Ферменты и гормоны пищевой промышленности. Ферменты и гормоны

В организме каждую секунду протекают миллиарды химических реакций. Причем, чем температура выше, тем реакция идет быстрее. Но при температуре выше 40ºС белки начинают денатурировать. А ведь для биохимических реакций это низкие температуры. Поэтому необходимы белки, которые способны ускорять реакции. Они называются ферментами.

Ферменты – белки, которые ускоряют ход химических реакций в клетке.

Например, реакция, которую катализирует белок оротат-карбоксилаза, идет в 10 17 раз быстрее с ферментом, чем без него: 78 млн. лет без фермента, 18 тысячных долей секунды ‒ с его участием.

В организме человека имеются тысячи ферментов. Известны около 4 000 реакций, которые протекают в их присутствии.

Каждый фермент предназначен только для одной-единственной реакции. В молекуле фермента, свернутого в клубок, имеется отверстие, которое по форме и размерам в точности соответствует молекулам тех веществ, которые фермент должен соединить. Эти молекулы подходят к ферменту, как ключ к замку. Но и сам «замок» способен подстраиваться под «ключ. Аналогично, одежда соответствует телу человека, но когда он одевается, ее форма может изменяться.

Скорость работы ферментов поразительна. За одну минуту фермент способен катализировать от нескольких сотен до нескольких миллионов взаимодействующих молекул.

Без ферментов жизнь невозможна. Когда организм перегревается, первыми из белков разрушаются именно ферменты. Они денатурируют, и организм умирает.

3. Витамины и гормоны Витамины

В 1881 году русский ученый Николай Иванович Лунин (1854 ‒ 1937) произвел опыт. Он приготовил смесь всех белков, жиров, углеводов и солей, которые содержатся в молоке, и стал ею кормить мышей. Через некоторое время эти мыши погибли. Стало понятно, что в природной пище содержатся определенные вещества, необходимые организму, которые он создать не в состоянии. Через тридцать лет их стали называть «витаминами». Их известно несколько десятков. В организме витамины выполняют важнейшую функцию – регулируют обмен веществ.

У каждого живого существа своя совокупность витаминов.

Гормоны

Все гормоны являются белками. Они играют важнейшую роль в организме ‒ передают сигналы между клетками, тканями и органами. Гормоны переносятся кровью. Организм вырабатывает гормоны в ничтожном количестве. Некоторые гормоны все человечество ежедневно вырабатывает в количестве всего лишь нескольких граммов. Но трудно назвать такой процесс в организме, в котором бы гормоны не участвовали. У животных и человека их вырабатывают железы внутренней секреции, или эндокринные железы.

4. Молекула днк Роль молекулы днк в организме

Вообразим ситуацию. Нам надо напечатать книгу с некоторой матрицы. Но есть проблема. Матрица находится в одной комнате, а печатный станок – в другой. Причем, матрица такая большая, что в дверь не проходит. Как быть? Из этой ситуации есть выход. Мы можем с большой матрицы скопировать маленькую, которая свободно пройдет в дверь. Потом эту копию отнести в комнату, где находится печатный станок, и там напечатать страницы книги.

Нечто подобное происходит и в процессе синтеза белка. Белки быстро изнашиваются, и поэтому их необходимо постоянно возобновлять. Белки – очень сложные молекулы. Каждый белок представляет собой определенную последовательность аминокислот. Аминокислот ‒ двадцать, а вариантов их последовательного расположения практически бесконечное множество. И от этой последовательности зависит свойство белка. Любое нарушение в этой последовательности приведет к тому, что свойства белка изменяться настолько, что он будет бесполезным. Поэтому очень важно, чтобы белок собирался в правильной последовательности аминокислот. А для этого важно, чтобы информация о последовательности аминокислот в каждом белке организма где-то хранилась. Она хранится в ДНК, причем, в закодированном виде. Эти молекулы находятся в ядре клетки. Но они очень большие и через поры ядра пройти не могут. Однако в клетке существует еще один вид молекул, несущих наследственную информацию. Это РНК. Они замечательны тем, что, во-первых, способны копировать информацию с ДНК, и, во-вторых, могут свободно проходить через поры ядра и поэтому переносить информацию от ДНК в цитоплазму, в ту органеллу, где белок собирается из отдельных аминокислот.

Итак, чтобы понять, как происходит синтез, т.е. строительство всех белков организма, надо рассмотреть:

    как устроены молекулы ДНК и РНК, т.е. рассмотреть их структуру;

    как информация о структуре белка кодируется, иными словами, что такое генетический код;

    как закодированная информация о структуре белка переносится с ДНК на РНК, этот процесс называется транскрипцией;

    как строится белок, этот процесс называется трансляцией.

Ответив на эти вопросы, мы рассмотрим, как происходит синтез белков организма. Однако с молекулой ДНК связан еще один важнейший процесс: информацию о структуре каждого белка организма надо передать последующему поколению. Этот процесс называется репликацией.

Биологически активные вещества – , и . Это жизненно необходимые соединения, которые играют важную роль в функционировании живого организма. Они принимают участие и оказывают свое действие на биохимические процессы, которые происходят в человеческом организме. Ферменты, витамины и гормоны способствуют нормальному функционированию внутренних органов, систем и поддерживают иммунную систему человека.

Какую функцию выполняет каждое вещество?

Ферменты

Давайте разбираться. Итак, ферменты. представляют собой белковые молекулы, которые ускоряют скорость всех химических реакций. Это биокатализаторы, участвующие в обмене веществ, синтезе, распаде жиров и нуклеиновых кислот. Переваривание и усвоение пищевых продуктов также происходит при участии ферментов. Ферментные системы оказывают действие на дыхание, размножение, мышечное сокращение, кровообращение и нервно-психическую деятельность. Без ферментов все биохимические реакции не смогут проходить, а организм человека начнет умирать.

Витамины

Все мы знакомы с термином «витамины». Но не каждый из нас задумывался, насколько они важны для нашего организма. – органические соединения, которые оказывают свое действие на обменный процесс в малых количествах. Витамины необходимы организму для укрепления и повышения работоспособности иммунной системы. Они помогают строить защитный барьер для вирусных инфекционных и других заболеваний. Они повышают устойчивость организма в различным экстремальным факторам и способствуют выведению вредоносных токсинов. Витамины повышают интенсивность всех физиологических процессов. Поэтому постоянно должны поступать в организм.

Гормоны

Что касается гормонов – они играют незаменимую функцию в развитии и функционировании организма. Эти биологически активные вещества способны влиять в значительных количествах на органы ткани и организм в целом. Гормоны принимают участие в химических реакциях. Они оказывают непосредственное влияние на жизнедеятельность тех органов, для которых предназначены. изменяют химические реакции путем торможения или активации ферментных процессов. Гормоны – химические посредники, которые переносят информацию к клеткам-мишеням, с которыми связан сам. Гормоны отвечают за рост и развитие живого организма, формирование систем.

Ферменты, витамины, гормоны: воздействие на организм

Действие гормонов, витаминов и ферментов в совокупности обеспечивает полную жизнедеятельность человеческого организма и защищает его от негативных воздействий. В химических реакциях все биологические соединения тесно взаимосвязаны между собой, но при этом каждый из элементов выполняет свою функцию. Ни один процесс не обходится без участия ферментов, гормонов или витамин. Нехватка тех или иных соединений приводит к серьезным последствия и заболеваниям. В первую очередь значительно снижается работоспособность иммунной системы. А это чревато появлением различных болезней у человека и обострением хронических заболеваний.

Жизненно необходимые вещества должны постоянно поступать в организм человека. Для этого нужно употреблять пищу содержанием полезных веществ, отказаться от вредных привычек, которые также провоцируют дефицит необходимых для организма веществ. Врачи рекомендуют употреблять для профилактики и лечения. Добавки к пище используют в медицинской и педиатрической практике. – это универсальные препарат, содержащие только натуральные компоненты и абсолютно безопасны для здоровья человека.

