В чем заключается каталитическая функция

Основные функции белков в клетке

Благодаря сложности, разнообразию форм и состава, белки играют важную роль в жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Белок — это отдельный полипептид или агрегат нескольких полипептидов, выполняющий биологическую функцию.

Полипептид — понятие химическое. Белок — понятие биологическое.

В биологии функции белков можно разделить на следующие виды:

1. Строительная функция

Белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур. Например:

2. Транспортная функция

Некоторые белки способны присоединять различные вещества и переносить их к различным тканям и органам тела, из одного места клетки в другое. Например:

Белки транспортируют в крови катионы кальция, магния, железа, меди и другие ионы.

3. Регуляторная функция

Большая группа белков организма принимает участие в регуляции процессов обмена веществ. Гормоны белковой природы принимают участие в регуляции процессов обмена веществ. Например:

4. Защитная функция

5. Двигательная функция

6. Сигнальная функция

7. Запасающая функция

8. Энергетическая функция

9. Каталитическая (ферментативная) функция

Ферменты, или энзимы, — особый класс белков, являющихся биологическими катализаторами. Благодаря ферментам биохимические реакции протекают с огромной скоростью. Вещество, на которое оказывает свое действие фермент, называют субстратом.

Ферменты можно разделить на две группы:

10. Функция антифириза

11. Питательная (резервная) функция.

Решай задания и варианты по биологии с ответами

Источник

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Каталитическая функция белков

Ферменты образуют неустойчивые комплексы с веществами, которые вступают в реакцию. Ферментативная реакция протекает в 106-1012 раз быстрее, чем в среде без ферментов. Через несколько секунд или даже доли секунды в организме происходит сложная последовательность реакций, для проведения которой с применением обычных химических катализаторов нужные дни, недели или даже месяцы и годы. Это объясняют тем, что для осуществления любой химической реакции необходим контакт между реагентами. Чтобы произошла реакция без участия ферментов, требуется высокая концентрация реагирующих веществ в среде или повышенная температура, при которой ускоряется движение молекул и возрастает вероятность контактов молекул реагирующих соединений. Но в организмах концентрация веществ часто очень низкая, а высокие температуры могут быть опасными. Именно поэтому биохимические реакции не могут происходить без участия ферментов.

Активность фермента проявляется лишь при определенных условиях: тех или иных значений температуры, давления, рН и т.д.. Существуют и специальные вещества, способные регулировать активность ферментов. Они связываются с активными центрами ферментов и блокируют их активность. В качестве таких веществ-ингибиторов могут выступать ионы тяжелых металлов свинца (Pb), Арсену (As), Аргентуму (Ag).

Ферментативные реакции происходят в виде ряда последовательных этапов (до нескольких десятков). Цепи взаимосвязанных ферментативных реакций в целом обеспечивают обмен веществ и превращение энергии в отдельных клетках и организме в целом.

Ферменты имеют определенное расположение как в рамках отдельной клетки, так и в организме в целом. В клетке много ферментов связанные с плазматической мембраной или мембранами отдельных органелл (митохондрий, пластид и др.).

Источник

Многообразие функций белков

Вопрос 1. Чем объясняется многообразие функций белков?
Уникальные свойства белков заложены в колоссальном разнообразии пространственного строения их молекул. Это разнообразие белков определяется огромным числом возможных сочетаний аминокислотных остатков в длинных, состоящих, как правило, из нескольких сотен остатков, полипептидных цепях белков. Как известно, в состав белков может входить 20 видов аминокислот. Белки образуют различные соединения с различными веществами. Кроме того, белки могут иметь пространственную структуру молекулы. Установлено, что белки могут иметь различные размеры и форму. Многие белки содержат в своём составе такие металлы, как железо, цинк, медь и др. Все это способствует тому, что белки выполняют множество функций.

