Что такое гидролиза в биологии

Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма

Реферат выполнил: Головенко А.О.

Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма. АТФ.

Гидролиз (греч. hydor вода + lysis разложение) – разложение веществ, проходящее с обязательным участием воды и протекающее по схеме:

Реакции гидролиза подвергаются самые различные вещества. Так в процессе пищеварения высокомолекулярные вещества (белки, жиры, полисахариды и др.) подвергаются ферментативному гидролизу с образованием низкомолекулярных соединений (соответственно, аминокислот, жирных кислот и глицерина, глюкозы и др.).

Без этого процесса не было бы возможным усвоение пищевых продуктов, так как высасываться в кишечнике способны только относительно небольшие молекулы. Так, например, усвоение полисахаридов и дисахаридов становится возможным лишь после полного их гидролиза ферментами до моносахаридов. Точно так же белки и липиды гидролизуются до веществ, которые лишь потом могут усваиваться. Рассмотрим основные реакции гидролиза, протекающие в организме.

fpm_start("true");

В желудке переваривание (т. е. гидролитическое расщепление) происходит при действии протеолитического фермента пепсина; существенную роль в этом процессе играет соляная кислота, за счёт которой желудочный сок имеет низкое значение pH (1-2). Под действием этой кислоты выделяемый главными клетками желудочных желез белок пепсиноген превращается в пепсин. HCl катализирует этот процесс, в ходе которого отщепляется часть молекулы и образуется активный центр фермента. Сам пепсин катализирует процесс своего образования, т. е. является автокатализатором.

Пепсин гидролизирует пептидные связи, удалённые от концов пептидной цепи (поэтому пепсин относят к эндопептидазам). При этом белки распадаются на полипептиды, свободные аминокислоты практически не образуются.

Переваривание белков завершается в верхнем отделе тонкого кишечника под действием ферментов поджелудочной железы и клеток кишечника. Эти клетки продуцируют ряд проферментов (трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбопептидазы А и В, проэластаза). После каталитического образования в проферментах активного центра и отщепления части молекул, эти белки превращаются соответственно в ферменты: Трипсин, Химотрипсин, Карбопептидазы А и В и Эластазу.

Источник

Энергетический обмен

Обмен веществ

Энергетический обмен

Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).

Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.

Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.

Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).

Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.

Пластический обмен

АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.

В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Гидролиз – определение и примеры

Определение гидролиза

Хотя существует ряд химических реакций вне биологии, которые включают гидролиз, есть много биологических реакций, которые требуют воды для гидролиза связей больших молекул. Животным требуется вода для гидролиза сахаров, липидов и белков. Другими словами, гидролиз позволяет нам переваривать все, что мы едим. Ниже приведены некоторые примеры.

Примеры гидролиза

Белковый гидролиз

Все, что мы едим, содержит большое количество белка. Белки – это большие молекулы, и они используются всеми формами жизни для выполнения ряда задач. Они состоят из многих аминокислоты, связанные вместе пептидными связями. В то время как наш организм может использовать отдельные аминокислоты для производства новых белков, он должен сначала разрушить аминокислоты.

пептидная связь образуется между азотом и углеродом двух разных аминокислот. Чтобы разорвать эту связь, более отрицательный гидроксид связывается с более положительным углеродом, в то время как водород из воды связывается с более отрицательным азотом второй аминокислоты. Часто живые организмы используют ферменты или другие белки, чтобы увеличить скорость и эффективность реакций. Интересно, что пептидные связи создаются прямо противоположным образом, позволяя углероду и азоту реагировать и исключая воду молекула, Это известно как реакция дегидратации.

Когда мы гидролизуем связи в любом белке, белок распадается на отдельные аминокислоты, из которых он состоит. Эти аминокислоты затем используются вашим организмом для создания белков, необходимых для его функционирования. Таким образом, белок из моркови может стать белком, который составляет ваш мускул, Вся жизнь на Земле происходит из одной и той же ДНК, и вся жизнь на Земле использует в основном те же 20 аминокислот. Фактически, поскольку мы можем гидролизовать белок в его основные части, можно получить весь необходимый белок из рациона, состоящего исключительно из растений. «Факт», что мясо так или иначе является требованием белка, является распространенным заблуждением.

Углеводный гидролиз

В то время как наши тела используют белки для ряда целей, нам также необходим источник энергии для наших клеток, чтобы работать. В основном мы получаем эту энергию в форме глюкозы. Однако почти ни одна из продуктов, которые мы едим, не содержит глюкозы. Скорее, они содержат большие полисахариды, которые мы должны расщеплять или гидролизовать до глюкозы. Эти полисахариды представляют собой просто длинные цепочки глюкозы, используемые для хранения энергии в компактной форме. Эти полисахариды, также известные как крахмалы и сложные сахара, являются основным способом накопления энергии, которую они получают от солнца.

