складають гангліозиди. Це надзвичайно складні, багаті вуглеводами ліпіди з дуже великими молекулами. Як правило вони виявляються на зовнішній поверхні клітинних мембран, особливо в нервовій тканині. Наприклад, у складі гангліозидів із мозку бика виявлені: жирна кислота, спирт сфінгозин, цукри D-глюкоза і D-галактоза і похідні аміноцукрів - N-ацетил-глюкозамін і N-ацетилнейрамінова кислота. Таким чином, у структурному відношенні гангліозиди подібні до цереброзидів з тією різницею, що замість одного залишку галактози вони мають складний олігосахарид.

Сульфоліпіди - це сульфатні похідні цереброзидів. Сульфат приєднується до третього гідроксилу галактози. Вони мають дуже виразні кислотні властивості і легко зв'язують катіони. Вважають, що вони беруть участь у транспорті катіонів через мембрани нервових клітин і волокон. Тому сульфоліпіди потрібні для нормальної електричної активності нервової системи.

Ліпопротеїди -- комплекси ліпідів з білками. По будові це невеликого розміру (150-200 нм) сферичні частини, зовнішня оболонка яких утворена білками (що дозволяє їм пересуватися по крові), а внутрішня частина - ліпідами та їхніми похідними.

Основна функція ліпопротеїдів - транспорт по крові ліпідів. Залежно від кількості білка й ліпідів ліпопротеїди розділяються на хіломікрони, ліпопротеїди низкою щільності (ЛПНЩ) і високої щільності (ЛПВЩ), які раніше позначалися як ?- і ?-ліпопротеїди.

Хіломікрони - найбільш великий клас ліпопротеїдів і містять до 98-99% ліпідів і тільки 1-2% білка. Вони утворяться в клітинах слизової оболонки кишечника і забезпечують транспорт ліпідів з кишечника в лімфу, а потім у кров.

У ЛПНЩ кількість білка становить 9-20%, а серед ліпідів переважають холестерин і триацилгліцерини (до 40%). Білкова частина ЛПВЩ коливається в межах 35-50%, а ліпідна представлена фосфоліпідами і холестерином. Таким чином, холестерин транспортується по крові в складі ліпопротеїдів, особливо ЛПНЩ. Внаслідок цього між рівнем холестерину й ЛПНЩ відзначається пряма залежність: підвищення холестерину супроводжується збільшенням у крові його транспортної форми ЛПНЩ і навпаки. От чому визначенню рівня ліпопротеїдів у крові надається важливе значення в клінічній лабораторній діагностиці.

Лекція № 5. ХІМІЯ ФЕРМЕНТІВ

1. Загальна характеристика ферментів

Матеріальною основою життя являється взаємодія хімічних речовин і елементів живого організму.

В нормальних фізіологічних умовах біологічні реакції протікають з досить великими швидкостями. Велику швидкість забезпечують біологічні каталізатори-ферменти.

Діючи в строго визначеній послідовності, вони каталізують розщеплення молекул поживних речовин, забезпечують запас і перетворення хімічної енергії, з простих молекул будують макромолекули, що входять в склад клітин і тканин організму.

Наука про ферменти є окремою галуззю біохімії і називається ферментологія.

Вчення про ферменти лежить в основі найважливіших проблем фізіології і патології людини на молекулярному рівні.

Практично всі фізіологічні процеси в організмі забезпечуються каталітичною дією ферментів. І.П. Павлов назвав ферменти "збудниками життя".

Велике значення мають ферменти і в медицині. Деякі хвороби людини, особливо спадкові, можуть бути зв'язані з недостатністю або взагалі відсутністю якогось ферменту.

Наприклад, відсутність у дітей ферменту, що перетворює галактозу в глюкозу є причиною галактомезії, при якому діти отруюються надлишком галактози. З іншої сторони, підвищена активність ферменту може привести до захворювання, наприклад, подагри.

Порушення біохімічних процесів спостерігається при самих різноманітних хворобах людини, при цьому змінюється і діяльність відповідних ферментів. Ось чому визначення активності ферментів крові має важливе значення в діагностиці, а використання ферментів в якості ліків відкриває новий розділ в медицині.

Крім того, ферменти широко використовуються і в промисловості. З допомогою ферментів розшифрована структура білків і нуклеїнових кислот, одержаний ряд ферментативних препаратів, вітамінів.

Ферментологія має довгу і багату відкриттями історію. В її розвитку приймали участь вчені світу, серед них гідне місце займають вітчизняні вчені І.П. Павлов, С.Є. Северин, В.Н. Орехович, Ю.А. Овчинников.