Ферменты и гормоны Урок химии в 10 (11) классе Автор: учитель химии Ким Н.В. МОУ СОШ №6 г. Нягани ХМАО-Югры Тюменской области Ферменты Ферменты - это белковые вещества, играющие очень важную роль в различных биохимических процессах в организме. Они необходимы для переваривания пищевых продуктов, стимуляции деятельности головного мозга, процессов энергообеспечения клеток, восстановления органов и тканей. Функция каждого из ферментов уникальна, т.е. каждый фермент активизирует только один биохимический процесс. В связи с этим в организме существует огромное количество энзимов. Ферменты В зависимости от того, какие виды реакций организма катализируют ферменты, они выполняют различные функции. Чаще всего их подразделяют на две основные группы: пищеварительные и метаболические. Пищеварительные ферменты выделяются в желудочно-кишечном тракте, разрушают питательные вещества, способствуя их абсорбции в системный кровоток. Метаболические ферменты катализируют биохимические процессы внутри клеток. Пищеварительные ферменты Различают три основные категории таких ферментов: амилаза, протеазы, липаза. Амилаза расщепляет углеводы и находится в слюне, панкреатическом секрете и в содержимом кишечника. Различные виды амилазы расщепляют различные сахара. Протеазы, находящиеся в желудочном соке, панкреатическом секрете и в содержимом кишечника, помогают переваривать белки. Липаза, находящаяся в желудочном соке и панкреатическом секрете, расщепляет жиры. Ферменты Некоторые виды пищевых продуктов содержат ферменты. К сожалению, ферменты очень чувствительны к высокой температуре и легко разрушаются при нагревании. Для того чтобы организм получил дополнительное количество ферментов, следует или есть продукты, содержащие их, в сыром виде или принимать биологически активные пищевые добавки с такими ферментами. Ферментами богаты продукты растительного происхождения: авокадо, папайя, ананасы, бананы, манго, ростки. Протеолитические ферменты Протеолитическими ферментами являются пепсин, трипсин, реннин, панкреатин и химотрипсин. Помимо улучшения пищеварения, эти ферменты оказывают противовоспалительное действие. Панкреатин используют при ферментной недостаточности поджелудочной железы, муковисцидозе, нарушениях пищеварения, пищевой аллергии, аутоиммунных заболеваниях, вирусных инфекциях и спортивных травмах. Ферменты выпускаются в таблетках, капсулах, в виде порошка и жидкости. Они продаются в комбинации или по отдельности. Ферменты Для получения хорошего эффекта лучше применять формулы, содержащие все основные ферменты амилазы, протеазы, липазы. Обычно пищеварительные ферменты принимают после еды, но если вы едите продукты, прошедшие технологическую обработку или измельченные, то во время еды. Все препараты, содержащие ферменты, следует хранить в прохладном месте. Таблетки и жидкости в холодильнике, а порошок и капсулы - в сухом прохладном месте. Свойства ферментов 1. Важнейшим свойством ферментов является преимущественное течение одной из нескольких теоретически возможных реакций. В зависимости от условий ферменты способны катализировать как прямую так и обратную реакцию. Это свойство ферментов имеет большое практическое значение. 2. Другое важнейшее свойство ферментов термолабильность, т. е. высокая чувствительность к изменениям температуры. Так как ферменты являются белками, то для большинства из них температура свыше 70 C приводит к денатурации и потере активности. При увеличении температуры до 10 С реакция ускоряется в 2-3 раза, а при температурах близких к 0 С скорость ферментативных реакций замедляется до минимума. Свойства ферментов 3. Следующим важным свойством является то, что ферменты находятся в тканях и клетках в неактивной форме (проферменте). Классическими его примерами являются неактивные формы пепсина и трипсина. Существование неактивных форм ферментов имеет большое биологическое значение. Если бы пепсин вырабатывался сразу в активной форме, то пепсин "переваривал" стенку желудка, т. е. желудок "переваривал" сам себя. Классификация ферментов На Международном биохимическом съезде было принято, что ферменты должны классифицироваться по типу реакции, катализируемой ими. В названии фермента обязательно присутствует название субстрата, т. е. того соединения, на которое воздействует данный фермент, и окончание -аза. (Аргиназа катализирует гидролиз аргинина и т.д.) По этому принципу все ферменты были разделены на 6 признаков. 1.Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, например каталаза: 2H2O2-->O2+2H2O Классификация ферментов 1.Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, например каталаза: 2 H2O2-->O2+2 H2O 2.Трансферазы - ферменты, катализирующие перенос атомов или радикалов. 3.Гидролазы - ферменты, разрывающие внутримолекулярные связи путем присоединения молекул воды, например фосфатаза: OH R - O - P = O + H2O --> ROH + H3PO4 OH Классификация ферментов 4.Лиазы - ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу без присоединения воды, негидролитическим путем. Например: отщепление карбоксильной группы декарбоксилазой: O O // || CH3 - C - C ---- > CO2 + CH3 - C || \ \ O OH H 5.Изомеразы - ферменты, катализирующие превращение одного изомера в другой: глюкозо-6-фосфат --> глюкозо-1-фосфат 6.Синтетазы - ферменты, катализирующие реакции синтеза. Применение ферментов Ферменты получили широкое применение в легкой, пищевой и химической промышленности, а также в медицинской практике. – В пищевой промышленности ферменты используют при приготовлении безалкогольных напитков, сыров, консервов, колбас, копченостей. – В животноводстве ферменты используют при приготовлении кормов. – Ферменты используют при изготовлении фотоматериалов. – Ферменты используют при обработке овса и конопли. Применение ферментов – Ферменты используют для смягчения кожи в кожевенной промышленности. – Ферменты входят в состав стиральных порошков, зубных паст. – В медицине ферменты имеют диагностическое значение – определение отдельных ферментов в клетке помогает распознаванию природы заболевания (например вирусный гепатит – по активности фермента в плазме крови) их используют для замещения недостающего фермента в организме. Гормоны Регуляторную функцию выполняют белки-гормоны. Гормоны - биологически активные вещества, которые оказывают влияние на обмен веществ. Многие гормоны являются белками, полипептидами или отдельными аминокислотами. Одним из наиболее известных белков-гормонов является инсулин. Этот простой белок состоит только из аминокислот. Функциональная роль инсулина многопланова. Он снижает содержание сахара в крови, способствует синтезу гликогена в печени и мышцах, увеличивает образование жиров из углеводов, влияет на обмен фосфора, обогащает клетки калием. Гормоны Регуляторной функцией обладают белковые гормоны гипофиза - железы внутренней секреции, связанной с одним из отделов головного мозга. Он выделяет гормон роста, при отсутствии которого развивается карликовость. Этот гормон представляет собой белок с молекулярной массой от 27000 до 46000. Карликовость – дварфизм, наносомия Гормоны Одним из важных и интересных в химическом отношении гормонов является вазопрессин. Он подавляет мочеобразование и повышает кровяное давление. Вазопрессин - это октапептид циклического строения с боковой цепью. Регуляторную функцию выполняют и белки, содержащиеся в щитовидной железе тиреоглобулины, молекулярная масса которых около 600000. Эти белки содержат в своем составе йод. При недоразвитии железы нарушается обмен веществ. Гормоны Йоти Амгэ из индийского города Нагпур является самой маленькой девочкой в мире, согласно Индийской книге рекордов. 15летняя школьница имеет рост всего 58 см и весит 5 кг. Амгэ страдает формой карликовости под названием ахондроплазия Самый маленький человек и руки гиганта Китаец Хэ Пинпин родился с одной из разновидностей карликовости – его рост составляет всего 74,61 см. А самой длинноногой женщиной является наша соотечественница Светлана Панкратова, проживающая на данный момент в Испании. Светлане 36 лет и длина её ног – которые, к слову, Хэ назвал «очень красивыми» – составляет 1,32 м. ПОЛОВЫЕ ГОРМОНЫ - биологически активные вещества, вырабатываемые в половых железах, коре надпочечников и плаценте, стимулирующие и регулирующие половую дифференцировку в раннем эмбриональном периоде, развитие первичных и вторичных половых признаков, функционирование половых органов и формирование специфических поведенческих реакций, а также влияющие на обмен веществ, состояние систем адаптации организма и др. По биологическому действию делятся на андрогены, эстрогены и гестагены - гормоны жёлтого тела. Синтезируются половые гормоны в основном в стероидообразующих клетках половых желез из общего для стероидов предшественника холестерина. В яичках образуется в основном мужской половой гормон тестостерон, в яичниках - также тестостерон, который в клетках зреющего фолликула превращается в эстрогены. Жёлтое тело яичника продуцирует преимущественно женский половой гормон прогестерон. Гормональные нарушения Какая связь между странным поведением мальчика и тем, какой косметикой пользовалась его мать во время беременности? Ученые обнаружили, что сыновья матерей, подвергшихся во время беременности действию фталатов, чаще ведут себя как девочки. Список использованной литературы и Интернетресурсов 1. Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю., Теренин В. И.Химия. 10 класс. Профильный уровень. М. Дрофа, 2009 2. Чертков И.Н. Методика формирований у учащихся основных понятий органической химии. – М.: Просвещение: 1991. 3. alhimic.ucoz.ru/load/26-1-0-39 4. www.alleng.ru/edu/chem1.htm 5. www.uchportal.ru/load/60-1-0-9056