Вопрос 2. Какие функции белков вам известны?
1. Строительная (пластическая) функция. Белки являются непременным компонентом всех биологических мембран, составляют основу цитоскелета, входят в состав соединительных тканей, волосяного покрова, т.е. обеспечивают «строительную» функцию.
2. Ферментативная функция. Обладая, прежде всего, ярко выраженной каталитической способностью, они в качестве ферментов детерминируют интенсивность всех метаболических процессов в клетке и организме в целом. Белки служат ферментами, т. е. биологическими катализаторами. Примером может служить амилаза, расщепляющая крахмал до моносахаридов; пепсин, расщепляющий белки на пептиды.
3. Сократительная (двигательная) функция. Все виды движения, начиная с движений жгутиков бактерий и кончая движениями пальцев пианиста, обеспечиваются работой «белковых моторов» (сократительные белки). Сократительные свойства белков актина и миозина лежат в основе работы мышц.
4. Транспортная функция. Белки участвуют в транспорте молекул и ионов в пределах организма (гемоглобин переносит кислород из легких к органам и тканям, альбумин сыворотки крови участвует в транспорте жирных кислот).
5. Защитная функция. Она заключается в предохранении организма от повреждений и вторжения чужеродных белков и бактерий. Белки-антитела, вырабатываемые лимфоцитами, создают защиту организма от чужеродной инфекции, тромбин и фибрин участвуют в образовании тромба, тем самым, помогая организму избежать больших потерь крови.
6. Регуляторная функция. Белки-гормоны участвуют в регуляции активности клетки и всех жизненных процессов организма. Так, инсулин регулирует уровень сахара в крови и поддерживает его на определенном уровне.
7. Сигнальная функция. Белки формируют ионные каналы и осуществляют восприятие, трансформацию и передачу разнообразных внешних сигналов (белки-рецепторы).
8. Энергетическая функция. Она реализуется белками крайне редко. При полном расщеплении 1г белка способно выделиться 17,6кДж энергии. Однако белки для организма — очень ценное соединение. Поэтому расщепление белка происходит обычно до аминокислот, из которых строятся новые полипептидные цепочки. Они же осуществляют иммунологическую защиту от чужеродных соединений и патогенных микроорганизмов (защитные белки-иммуноглобулины).

Вопрос 3. Какую роль играют белки-гормоны?
Белки-гормоны контролирует физиологическую активность тканей и органов и всех жизненных процессов всего организма. Так, в организме человека соматотропин участвует в регуляции роста тела, инсулин поддерживает на постоянном уровне содержание глюкозы в крови.

Вопрос 4. Какую функцию выполняют белки-ферменты?
Белки-ферменты играют роль катализаторов, т. е. ускоряют химические реакции в сотни миллионов раз. Ферменты обладают строгой специфичностью по отношению к веществу, вступающему в реакцию. Каждая реакция катализируется своим ферментом.

Источник

Каталитическая функция

Катализ как способ увеличить скорость химической реакции – это пример специально организованного процесса/превращения как последовательности образования и разрыва слабых связей комплекса катализатора с субстратами и продуктами, а также пространственной (конформационной) перестройки существующего комплекса. В роли катализаторов выступают белки (белки, выполняющие эту функцию, называются ферментами).

Именно за счет катализа на молекулярном уровне возможна такая организация превращений в клетке, при которой нужные процессы происходят, а ненужные – нет. Нужные процессы происходят в форме биохимических реакций, сгруппированных в цепочки и циклы, часто ветвящиеся.

Схема такого сложного биохимического процесса (как большого числа биохимических реакций/каталитических превращений) требует не только строго заданной последовательности химических превращений, но и не менее определенной последовательности физико-химических этапов прохождения каждой биохимической реакции.

Эффект увеличения скорости может быть получен за счет последовательного (неодновременного) выполнения необходимых условий превращения – их разделения между этапами в более сложной схеме превращения. В результате вероятность прохождения данной молекулой всей цепочки превращений возрастает, т.к. процесс ограничивает не произведение достаточно малых вероятностей (в случае отсутствия катализатора), а отдельные вероятности для последовательных этапов.

Последовательному выполнению превращения с участием катализатора отвечает более сложная схема. В этой схеме каждый этап в прямом и обратном направлении описывает константа скорости, в которой есть множители тех же типов, что и для простой схемы без дополнительных участников (см. выше). Произведение этих множителей можно увеличить на порядки за счет соответствующего подбора этапов.

