Особенности ферментативного состава у детей разных возрастных периодов
Активность ферментов амилазы, липазы и каталазы в крови новорожденных детей первых дней жизни достаточно хорошо выражена и, по-видимому, находится в некоторой зависимости от активности ферментов матери. В период новорожденности активность указанных ферментов падает и лишь к концу этого периода, приблизительно с конца 2-й — начала 3-й недель жизни, снова начинает нарастать. У здоровых детей первых месяцев жизни, находящихся в нормальных для них условиях окружающей среды и получающих правильное питание, активность амилазы, липазы и каталазы в крови систематически нарастает с возрастом, усиление активности этих ферментов особенно отчетливо заметно в течение 1-го года жизни. Активность различных ферментов крови у отдельных детей может колебаться в довольно широких пределах.
Угольная ангидраза, определяемая в периферической крови, обнаруживает низкую активность у новорожденных и с возрастом ребенка нарастает.
Секреторный аппарат ж/ктракта у детей первого года жизни развит недостаточно. Состав желудочного сока у детей схож со взрослыми, но кислотная и ферментативная активность его значительно ниже. Основным действующим ферментом желудочного сока является сычужный фермент (лабфермент), который обеспечивает первую фазу пищеварения — створаживание молока. В желудке грудного ребенка выделяется крайне мало липазы. Этот недостаток восполняется наличием липазы в грудном молоке, а также панкреатическом соке ребенка. Если ребенок получает коровье молоко, жиры его в желудке не расщепляются.
Ситуационные задачи.
1. Карбоксипептидаза состоит из 307 остатков аминокислот. Три каталитически группы являются главными в активном центре фермента. Это аргинин 145, тирозин 248 и глутаминовая кислота 270 (номер-положение аминокислоты в полипептидной цепи). Каким образом три аминокислоты, расположенные так далеко друг от друга, могут катализировать реакцию? Если в процессе гидролиза участвуют только эти три каталитические группы, то зачем ферменту так много аминокислотных остатков?
2. Глутаматдекарбоксилаза катализирует реакцию:
В6
Глутаминовая кислота → ГАМК + СО2
а) по изменению концентрации каких веществ можно охарактеризовать активность фермента?
б) как можно увеличить скорость данной реакции?
3. Фермент трипсин способен расщеплять пептидные связи белков. Почему обработка трипсином приводит к инактивации многих ферментов?
(Для обоснования ответа вспомните: что такое ферменты?К какому классу ферментов относится трипсин?)
4. Оптимальными условиями действия амилазы – фермента, расщепляющего крахмал, являются рН=6,8; температура 37ºС. Как изменится активность фермента при изменении условий реакции? Укажите причину изменений.
а) рН инкубационной среды =5; б) температура инкубации 70ºС;
5. Сравните специфичность действия двух групп пептидаз – пищеварительного тракта и свертывающей системы крови. В каком случае специфичность выше?
(Для обоснования ответа вспомните: что такое пептидазы, к какому классу они относятся, что такое специфичность фермента?)
6. Раствор, содержащий высокомолекулярные вещества различной природы (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты), проявляет каталитическую активность по отношению к какой-либо определенной реакции. Природа катализатора неизвестна. Установлено, что он обладает следующими свойствами: а) снижает энергию активации; б) ускоряет прямую и обратную реакции; в) обладает высокой специфичностью; г) ускоряет момент достижения равновесия, не сдвигая его; д) прекращает каталитическое действие после добавления в раствор вещества, разрушающего пептидные связи. Какие из свойств служат прямым доказательством белковой природы катализатора?
(Для обоснования ответа вспомните: что такое фермент?Чем отличаются действия органических и неорганических катализаторов)
7. Зерна в свежесобранных початках кукурузы сладкие из-за большого содержания в них глюкозы. Чем дальше от момента сбора, тем менее сладкими становится зерна в связи с превращением глюкозы в крахмал. Для сохранения сладкого вкуса початки сразу же после сбора помещают на несколько минут в кипящую воду и потом охлаждают. Как объяснить смысл такой обработки?
8. С какой целью в консервируемые продукты добавляют пищевые кислоты в концентрации 4-6%, чаще всего уксусную.
9. Известно, что в настоящее время для физического способа консервирования в промышленных условиях применяют токи УВЧ, которые в течение 30-50 сек. обеспечивают очень быструю стерилизацию. Объясните биохимический механизм такого метода.