2. Номенклатура ферментів

Назва у ферментів досить складна і складається з декількох частин.

I. Назва субстрату (тобто речовини, на яку діє фермент).

II. Назва типу ферментативної реакції, що каталізує фермент.

III. Назва продукту реакції (Р) та її учасників.

IV. До назви фермента додають закінчення -аза. Наприклад, у печінці є фермент, що каталізує розщеплення глюкозо-6-фосфату на вільну глюкозу та фосфатну кислоту.

Глюкоза-6-фосфат-фосфогідролаза

В цій назві:

Назва субстрату - глюкоза - 6 - фосфат.

Назва продукту реакції - фосфорна кислота.

Тип реакції - гідроліз.

Додається закінчення - аза.

В практиці збереглись і другі назви ферментів, що називаються тривіальними: пепсин, амілаза, трипсин. До них відносяться гідролітичні ферменти ШКТ.

3. Особливості ферментативного каталізу

Каталіз - процес прискорення хімічної реакції під впливом каталізатора, який приймає участь у даному процесі, але до кінця реакції залишається хімічно незмінним. Каталізатори бувають органічні та неорганічні. Органічні каталізатори - це ферменти.

Між молекулами, які вступають в реакцію, існують сили притягування і відштовхування.

При недостатньому запасі енергії молекули необхідно активізувати, тобто додати їм необхідну кількість енергії, що називається енергією активізації. Активація молекул відбувається різними шляхами: нагріванням, опроміненням, підвищенням тиску і за допомогою каталізаторів.

Суть дії каталізаторів заключається в тому, що вони в нормальних фізіологічних умовах викликають перебудову субстрату за рахунок внутрішньо молекулярної перебудови. Це призводить до зниження енергії активізації і молекули можуть взаємодіяти без залучення додаткової енергії. Крім того, активовані молекули взаємодіють набагато швидше.

Характеристика ферментативного каталізу.

Ферменти є природними біологічними каталізаторами, і тому мають подібні властивості з неорганічними каталізаторами.

Суть ферментативної реакції характеризується слідуючими рівняннями.

Е - фермент, S - субстрат, Р - продукти реакції. ЕS - фермент субстратний комплекс.

Але ферменти відрізняються від неорганічних каталізаторів рядом параметрів. Ферменти на відміну від неорганічних каталізаторів є високомолекулярними полімерами, мають високу специфічність, низький оптимум температури (35-45?С) фізіологічний діапазон рН, діють при атмосферному тиску і мають зворотність дії і велику швидкість ферментативної реакції.

Ферментативна реакція може йти як у прямому так і в зворотньому напрямку.

Активність ферментів може змінюватися в залежності від статі, віку, фізіологічного стану організму. Це не властиво неорганічним каталізаторам.

Розмір молекули ферменту не відповідає розміру молекули субстстрату. Фермент є по своїй природі білком і має велику молекулярну масу в порівнянні з низькомолекулярним субстратом. Крім того, було відмічено, що навіть після відщеплення від молекули ферменту деякої кількості амінокислот, він зберігає свої властивості. Все це дає підстави стверджувати, що фермент діє не всією молекулою, а деякою ділянкою, розташованою на поверхні ферменту. Ця ділянка відповідає структурі субстрату і називається активним центром. Він складається з різноманітних функціональних груп, що представляють радикали амінокислот, утворюючих первинну структуру ферменту.

4. Хімічна природа ферментів

Це білки, що мають велику молекулярну масу рибонуклеаза - 12. 700 в.о., пепсин - 35.000 т. в.о. Ферменти, як і всі білки мають первинну, вторинну, третинну, четвертинну структури.

Первинна структура представляє собою послідовне з'єднання амінокислот і зумовлена спадковими особливостями організму. Саме первинна структура в значній мірі характеризує індивідуальність ферменту.

Вторинна структура представляє ? - спіраль.

Третинна - має вид глобули і приймає участь у формуванні активного центру та інших властивостей ферментативної молекули.

Багато ферментів мають четвертинну структуру, що представляє собою об'єднання декількох субодиниць, що мають три рівні організації молекул. Ці субодиниці можуть розрізнятися між собою, як в кількісному, так і в якісному співвідношенні. Це привело до появи груп споріднених ферментів - ізоферментів, що представляють собою ряд форм одного і того ж ферменту. Вони каталізують одну і ту ж реакцію, але розрізняються по місцю локалізації, складу, і тому мають різні фізико-хімічні властивості: швидкості руху в електричному полі, оптиму температури.