Сегодня мы поговорим об особых биохимических соединениях, без которых невозможно существование нашего организма.

Гормоны.

Гормоны - это специальные химические посредники, регулирующие работу организма. Они выделяются железами внутренней секреции и перемещаются по кровотоку, стимулируя определенные клетки.

Сам термин «гормон» происходит от греческого слова «возбуждать» .

Это название точно отражает функции гормонов как катализаторов для химических процессов на клеточном уровне.

Как открыли гормоны?

Первым открытым гормоном был секретин - вещество, которое производится в тонком кишечнике, когда его достигает пища из желудка.

Секретин нашли английские физиологи Уильям Бэйлисс и Эрнест Старлинг в 1905 году. Они же выяснили, что секретин способен через кровь «путешествовать» по всему организму и достигать поджелудочной железы, стимулируя ее работу.

А в 1920 году канадцы Фредерик Бантинг и Чарльз Бест выделили из поджелудочной железы животных один из самых известных гормонов - инсулин.

Где производятся гормоны?

Основная часть гормонов производится в железах внутренней секреции: щитовидной и паращитовидных железах, гипофизе, надпочечничках, поджелудочной железе, яичниках у женщин и яичках у мужчин.

Есть также производящие гормоны клетки в почках, печени, желудочно-кишечном тракте, плаценте, тимусе в районе шеи и шишковидной железе в мозге.

Что делают гормоны?

Гормоны вызывают изменения в функциях различных органов в соответствии с требованиями организма.

Так, они поддерживают стабильность организма, обеспечивают его ответы на внешние и внутренние раздражители, а также контролируют развитие и рост тканей и репродуктивные функции.

Центр управления для общей координации производства гормонов находится в гипоталамусе, который примыкает к гипофизу у основания мозга.

Гипофиз и гипоталамус - главные регуляторы эндокринной системы.

Гормоны щитовидной железы определяют скорость протекания химических процессов в теле.

Гормоны надпочечников подготавливают организм к стрессу - состоянию «борьбы или бегства».

Половые гормоны - эстроген и тестостерон - регулируют репродуктивные функции.

Как работают гормоны?

Гормоны выделяются эндокринными железами и свободно циркулируют в крови, ожидая, когда их определят так называемые клетки-мишени.

У каждой такой клетки есть рецептор, который активируется только определенным типом гормонов, как замок - ключом. После получения такого «ключа» в клетке запускается определенный процесс: например, активация генов или производство энергии.

Какие гормоны бывают?

Гормонов бывают двух типов: стероиды и пептиды.

Стероиды производятся надпочечниками и половыми железами из холестерина. Типичный гормон надпочечников - гормон стресса кортизол, который активизирует все системы организма в ответ на потенциальную угрозу.

Другие стероиды определяют физическое развитие организма от половой зрелости до старости, а также циклы размножения.

Пептидные гормоны регулируют в основном обмен веществ. Они состоят из длинных цепочек аминокислот и для их секреции организму нужно поступление белка.

Типичный пример пептидных гормонов - гормон роста, который помогает организму сжигать жир и наращивать мышечную массу.

Другой пептидный гормон - инсулин - запускает процесс преобразования сахара в энергию.

Что такое эндокринная система?

Система желез внутренней секреции работает вместе с нервной системой, образуя нейроэндокринную систему.

Это означает, что химические сообщения могут быть переданы в соответствующие части организма либо с помощью нервных импульсов, либо через кровоток при помощи гормонов, либо обоими способами сразу.

На действие гормонов организм реагирует медленнее, чем на сигналы нервных клеток, но их воздействие продолжается более длительное время.

Самое важное

Гомоны - это своеобразные «ключи», которые запускают определенные процессы в «клетках-замках». Эти вещества производятся в железах внутренней секреции и регулируют практически все процессы в организме - от сжигания жира до размножения.

http://www.takzdorovo.ru/

Ферменты.

Название фермент произошло от латинского слова "fermentum" -закваска. Синонимом этого слова является энзим от греческого слова "еп zyme" - в дрожжах. Характерно, что оба корня связаны с дрожжевым брожением, которое невозможно без участия биологических субстанций, которые играют ключевую роль в бродильных процессах, представляющих собой химические реакции, связанные с перевариванием и расщеплением сахаров.

Первым термин "фермент" предложил голландский естествоиспытатель Ван-Гельмонт, обозначивший им неизвестный агент, способствующий спиртовому брожению. Луи Пастер, наблюдая процессы брожения, считал, что ферменты являются компонентами живых клеток. В 1871 году немецкий химик Бюхнер подтвердил возможность работы ферментов вне живых клеток, а другой немецкий ученый Кюне в 1878 году предложил обозначать внеклеточные ферменты термином "энзим".

В 1920-х годах XX века после подтверждения белковой природы ферментов были получены их кристаллические формы: уреаза (1926) - фермент, расщепляющий мочевину, и фермент желудка пепсин (1930).

По своей природе ферменты являются биологическими катализаторами (ускорителями) химических (биохимических) реакций, которые протекают не только в живых системах - внутри клеток. Часть ферментов находится на поверхности плазматической мембраны клетки, другие ферменты могут секретироваться за пределы клетки или попадают туда при гибели и разрушении клеток.

Химические реакции могут протекать и без участия ферментов, но часто для этого требуются определенные условия: высокая температура или давление, присутствие в среде некоторых металлов, например, железа, цинка, меди, платины, которые также могут выступать в качестве катализаторов -ускорителей химических реакций. Скорость химических реакций без участия катализаторов ничтожно мала.

Ферменты не только снимают большинство этих ограничений, но и существенно увеличивают скорость химических реакций. Другое важное свойство ферментов заключается в том, что они упорядочивают и регулируют течение биохимических реакций в живой клетке или за ее пределами - в кровеносной системе и тканях организма. Последнее становится возможным благодаря тому, что на ферменты можно оказывать влияние (активно или пассивно), регулируя их работу.

В живой природе известно более 4 ООО различного рода ферментов, которые можно разделить на 6 основных групп. Подавляющее большинство ферментов (более 90%) являются гидролазами (разрушителями различных молекул), раскалывающими их пополам или отщепляющими от них мелкие фрагменты. Но есть ферменты, которые восстанавливают разрушенное или собирают разные молекулы или атомы вместе. Эти ферменты называются синтетазы.

Другие ферменты могут перемещать (транспортировать) фрагменты от одних молекул к другим. Их называют трансферазы.

Окислительно-восстановительные реакции в клетке поддерживают ферменты-оксиредуктазы.

Изомеразы способны изменить пространственную конфигурацию или геометрию молекул, а лиазы способны формировать в молекуле двойную связь.

