Rolul biologic al hidrolizei în procesele de activitate vitală a unui organism

Rolul biologic al hidrolizei în procesele de activitate vitală a organismului. ATP.

Hidroliza (descompunerea hidrolizei apei grecești + liza) - descompunerea substanțelor, trecerea cu participarea obligatorie a apei și desfășurarea în conformitate cu schema:







AB + H-OH → AH + BOH

Reacțiile de hidroliză suferă o varietate de substanțe. Deci, în timpul digestiei substanțe macromoleculare (proteine, lipide, polizaharide, etc.) sunt supuse hidrolizei enzimatice pentru a forma compuși cu greutate moleculară mică (respectiv, aminoacizi, acizi grași și glicerină, glucoză, etc.).

Fără acest proces, asimilarea produselor alimentare nu ar fi posibilă, deoarece doar molecule relativ mici sunt suge în intestin. Astfel, de exemplu, asimilarea polizaharidelor și dizaharidelor devine posibilă numai după hidroliza completă prin enzime la monozaharide. În mod similar, proteinele și lipidele se hidrolizează la substanțe care pot fi absorbite ulterior. Luați în considerare principalele reacții de hidroliză care au loc în organism.

Hidroliza proteinelor. Substanțele de proteine ​​constituie o clasă uriașă de organici, adică carbonați, și anume compuși de azot carbonici, întâlnite în mod inevitabil în fiecare organism. Rolul proteinelor în organism este enorm. Fără proteinele sau componentele acestora - aminoacizi - nu se poate realiza o reproducere a principalelor elemente structurale ale organelor și țesuturilor, precum și formarea unui număr de substanțe importante, cum ar fi enzime si hormoni. Proteinele alimentare înainte de a fi folosite pentru a construi țesuturile corpului sunt pre-clivate. Organismul nu folosește proteinele alimentare pentru hrană, dar elementele sale structurale sunt aminoacizi și, probabil, parțial cele mai simple peptide, din care substanțele proteice sunt apoi sintetizate în celule.

Fiecare tip de organism, fiecare organ și fiecare țesut conține proteinele sale caracteristice, iar atunci când proteinele străine sunt digerate, organismul le privează în primul rând de specificitate specifică. Înainte de a fi digerată, proteinele ar trebui să fie descompuse în material indiferent. Proteinele se descompune în substanțe mai simple, lipsite de specii de specificitate compus capabil absorbit în fluxul sanguin, prin peretele intestinal, realizat în organele digestive ale oamenilor și animalelor prin hidroliză succesivă prin acțiunea mai multor enzime.
În gură, proteinele nu sunt afectate de nicio modificare, deoarece enzimele proteolitice necesare pentru aceasta nu sunt incluse în saliva. Digestia proteinelor incepe in stomac.

În tractul gastrointestinal, proteinele alimentare se descompun în aminoacizi cu participarea enzimelor proteolitice digestive - peptidohidrolază. Acest grup de enzime diferă în specificitatea substratului: fiecare din aceste enzime hidrolizează, de preferință (adică la cea mai mare viteză), legăturile peptidice (fig.1), formate de anumiți aminoacizi. Ca urmare a acțiunii combinate a tuturor peptidodrolazei digestive, proteinele alimentare se descompun complet în aminoacizi. Astfel, organismul primește monomeri pentru sinteza proteinelor proprii.

În stomac, digestia (adică scindarea hidrolitică) are loc sub acțiunea unei enzime proteolitice pepsină; rolul esențial în acest proces este jucat de acidul clorhidric, datorită căruia sucul gastric are un pH scăzut (1-2). Sub acțiunea acestui acid, proteina eliberată de celulele principale ale pepsinogenului glandelor gastrice se transformă în pepsină. HCI catalizează acest proces, timp în care o parte a moleculei este scindată și se formează centrul activ al enzimei. Pepsin însăși catalizează procesul de formare a acestuia, adică este un autocatalizator.

Pepsinul hidrolizează legăturile peptidice îndepărtate de la capetele lanțului peptidic (astfel încât pepsina este denumită endopeptidază). Proteinele se descompun în polipeptide, aminoacizii liberi nu se formează practic.

Digestia proteinelor este completă în partea superioară a intestinului subțire prin acțiunea celulelor pancreatice și intestinale. Aceste celule produc un număr de proenzime (tripsinogen, chymotrypsinogen, prokaropeptidazy A și B, proelastază). După formarea în situsul catalitic activ al fragmentelor proenzimei și scindarea acestor proteine ​​sunt convertite respectiv enzime: tripsina, chimotripsina, Karbopeptidazy A și B și elastaza.