Чтобы гидролизовать эти сахара и крахмалы обратно в глюкозу, необходима вода. Однако простое помещение крахмала в воду не превращает его в глюкозу со скоростью, которая поможет выжить живому животному. Для ускорения процесса используется другой фермент. Этот фермент немного отличается по форме от используемого для гидролиза аминокислот, потому что сахара имеют другую форму, чем белки. Один раз клетка сделал правильные ферменты, реакция может протекать очень быстро. На самом деле, этот процесс начинается, как только пища попадает в организм. В вашей слюне высвобождаются ферменты, которые быстро начинают переваривать крахмал в более простые сахара. Быстро доставляя глюкозу в клетки, клетки могут дышать и накапливать энергию, необходимую для обработки и включения поступающих в пищу аминокислот и липидов. Хорошо сбалансированная еда обеспечивает и энергию, и больше ресурсов для построения и восстановления клеток.

Родственные термины по биологии

викторина

1. А фосфолипид большая молекула, состоящая из мелких частей глава молекулы содержит атом фосфора и притягивается к воде. Хвост фосфолипида содержит длинные углеродные цепи, связанные с гидроксильными группами. Хвост отталкивается водой. Таким образом, фосфолипиды используются для создания клеточных мембран всей жизни на Земле. Если большая клетка фагоцитирует или съедает другую клетку, что она должна сделать с фосфолипидами, чтобы переварить их?A. Обезвоживать связиB. Гидролизовать связиC. Конвертировать облигации

Ответ на вопрос № 1

В верно. Более крупная клетка будет использовать ферменты для гидролиза фосфолипидов в более мелкие молекулы, которые она может использовать для создания своих собственных фосфолипидов. Для облегчения процесса будут использоваться специальные ферменты, специфичные для разрываемых связей. Для обезвоживания связей было бы противоположностью пищеварения. Это создало бы большие молекулы и использовало бы энергию в процессе.

Ответ на вопрос № 2

В верно. Противоположности притягиваются, поэтому положительный атом Х будет притягиваться к отрицательному атому кислорода в гидроксидной группе. Аналогично, отрицательный атом Y будет притягиваться к положительному водороду. Однако, поскольку весь X связан с Y, а H связан с OH, для осуществления этой реакции требуется определенное количество энергии. Именно здесь и вступают ферменты. Создавая правильную форму и объединяя молекулы, энзимы могут стимулировать молекулы к обмену партнерами гораздо быстрее, чем это было бы возможно в обычном режиме.

3. В то время как животные являются только потребителями глюкозы, растения могут создавать глюкозу и использовать глюкозу. Они создают глюкозу из углекислого газа, солнечного света и воды и используют глюкозу через тот же процесс дыхания, что и животные. Следовательно, глюкоза должна быть обезвожена для хранения и гидролизована для использования. Как оба эти процесса могут происходить одновременно?A. Они не могут. Растения должны делать их в разное время.B. Они разделены пробелом.C. Ферменты автоматически включаются и выключаются.

Ответ на вопрос № 3

В верно. В то время как некоторые ферменты активируются и деактивируются определенными сигналами, для растений самый простой способ разделить реакции – провести их в разных частях клетки. Самые большие молекулы крахмала могут быть созданы различными органеллами, которые отвечают за преобразование глюкозы в энергию. Различные органеллы содержат различные ферменты, и, таким образом, клетка может одновременно создавать и использовать энергию.

Источник

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГИДРОЛИЗА В ПРОЦЕССАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА

Гидролиз (греч. hydor «вода» + lysis «разложение») — сольволиз водой. Это химическая реакция взаимодействия вещества с водой, при которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений. [4] Разложение веществ протекает по схеме:

Гидролиз происходит в присутствии катализатора. Реакции гидролиза подвергаются самые различные вещества. При пищеварении ферменты катализируют гидролиз углеводов, белков и жиров, и образуются молекулы, которые легко усваиваются организмом. Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. В ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, полисахариды (крахмал и целлюлоза) — на моносахариды (на глюкозу), нуклеиновые кислоты — на свободные нуклеотиды. Гидролизу подвержены химические соединения различных классов (соли, углеводы, белки, эфиры, жиры и др.). Гидролиз важен для процессов, происходящих в живых организмах, например, регулирования концентрации водородных ионов, ферментативного гидролиза макромолекул.

Рассмотрим основные реакции гидролиза, протекающие в организме.

Белковые вещества составляют огромный класс органических, то есть углеродистых, а именно углеродисто азотистых соединений, встречаемых в каждом организме. Без белков или их составных частей – аминокислот – не может быть обеспечено воспроизводство основных структурных элементов органов и тканей, а также образование ряда важнейших веществ (например, ферментов и гормонов). Белки пищи прежде, чем быть использованы для построения тканей тела, предварительно расщепляются. Организмом используется для питания не сам пищевой белок, а его структурные элементы – аминокислоты и, может быть, частично простейшие пептиды, из которых затем в клетках синтезируются специфические для данного вида организма белковые вещества.

Каждый вид организма, каждый орган и каждая ткань содержат свои характерные белки, и при усвоении чужеродных белков пищи организм прежде всего лишает их видовой специфичности. Перед тем, как быть усвоенными белки должны быть разложены на индифферентный материал. Разложение белковых веществ на более простые, способные всасываться в кровь через стенки кишечника, осуществляется в пищеварительных органов человека и животных путем последовательного гидролиза под действием ряда ферментов. В полости рта белки никаким изменениям не подвергаются, так как в состав слюны необходимые для этого протеолитические ферменты не входят. Переваривание белков начинается в желудке.