Многие ферменты могут работать в обоих направлениях, в зависимости от обстоятельств, расщепляя биомолекулу на фрагменты или вновь соединяя вместе продукты распада.

Например, известный фермент алкогольдегидрогеназа обладает способностью не только расщеплять этиловый спирт на ацетальдегид и воду, но и превращать ацетальдегид в этиловый спирт, инактивируя избыток ацетальдегида, который образуется в организме в результате других биохимических реакций и является крайне токсичным.

Все ферменты являются белками - линейными полимерами, собранными из аминокислот. В состав многих ферментов также могут входить простые или разветвленные цепочки различных моносахаров. Полимерная белковая или гликопротеиновая цепочка обычно закручена и образует сложную трехмерную конфигурацию, которая устойчива в небольшом диапазоне температур, при которых существуют живые клетки.

Все ферменты имеют разную длину полимерной цепочки, и, стало быть, разную молекулярную массу. Чем больше молекулярная масса фермента, тем продолжительнее и сложнее его биосинтез, тем больше вероятность в возникновении различного рода нарушений в его структуре при биосинтезе, тем меньшей устойчивостью он обладает в работе.

Среди кишечных ферментов, таких, как сахараза, малътаза, лактаза, щелочная фосфатаза, дипептидаза, самым крупным ферментом является лактаза, которая расщепляет молочный сахар - лактозу.

Этот фермент и страдает в первую очередь при различных воспалительных или деструктивных поражениях тонкой кишки, вызывая лактазную недостаточность, которая приводит к непереносимости молока.

Все биохимические реакции с участием ферментов происходят в водной среде, в которой, как в коконе, находится наш организм. Часть ферментов входит в состав плазматической мембраны клеток, другие находятся и работают внутри клеток, третьи секретируются клетками и выходят в межклеточное пространство органов и тканей, попадают в кровеносную и лимфатическую систему или в просвет желудка, тонкой и толстой кишки, работая за пределами клеток.

Для работы большинства ферментов необходимы так называемые кофакторы или коферменты, которые входят в состав активного центра фермента и обеспечивают его работу. К числу коферментов относятся почти все витамины, а также некоторые другие органические молекулы, например, известный "коэнзим Q10", который является важнейшим коферментом.

В состав активных центров ферментов могут входить некоторые микроэлементы (медь, железо, цинк, никель, селен, кобальт, марганец и др.). Важную роль в процессах биологического катализа играют металлы с переменной валентностью (медь, железо, хром и др.), которые обладают способностью быстро отдавать или забирать электрон. Поэтому, например, железо входит в состав важных окислительных ферментов - каталазы, пероксидазы, цитохромов.

Участие различных микроэлементов в качестве катализаторов химических реакций, строго специфично и основано на определенных и неповторимых химических свойствах каждого из них.

Например, цинк способен не только разрывать химические связи между атомами углерода и азота, но и соединить между собой эти атомы, благодаря чему из аминокислот образуются белковые молекулы. В то же время цинк способен соединять между собой атомы кислорода и азота, а также атомы серы.

Медь обладает способностью разрывать или образовывать связи между атомами углерода и серы.

Однако только кобальт способен разрушить и образовать химическую связь между атомами углерода.

Молибден в живой природе входит в состав азотфиксирующих ферментов и способен переводить в связанное состояние атмосферный азот, который является достаточно инертным веществом и в таком виде с большим трудом вступает в биохимические реакции. В организме человека молибден также участвует в окислении альдегидов.

Коферменты разрушаются при разрушении ферментов.

Поэтому для успешной работы ферментов необходимо постоянное и непрерывное поступление в организм витаминов и минералов в составе пищи.

Только в этом случае ферменты и ферментные системы организма будут работать нормально

Следует подчеркнуть, что ферменты - это продукты одноразового действия и работают они очень короткий промежуток времени - от нескольких минут до нескольких часов, иногда они могут сохранять активность в течение нескольких суток, после чего инактивируются или разрушаются и теряют свою активность. Поэтому в организме происходит непрерывное обновление и наработка новых порций ферментов. Поэтому работа ферментов зависит не только от них самих, но и от того, как быстро и в каком количестве они будут выработаны - то есть будет зависеть от состояния белоксинтезирующих систем клетки.

А, поскольку все ферменты являются белками, то для их биосинтеза требуется постоянный приток определенных аминокислот. Дефицит белка в питании и нехватка незаменимых аминокислот всегда будет отражаться на работе ферментов. Поэтому в составе нашего правильного питания, должно быть достаточное количество сбалансированного по аминокислотному составу белка.

В организме человека насчитывают около 3 ООО различных ферментов, структура которых закодирована в нашем геноме. Для того чтобы синтезировать какой-либо фермент необходимо считать информацию с генетической матрицы ДНК (этот процесс называется транскриптцией) и перенести эту информацию на информационную РНК. С ее помощью в клетке с участием особых субклеточных структур - рибосом может быть начат биосинтез белка-фермента. По окончанию биосинтеза фермента, как правило, образуется неактивный профермент, часто лишенный и кофермента. В процессе транспорта профермента в клетке, в состав клеточной мембраны или за пределы клетки происходит достройка (встраивание углеводной составляющей) и активация фермента. Только после этого получается активный фермент, который может начать работать.

Работа любого фермента складывается из простой последовательности операций. Она начинается со связывания фермента с веществом, которое он должен преобразовать. Это вещество называется субстратом. Все ферменты высокоспецифичны по отношению к субстратам. Некоторые из ферментов катализируют превращение единственного субстрата.

Например, лактаза может расщеплять только один молочный сахар (лактозу), но не способна расщеплять сахарозу или мальтозу.

Другие ферменты как, например, папаин обладают более широкой субстратной специфичность и могут расщеплять разные связи в молекулах разных белков.

Когда субстрат связывается с активным центром фермента, происходит его химическое преобразование, в результате которого образуется продукт реакции (или метаболит). В процессе работы фермента на него могут оказывать влияние активаторы или ингибиторы. Первые ускоряют его работу, а последние - тормозят.

Избыток продукта ферментативной реакции также может остановить работу фермента или повернуть его работу вспять. Фермент может закончить свое существование после того, как подвергнется атаке со стороны протеолитических ферментов, которые могут вызвать его инактивацию или полное разрушение (переваривание до аминокислот)

Основной функциональной характеристикой фермента является активность - скорость, с которой он работает, разрушая, трансформируя или синтезируя те или иные вещества. Активность ферментов зависит от очень многих внешних факторов: температуры, кислотности среды (рН), количества субстратов реакции или ее продуктов.

При понижении температуры и приближении ее к 0° С скорость химических реакций уменьшается и останавливается при замерзании воды.

При повышении температуры скорость химических реакций сначала увеличивается, но затем начинает уменьшаться, поскольку при высоких температурах (50-100° С) происходит денатурация (разрушение) белковых молекул фермента.

Все ферменты работают с разной скоростью. Например, фермент лизоцим осуществляет 30 операций в минуту, а мембранный фермент карбоангидраза - 36 миллионов операций в минуту!

Скорость работы фермента величина переменная. При изучении работы различных ферментов мы сталкиваемся с очень большим разбросом параметров, которые отражают очень разную скорость их работы (ферментативную активность). Причина различий в ферментативной активности заключается не только в том, что работает неодинаковое количество ферментов.

Активность фермента во многом зависит от его структуры. Часто небольшие изменения в составе аминокислот, которые, как правило, являются результатом генетических мутаций или вызваны сбоями при биосинтезе, могут существенным образом изменить свойства фермента или привести к полной потере активности. По этой и другим причинам у разных людей активность ферментов может существенным образом различаться. На активность ферментов влияют и регуляторные факторы, а также условия, в которых работает тот или иной фермент.

Мы знаем о мутациях в геноме человека. Эти мутации, число которых исключительно велико в геноме всех живых организмов, в том числе и у человека, приводят к изменению последовательности нуклеотидов в цепочкеДНК. В конечном итоге эти изменения лежат в основе различий в аминокислотной последовательности белковых макромолекул, что и отражается на свойствах ферментов.