Trypsin, Chymotrypsin și elastază - endopeptidaze - legături hidrolizate care se află mai aproape de mijlocul lanțului polipeptidic. Produsele acțiunii lor sunt în principal peptide, dar se formează un număr de aminoacizi.

Carboepeptidaza - exopeptidaza. Ei hidrolizează legătura peptidică formată de restul aminoacidului terminal. Carbopeptidaza A scindează în principal aminoacizii terminali cu un radical hidrofob și carboxipeptidaza B - resturile de lizină și arginină.

Ultima etapă a digestiei are loc cu participarea enzimelor sintetizate de celulele intestinale - aminopeptidaze și dipeptidaze. Primul termina aminoacizii din peptide, al doilea hidrolizează dipeptidele.

Astfel, digestia proteinelor alimentare este esența, secvența reacțiilor de hidroliză catalizată de un număr de enzime.

Hidroliza este, de asemenea, baza sintezei ureei, procedând conform ecuației:

Acest proces este catalizat de enzima arginază, iar procesul invers - sinteza argininei din ornitină (ciclul Krebs-Hanselayt) este posibilă.







glucide alimentare în tractul digestiv se descompun în monomeri sub acțiunea glicozidazele - enzime care catalizează hidroliza legăturilor glicozidice (Figura 2) în polizaharide.

Digestia începe deja în cavitatea bucală: saliva conține enzimă amilază (# 945;

1,4-glicozidază), care se scindează # 945;

1,4 glicozidice. Deoarece alimentele din cavitatea bucală nu durează mult, amidonul este digerat doar parțial. Principalul loc de digestie a amidonului este intestinul subțire, în care amilaza intră în sucul pancreatic. Amilaza nu hidrolizează legătura glicozidică în dizaharide, astfel că produsul principal al acțiunii amilazei intestinale este dizaharidul maltozei.

Din aceste reziduuri de glucoză din moleculă care sunt conectate amidon 1,6-glicozidice legăturii dizaharid format izomaltoză. Mai mult, cu alimente corpul primește zaharoză și lactoză dizaharide (Figura 3), că glicozidazele specific hidrolizate - maltase, izomaltază, lactază și zaharazei respectiv.

Produsele hidroliza completă a carbohidraților - glucoză, galactoză și fructoză - prin celulele intestinului intră în sânge.

Hidroliza grăsimilor Bilice și sucul pancreatic, necesare pentru digestia grăsimilor, intrați în colonul 12. Sucul pancreatic conține o enzimă de lipază care catalizează hidroliza legăturii esterice în triacilgliceroli. Deoarece grăsimile sunt insolubile în mediu apos și lipaza este insolubilă în grăsimi, hidroliza are loc numai la interfața acestor faze și, prin urmare, viteza de digestie depinde de suprafața acestei suprafețe.

În bile conține acizi biliari conjugați (figura 5) - gliccochol și taurocholic. Acești acizi au proprietăți amfifilice. Pe interfața grăsime-apă, ele sunt orientate astfel încât partea ciclică hidrofobă să fie imersată în grăsime, iar lanțul lateral hidrofil în faza apoasă. Ca rezultat, se formează o emulsie stabilă.


Sub acțiunea lipazei are loc hidroliza grăsimilor, în timpul căreia acizii grași sunt separați de triacilglicerină unul după altul, mai întâi de la # 945; - atomi de carbon, apoi - de la Atomul de carbon (figura 6)

Substanțele monomere formate în timpul procesului de digerare a alimentelor intră într-o serie de reacții. În multe dintre ele, ele se oxidează și energia eliberată în timpul acestei oxidări este folosită pentru a sintetiza ATP din ADP, principalul proces de acumulare a energiei în organismele vii. Această energie este necesară pentru creșterea și funcționarea normală a corpului. Omul primește ca urmare a procesului de mai multe etape de oxidare a alimentelor - proteine, grăsimi și carbohidrați, precum și din cauza unor hidrolizei esteri, amide, peptide și glikozidoa. Cu toate acestea, principala sursă de energie pentru multe procese biologice - biosinteza proteinelor, transportul ionic, contracția musculară, activitatea electrică a celulelor nervoase - este adenozin trifosfat (ATP).

ATP (adenozin trifosfat) aparține compușilor Bioinorganic, deoarece partea organică constă din - porțiunea adenozin și anorganică - legat într-un lanț de trei grupări fosfat. La pH ≥ 7,0, ATP există ca ATP anionic 4-. deoarece toate grupările fosfatice la această valoare a indicelui de hidrogen sunt ionizate.

Hidroliza ATP este înregistrată sub formă de echilibru acid-bază:

ATP 4- + H20 Û ADP 3 + HF04 2 + H +

DG o = -30,5 kJ / mol,

unde ADP 3 este un anion de adenosidifosfat.

