Биохимия животных

Вопросы для выполнения контрольной работы:

• 2. Какие растворы называются изотоническими? Являются ли изотоническими (при t = 20 °С) растворы, содержащие в 100 г воды: а) 1,8 г глюкозы, б) 0,92 г глицерина?
• 11. Растворы высокомолекулярных соединений и их свойства.
• 29. Опишите роль ферментов, относящихся к классу лиаз. Напишите уравнение реакции, происходящей с участием декарбоксилазы.
• 37. Распад аминокислот в организме животных. Напишите уравнение реакции окислительного дезаминирования аспарагиновой кислоты.
• 46. Что является конечным продуктом анаэробного окисления углеводов у млекопитающих животных? Напишите уравнение реакции образования молочной кислоты из пировиноградной.
• 51. Переваривание липидов в желудочно-кишечном тракте животных. Напишите уравнение реакции гидролиза триглицерида липазой.
• 65. Белки мышц. Приведите пример мышечного белка, обладающего ферментативными функциями.

 

 

 

Вопрос №2

Какие растворы называются изотоническими? Являются ли изотоническими (при t = 20 °С) растворы, содержащие в 100 г воды: а) 1,8 г глюкозы, б) 0,92 г глицерина?

 

Изотонические растворы-растворы с одинаковым осмотическим давлением в биологии и медицине — природные или искусственно приготовленные растворы с таким же осмотическим давлением, как и в содержимом животных и растительных клеток, в крови и тканевых жидкостях. В нормально функционирующих животных клетках внутриклеточное содержимое обычно изотонично внеклеточной жидкости. При сильном нарушении изотоничности растворов в растительной клетке и окружающей среде вода и растворимые вещества свободно перемещаются в клетку или обратно, что может привести к расстройству нормальных функций клетки. Как правило, по своему составу и концентрации И. р. близки к морской воде. Для теплокровных животных изотоничны 0,9%-ный раствор NaCl и 4,5%-ный раствор глюкозы. И. р., близкие по составу, pH, буферности и другим свойствам к сыворотке крови, называются физиологическими растворами  (раствор Рингера для холоднокровных животных и растворы Рингера — Локка и Рингера — Тироде для теплокровных животных). В кровезамещающие И. р. для создания коллоидно-осмотического давления вводят высокомолекулярные соединения.

 

Задача.

а)Найдем осмотическое давление раствора, содержащего в 100г воды 1,8г глюкозы. Осмотическое давление находим по уравнению Вант-Гоффа:

 

 

б)Найдем осмотическое давление раствора, содержащего в 100г воды 0,92г глицерина:

 

 

Осмотическое давление обоих растворов одинаково, поэтому их можно назвать изотоническими

 

Вопрос №11

Растворы высокомолекулярных соединений и их свойства.

 

Высокомолекулярными соединениями называются природные или синтетические вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до миллиона и более. Молекулы этих соединений с такой большой молекулярной массой (не ниже 10–15 тыс.) состоят из сотен и даже тысяч отдельных атомов, связанных друг с другом силами главных валентностей. Каждая молекула ВМС представляет гигантское образование, поэтому такие молекулы принято называть макромолекулами. Большая молекулярная масса обуславливает и большие размеры молекул с     микродиаметром в поперечнике. Характерной особенностью большинства ВМС является наличие в их молекулах многократно повторяющихся звеньев. Это повторение зависит от степени полимеризации. Отсюда эти вещества имеют ещё и второе название – полимеры. Свойства ВМС зависят не только от величины молекул, но и от формы молекул. Молекулы полимеров бывают линейные, сферические, плоскостные, трёхмерные. Так, например, ВМС обладающие сферическими молекулами (гликоген, гемоглобин), при растворении почти не набухают. Эти обусловлено тем, что силы сцепления между молекулами всегда меньше сил, приходящихся на цепную молекулу. Поэтому растворение  таких веществ происходит легче. ВМС с сильно асимметричными линейными вытянутыми молекулами (желатин, целлюлоза, её эфиры, каучук и др.) при растворении очень сильно набухают и образуют вязкие растворы. Гигантские цепочкообразные молекулы ВМС по отдельным звеньям неоднородны, имеют дифильный характер. Отдельные звенья состоят из атомных групп, имеющих полярный характер. К числу полярных групп принадлежат –СООН, –NН2, –ОН, и др. Эти радикалы хорошо взаимодействуют с полярными жидкостями (водой, спиртом и др.) – гидратируются , иначе говоря, они гидрофильны. Наряду с полярными макромолекула может содержать неполярные гидрофобные радикалы: –СН3, –СН2, –С6Н5 и др., которые могут сольватироваться неполярными жидкостями (бензол, петролейный эфир и т.п.), но не могут гидратироваться.В природных ВМС почти всегда преобладают полярные группы, поэтому, попадая в воду, они ведут себя как гидрофильные вещества: чем больше полярных участков в молекуле ВМС, тем лучше оно растворимо в воде.Благодаря этим свойствам ВМС, особенно белки, широко применяются в качестве стабилизаторов при изготовлении некоторых фармацевтических препаратов и инъекционных форм. Причина стабилизирующего действия ВМС заключается в том, что они адсорбируются на частицах гидрофобного коллоида и в результате чего гидрофобное вещество приобретает характер гидрофильной коллоидной системы.

–       в этих растворах лекарственные вещества диспергированы до состояния молекул;

–       потому, что при растворении ВМС растворы этих веществ образуются самопроизвольно, не требуя специальных добавок, чтобы образовался раствор;

–       растворы ВМС гомогенны, это значит, что у них нет границы раздела между растворяемым веществом и растворителем;

–       особенность ВМС заключается в том, что подобно истинным растворам низкомолекулярных соединений они являются термодинамически равновесными системами. Они длительное время являются устойчивыми, если нет воздействия внешних факторов (например, растворов электролитов), могут сохраняться длительное время без изменений;

–       растворы ВМС по молекулярно-кинетическим свойствам ничем не отличаются от растворов низкомолекулярных соединений. Для них характерно броуновское движение (хаотическое передвижение частиц в растворе);

–       ВМС в растворе диспергируются до молекул, которые видны в ультрамикроскоп;

–       для растворов ВМС характерно отсутствие явления Тиндаля, т.е. при прохождении пучка света через раствор не наблюдается отклонение луча света.

Но надо отметить, что растворы ВМС имеют признаки, которые их объединяют с коллоидными растворами. Чем это объясняется?

–       большим размером молекул (размер в длину достигает от 4 тыс. до 10 тыс. нм);

–       низкое осмотическое давление по сравнению с осмотическим давлением низкомолекулярных соединений, т. к. число частиц больше;

–       малая диффузионная способность;

–       растворы ВМС не способны к диализу;

–       растворы ВМС могут изменяться под влиянием внешних факторов (добавление электролитов, изменение температуры и др.).

СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ВМС

(объединяющие их с истинными  растворами) 

1. Лекарственное вещество диспергировано до состояния молекул

2. При растворении ВМС растворы этих веществ образуются самопроизвольно

3.Растворы ВМС – гомогенные  системы (нет границы раздела  между растворяемым веществом  и растворителем)

4. Растворы ВМС – термодинамически равновесные системы

5. Для растворов ВМС характерно:

–       броуновское движение;

–       отсутствие явления Тиндаля.

 

СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ВМС 
(отличающие их от истинных) 

1. Большой размер молекул

2. Низкое осмотическое давление

3. Малая диффузионная способность

4. Растворы ВМС не способны к  диализу

5. Растворы ВМС могут изменяться  под влиянием внешних факторов (добавление           электролитов, изменение температуры и др.)

 

 

ВМС и их растворы имеют очень важное значение в самых различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, а также в медицине и фармации.

ВМС

Препараты

Вспомогательные вещества

Основы для мазей и суппозиториев

Эмульгаторы и стабилизаторы

Корригирующие вещества

Солюбилизаторы

Упаковочные материалы

Пролонгаторы

Добавки к кровезаменителям

 

 

 

Многие ВМС используются в медицине как: лекарственные препараты (ферменты, полисахариды, слизи, экстракты); в качестве вспомогательных веществ при изготовлении различных лекарственных форм (основы для суппозиториев и мазей, эмульгаторы и стабилизаторы при изготовлении суспензий и эмульсий, в качестве пролонгаторов). ВМС используются в качестве солюбилизаторов, как корригирующие вещества, как добавки при изготовлении кровезаменителей; они используются в качестве упаковочного материала при отпуске лекарств, а также при изготовлении флаконов, пленок, пробок, банок и др.

Развитие химии полимеров привело к появлению новых материалов, оказывающихся весьма полезными в технологии лекарств. Так, например, природа не предоставила в наше распоряжение материал для покрытия таблеток, нерастворимых в воде, но растворимых в желудочном соке. Полимерная химия сумела дать нам ряд таких веществ, например, ацетилцеллюлоза и др.

Проблема изыскания новых вспомогательных веществ является актуальной, т. к. с их помощью можно не только совершенствовать существующие лекарственные формы, но и создавать новые с заранее  заданными свойствами и достижением максимального терапевтического  действия.

В нашей стране, несмотря на большой ассортимент ПАВ, выпускаемых химической промышленностью, фармпредприятия испытывают в них большой дефицит, т. к. для их внедрения в медицинскую практику необходимо провести их всестороннее физико-химическое и биологическое исследование, чему в  нашей стране уделяется пока недостаточно внимания.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВМС

Все ВМС можно разделить на природные и синтетические. К природным ВМС (которые применяются в медицинской практике) относят белки, ферменты, пектины, камеди, полисахариды, растительные слизи, в том числе сухие и густые экстракты, многие смолы.

К синтетическим ВМС относятся: полисилоксаны, полиэтиленоксиды, целлюлоза и её эфиры (МЦ, натрий-КМЦ, ацетилфталилцеллюлоза и др.), поливиниловый спирт, поливинилацетат, поливинилпирролидон и др.

 

 

СВОЙСТВА ВМС

Свойства ВМС зависят от величины и формы их молекул

 

 

Строение молекул ВМС 

1. линейная                            2. разветвленная           3. пространственная

 

 

Растворение ВМС происходит в 2 стадии: 1 – набухание, 2 – растворение

 

  Форма  макромолекул

Глобулярная (сферическая) – компактные шаровидные   образования: гемоглобин  гликоген  пепсин  трипсин  панкреатин и др.	Фибриллярная (линейная,   слаборазветвленная) –   ассиметричные пачки молекул: желатин  целлюлоза и ее производные  коллаген  полиакрилат натрия и др.
Неограниченно набухающие: процесс перехода от набухания к растворению происходит самопроизвольно	Ограниченно набухающие: процесс перехода от набухания к растворению происходит при определенных факторах (повышение температуры и др.)

 

 

 

Молекулы ВМС содержат полярные (–COOH, –NH2, –OH и др.) и неполярные (–CH3, –CH2, –C6H5) радикалы (т.е. имеют дифильный характер). Чем больше полярных радикалов в молекуле ВМС, тем лучше оно растворимо.

Вопрос №29

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

 

К классу лиаз относятся ферменты, ускоряющие негидролитические реакции распада органических соединений по связям С - С; С - N; С - О и т. д. При этом замыкаются двойные связи и выделяются такие простейшие продукты, как СО2, Н2О, NH3 и т. п. Некоторые из этих реакций обратимы, и соответствующие ферменты в подходящих условиях катализируют реакции не только распада, но и синтеза. Таким образом, название этого класса ферментов не всегда соответствует содержанию тех процессов, которые ими ускоряются.

Одной из важнейших групп ферментов этого класса являются углерод-углерод-лиазы (С-С-лиазы). Среди них особое значение имеют карбоксилиазы (декарбоксилазы) и альдегидлиазы.

В природе широко распространены декарбоксилазы кетокислот и аминокислот, катализирующие реакции по следующим схемам:

Эти ферменты двухкомпоненты, простетическими группами их во многих случаях являются фосфорные эфиры водорастворимых витаминов: тиамина (В1) - в карбоксилиазах кетокислот и пиридоксаля (В6) - в карбоксилиазах аминокислот.

Тиаминпирофосфат является коферментом декарбоксилаз кетокислот:

Пиридоксальфосфат является коферментом декарбоксилаз аминокислот:

Характерным представителем альдегидлиаз является альдолаза, катализирующая обратимую реакцию расщепления фруктозо-1,6-дифосфата до фосфотриоз:

Эта реакция занимает центральное место в преобразовании углеводов. Аналогично альдолазе действуют другие альдегидлиазы.

Другую важную группу лиаз составляют углерод - кислород лиазы (гидролиазы), ускоряющие реакции гидратирования и дегидратирования органических соединений. В качестве представителя гидролиаз приведем фумаратгидратазу:

Реакции гидратирования и дегидратирования постоянно идут при распаде и синтезе углеводов и высших жирных кислот, поэтому гидратазы играют большую роль в жизнедеятельности организмов.

Примером углерод-азот лиаз может служить аспартат-аммиак-лиаза, ускоряющая реакцию прямого дезаминирования аспарагиновой кислоты:

Этот фермент характерен для бактерий и ряда растений.

Некоторые лиазы ускоряют реакции не только распада, но и синтеза. Например, из дрожжей выделена L-серин-гидролиаза, отщепляющая от серина воду и присоединяющая сероводород, в результате чего синтезируется аминокислота - цистеин: