Онкотическое давление

Новосибирский государственный аграрный университет

Институт ветеринарной медицины

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по биохимии

 

 

 

Выполнил: Гурзо Д.Н.

Шифр: УВ 1116

Группа: 6131

Проверил:

 

 

 

 

Новосибирск 2012

 

Задание 1

Какое давление называют онкотическим? 1 грамм белка растворили в 100 граммах воды при температуре 25°С. Чему равно осмотическое давление раствора, если молекулярная масса белка составляет 1000?

Онкотическое давление (от др.-греч. ὄγκος — объем, масса) — коллоидно-осмотическое давление, доля осмотического давления, создаваемая высокомолекулярными компонентами раствора. В плазме крови человека составляет лишь около 0,5 % осмотического давления (3—4 кн/м², или 0,03—0,04 ат). Тем не менее, онкотическое давление играет важнейшую роль в образовании межклеточной жидкости, первичной мочи и др. Стенка капилляров свободно проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не для белков. Скорость фильтрации жидкости через стенку капилляра определяется разницей между онкотическим давлением белков плазмы и гидростатическим давлением крови, создаваемым работой сердца. На артериальном конце капилляра солевой раствор вместе с питательными веществами переходит в межклеточное пространство. На венозном конце капилляра процесс идёт в противоположном направлении, поскольку венозное давление ниже онкотического давления. В результате в кровь переходят вещества, отдаваемые клетками. При заболеваниях, сопровождающихся уменьшением концентрации в крови белков (особенно альбуминов), онкотическое давление снижается, и это может явиться одной из причин накопления жидкости в межклеточном пространстве, в результате чего развиваются отёки.

Осмотическое давление рассчитывается по формуле Ван-Гоффа:

Р_осм= *RT, где m масса растворенного вещества, М – молекулярная масса вещества, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

Р_{осм==0,24 атм.}

Задание 2

Объясните механизм образования электрического заряда на поверхности белковой молекулы. Как заряжены частицы белка  при  рН=9,0, если изоэлектрическая точка  этого белка равна 8,5?

Как известно, белки построены  из остатков аминокислот, являющихся электролитами. При синтезе полипептидных цепей  и соединении их между собой в  молекуле белка остается часть свободных  функциональных групп аминокислот, в частности таких, как – NH₂  и –COOH, могущих диссоциировать в водной среде. Благодаря этим группам белки в водных растворах проявляют свойства электролитов.  При электролитической диссоциации белков на их поверхности возникает одноименный электрический заряд (положительный или отрицательный), который способствует взаимному отталкиванию частиц, что обеспечивает стойкость растворов белка как коллоидных систем. В тех случаях, когда реакция среды подавляет диссоциацию белка, то есть его электрический заряд уменьшается до нуля, белок переходит в изоэлектрическое состояние. Иначе говоря, в таком состоянии на поверхности молекулы белка положительные и отрицательные заряды уравновешиваются, а силы взаимоотталкивания ослабляются и начинают преобладать силы взаимопритяжения, что способствует агрегации частиц. Изоэлектрическое состояние белка возникает при определенном значении рН среды. Значение рН, при котором частицы белка не передвигаются в электрическом поле ни к аноду, ни к катоду, а суммарный заряд их равен нулю, называется изоэлектрической точкой. Общий заряд белка при pH ниже изоэлектрической точки является положительным. Наоборот, при pH выше изоэлектрической точки общий заряд белка — отрицательный.

Если рН=9, а изоэлектрическая точка белка равна 8,5, то частицы  белка будут заряжены отрицательно.

 

Задание 3

Опишите роль ферментов, относящихся к классу лиаз. Напишите уравнение реакции, происходящие с участием декарбоксилазы.

Лиа́зы — отдельный класс ферментов, катализирующих реакции негидролитического и неокислительного разрыва различных химических связей (C—C, C—O, C—N, C—S и других) субстрата, обратимые реакции образования и разрыва двойных связей, сопровождающиеся отщеплением или присоединением групп атомов по её месту, а также образованием циклических структур.

В общем виде названия ферментов  образуются по схеме «субстрат + лиаза». Однако чаще в названии учитывают подкласс фермента. Лиазы отличаются от других ферментов тем, что в катализируемых реакциях в одном направлении участвуют два субстрата, а в обратной реакции только один. В названии фермента присутствуют слова "декарбоксилаза" и "альдолаза" или "лиаза" (пируват-декарбоксилаза, оксалат-декарбоксилаза, оксалоацетат-декарбоксилаза, треонин-альдолаза, фенилсерин-альдолаза, изоцитрат-лиаза, аланин-лиаза, АТФ-цитрат-лиаза и др.), а для ферментов, катализирующих реакции отщепления воды от субстрата - "дегидратаза" (карбонат-дегидратаза, цитрат-дегидратаза, серин-дегидратаза и др.). В тех случаях, когда обнаружена только обратная реакция, или это направление в реакциях более существенно, в названии ферментов пристутствует слово "синтаза" (малат-синтаза, 2-изопропилмалат-синтаза, цитрат-синтаза, гидроксиметилглутарил-CoA-синтаза и др.).

Примеры: гистидиндекарбоксилаза, фумаратгидратаза.

Пример 1

Характеристика  фермента

Систематическое название	2-оксокислота:карбокси-лиаза
Рабочее название	Пируватдекарбоксилаза
Класс	4. Лиазы
Подкласс	4.1. Углерод-углерод-лиазы
Подподкласс	4.1.1.Карбокси-лиазы
Классификационный номер	КФ 4.1.1.1.
Кофактор	Тиаминдифосфат

Пример 2

Характеристика  фермента

Систематическое название	Гистидин:карбокси-лиаза
Рабочее название	Гистидин-декарбоксилаза
Класс	4. Лиазы
Подкласс	4.1. Углерод-кислород-лиазы
Подподкласс	4.1.1. Карбокси-лиазы
Классификационный номер	КФ 4.1.1.22.
Кофактор	Пиридоксальфосфат

 

Пример 3

Характеристика  фермента

Систематическое название	(S)-Малат:гидро-лиаза
Рабочее название	Фумараза
Класс	4. Лиазы
Подкласс	4.2. Углерод-кислород-лиазы
Подподкласс	4.2.1. Гидро-лиазы
Классификационный номер	КФ 4.2.1.2.

Пример 4

Класс	4. Лиазы
Подкласс	4.6. Фосфор-кислород-лиазы
Подподкласс	4.6.1. Фосфор-кислород-лиазы
Классификационный номер	КФ 4.6.1.1.

Характеристика  фермента

Систематическое название	АТФ:дифосфат-лиаза (циклизующая)
Рабочее название	Аденилатциклаза

Некоторые аминокислоты и  их производные могут подвергаться декарбоксилированию - отщеплению ос-карбоксильной  группы. В тканях млекопитающих декарбоксилированию  может подвергаться целый ряд  аминокислот или их производных: Три, Тир, Вал, Гис, Глу, Цис, Apr, Орнитин, SAM, ДОФА, 5-окситриптофан и др. Продуктами реакции являются СО₂ и амины, которые оказывают выраженное биологическое действие на организм (биогенные амины):

Реакции декарбоксилирования  необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами. Простетическая группа декарбоксилаз в клетках животных - пиридоксальфосфат. Некоторые декарбоксилазы микроорганизмов могут содержать  вместо ПФ остаток пирувата - гистидиндекарбоксилаза Micrococcus и Lactobacilus, SAM-декарбоксилаза Е. coli и др. Механизм реакции напоминает реакцию трансаминирования с участием пиридоксальфосфата и также осуществляется путём формирования шиффова основания ПФ и аминокислоты на первой стадии.

Амины, образовавшиеся при  декарбоксилировании аминокислот, часто являются биологически активными  веществами. Они выполняют функцию  нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК и др.), гормонов (норадреналин, адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин, спермин  и др.).

 

Задание 4

Структура белковой молекулы. Классификация белков.

Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды)— высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. Кроме того, аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс. Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров— полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют важную роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле. Белки— важная часть питания животных и человека (основные источники: мясо, птица, рыба, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени: овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организмах не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть из них поступает с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются при биосинтезе белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

Структура белка

Схематическое изображение  образования пептидной связи (справа).

Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот (которые являются мономерами) и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот (правда, модификации происходят уже после синтеза белка на рибосоме). Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки всего из 5 аминокислот оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислот (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10¹³⁰ вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации — белками. При образовании белка в результате взаимодействия α-аминогруппы (-NH₂) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (-COOH) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют C- и N-концом (в зависимости от того, какая из групп концевой аминокислоты свободна: -COOH или -NH₂, соответственно). При синтезе белка на рибосоме новые аминокислоты присоединяются к C-концу, поэтому название пептида или белка даётся путём перечисления аминокислотных остатков начиная с N-конца.

Последовательность аминокислот  в белке соответствует информации, содержащейся в гене данного белка. Эта информация представлена в виде последовательности нуклеотидов, причём одной аминокислоте соответствует в ДНК последовательность из трёх нуклеотидов— так называемый триплет или кодон. То, какая аминокислота соответствует данному кодону в мРНК, определяется генетическим кодом, который может несколько различаться у разных организмов. Синтез белков на рибосомах происходит, как правило, из 20 аминокислот, называемых стандартными. Триплетов, которыми закодированы аминокислоты в ДНК, у разных организмов от 61 до 63 (то есть из числа возможных триплетов (4³ = 64) вычтено число стоп-кодонов (1—3)). Поэтому появляется возможность, что большинство аминокислот может быть закодировано разными триплетами. То есть, генетический код может являться избыточным или, иначе, вырожденным. Это было окончательно доказано в эксперименте при анализе мутаций. Генетический код, кодирующий различные аминокислоты, имеет разную степень вырожденности (кодируются от 1 до 6 кодонами), это зависит от частоты встречаемости данной аминокислоты в белках, за исключением аргинина. Часто основание в третьем положении оказывается несущественным для специфичности, то есть одна аминокислота может быть представлена четырьмя кодонами, различающимися только третьим основанием. Иногда различие состоит в предпочтении пурина пиримидину. Это называют вырожденностью третьего основания.

Уровни организации

Уровни структуры белков: 1— первичная, 2— вторичная, 3—  третичная, 4— четвертичная

Первичная структура — последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — сочетания аминокислот, играющих ключевую роль в функциях белка. Консервативные мотивы сохраняются в процессе эволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка.

Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями. Ниже приведены самые распространённые типы вторичной структуры белков:

• α-спирали — плотные витки вокруг длинной оси молекулы, один виток составляют 3,6 аминокислотных остатка, и шаг спирали составляет 0,54 нм (так что на один аминокислотный остаток приходится 0,15 нм), спираль стабилизирована водородными связями между H и O пептидных групп, отстоящих друг от друга на 4 звена. Спираль построена исключительно из одного типа стереоизомеров аминокислот (L). Хотя она может быть как левозакрученной, так и правозакрученной, в белках преобладает правозакрученная. Спираль нарушают электростатические взаимодействия глутаминовой кислоты, лизина, аргинина. Расположенные близко друг к другу остатки аспарагина, серина, треонина и лейцина могут стерически мешать образованию спирали, остатки пролина вызывают изгиб цепи и тоже нарушают α-спирали.
• β-листы (складчатые слои) — несколько зигзагообразных полипептидных цепей, в которых водородные связи образуются между относительно удалёнными друг от друга (0,347 нм на аминокислотный остаток) в первичной структуре аминокислотами или разными цепями белка, а не близко расположенными, как имеет место в α-спирали. Эти цепи обычно направлены N-концами в противоположные стороны (антипараллельная ориентация). Для образования β-листов важны небольшие размеры боковых групп аминокислот, преобладают обычно глицин и аланин.
• π-спирали;
• 3₁₀-спирали;
• неупорядоченные фрагменты.