După cum se poate observa, hidroliza este asociată cu o scădere a energiei Gibbs

(DGo = -30,5 kJ / mol). Hidroliza poate continua cu adenozin monofosfat (AMP) și, în final, cu adenozină.

Eliberarea de energie semnificativă prin hidroliză a dat un motiv pentru a introduce un termen special pentru substanțele organofosforici - makroenergeticheskie. Molecul ATP conține două legături de mare energie (macro-energie) (figura 7).

În formula chimică, ele sunt în mod tradițional denominate de semn

(Tilda). În molecula ADP, doar o singură legătură de energie înaltă; Ca urmare a sintezei ATP prin fosforilare oxidativă, se adaugă încă unul, adică energia oxidării substratului este transformată în energia legăturilor chimice din molecula ATP.

Energia eliberată în timpul reacțiilor de hidroliză a diferitelor substanțe este de obicei mică. Dacă depășește 30 kJ / mol, atunci legătura hidrolizabilă se numește energie înaltă. Energia hidrolizei ATP, în funcție de localizarea în celulă, poate varia de la 40 la 60 kJ / mol. În medie, se consideră că este egală cu 50 kJ / mol.

Tabelul 2 prezintă valorile energiei standard Gibbs a hidrolizei anumitor fosfați organici.

Tabelul 2: Energii standard Gibbs pentru hidroliza compușilor organoionici

Datele din acest tabel sunt vizibile. Că hidroliza unor fosfați are ca rezultat eliberarea unei energii ceva mai mari decât hidroliza ATP, altele mai puțin.

Principalul mod de sinteză a ATP din ADP este fosforilarea oxidativă. În acest caz, ADP este fosforilat de fosfat anorganic:

Reacția este cuplată energetic cu transferul de hidrogen de la coenzime reduse la oxigen. Acest transfer eliberează cea mai mare parte a energiei oxidate. Energia de sinteză a apei din H2 și O2 gazos este de 230 kJ / mol. Aproape aceeași cantitate este obținută dacă se utilizează hidrogen. Inclus în compoziția compușilor organici. Cuplajul energetic al reacțiilor de transport pe hidrogen și sinteza ATP are loc cu participarea membranei mitocondriale și a sintetazei H + -ATP.

O altă modalitate de sinteză a ATP din ADP este fosforilarea substratului. În acest caz, mecanismul de cuplare nu necesită participarea membranelor.

Esența hidrolizei este de a transfera grupări fosfat din compuși care, prin hidroliză produc mai multă putere decât ATP, la compușii fosforilate, generează energie mai puțin liberă prin hidroliză decât ATP.

În consecință, ATP funcționează în celule ca produs intermediar, transferând energia și reacțiile de conjugare, însoțite de eliberarea și consumul de energie.

Atunci când se separă compuși organici complexi, de exemplu, în oxidarea combustibilului cu celule de glucoză, în celule se eliberează o cantitate mare de energie. O parte semnificativă a acesteia este stocată datorită sintezei conjugate a ATP și ADP și a fosfatului anorganic (figura 8). Cu ajutorul unei enzime specifice - fosfotransferază - grupa fosfat din organofosforici compuși R1 - fosfat mai mare de ATP, energia este transferată prin ADP. Aceasta duce la formarea ATP:

Figura 8: Schema de transformare a energiei Gibbs într-o celulă

ATP, la rândul său, sub acțiunea unei alte enzime, transferă grupul terminal fosfat la moleculele de compuși organici cu o energie mai mică decât ATP, stocând astfel energie în ele. În acest caz, ADP este din nou format:

unde R1-fosfatul este un compus organofosforic cu o energie mai mare decât ATP; R2-fosfatul este un compus organofosforic cu o energie mai mică decât ADP.

Energia hidrolizei ATP este, la rândul ei, utilizată pentru a furniza o varietate de procese endergonice. Reacția de fosforilare a ADP și utilizarea ulterioară a ATP ca sursă de energie formează un proces ciclic:

Energia substanțelor oxidabile

Lista literaturii utilizate:

2. Glinka, NL Chimie generală. Izd.19-lea. "Chimie", 1977.

3. Curs de chimie organică de la Stepanenko BN. Ediția a treia. M. Liceu, 1979

4. Endiklopediya mare medical. M .: "Enciclopedia sovietică", 1979.

Rezumat pe tema: Rolul biologic al hidrolizei în procesele de activitate vitală a organismului Finalizat: Golovenko A.O. (Grupul FFM 117) Instructor: Profesor asociat Rusnyak Yu.I.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: