Реферат
Роль микроэлементов в ферментативном катализе
Подготовила
студентка группы №205
медико-диагностического факультета
Астапович О.А
Проверил:
Егоренков Н.И.
Гомель 2019
Содержание
1. Введение (стр. 3-4)
2. Ферментативный катализ (стр. 4-5)
3. Значение микроэлементов в различных видах катализа (стр. 5 -7)
4. Участие микроэлементов в ферментативном катализе (стр. 7- 13)
4.1. Марганец (стр. 8)
4.2. Медь (стр.9)
4.3. Цинк (стр.9)
4.4. Молибден (стр.10)
4.5. Бор (стр.11)
4.6. Кобальт (стр. 12)
5. Заключение (стр. 13-14)
6. Литература (стр. 15)
Введение
Термин "микроэлементы" получил особое распространение в медицинской, биологической и сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века.
Микроэлементы - необходимые для жизни неорганические вещества, присутствующие в организме человека и животных в малых концентрациях, принимающие участие в клеточном и энергетическом метаболизме. Микроэлементы действуют как ферменты и коферменты в регуляции химических реакций. Суточная потребность в них выражается в миллиграммах или долях миллиграмма. В организм растений поступают из почвы, в организм животных и человека - с пищей.
Медики выяснили, что многие болезни связаны с недостаточностью поступления и содержания в организме определенных макро- и микроэлементов. Микроэлементы - это компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организма на всех стадиях его развития. Необходимые микроэлементы - железо, йод, медь, цинк, кобальт, хром, молибден, никель, ванадий, селен, марганец, мышьяк, фтор, кремний, литий - влияют на рост и развитие, на процессы оплодотворения, дыхания, кроветворения, иммуногенеза, словом на деятельность всех морфофизиологических систем.
Так как микроэлементы необходимы при строительстве всех тканей человека и являются незаменимыми участниками обмена веществ, составной частью жизненно важных витаминов, необычайно важен их баланс в организме человека. Дефицит, избыток или дисбаланс микроэлементов вызывает многие патологические процессы.
Индивидуальная особенность человеческого организма заключается в его чувствительности (предрасположенности) к действию того или иного микроэлемента. Знание этих особенностей дает человеку мощное оружие управления собственным здоровьем.
Каждый микроэлемент имеет свое назначение, то есть выполняет в организме человека определенную физиологическую функцию. Некоторые из них тесно связаны между собой, и их обмен не может нормально протекать друг без друга. Например, ионы кальция участвуют в построении костной ткани только совместно с фосфором.
В этом реферате я представлю роль микроэлементов в ферментативном катализе.
Ферментативный катализ
Ферментативный катализ использовался людьми задолго до появления самого понятия «катализ». Получение молочно-кислых продуктов, сыра, приготовление теста, вина, красителей и др. продуктов включало применение ферментативных процессов. Технология этих процессов передавалась из поколения в поколение и была эмпирически отработана до совершенства. Считают, что в эволюции жизни и появлении сложных биологических систем (включая человека) важную роль сыграл ферментативный катализ.
Ферментативными реакциями называются такие химические процессы в биологических системах, скорость которых регулируется веществами биологического происхождения. Это белковые молекулы, называемые ферментами или энзимами.
Ферменты (энзимы) – биологические катализаторы обладают уникальными свойствами: высокой производительностью в расчете на один реакционный центр и селективностью, связанной со специфичностью действия. Работают ферменты в очень мягких условиях, при атмосферном давлении и температуре до 40 градусов. (рН ≈ 7).
Ферментативный катализ играет огромную роль в жизнедеятельности организма. Широкое применение получили ферментные препараты при нарушениях функции желудочно-кишечного тракта, связанных с недостаточной выработкой пищеварительных ферментов (пепсин, панкреатин). При ожогах, гнойных ранах, гнойно-воспалительных заболеваниях легких, когда необходимо разрушить накопившиеся в большом количестве белковые образования, применяются протолитические ферменты, приводящие к быстрому гидролизу белков и способствующие рассасыванию гнойных скоплений. Для лечения инфекционных заболеваний используются препараты лизоцина, которые разрушают оболочку некоторых болезнетворных бактерий. Очень важные ферменты, которые рассасывают тромбы (сгустки крови внутри кровеносных сосудов) – плазмин, трипсин, химотрипсин, на их основе с разными добавками созданы различные лекарственные препараты – стрептокиназа, стрептаза, и т.п., широко применяемые в медицине.
По своей каталитической активности биологические катализаторы в тысячи раз превышают неорганические. Специфичность действия связана с особенностями структуры фермента и субстрата. Одни части каталитической системы выполняют функции, главным образом связанные с пространственной организацией системы, другие в этой организационной системе осуществляют собственно катализ. Т.е., как и при неферментативном катализе, в каталитической реакции участвует не вся белковая молекула в целом, а лишь определенные ее участки – активные центры фермента.
Простейшая схема ферментативного катализа включает обратимое образование промежуточного комплекса фермента (Е) с реагирующим веществом (субстратом S) и разрушение этого комплекса с образованием продуктов реакции (Р):
Значение микроэлементов в различных видах катализа
Участие в электрофильном катализе
Наиболее часто эту функцию выполняют ионы металлов с переменной валентностью, имеющие свободную d-орбиталь и выступающие в качестве электрофилов. Это, в первую очередь, такие металлы, как Zn2+, Fe2+, Mn2+, Cu2+. Ионы щёлочно-земельных металлов, такие как Na+ и К+, не обладают этим свойством. В качестве примера можно рассмотреть функционирование фермента карбоангидразы. Карбоангидраза - цинксодержащий фермент, катализирующий реакцию образования угольной кислоты:
СО + H2O ↔ H2CO3.
Ион Zn2+ в результате электрофильной атаки участвует в образовании Н+ и ОН- ионов из молекулы воды:
Протон и гидроксильная группа последовательно присоединяются к диоксиду углерода с образованием угольной кислоты.
В ходе электрофильного катализа ионы металлов часто участвуют в стабилизации промежуточных соединений.
Участие в окислительно-восстановительных реакциях
Ионы металлов с переменной валентностью могут также участвовать в переносе электронов. Например, в цитохромах (гемсодержащих белках) ион железа способен присоединять и отдавать один электрон:
Благодаря этому свойству цитохромы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях.
Другой пример участия ионов металлов в окислительно-восстановительных реакциях - работа фермента дофамингидроксилазы, катализирующего реакцию образования норадреналина при участии витамина С.
За окислительно-восстановительные свойства у дофамингидроксилазы отвечает ион меди.
Фермент, содержащий ион Сu2+, не вступает в реакцию с молекулой кислорода. При восстановлении Си2+ до Си+ с помощью аскорбиновой кислоты образуется ион меди, способный взаимодействовать с кислородом с образованием перекисного соединения. Далее гидроксильная группа переносится на молекулу дофамина с образованием норадреналина.
Не менее важную роль отводят ионам металлов в осуществлении ферментативного катализа.