Ізоферменти існують більш ніж у 100 ферментів. Наприклад, ЛДГ - каталізує утворення і окислення молочної кислоти. Цей фермент має четвертинну структуру і складається з чотирьох субодиниць, дві з яких представлені типом Н (heat - серце), дві М (muscul - м'язи). За назвою органів де знайдена їх найбільша активність. Різне співвідношення цих субодиниць призвело до появи 5-и ізоферментів ЛДГ.

ЛДГ - 1 (4Н) серце, печінка, мозок.

ЛДГ - 2 (ЗНІМ) нирки, легені.

ЛДГ - З (2Н2М) нирки, легені, мозок.

ЛДГ - 4 (ІНЗМ) - печінка, м'язи.

ЛДГ - 5 (4М) - печінка, м'язи.

Ці ізоферменти позначаються цифрами і в залежності від швидкості руху в електричному полі розділяються методом електрофорезу на 5 фракцій.

Відмінність у хімічному складі ферментів послужила основою для поділу їх на ферменти-протеїни та ферменти-протеїди.

Протеїни складаються тільки з амінокислот. Це в основному гідролітичні ферменти (пепсин, амілаза, ліпаза) ШКТ.

Складні ферменти протеїди мають небілкову частину кофермент і білкову - апофермент.

Коферменти можуть бути представленні мінеральними речовинами, їх називають металоферментами, активними формами вітамінів і нуклеозидтрифосфатами. Присутність вітамінів у складі ферментів визначає їх біологічне значення.

Таблиця 3

Присутність вітамінів у складі ферментів і визначає їх біологічне значення. Вітамін	Кофермент	Фермент	Тип реакції
Тіамін В1	Тіамінпірофосфат	Декарбоксилаза	Декарбоксилювання (від щеплення СО2)
Піродоксін В6	Фосфопіродоксаль	Амінотрансферази	Перенесення аміногрупи
Вітамін В12	Кобамідні ферменти	Трансметилази	Перенесення метальної гр.

5. Властивості ферментів

Ферменти являються по своїй хімічній природі білками і характеризуються їх властивостями. Це високомолекулярні сполуки здатні утворювати колоїдні розчини мають властивості амфоретних електролітів, термолабільні. Окрім властивостей білків вони мають свої специфічні властивості - зворотність дії та специфічність.

Зворотність дії:

При вивченні дії ферментів біло встановлено, що деякі з них можуть каталізувати як пряму так і зворотну реакцію. Наприклад, ЛДГ забезпечує не тільки розпад молочної кислоти, але і її утворення. Вперше на таку властивість ферментів вказав А.Я. Данилевський (1888 рік), що далі було підтверджено роботами І.П. Павлова, А.І. Опаріна. Слід зазначити, що зворотність дії мають не всі ферменти.

Специфічність

Специфічність це одне з найбільш видатних властивостей ферментів. Ця властивість була відкрита ще в минулому столітті, коли було зроблено спостереження, що близькі по структурі речовини - просторові ізомери, розщеплюються зовсім різними ферментами. В основі специфічності лежить строга відповідність структури субстрату активному центру ферменту. Утворення фермент-субстратного комплексу відбувається слідуючим чином. Як було встановлено у первинному стані структура субстрату і активного центру не точно відповідають один одному. Але при їх взаємодії вони впливають один на одного таким чином, що їх просторові структури змінюються. В результаті, по образному вислову Е.Фішера субстрат підходить до ферменту, як ключ до замка. І стає можливим утворення комплексу субстрата з активним центром ферменту. Цю модель взаємодії називають іще моделлю ключа і замка.

Ступінь специфічності у ферментів різна і поділяється на абсолютну і відносну специфічність.

Відносну специфічність мають ферменти, кожен з яких діє на декілька речовин, що мають один тип зв'язку. Наприклад, протеїнази розщеплюють пептидний зв'язок - NH - СО.

Ферменти, що каналізують перетворення тільки одного субстрату мають абсолютну специфічність. Прикладом цього може бути амілаза, що гідролізує крохмаль до глюкози, сахараза, що розщеплює сахарозу на глюкозу і фруктозу.

6. Кінетика ферментативних реакцій

На швидкість ферментативної реакції впивають концентрація ферменту та субстрату, температура, рН середовища, активатори та інгібітори.

Концентрація ферменту. Величина цього показника прямо пропорційна швидкості реакції.

Підвищення концентрації приводить до одночасного підвищення швидкості реакції при оптимальних умовах (надлишок субстрату, температура рН середовища). Швидкість реакції буде максимальною, коли весь фермент буде зв'язаний у фермент - субстратний комплекс.

Концентрація субстрату. Між швидкістю реакції і кількістю субстрату при оптимальних умовах існує пряма залежність. З підвищенням кількості субстрату швидкість реакції буде підвищуватись.

Температура. Ферменти являється термолабільними сполуками. З підвищенням температури на кожні 10°С швидкість реакції підвищується в два рази. Це проходить до температурного оптимуму. Так називають інтервал температур в якому ферменти проявляють найбільшу активність. Для більшості ферментів це 35-45°С. В організмі людини оптимальна температура для дії ферментів 37°С. Підвищення температури приводить до зниження активності ферменту і швидкості реакції, а при 70-80°С фермент перестає діяти. Це зв'язано з тим, що ферменти мають білкову природу і при підвищенні температури змінюється структура активного центру настільки, що він перестає взаємодіяти з субстратом, тобто відбувається денатурація. При високій температурі структура білка руйнується і руйнується активний центр ферменту.

Зниження температури викликає і зниження швидкості ферментативної реакції, але при цьому фермент зберігає свою структуру і властивості. Якщо температуру підняти до оптимуму, активність ферменту і швидкість реакції відновлюється. Цю властивість застосовують у медицині при хірургічних операціях, наприклад, при проведенні операції на грудній порожнині, організм хворого охолоджують приблизно до 22-25°С, з метою знизити активність ферментів і відповідну швидкість реакцій, тобто обмін речовин в організмі.

рН середовища. Кожний фермент проявляє свою активність тільки при оптимальному рН викликає зниження активності ферменту і зниження швидкості реакції, а при значній зміні реакції середовища фермент інактивується. Це зв'язано з тим, що в утворенні ферменту - субстратного комплексу приймають участь електростатичні зв'язки, які утворюються між протилежно зарядженими функціональними групами субстрата і активного центра ферменту. Такий заряд створюється тільки специфічною рН.

Активатори - являються факторами, що підвищують швидкість ферментативної реакції. Прикладами можуть бути іони хлору, що є активаторами амілази слини Н⁺, які підвищують активність пепсину, жовчні кислоти, що підвищують активність ліпази підшлункової залози. Існує і процес самоактивації. Багато ферментів виробляється в неактивній формі в клітинах в виді проферментів або зимогенів, у яких активний центр заблокований ділянкою пептидного ланцюга.

В результаті цього субстрат не може з'єднатися з активним центром ферменту. Видалення такого додаткового поліпептиду приводить до звільнення активного центру і можливості утворення фермент-субстратого комплексу. Наприклад, проферментом пепсину являється пепсиноген. Відщеплення від його молекули невеликого поліпептидного ланцюга приводить до утворення активного пепсину.

Інгібітори знижують швидкість ферментативної реакції шляхом пригнічення дії ферменту. Даний процес носить назву інгібірування. Інгібірування буває зворотне і незворотне. При незворотному інгібіруванні повністю втрачається активність ферментів, що зв'язано з руйнуванням їх структури. До таких інгібіторів відносяться різні денатуруючі агенти (сильні кислоти, луги, спирти), отрути, фосфорорганічні сполуки.

Зворотне інгібірування проходить тільки в період взаємодії ферменту з інгібітором, видалення якого знову повертає активність ферменту. Воно буває конкурентним і неконкурентним.

Конкурентне має в своїй основі конкуренцію між субстратом і інгібітором за взаємодію з активним центром ферменту. Це можливо тільки тоді, коли структура інгібітора подібна структурі субстрату, інгібітор є структурним аналогом субстрату. Тільки при цій умові інгібітор може взаємодіяти з активним центром ферменту.

Друга особливість конкурентного інгібірування - це строге кількісне співвідношення між субстратом і інгібітором.

Інгібірування може пройти тільки тоді, коли інгібітору буде більше, ніж ферменту.

Неконкурентне - інгібітор не є структурним аналогом субстрату і з'єднується з не активним центром, а з другим центром молекулами, що носить назву алостеричного центру. В результаті цього змінюється структура всього ферменту, в тому числі і активного центру, який уже не може приєднувати субстрат.

Коферменти теж є факторами, що впливають на швидкість реакції, при цьому відмічається пряма залежність між концентрацією коферменту і швидкістю реакції.

7. Класифікація

В основу класифікації покладений тип ферментативної реакції. Ділять на 6 класів.

Оксидоредуктази. Каталізують окисновідповідні реакції (ЛДГ, ксинтино-оксидаза, що каталізує синтез сечової кислоти).

Трансферази. Ферменти здійснюють міжмолекулярний перенос різних функціональних груп (метилтрансферази транспортують метильні групи, амінотрансферази приймають участь у переносі аміногруп, гексокінази переносять фосфорну кислоту з АТФ на глюкозу).

Гідролази. Гідролізують різні сполуки шляхом розриву внутрішньо молекулярних зв'язків (пепсин, трипсин, амілаза, сахараза). При цьому відбувається розпад ефірних зв'язків.

Ліази. Розщеплюють негідролічним шляхом сполуки з подвійними зв'язками. До них відносяться декарбоксилази, ферменти що каталізують відщеплення СО₂ (лізиндекорбоксилаза) знаходиться в товстому відділі кишечнику і каталізує перетворення лізину з утворення кадаверіну. Декарбоксилази, також катілізують утворення з амінокислот біогенних амінів типу тир аміну, гістаміну.

Ізомерази. Каталізують взаємне перетворення субстратів. Глюкозо-6- фосфатізомераза забеспечує пряму і зворотну реакції між фруктозо-6- фосфатом і глюкозо-6-фосфатом.

Лігази. Каталізують синтез органічних речовин з двох молекул з використанням енергії АТФ.

В прийнятій класифікації передбачають чотирьох значний код. Перша цифра - номер одного з головних класів, друга - підклас, що характеризує основні субстрати, третя - номер підкласу, який деталізує хімічні групіровки субстрату, четверта цифра являється порядковим номером ферменту, що відноситься до відповідного під-підкласу.

8. Локалізація ферментів

Ферменти локалізуються в органоїдах клітини, де проявляється їх діяльність. Виключення складають ферменти ШКТ, які виділяються у просвіт ШКТ в момент травлення і ферменти системи зсідання крові, що функціонують в кровоносних судинах.

В ядрі клітини знаходяться головним чином ті ферменти, які каналізують обмін нуклеїнових кислот: ДНК-полімерази, ДНК-лігази, РНК-полімерази.

Закономірний розподіл ферментів у різних органоїдах цитоплазми. Наприклад, ферменти тканинного дихання розташовані переважно в мембранах мітохондрій. Каталізатори біосинтезу білку знаходяться переважно в мембранах рибосом, а також в мітохондріях. Ферменти, що каналізують гідролітичне розщеплення органічних речовин (протеїнази, нуклеази, естерази) розташовані головним чином в лізосомах.

Фіксація ферментів в органоїдах клітини сприяє інтенсифікації і впорядкованості біохімічних процесів завдяки направленому контакту між собою, а не випад кованому зштовхуванню.

Клітинна організація ферментів також сприяє надходженню різних речовин в клітини і виведенню продуктів обміну, що є важливою умовою взаємодії біохімічних процесів і їх великої швидкості.

При зміні умов існування організму в процесі адаптації і особливо при патологічних процесах може порушуватися унікальна будова клітини і субклітинних структур, що пояснює відхилення в розподілі і функціях окремих ферментів, а також цілих ферментних систем. Наприклад, при дії іонізуючого випромінювання порушується унікальна структура мембран мітохондрій і в зв'язку з цим послаблюється фіксація на них таких ферментів, як піруватдегідрогеназа і ?-кетоглуторатдегідрогеназа, що каналізують процеси декарбоксилування. В таких умовах порушується синтез АТФ, що приводить до стану енергетичного голоду в організмі. Також при променевих враженнях клітини підвищується проникливість лізосом і відбувається їх руйнування, що приводить до переходу в цитозоль гідролітичних ферментів, що підсилюють розщеплення білків нуклеїнових кислот і інших сполук.

Під впливом мікроорганізмів, продуктів їх обміну та обломків клітин також може відбуватися руйнування мембран лізосом. Ці фактори не тільки вивільнюють ферменти з лізосом, а й грають роль індукторів їх біосинтезу. Отже ферменти лізосом не тільки виконують захисну функцію, а і являються важливим механізмом очищення клітин від різних продуктів обміну і деструктивних частинок, а також сприяють самовідновленню клітин.

9. Значення ферментів для медицини

Життєдіяльність любого організму забезпечується постійним і строго послідовним протіканням багатьох тисяч хімічних реакцій, що каталізують ферментами. Ось чому в основі любих порушень функцій організму лежать розлади діяльності ферментів. Механізми виникнення подібних відхилень, роль ферментів у розвитку захворювань, діагностиці і лікуванні - всі ці питання входять в самостійний розділ фітохімії - медичну ферментологію.