В желудочно-кишечном тракте пищевые белки распадаются на аминокислоты при участи пищеварительных протеолитических ферментов – пептидогидролаз. Эта группа ферментов различающихся по субстратной специфичности: каждый из этих ферментов предпочтительно (т.е. с наибольшей скоростью) гидролизует пептидные связи (рис.1), образованные определёнными аминокислотами.

В результате совместного действия всех пищеварительных пептидогидролаз белки пищи полностью распадаются на аминокислоты. Таким путём организм получает мономеры для синтеза собственных белков.

Переваривание белков завершается в верхнем отделе тонкого кишечника под действием ферментов поджелудочной железы и клеток кишечника. После каталитического образования в проферментах активного центра и отщепления части молекул, эти белки превращаются соответственно в ферменты: Трипсин, Химотрипсин, Карбопептидазы А и В и Эластазу.

Трипсин, Химотрипсин и Эластаза – эндопептидазы – гидролизуют связи, лежащие ближе к середине полипептидной цепи. Продуктами их действия являются, в основном, пептиды, но образуется и ряд аминокислот.

Карбопептидазы – экзопептидазы. Они гидролизуют пептидную связь, образованную концевым аминокислотным остатком. Карбопептидаза А отщепляет преимущественно концевые аминокислоты с гидрофобным радикалом, а карбоксипептидаза В – остатки лизина и аргинина.

Последний этап переваривания происходит при участии ферментов, синтезируемых клетками кишечника – аминопептидаз и дипептидаз. Первые отщепляют концевые аминокислоты от пептидов, вторые гидролизуют дипептиды.

Таким образом, переваривание пищевых белков – суть, последовательность реакций гидролиза, катализирующегося рядом ферментов.

Углеводы пищи в пищеварительном тракте распадаются на мономеры при действии гликозид – ферментов, катализирующих гидролиз гликозидных связей (рис.2) в полисахаридах.

Переваривание начинается уже в ротовой полости: в слюне содержится фермент амилаза (α

1,4 – гликозидаза), расщепляющая α

1,4 гликозидные связи. Поскольку пища в ротовой полости пребывает недолго, то крахмал здесь переваривается лишь частично. Основным же местом переваривания крахмала служит тонкий кишечник, куда поступает амилаза в составе сока поджелудочной железы. Амилаза не гидролизует гликозидную связь в дисахаридах, поэтому основным продуктом действия кишечной амилазы является дисахарид мальтоза.

Из тех глюкозных остатков, которые в молекуле крахмала соединены 1,6-гликозидной связью, образуется дисахарид изомальтоза. Кроме того, с пищей в организм поступают дисахариды сахароза и лактоза (рис.3),

которые гидролизуются специфическими гликозидазами – мальтозой, изомальтозой (рис.4), лактозой и сахарозой соответственно.

Продукты полного гидролиза углеводов – глюкоза, галактоза и фруктоза – через клетки кишечника поступают в кровь.

В двенадцатиперстную кишку поступает желчь и сок поджелудочной железы, необходимые для переваривания жиров. В соке поджелудочной железы содержится фермент липаза, катализирующий гидролиз сложноэфирной связи в триацилглицеринах. Поскольку жиры нерастворимы в водных средах, а липаза нерастворима в жирах, гидролиз происходит лишь на поверхности раздела этих фаз и, следовательно, скорость переваривания зависит от площади этой поверхности.

Под действием липазы идёт гидролиз жиров, в ходе которого жирные кислоты отщепляются от триацилглицерина одна за другой, сначала от α-углеродных атомов, потом – от β-углеродного атома (рис. 6)

Образующиеся в процессе переваривания пищи вещества-мономеры, вступают в ряд реакций. Во многих из них они окисляются, и энергия, выделяющаяся при этом окислении, используется для синтеза АТФ из АДФ – основного процесса аккумулирования энергии в живых организмах. Эта энергия необходима для роста и нормального функционирования организма.

Гидролиз одних фосфатов приводит к высвобождению несколько большей энергии, чем гидролиз АТФ, других – меньшей.

Рассмотренные примеры доказывают огромную роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма. На нём основываются процессы питания и выделения, поддержания гомеостаза (постоянства среды) и перераспределения энергии. Без этого процесса не было бы возможным усвоение пищевых продуктов, так как высасываться в кишечнике способны только относительно небольшие молекулы. Образующиеся в процессе переваривания пищи вещества-мономеры, вступают в ряд реакций. Во многих из них они окисляются, и энергия, выделяющаяся при этом окислении, используется для синтеза АТФ из АДФ – основного процесса аккумулирования энергии в живых организмах. Эта энергия необходима для роста и нормального функционирования организма. Человек получает её как за счёт многостадийного процесса окисления пищи – белков, жиров и углеводов, так и за счёт гидролиза некоторых сложных эфиров, амидов, пептидов и гликозидов. Гидролиз – также основа синтеза мочевины.

Источник