10. Мороженая картошка имеет сладковатый привкус. Почему? (температурный оптимум амилазы картофеля –4º).
11. Почему сырое мясо нужно держать в морозильнике, а вареное – на нижней полке холодильника?
12. Объясните, почему при скисании молока оно створаживается.
Практическая часть (для лабораторного практикума).
1.Специфичность действия ферментов на примере α-амилазы слюны.
2. Влияние температуры на активность фермента α-амилазы слюны.
3. Влияние рН на активность α-амилазы слюны.
Студенты делятся на 3 группы. Каждая группа выполняет одну работу. Записывает результат на доске в виде схемы и объясняет. После чего все студенты в своих тетрадях заполняют протоколы.
Амилаза расщепляет крахмал через стадию декстринов до редуцирующего дисахарида – мальтозы. О действии фермента можно судить по исчезновению субстрата или по образованию конечных продуктов.
Принцип метода: α-амилазы катализирует гидролиз 1,4-гликозидных связей в крахмале и гликогене, что приводит к расщеплению субстрата и появлению продуктов гидролиза – декстринов и дисахарида мальтозы. Определяя убыль субстрата с помощью реакции с реактивом Люголя (раствор йода в KI), судят о наличии фермента. Крахмал определяется пробой Люголя – дает сосвободнымI2 синее окрашивание. Конечные продукты расщепления крахмала можно обнаружить с помощью редуцирующих проб, например, пробой Фелинга. Реакция основана на способности углеводов восстанавливать металлы. При нагревании голубой гидрат окиси меди восстанавливается углеводом сначала в гидрат закиси меди желтого цвета. А затем в закись меди кирпично-красного цвета.
Ход работы.
1. В одну пробирку – 2 мл 0,5% раствора крахмала
Во вторую пробирку – 2 мл 2% раствора сахарозы.
В обе пробирки добавить по 1 мл разведенной в 10 раз слюны. Пробирки встряхнуть и поместить в термостат при 38º С на 10 минут. После этого содержимое каждой пробирки разделить на 2 части и провести в одной реакцию с реактивом Люголя, а в другой провести пробу Фелинга. Параллельно провести отдельно такие же пробы с крахмалом и сахарозой.
Проба Люголя. К содержимому пробирки добавить 1 каплю раствора Люголя. Появление синего окрашивания свидетельствует о наличии крахмала.
Проба Фелинга. К содержимому пробирки добавить примерно половину объема 10% раствора КОН и по каплям 1% раствора CuSO4 до образования неисчезающей мути на фоне голубой окраски раствора. Верхний слой жидкости нагреть на пламени спиртовки. Появление желтого окрашивания, переходящего в кирпично-красное, указывает на наличие редуцирующих углеводов.
Сделать таблицу
| № пробирки | Источник фермента | Субстрат | Реакция с реактивом Люголя (цвет) | Проба Фелинга (+ или - ) | Вывод |
2. В 4 пробирки взять по 4 мл 0,5% раствора крахмала и по 1 мл разведенной в 10 раз слюны. Одну пробирку поставить в лед, вторую в кипящую водяную баню, третью в термостат при 38º С, а четвертую оставить при комнатной температуре. Через 10 минут содержимое каждой пробирки разделить на 2 части и провести в одной реакцию с реактивом Люголя, а в другой провести пробу Фелинга.
Заполнить таблицу
| № пробирки | Температура С º | Реакция с реактивом Люголя (цвет) | Проба Фелинга (+ или - ) | Вывод |
3. В 3 пробирки вносят по 3 мл буферных растворов с рН 2,0; 7,0; 9,0.
Во все пробирки прибавляют по 2 мл 0,5% раствора крахмала и по 1 мл разведенной в 10 раз слюны. Пробирки встряхнуть и поместить в термостат при 38º С на 10 минут. После этого содержимое каждой пробирки разделить на 2 части и провести в одной реакцию с реактивом Люголя, а в другой провести пробу Фелинга. Только нужно помнить, что реакция Люголя протекает в кислой или нейтральной среде, а проба Фелинга только в щелочной среде.
Заполнить таблицу
| № пробирки | рН среды | Реакция с реактивом Люголя (цвет) | Проба Фелинга (+ или - ) | Вывод |