Крайним вариантом негативных мутаций в геноме может быть очень низкая или полная потеря активности фермента, что может привести к летальным последствиям или тяжелым заболеваниям. В этом случае говорят об энзимо - или ферментопатии, которая, носит характер наследственного заболевания.

Но, как правило, подавляющее большинство мутаций вызывает те или иные изменения свойств ферментов, которые отражаются на его активности или регуляторных свойствах. Но есть случаи, когда активность ферментов может значительно возрастать, что также нельзя считать нормальным явлением.

Активностью любого фермента можно управлять, что и происходит в живых системах. Существует несколько ступеней управления ферментами.

Первая ступень управления работает на уровне генома, который выдает информацию, необходимую для биосинтеза ферментов, и регулирует выдачу этой информации.

Вторая ступень управления работает на уровне биосинтеза ферментов в клетке, регулируя выработку ферментов, перенос ферментов туда, где они будут работать, или, регулируя численность клеток, которые производят тот или иной фермент.

И, наконец, третья ступень управления работает на уровне регуляции активности ферментов в процессе его работы, ускоряя (активируя), замедляя (ингибируя) или разрушая (инактивируя) ферменты.

Но управлять ферментами можно и извне, например, с помощью правильного питания, регулируя поступление в организм: белка или необходимых для его биосинтеза аминокислот, витаминов-коферментов, микроэлементов, пищевых субстратов.

Или, напротив, тормозить работу ферментов с помощью пищевых ингибиторов ферментов. Можно также доставлять в организм, например, вместе с пищей готовые ферменты, которые будут работать в желудочно-кишечном тракте(ЖКТ) или во внутренней среде организма, как системные ферменты. Можно вводить в организм бактерии-сапрофиты (пробиотики), которые будут вырабатывать дополнительное количество необходимых ферментов, а можно вводить в организм пищевые вещества (пребиотики), которые являются источниками питания для кишечных микроорганизмов и будут увеличивать численность этих бактерий-симбионтов (полезных бактерий) и их ферментов.

http://on-line-wellness.com/

Нейромедиаторы.

Для передачи информации от нейрона к нейрону существуют особые биологически активные химические вещества -нейромедиаторы.

Нейромедиатор (или нейротрансмиттер) - своего рода «посредник» химического происхождения, который участвует в передаче, усилении и модуляции сигналов между нейронами и другими клетками (например, мышечной ткани) в организме. В большинстве случаев нейромедиатор высвобождается из терминальных ветвей аксонов после того, как потенциал действия достигает синапса. Затем нейромедиатор пересекает синаптическую щель и достигает рецептора других клеток или нейронов. А потом в процессе, который называется обратным захватом, он связывается с рецептором и поглощается нейроном.

Передача возбуждения в синапсе происходит при помощи нейромедиатора.

Нейромедиаторы играют важную роль в нашей повседневной жизни. Ученые пока не смогли узнать точное количество нейромедиаторов, но им удалось идентифицировать уже более 100 химических веществ. Воздействие болезни или, например, наркотиков на нейротрансмиттеры приводит к разного рода неблагоприятным последствиям для организма. Такие заболевания, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, обусловлены дефицитом некоторых нейротрансмиттеров.

Классификация нейромедиаторов

В зависимости от их функции нейромедиаторы можно разделить на два типа:

  • возбуждающие: этот тип нейромедиаторов оказывает возбуждающее воздействие на нейрон. Они увеличивают вероятность того, что нейрон будет генерировать потенциал действия. К основным возбуждающим нейротрансмиттерам причисляют адреналин и норадреналин.
  • ингибирующие: эти нейротрансмиттеры оказывают ингибирующее действие на нейрон; они уменьшают вероятность того, что будет выработан потенциал действия. Основными нейромедиаторами ингибирующего типа считаются серотонин и гамма-аминомасляная кислота (или ГАМК).

Некоторые нейротрансмиттеры, такие как ацетилхолин и дофамин, могут оказывать возбуждающий и подавляющий эффект в зависимости от типа рецепторов, которыми обладает постсинаптический нейрон.

Также любой из нейромедиаторов можно отнести к одному из шести типов:

1. Ацетилхолин

2. Аминокислоты: ГАМК, глицин, глутамат, аспартат.

3. Нейропептиды: окситоцин, эндорфины, вазопрессин и др.

4. Моноамины: адреналин, норадреналин, гистамин, дофамин и серотонина.

5. Пурины: аденозин, аденозинтрифосфат (АТФ).

6. Липиды и газы: оксид азота, каннабиноиды.

Выявляя нейромедиаторы

Выявить нейротрансмиттеры может быть довольно сложно. Хотя ученые и обнаружили, что нейромедиаторы содержатся в везикулах (мембранных пузырьках), на самом деле выяснить, что за химические вещества хранятся в этих пузырьках, не так-то просто. Поэтому нейробиологи сформулировали целый ряд характеристик, по которым можно определить, является ли вещество в везикуле нейромедиатором:

  • оно должно быть произведено внутри нейрона;
  • в нейроне должны присутствовать проферменты;
  • также в нём должно быть достаточное количество этого вещества для того, чтобы оказать воздействие на постсинаптический нейрон (тот, которому передаётся импульс);
  • это вещество должно быть выработано пресинаптическим нейроном, а постсинаптический должен обладать рецепторами, с которыми оно могло бы связаться;
  • должен существовать механизм обратного захвата или фермент, который прекращает действие вещества.

на тему:

Учитель химии

и биологии

Тохчукова В.Б.

МОУ «СОШ п. Кавказский»

2008 г.

Интегрированный урок по химии и биологии

Цель : изучение биохимической природы ферментов, гормонов, витаминов.

Задачи . образовательные: рассмотреть ферменты, гормоны, витамины с химической стороны, обобщить и закрепить знания учащихся о роли ферментов, гормонов и витаминов для организма человека, раскрыть сущность механизма действия ферментов; реализовать межпредметные связи;

развивающие: развивать познавательный интерес путем выполнения лабораторного опыта, развивать логическое мышление, умение делать выводы; развивать интерес к предмету, любознательность;

воспитательные: воспитывать ответственность, аккуратность, бережное обращение с химическими реактивами.

План урока

I Организационный момент.

II 1. Проверка знаний учащихся (беседа).

2. Обобщение знаний учащихся.

5. Задание на дом.

ХОД УРОКА:

“Мыслящий ум не чувствует себя счастливым,

пока ему не удается связать воедино

разрозненные факты, им наблюдаемые”

Д. Хевеши

    Проверка знаний учащихся.

Фронтальный опрос учащихся. Вопросы:

    Что такое ферменты? Какую роль они выполняют в организме?

    Какие вам известны ферменты?

    Что такое гормоны? Где они вырабатываются?

    Какие гормоны вам известны? Какие функции выполняют?

    Дайте определение понятию витамин. Кто открыл витамины?

    На какие две группы можно разделить все витамины?

    Назовите известные вам витамины.

    Какова роль витаминов для организма?

    Обобщение знаний учащихся.

Сегодня на уроке продолжим знакомство с органическими веществами: ферментами, гормонами, витаминами. В процессе изучения материала постараемся решить поставленные задачи урока.

Наш урок будет проходить под девизом (Д. Хевеши).

Прежде чем начать изучение нового материала о ферментах, послушаем небольшую сказку.

Умирая, старый араб завещал своим сыновьям 17 прекрасных белых верблюдов. Старшему половину, среднему – третью часть, младшему – девятую часть. Когда араб умер, сыновья принялись делить свое наследство, но 17 верблюдов не делится ни на 2, ни на 3, ни на 9. В это время через пустыню шел бедный ученый, дервиш и вел за собой старого черного верблюда. Он подошел к братьям и спросил, о чем они горюют. Братья поведали о своем наследстве и невозможности его поделить. Тогда дервиш подарил им своего верблюда. У них стало 18 верблюдов и все получилось: старший получил 9 верблюдов, средний – 6 верблюдов, младший – 2 верблюда, остался старый верблюд ученого. “Что с ним делать?” – спросили братья. “Отдайте его мне” – попросил ученый, и братья вернули ему верблюда. Вот и ферменты , так же, как и старый верблюд дервиша помогают осуществлять реакции в организме.

Так что же такое ферменты?

Ферменты – это белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками.

В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многочисленные химические реакции, которые могут с большой скоростью идти при температурах, подходящих для данного организма, то есть в пределах от 5 о до 40 о. Чтобы эти реакции протекали вне организма с той же скоростью потребовались бы высокие температуры и резкие изменения условий. Для клетки это означало бы гибель, так как вся работа клетки строится таким образом, чтобы избежать любых сколько-нибудь заметных изменений в нормальных условиях ее существования.

Таким образом, можно сказать, что ферменты – это биологические катализаторы, то есть вещества, которые ускоряют биохимические реакции. Они абсолютно необходимы, потому что без них реакции в клетке протекали бы слишком медленно.

Что же обозначает термин-фермент

Термин “фермент” (от лат. fermentum – закваска) был предложен в начале XVII века голландским ученым Ван Гельмондом. Почти все ферменты являются белками (но не все белки – ферменты). Представление о том, что ферменты – белки утвердилось не сразу. Для этого надо было научиться их выделять в высоко кристаллической форме. Впервые ферменты в такой форме выделил в 1926 году Дж. Самнер. После этого потребовалось еще 10 лет, в течение которых было получено еще несколько ферментов в кристаллической форме, чтобы представление о белковой природе ферментов стало доказанным и получило всеобщее признание.

Ферменты (энзимы) – это специфические белки глобулярной природы, которые присутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов. (Вспомнить, что такое катализаторы.)
Свойства ферментов . Ферментам свойственна высокая активность, но она меняется в зависимости от рН (концентрации ионов водорода), температуры, давления.
Специфичность ферментов состоит в том, что каждый из них действует только на одну реакцию (например, уреаза расщепляет только мочевину). Фермент обладает способностью различать среди множества молекул именно те, которые должны вступать в реакцию, – эти молекулы называют субстратом (S). В контакт с субстратом вступает лишь очень небольшая часть молекулы фермента (3–5 аминокислотных остатков). Эта часть – активный центр фермента (рис. 1).

Механизм действия ферментов. Взаимодействие субстрата (S) c ферментом впервые изучил немецкий ученый Эмиль Фишер. Он высказал гипотезу (1880), согласно которой субстрат подходит активному центру фермента как «ключ к замку» (рис. 2).

Образовавшиеся продукты по форме уже не соответствуют активному центру. Они отделяются от «замка» фермента и поступают в окружающую среду, после этого освободившийся активный центр может принимать новые молекулы субстрата.

Названия ферментов производят от названий субстратов, на которые они действуют, по схеме: тип катализируемой данным ферментом реакции + название одного из продуктов реакции (или одного из ее участников) с прибавлением окончания - аза .
Окончание -аза служит для обозначения ферментной природы. Например: фермент гликозидаза участвует в реакциях гидролиза гликозидных связей в сахарах; трансаминазы способствуют переносу группы NH 2 от аминокислот к различным -кетокислотам. Молочная оксидаза (другое название – дегидрогеназа ) катализирует превращение молочной кислоты в уксусную:

Вывод . По названию фермента можно понять сущность реакции.

Группа

Катализируемая реакция

Оксидоредуктазы. 480 ферментов, большая роль в энергетических процессах

Катализирует реакции окисления – восстановления, перенос атомов H и O или электронов от одного к другому.

Трансферазы

Перенос определенных группы атомов от одного вещества к другому

Гидролазы. 460 ферментов, к ним относятся пищеварительные ферменты, входящие в состав лизосом и других органоидов, где они способствуют распаду более крупных биомолекул на простые

Реакции гидролиза, при которых из субстрата образуются два продукта.

Лиазы. 230 ферментов, участвующих в регуляциях синтеза и распада промежуточных продуктов обмена

Ферменты, катализируемые реакции разрыва связей, в субстрате без присоединения воды или окисления.

Изомеразы. 80 ферментов

Ферменты, катализирующие превращения в пределах одной молекулы, они вызывают внутримолекулярные перестройки.

Лигазы (синтетазы) (около 80 ферментов)

Катализируемое соединение 2-х молекул с использованием энергии фосфатной связи, сопряжено с распадом АТФ.

д) Практическое применение ферментов

      Может ли человек использовать знания о ферментах в своей практической деятельности?

      Существует ли определенная наука, которая занимается изучением ферментов?

Энзимология – учение о ферментах, выделено в самостоятельную науку.

Ферменты получили широкое применение в легкой, пищевой и химической промышленности, а также в медицинской практике.

      В пищевой промышленности ферменты используют при приготовлении безалкогольных напитков, сыров, консервов, колбас, копченостей.

      В животноводстве ферменты используют при приготовлении кормов.

      Ферменты используют при изготовлении фотоматериалов.

      Ферменты используют при обработке овса и конопли.

      Ферменты используют для смягчения кожи в кожевенной промышленности.

      Ферменты входят в состав стиральных порошков, зубных паст.

      В медицине ферменты имеют диагностическое значение – определение отдельных ферментов в клетке помогает распознаванию природы заболевания (например вирусный гепатит – по активности фермента в плазме крови) их используют для замещения недостающего фермента в организме.

Теперь давайте поговорим о витаминах.

Сообщение 1. «История открытия витаминов» (3 мин). В сообщении ученика содержатся следующие сведения. В 1880 г. Николай Иванович Лунин проводил опыты с белыми мышами, питавшимися цельным молоком и его искусственным аналогом. В 1886 г. Х.Эйкман установил связь между однообразной диетой из полированного риса и заболеваемостью бери-бери.
Уточненное определение: «Витамины – низкомолекулярные органические соединения разного химического строения, объединенные по признаку их строгой необходимости для жизнедеятельности организмов».

Определение К.Функа: «Витамины – жизненно важные вещества, играющие важную роль в обмене веществ и поступающие с пищей извне».
Учитель рассказывает о классификации витаминов, их функциях в организме, используя табл. 1.

Таблица 1

Классификация и номенклатура витаминов

· Признаки недостаточности витаминов на уроке можно подробно не рассматривать, а после ознакомления с классификацией витаминов дать задание по учебнику, по тексту которого дети дополнят таблицу.
· Работу можно построить и следующим образом: разделить учащихся на группы и предложить им, пользуясь текстом учебника, заполнить таблицу, в которой указаны не все, а лишь не приведенные в учебнике факты. Одна группа будет рассматривать водорастворимые, а другая – жирорастворимые витамины. Таблицу нужно заранее заготовить, размножить и раздать детям перед уроком.
· Можно предложить учащимся прослушать сообщения с одновременным заполнением таблицы под руководством учителя. При таком варианте изучения темы больше детей выполняют домашнюю подготовительную работу.

Сообщение 2. «Потребность человеческого организма в витаминах» (3 мин). Работа с учебником, заполнение табл. 3.

Таблица 2

Витамин

Суточная потребность

Сообщение 3. «Витаминный стол» (3–4 мин). См. табл. 2.

Таблица 3

Вводятся понятия гипервитаминоза (переизбытка витаминов в пище), гиповитаминоза и авитаминоза (резкого недостатка витаминов), рассказывается о симптомах недостаточности витаминов. В работе можно использовать фотографии больных авитаминозом людей, приводить клинические описания.
Учитель делает вывод: для восполнения суточной потребности в витаминах нужно съедать очень много натуральных продуктов или принимать искусственные витамины, но необходимо помнить при этом, что витамины – это лекарственные препараты, употреблять их без меры нельзя.
Витамин C, или аскорбиновая кислота, – представитель водорастворимых витаминов. Это – белое кристаллическое вещество.
Химическое строение:

Витамин С не синтезируется в организме человека и животных, а поступает в готовом виде преимущественно с растительной пищей. В растениях витамин С образуется из углевода глюкозы. Содержание витамина С в листьях растений достигает максимума в фазе цветения, а затем резко снижается. В период опадения листьев этот витамин в них почти не содержится.

Витамин С

Эколого-географическая зависимость синтеза витамина С . Существует следующая зависимость: чем севернее (холоднее), тем интенсивнее в растениях формируется витамин С. Чем больше влажность почвы, тем быстрее происходит синтез витамина С.
Фосфорно-калийные удобрения повышают содержание витамина С в растениях, а азотные удобрения, наоборот, понижают.
Этот этап урока можно провести либо с помощью сообщения ученика, которого следует заранее подготовить, либо обратить внимание детей на табл. 2, в которой показана концентрация витамина С в разных продуктах, и попросить выяснить зависимость на основании предложенных фактов. По окончании устной работы следует записать в тетрадь главные сведения о витамине С: суточная потребность человека в витамине С составляет 50–100 мг., избыток и недостаточность витамина С опасны гипер- и гиповитаминозами.
Работа с текстом книги по предложенному выше плану. Выяснение симптомов авитаминоза С, способов борьбы с авитаминозом С (цингой).
На этом этапе урока следует акцентировать внимание детей на поведении главных героев произведения Дж.Лондона «Ошибка Господа Бога». Попросить их дать оценку моральным качествам главных героев, подойти к вопросу о смысле названия произведения. В заключение записать основные симптомы авитаминоза С, способы лечения.

ОСНОВНЫЕ ГОРМОНЫ ЧЕЛОВЕКА

Гормоны – это биологически активные вещества, выполняют регуляторную функцию.

Гормоны гипофиза: передней доли гипофиза. Железистая ткань передней доли продуцирует:

– гормон роста (ГР), или соматотропин, который воздействует на все ткани организма, повышая их анаболическую активность (т.е. процессы синтеза компонентов тканей организма и увеличения энергетических запасов).

– меланоцит-стимулирующий гормон (МСГ), усиливающий выработку пигмента некоторыми клетками кожи (меланоцитами и меланофорами);

– тиреотропный гормон (ТТГ), стимулирующий синтез тиреоидных гормонов в щитовидной железе;

– фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) и лютеинизирующий гормон (ЛГ), относящиеся к гонадотропинам: их действие направлено на половые железы (см. также РЕПРОДУКЦИЯ ЧЕЛОВЕКА).

– пролактин, обозначаемый иногда как ПРЛ, – гормон, стимулирующий формирование молочных желез и лактацию.

Гормоны задней доли гипофиза – вазопрессин и окситоцин. Оба гормона продуцируются в гипоталамусе, но сохраняются и высвобождаются в задней доле гипофиза, лежащей книзу от гипоталамуса. Вазопрессин поддерживает тонус кровеносных сосудов и является антидиуретическим гормоном, влияющим на водный обмен. Окситоцин вызывает сокращение матки и обладает свойством «отпускать» молоко после родов.

Тиреоидные и паратиреоидные гормоны. Щитовидная железа расположена на шее и состоит из двух долей, соединенных узким перешейком (см. ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА). Четыре паращитовидных железы обычно расположены парами – на задней и боковой поверхности каждой доли щитовидной железы, хотя иногда одна или две могут быть несколько смещены.

Главными гормонами, секретируемыми нормальной щитовидной железой, являются тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3). Тиреоидные гормоны стимулируют белковый синтез и распад питательных веществ с высвобождением тепла и энергии, что проявляется повышенным потреблением кислорода. Эти гормоны влияют также на метаболизм углеводов и, наряду с другими гормонами, регулируют скорость мобилизации свободных жирных кислот из жировой ткани. Короче говоря, тиреоидные гормоны оказывают стимулирующее действие на обменные процессы.

Гормоны надпочечников. Надпочечники – небольшие образования, расположенные над каждой почкой. Они состоят из внешнего слоя, называемого корой, и внутренней части – мозгового слоя. Обе части имеют свои собственные функции, а у некоторых низших животных это совершенно раздельные структуры. Каждая из двух частей надпочечников играет важную роль как в нормальном состоянии, так и при заболеваниях. Например, один из гормонов мозгового слоя – адреналин – необходим для выживания, так как обеспечивает реакцию на внезапную опасность. При ее возникновении адреналин выбрасывается в кровь и мобилизует запасы углеводов для быстрого высвобождения энергии, увеличивает мышечную силу, вызывает расширение зрачков и сужение периферических кровеносных сосудов. Таким образом, направляются резервные силы для «бегства или борьбы», а кроме того снижаются кровопотери благодаря сужению сосудов и быстрому свертыванию крови. Адреналин стимулирует также секрецию АКТГ (т.е. гипоталамо-гипофизарную ось). АКТГ, в свою очередь, стимулирует выброс корой надпочечников кортизола, в результате чего увеличивается превращение белков в глюкозу, необходимую для восполнения в печени и мышцах запасов гликогена, использованных при реакции тревоги.

Гипофункция (сниженная активность) надпочечников встречается в острой или хронической форме. Причиной гипофункции бывает тяжелая, быстро развивающаяся бактериальная инфекция: она может повредить надпочечник и привести к глубокому шоку. В хронической форме болезнь развивается вследствие частичного разрушения надпочечника (например, растущей опухолью или туберкулезным процессом) либо продукции аутоантител. Это состояние, известное как аддисонова болезнь, характеризуется сильной слабостью, похуданием, низким кровяным давлением, желудочно-кишечными расстройствами, повышенной потребностью в соли и пигментацией кожи. Аддисонова болезнь, описанная в 1855 Т.Аддисоном, стала первым распознанным эндокринным заболеванием.

Адреналин и норадреналин – два основных гормона, секретируемых мозговым слоем надпочечников. Адреналин считается метаболическим гормоном из-за его влияния на углеводные запасы и мобилизацию жиров. Норадреналин – вазоконстриктор, т.е. он сужает кровеносные сосуды и повышает кровяное давление. Мозговой слой надпочечников тесно связан с нервной системой; так, норадреналин высвобождается симпатическими нервами и действует как нейрогормон.

Избыточная секреция гормонов мозгового слоя надпочечников (медуллярных гормонов) возникает при некоторых опухолях. Симптомы зависят от того, какой из двух гормонов, адреналин или норадреналин, образуется в большем количестве, но чаще всего наблюдаются внезапные приступы приливов, потливости, тревоги, сердцебиения, а также головная боль и артериальная гипертония.

Тестикулярные гормоны. Семенники (яички) имеют две части, являясь железами и внешней, и внутренней секреции. Как железы внешней секреции они вырабатывают сперму, а эндокринную функцию осуществляют содержащиеся в них клетки Лейдига, которые секретируют мужские половые гормоны (андрогены), в частности D4-андростендион и тестостерон, основной мужской гормон. Клетки Лейдига вырабатывают также небольшое количество эстрогена (эстрадиола). Андрогены, в частности тестостерон, ответственны за развитие вторичных половых признаков у мужчин. Нарушение эндокринной функции семенников сводится в большинстве случаев к недостаточной секреции андрогенов.

Гормоны яичников. Яичники имеют две функции: развитие яйцеклеток и секреция гормонов (см. также РЕПРОДУКЦИЯ ЧЕЛОВЕКА). Гормоны яичников – это эстрогены, прогестерон и D4-андростендион. Эстрогены определяют развитие женских вторичных половых признаков. Эстроген яичников, эстрадиол, вырабатывается в клетках растущего фолликула – мешочка, который окружает развивающуюся яйцеклетку. В результате действия как ФСГ, так и ЛГ, фолликул созревает и разрывается, высвобождая яйцеклетку. Пониженная секреция эстрадиола имеет место при недоразвитии яичников. Функция яичников снижается и в менопаузе, так как запас фолликулов истощается и как следствие падает секреция эстрадиола, что сопровождается целым рядом симптомов, наиболее характерным из которых являются приливы. Избыточная продукция эстрогенов обычно связана с опухолями яичников. Наибольшее число менструальных расстройств вызвано дисбалансом гормонов яичников и нарушением овуляции.