Например, с этой точки зрения можно представить химическое превращение A+2B ® P, происходящее по схеме с участием катализатора E

. (*)

где индексы «D» и «–D» при константах скорости обозначают соответственно этапы диффузии (субстратов и продукта) к ферменту и этапы, обратные диффузии, т.е. распад комплекса фермента, к которому присоединена одна или несколько частиц, приводящее к уменьшению, частиц, связанных с ферментом. Дополнительный индекс нумерует последовательность этапов присоединения субстратов и необходим, чтобы различить соответствующие константы скорости.

Если на первом этапе фиксировать одну из превращаемых частиц (закрепить слабыми связями на катализаторе – молекуле, поверхности и др.) одну из превращаемых частиц, то активационный множитель (за счет малой энергии активации при фиксации слабыми связями) будет близок к единице. В любом случае энергетическое ограничение будет значительно меньше, чем непосредственно при столкновении превращаемых частиц. Как следствие, константа скорости на этом этапе будет на 10–20 порядков больше в сравнении с константой скорости превращения без катализатора как дополнительного участника.

Аналогично можно фиксировать другие превращаемые частицы, чему соответствуют того же рода большие константы скорости для этапов их присоединения к катализатору.

Если превращаемые частицы на катализаторе будут закреплены рядом, причем в таком положении, чтобы изменяемые части молекул были взаимно ориентированы наилучшим возможным образом для химического превращения, то на этапе собственно химического превращения ориентационный множитель будет близок к единице. При характерной величине ориентационного множителя 10 –10 это означает, что произведение ориентационного и активационного множителей для этого этапа будет на 10 порядков больше, чем аналогичное произведение для превращения в схеме без катализатора.

Другой вариант организации превращения в более сложной схеме, дающий аналогичный эффект – это характерная для биокатализаторов конформационная перестройка молекулы, при которой происходит сближение изменяемых частей молекул после их присоединения к соответствующим частям молекулы катализатора. Энергия активация перестройки молекулы в этом случае не равна нулю, но мала (т.к. отвечает не химическим превращениям с энергией активации 50–100 и более кДж/моль, а физическим превращениям, для которых она может составлять 10–20 кДж/моль). Одновременно может происходить принудительное сближение превращаемых молекул (за счет энергии слабых взаимодействий), что может дополнительно уменьшить активационный барьер (и значительно, особенно если задействованное число слабых взаимодействий велико).

Таким образом, при более сложной схеме число этапов возрастает (в разы или на порядок), но скорость может возрасти значительно больше (обычно на 10 и более порядков), т.к. произведение активационного и ориентационного множителя на каждом из этапов возрастает на многие/несколько (и даже десятки) порядки.

Дополнительные вопросы/темы для размышлений:

– как еще можно увеличить скорость каталитического превращения?

– какое значение может иметь участие ионов в каталитическом превращении?

– почему во всех или во многих биохимических превращениях не использована типовая молекула катализатора (где есть стандартное место для расположения каждого субстрата, стандартная часть молекулы, обеспечивающая сближение реагентов и т.д.)?

Приложение 2.

Освоение техники вычислений на основе локального универсального представления молекулярного уровня: вычисление скорости (на примере схемы с 3-мя этапами) через формальный перебор вариантов о том, какая из промежуточных концентраций близка к полной концентрации катализатора

схема с повышенной симметрией имеет вид

Формальный перебор может быть начат с любого предположения. Пусть начат с предположения [EP] ≈ E₀, тогда развитие по каждому из 2-х направлений v₃ >>v_–3 и v₃ ≈ v_–3. В первом случае предположение v₃ >>v_–3 дает значение скорости v = v₃ = 10 5 E₀ и отсюда противоречие, т.к. в силу v 3 E₀ (и k₂ E₀= 10 3 E₀).

Во втором случае равенство по порядку величины 10 5 [EP] = v₃ ≈ v_–3 = 10 2 [E] позволяет выразить [E] ≈ 10 3 E₀, т.е. также получаем противоречие.

Пусть затем сделано предположение [ES] ≈ E₀. Развитие в первом альтернативном случае (предположение v₂ >> v_–2) дает значение скорости v = v₂ = 10 3 E₀. Формально это невозможно при [ES] ≈ E₀, но в принципе возможен вариант, что обе концентрации [ES] и [E] одного порядка (например, обе по E₀/2), поэтому необходимо рассматривать этот случай далее (альтернатива: возвращение к этому случаю после получения противоречия в последнем предположении [E] ≈ E₀). Тогда условие 10 3 E₀ = v₂ = v = v₁ – v_–1 = 10 3 [E] – 10 4 E₀ позволяет рассчитать концентрацию [E] = 11 E₀. И это еще одно противоречие.

Во втором альтернативном случае (предположение v₂ ≈ v_–2) равенство по порядку величины 10 3 [ES] = v₂ ≈ v_–2 = 10 2 [EP] позволяет выразить [EP] ≈ 10 E₀, т.е. получаем еще раз противоречие.

Наконец предположение [E] ≈ E₀

Предположение дало последовательно все концентрации и значение скорости

Значения концентраций в результате перебора: [E] ≈ E₀, [ES] ≈ E₀/10, [EP] ≈ 2 10 –3 E₀, v ≈ 10 2 E₀.

Последнее предположение можно не проверять, т.к. решение уже найдено (а других решений нет в силу его существования и единственности, см. далее).

Продолжение: прямой расчет скорости после упрощения схемы на основе формального перебора, учитывая, что второй этап необратим. Это позволяет получить приближенное аналитическое выражение для скорости

(М) оставляем два более простых кинетических уравнения из трех (т.е. выбрасываем самое сложное из трех в вырожденной линейной системе уравнений) + выражаем все концентрации через ту, которая нужна в окончательном выражении (т.е. ту, от которой скорость зависит наиболее простым образом = концентрация перед необратимой стрелкой)

Источник

Роль белков в организме человека: для чего нужны, функции, симптомы избытка и недостатка

Роль белков в организме человека заключается не только в накоплении мышечной массы. Они участвуют во многих процессах. А при дефиците этих соединений, так же как жиров и углеводов, развиваются серьезные заболевания, такие как атрофический гастрит и нарушение функций печени. Так что отказываться от белковой пищи не стоит. А заодно рекомендую узнать, для чего нам нужен белок в организме, чтобы понимать и правильно оценивать его роль. Готовы? Тогда сделаем экскурс в диетологию.

Что такое белки

Белками называют высокомолекулярные органические соединения, состоящие из соединенных определенным образом аминокислот. При поступлении в организме белковые вещества расщепляются, после чего организм имеет возможность синтезировать собственные.

Всего в образовании белковых молекул участвует 22 аминокислоты как строительные элементы. 13 из них могут превращаться одна в другую, а 9 являются незаменимыми аминокислотами. Информация о составе веществ сохраняется в ДНК и передается РНК, а непосредственно синтез белковых соединений в организме из аминокислот происходит в части клетки, которая называется рибосомой.

Роль и функции белков в организме человека

Влияние белков на организм можно описать несколькими функциями. Классификация условна, но она помогает стать более осведомленным в отношении биологической роли белков в организме человека

Каталитическая функция

Все ферменты в организме состоят из белка, а их насчитывается более 3 тысяч! Они участвуют в процессе расщепления пищи на простые составляющие и отвечают за доставку энергии к клеткам. В этом заключается одно из главных значений белков в организме человека.

Защитная функция

Роль белков в организме человека заключается в активизации иммунной системы. Антитела — тоже белковые соединения, защищающие нас от вредоносных микроорганизмов. Именно они формируют сгусток крови на месте открытой раны, поэтому протеин нужен для ускорения регенерации.

Механическую защитную функцию белков в организме выполняет белок коллаген. Он составляет основу межклеточного вещества соединительной ткани. Еще одно белковое соединение, кератин, входит в состав волос, ногтей и влияет на их качество.

Пользу белков для организма ученые видят и в химической защите. Свойство белков в организме связываться с токсинами играет важную роль в детоксикации организма. Ферменты печени расщепляют яды, после чего они выводятся.

Регуляторная функция

Это одна из основных функций белка в организме. Белковые соединения регулируют процессы, происходящие в клетках и в организме. Они обладают удивительной способностью принимать и передавать информацию. Это происходит путем связывания с другими молекулами или под воздействием ферментов. Гормоны, регулирующие метаболизм, также являются белковыми.

Сигнальная функция

Способность белковых соединений передавать информацию некоторые ученые выделяют в отдельную сигнальную функцию. Еще раз хочу повторить, что деление это более условное, и в отношении этого значения белков в организме человека можно говорить о регуляторной.

Для выполнения сигнальной функции белок гормона связывается с рецептором, после чего в клетке запускается ответная реакция. К сигнальным соединениям, передаваемым через межклеточное вещество, относятся цитокины и факторы роста.

Транспортная функция

Свойства гемоглобина многим известны. Он переносит кислород к органам и тканям, выполняя транспортную функцию. Гемоглобин тоже является белковым соединением. Если его уровень в крови низкий, развивается анемия из-за нехватки кислорода и питания.

Транспортные белковые вещества разделяются на каналы и переносчики. Некоторые из них специализируются на доставке только одного вида ионов.

Запасная (резервная) функция

Так называемые резервные белковые вещества запасаются в организме как источник энергии. В основном это соединения, получаемые из семян, яиц и молока. Другие разновидности сохраняются в качестве дополнительного источника аминокислот, из которых вырабатываются биологически активные вещества.

Рецепторная функция

Белковые рецепторы располагаются в цитоплазме или встраиваются в мембраны клеток. Одна часть молекулы воспринимает сигнал (это может быть механическое раздражение, освещение). В другой части происходит конформация (изменение расположения).

Пользу белков для организма ученые видят и в других типах передачи информации. Некоторые из них нужны для запуска химической реакции или выступают ионными каналами, которые периодически закрываются и открываются. У рецепторов, которые встраиваются в мембраны, часть молекулы связывается с сигнальной на поверхности клетки.

Моторная (двигательная) функция

Биологическая роль моторных белков в организме заключается в обеспечении движения нашего тела. Эти соединения оказывают влияние на мышцы, перемещают клетки, активизируют межклеточный транспорт.

Польза белка для спортсменов, поддержания красоты и стройности

Важность белков очевидна. Но особенно высокую потребность в этих соединениях испытывают спортсмены. Белковые соединения выступают основным материалом для строительства мышечной ткани. Регулярно употребляя протеины, люди, которые регулярно занимаются спортом, обеспечивают быстрый рост мышечной массы. Подробнее об особенностях питания для роста мышц можете почитать здесь.

Если вы не занимаетесь спортом активно, это вовсе не означает, что вам не требуются белковые соединения. Для девушек это источник красоты, поскольку белковая пища способствует образованию коллагеновых волокон, которые делают кожу гладкой и упругой. Благодаря строительным белкам в организме человека удается поддержать пышность и блеск волос, прочность ногтей.

Сколько белка нужно потреблять в сутки

Суточную потребность организма в белках определяют на основании пола, возраста и физической активности человека. Среднестатистический взрослый употребляет 0,8 г белковых соединений на 1 кг массы тела.

Тут нужно сразу уточнить момент, что суточная потребность не приравнивается к весу белковых продуктов. Если у вас масса 60 кг, это не означает, что вам нужно съедать всего 60 г мяса в день. Даже в высокобелковых продуктах содержатся другие соединения (вода, витамины, минералы, клетчатка), поэтому расчет нормы ведем на основе содержания чистого протеина, а не массы потребляемой еды.

Спортсменам, людям, ведущим активный образ жизни, требуется 1-1,2 г белковых веществ. Беременным женщинам нужно 1,1 г протеинов на 1 кг массы тела. В этом количестве учитываются соединения как животного, так и растительного происхождения.

Дефицит белка в организме

Если употреблять мало белковых продуктов, в организме образуется дефицит этих веществ. Белковая недостаточность приводит к нарушению метаболизма в печени. При низкой концентрации протеинов в крови увеличивается количество межклеточной жидкости, что характерно для воспалительных процессов.

Несбалансированное питание, о котором я много писала ТУТ, приводит к нарушению обмена веществ из-за отсутствия незаменимых кислот. Снижается кислотность желудка, что опасно развитием атрофического гастрита. При повреждении желудочной слизистой развивается язва.

Из-за нарушения всасываемости белков поджелудочная железа не может функционировать полноценно. Ее клетки перестают выделять ферменты. Развивается целиакия — патология, которая перестает быть редкостью.

При дефиците протеинов страдают волосы, ногти. Они становятся ломкими и сухими. Поскольку кислород не доставляется к органам и тканям, развивается анемия, человек жалуется на постоянное ощущение холода в руках и ногах. Из-за недостатка протеинов и транспортного коллапса замедляется метаболизм, развивается ожирение.

Это далеко не все «прелести» дефицита белка. Но, думаю, этого достаточно, чтобы вы задумались о рациональном потреблении белковых продуктов.

Переизбыток белка в организме

Увлечение «сушкой» и низкоуглеводными диетами, избыточное потребление мясных продуктов может привести к избытку белков организме. Это состояние влечет другие проблемы.

Некоторые белки, по результатам последних исследований (1) ученых Исследовательского центра питания и метаболизма, способны формировать преддиабетическое состояние. Большую роль в этом играет высокая калорийность пищи.

При избыточном потреблении белка страдают почки, вынужденные выводить токсичные вещества, образующиеся в результате распада белковых соединений. Если не изменить диету, развивается почечная недостаточность.

Исследование (2), проводившееся на мышах, диета которых состояла на 35% из протеинов, показало, что из-за излишка белковых соединений страдает почечная функция.

Еще один эксперимент над 96 животными (3) подтвердил, что изменения в работе почек приводили к нарушению метаболизма, в результате которого развивалась ломкость костей.

Негативно избыток белка действует и на печень, поэтому при риске заболеваний этого органа нужно сокращать количество мяса и яиц в рационе.

Полезное видео про роль белка в организме человека

Источники белка

Осознавая важность белков в человеческом организме, нужно правильном составлять рацион. Привожу примеры животных и растительных продуктов, которые обязательно должны быть на вашем столе.

Животные белки

Белковые соединения животного происхождения получают из молока, яиц, разных сортов мяса или рыбы.

Растительные белки

В некоторых зерновых и бобовых присутствуют растительные белки, которые легче усваиваются и считаются более полезными.

Подробнее о белковых продуктах читайте здесь.

Какой белок лучше всего усваивается в человеческом организме

По поводу того, какой белок лучше, растительный или животный, часто идут споры. Однозначного ответа здесь нет. Вещества животного происхождения, как и растительного, важны для организма.

Но в последнее время специалисты стали поощрять растительные источники белковых соединений. В зерновых, бобовых отсутствуют насыщенные жиры и другие вещества, которые могут спровоцировать развитие сердечно-сосудистых заболеваний. Диетологи советуют есть больше растительного протеина, чтобы постепенно сформировать правильные пищевые привычки.

Отчасти такой подход верен. Я думаю, он объясняется именно составом продуктов животного происхождения. Вместе с протеинами в организм попадают и другие вещества, нежелательные жиры, способные вызвать болезни.

Также хочу сказать о том, что растительный белок имеет другую структуру, поэтому легче усваивается. В реалиях России с ее холодным климатом трудно двигаться в сторону вегетарианства.

Но доступность многих продуктов сегодня на прилавках указывает на то, что человек уже может строить рацион по своему усмотрению, в отличие от наших предков, которые довольствовались тем, что удавалось найти. Такая возможность помогает избавиться от многих болезней и нежелательных состояний.

Как понять, хватает ли вам белка

Достаточное количество белка в организме можно проверить, ориентируясь на общее состояние. Если ваши волосы и ногти стали ломкими, вас беспокоит усталость, постоянно мерзнут руки и ноги, у вас налицо дефицит белковой пищи в рационе.

Чтобы подтвердить свои догадки, можно сдать анализ крови и мочи. Низкий гемоглобин укажет на то, что белки не выполняют транспортную функцию, из-за чего вы ощущаете слабость, утомляемость. Есть и другие специальные анализы, но назначать их должен врач.

Проанализируйте свой рацион и выясните, сколько мяса, рыбы, бобовых вы употребляете в течение недели. Если это количество покажется малым, придется пересмотреть меню. Правильно составленный рацион поможет вам обрести здоровье.

Если вам понравилась статья, подписывайтесь на мой блог, оставляйте комментарии. Жду вас снова!

Список источников:

Нутрициолог-диетолог, разбираю состав и влияние продуктов, макро- и микронутриентов, трав, экстрактов, концентратов на здоровье, молодость и внешность более 12 лет

Источник