Гормоны поджелудочной железы. Поджелудочная железа осуществляет как внутреннюю, так и внешнюю секрецию. Экзокринный (относящийся к внешней секреции) компонент – это пищеварительные ферменты, которые в форме неактивных предшественников поступают в двенадцатиперстную кишку через проток поджелудочной железы. Внутреннюю секрецию обеспечивают островки Лангерганса, представленные клетками нескольких типов: альфа-клетки секретируют гормон глюкагон, бета-клетки – инсулин. Основное действие инсулина заключается в понижении уровня глюкозы в крови, осуществляемое главным образом тремя способами: 1) торможением образования глюкозы в печени; 2) торможением в печени и мышцах распада гликогена (полимера глюкозы, который организм при необходимости может превращать в глюкозу); 3) стимуляцией использования глюкозы тканями. Недостаточная секреция инсулина или повышенная его нейтрализация аутоантителами приводят к высокому уровню глюкозы в крови и развитию сахарного диабета. Главное действие глюкагона – увеличение уровня глюкозы в крови за счет стимулирования ее продукции в печени. Хотя поддержание физиологического уровня глюкозы в крови обеспечивают в первую очередь инсулин и глюкагон, другие гормоны – гормон роста, кортизол и адреналин – также играют существенную роль.

Желудочно-кишечные гормоны. Гормоны желудочно-кишечного тракта – гастрин, холецистокинин, секретин и панкреозимин. Это полипептиды, секретируемые слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта в ответ на специфическую стимуляцию. Полагают, что гастрин стимулирует секрецию соляной кислоты; холецистокинин контролирует опорожнение желчного пузыря, а секретин и панкреозимин регулируют выделение сока поджелудочной железы.

Нейрогормоны – группа химических соединений, секретируемых нервными клетками (нейронами). Эти соединения обладают гормоноподобными свойствами, стимулируя или подавляя активность других клеток; они включают упомянутые ранее рилизинг-факторы, а также нейромедиаторы, функции которых заключается в передаче нервных импульсов через узкую синаптическую щель, отделяющую одну нервную клетку от другой. К нейромедиаторам относятся дофамин, адреналин, норадреналин, серотонин, гистамин, ацетилхолин и гамма-аминомасляная кислота.

В середине 1970-х годов был открыт ряд новых нейромедиаторов, обладающих морфиноподобным обезболивающим действием; они получили название «эндорфины», т.е. «внутренние морфины». Эндорфины способны связываться со специальными рецепторами в структурах головного мозга; в результате такого связывания в спинной мозг посылаются импульсы, которые блокируют проведение поступающих болевых сигналов. Болеутоляющее действие морфина и других опиатов несомненно обусловлено их сходством с эндорфинами, обеспечивающим их связывание с теми же блокирующими боль рецепторами.

3. Лабораторные опыты «Обнаружение аскорбиновой кислоты» и «Открытие фермента каталазы».

Лабораторный опыт

«Обнаружение аскорбиновой кислоты в некоторых продуктах»

Витамин С очень нестоек, разрушается на воздухе, при соприкосновении с металлическими предметами, при нагревании. Исследование основано на свойстве витамина С обесцвечивать йод. Работу выполняем по инструктивной карточке.

ИНСТРУКТИВНАЯ КАРТОЧКА.

    Спиртовой раствор йода разведите с водой до цвета крепкого чая.

    Добавьте в раствор крахмальный клейстер до получения синей окраски.

    Возьмите 1 мл сока лимона, к нему по каплям добавьте клейстер. Наблюдайте за окраской. Если раствор йода (синий цвет) обесцветился – то аскорбиновой кислоты (витамина С) много, если нет – то мало.

    Проделайте подобные опыты с яблочным соком.

    Нагрейте яблочный сок на спиртовке. Повторите опыт с нагретым соком.

Сделайте вывод.

Лабораторный опыт
«Открытие фермента каталазы»

Цель: доказать присутствие ферментов в животных и растительных клетках.
Оборудование и реактивы : штатив с пробирками, микроскоп, предметное стекло, лучинка, спички; стакан с Н 2 О 2 (3%-й р-р), песок, ткани растительные и животные.

Ход работы

Задание 1. Ферменты содержатся в каждой животной и растительной клетках. Большая часть ферментов связана с определенными клеточными структурами (ядро, цитоплазма, пластиды, лизосомы и т. д.), где и осуществляется их функция. Каталаза содержится в микротельцах (пероксисомах ). Эти тельца имеют овальную форму, зернистую структуру, находятся в цитоплазме (рис. 4).

Фермент каталаза катализирует расщепление пероксида водорода с образованием молекул воды и кислорода:

Расщепляя Н 2 О 2 , каталаза играет защитную роль. Она обезвреживает ядовитое вещество (пероксид водорода), которое непрерывно образуется в клетке в процессе жизнедеятельности. Активность фермента очень высока: при 0 °С – 1 молекула катализатора разлагает за 1 секунду до 40 000 молекул Н 2 О 2 .

Задание 2. Выполнить практическую часть.

    Прилейте по 2 мл Н 2 О 2 в пять пробирок с:
    а) сырой печенью;
    б) вареной печенью;
    в) сырым картофелем;
    г) вареным картофелем;
    д) песком.

    На предметное стекло в каплю воды положите лист бегонии и рассмотрите его под микроскопом.

    Нанесите на лист бегонии две капли пероксида водорода и под микроскопом наблюдайте бурное выделение пузырьков кислорода из клеток листа бегонии.

4. Ответьте на вопросы.

    Чем обусловлено расщепление пероксида водорода в пробирках с кусочками сырой печени, сырого картофеля и при действии пероксида водорода на лист бегонии?

    Какие уровни организации молекулы белка-фермента каталазы разрушаются при варке картофеля и печени в нашем опыте и разрыв каких молекулярных связей привел к денатурации этого белка?

    Почему расщепление пероксида водорода в пробирках с кусочками вареного картофеля и печени, а также в пробирке с песком не наблюдалось?

Результаты эксперимента:

4. Закрепление знаний учащихся.

Вопросы для закрепления:

Теперь вспомним, о чем шла речь на сегодняшнем уроке.

    Что такое ферменты?

    Перечислите свойства ферментов.

    В чем выражается специфичность ферментов?

    Что лежит в основе механизма взаимодействия субстрата и фермента?

    Каковы принципы номенклатуры ферментов?

    Назовите классы ферментов и укажите реакции, которые они катализируют.

    Дайте определение витаминам. Кто их открыл?

    Какие витамины вы знаете?

    Что такое гормоны? В чем сходство и отличие фермента и гормона? Где образуются гормоны?

    Какие функции выполняют гормоны?

5.Задание на дом.

Выучить тему «Ферменты. Витамины. Гормоны», подготовить сообщение на тему «Лекарства», завершить лабораторный опыт «Обнаружение аскорбиновой кислоты в различных продуктах».

Литература:

    Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М.: Мир, 1990, т. 1, с. 195–209;
    Демьяненков Е.Н. Биология в вопросах и ответах. М.: Просвещение, 1996, с. 38;

    Ермолаев М.В. Биологическая химия. М.: Медицина, 1983, с. 92–114;

    Корсунская В.М., Мироненко Г.Н., Мокеева З.А., Верзилин Н.М. Уроки общей биологии. М.: Просвещение, 1986, с. 137–141;

    Муртазин Г.М. Задачи и упражнения по общей биологии. М.: Просвещение, 1981, с. 81–82, 91–92;

    Овчинников Ю.А., Шамин А.Н. Строение и функции белков. (Библиотека Детской энциклопедии.) М.: Педагогика, 1983, с. 49–74;

    Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия-11. М.: Просвещение, 1998.

    Д.В.КУЗНЕЦОВА, учитель химии «Ферменты».