1. Определение понятия фермент
 Скачать 0.71 Mb.
|
|
Б. Необратимое ингибирование Необратимое ингибирование наблюдают в случае образования ковалентных стабильных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего модификации подвергается активный центр фермента, В результате фермент не может выполнять каталитическую функцию. К необратимым ингибиторам относят ионы тяжёлых металлов, например ртути (Hg2+), серебра (Ag+) и мышьяка (As3+), которые в малых концентрациях блокируют сульфгидрильные группы активного центра. Субстрат при этом не может подвергаться химическому превращению . При наличии реактиваторов ферментативная функция восстанавливается. В больших концентрациях ионы тяжёлых металлов вызывают денатурацию белковой молекулы фермента, т.е. приводят к полной инактивации фермента. 1. Специфические и неспецифические ингибиторы Использование необратимых ингибиторов представляет большой интерес для выяснения механизма действия ферментов. С этой целью применяют вещества, блокирующие определённые группы активного центра ферментов. Такие ингибиторы называют специфическими. Ряд соединений легко вступает в реакции с определенными химическими группами. Если эти группы участвуют в катализе, то происходит полная инактивация фермента. Роль гидроксильных групп серина в механизме катализа исследуют с помощью фторфосфатов, например диизопропилфторфосфата. Дии-зопропилфторфосфат (ДФФ) специфически реагирует лишь с одним из многих остатков серина в активном центре фермента. Остаток Сер, способный реагировать с ДФФ, имеет идентичное или очень сходное аминокислотное окружение. 2. Необратимые ингибиторы ферментов как лекарственные препараты Пример лекарственного препарата, действие которого основано на необратимом ингибировании ферментов, - широко используемый препарат аспирин. Противовоспалительный нестероидный препарат аспирин обеспечивает фармакологическое действие за счёт ингибирования фермента циклооксигеназы, катализирующего реакцию образования простагландинов из арахидоновой кислоты. Это вызывает снижение образования продуктов реакции простагландинов, которые обладают широким спектром биологических функций, в том числе являются медиаторами воспаления. 10. Механизмы специфической регуляции активности ферментов: аллостерический, ковалентная модификация, на генетическом уровне (индукция, репрессия) Регуляция каталитической активности ферментов. Бывает: 1). Неспецифическая регуляция. В связи с лабильностью всех ферментов, их каталитическая активность зависит от температуры, рН и давления. 2). Специфическая регуляция. Под действием специфических активаторов и ингибиторов изменяется активность регуляторных ферментов, которые контролируют интенсивность метаболических процессов в организме. Механизмы специфической регуляции каталитической активности ферментов: 1). Аллостерическая регуляция; 2). Регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий; 3). Регуляция через ковалентную модификацию. а). Регуляция путем фосфорилирования/дефосфорилирования фермента; б). Регуляция частичным протеолизом. 1). Аллостерическая регуляция каталитической активности ферментов Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется обратимым нековалентным присоединением модулятора (активатора и ингибитора) к аллостерическому центру. Ингибиторами аллостерических ферментов часто являются конечные продукты метаболических путей, активаторами – их начальные субстраты. Активирование происходит по принципу прямой положительной связи, а ингибирование - по принципу отрицательной обратной связи. Аллостерические ферменты играют важную роль в регуляции т.к. чрезвычайно быстро реагируют на изменения среды. Например, конечный продукт катаболизма глюкозы АТФ ингибирует аллостерически ферменты гликолиза фосфофруктокиназу и пируваткиназу. Накапливаемая в гликолизе фруктоза-1,6-ф активирует пируваткиназу, что ускоряет реакции гликолиза. 2). Регуляция каталитической активности ферментов с помощью белок-белковых взаимодействий. Выделяют 2 механизма: а). Активация ферментов в результате присоединения регуляторных белков. Например, аденилатциклаза (Ац), которая катализирует превращение АТФ в цАМФ, активируется присоединением α-субъединицы G-белка. Этот механизм регуляции обратим. б). Регуляция каталитической активности ферментов ассоциацией/диссоциацией протомеров. Например, протеинкиназа А, активируется при диссоциации ее тетрамера на 4 субъединицы и инактивируется при обратном соединении 4 субъединиц в тетрамер. 3). Регуляция каталитической активности ферментов путем их ковалентной модификации. Регуляция активности фермента осуществляется в результате ковалентного присоединения или отщепления от него фрагмента. Она бывает 2 видов: а). путем фосфорилирования и дефосфорилирования ферментов; б). путем их частичного протеолиза. а). Регуляция каталитической активности ферментов путем их фосфорилирования и дефосфорилирования. Фосфорилирование осуществляется протеинкиназами (ПК) по ОН-группе серина, треонина или тирозина регуляторный белков и ферментов. Дефосфорилирование в этих же положениях осуществляется фосфопротеинфосфатазами (ФПФ). Введение отрицательно заряженной фосфорной группы приводит к обратимому изменению конформации и активности фермента. Например, под действием глюкагона и адреналина в клетках печени происходит фосфорилирование ключевых ферментов гликогенеза (гликогенсинтаза) и гликогенолиза (гликогенфосфорилаза), при этом распад гликогена активируется, а синтез ингибируется. Инсулин наоборот вызывает в клетках печени дефосфорилирование тех же ключевых ферментов, в результате синтез гликогена активируется, а распад ингибируется. б). Регуляция каталитической активности ферментов путем их частичного протеолиза. При участии активаторов и протеолитических ферментов происходит отщепление части молекулы фермента и его необратимая активация. Такой фермент функционирует короткий период, а затем разрушается. Подобная схема активации характерна для внеклеточных ферментов ЖКТ (пепсин, трипсин, химотрипсин и др.) и ферментов свертывающей и противосвертывающей системы крови (тромбин, фибрин, плазмин др.). Например, трипсиноген, синтезируемый в поджелудочной железе, поступает в двенадцатиперстную кишку, где энтеропептидаза кишечника отщепляет у него с N-конца гексапептид. В результате в оставшейся части молекулы фермента формируется активный центр. III. Механизмы регуляции количества ферментов Количество ферментов в клетке зависит от скорости их синтеза и распада. Синтез ферментов регулируется индукторами и репрессорами. В качестве индукторов и репрессоров выступают некоторые метаболиты, гормоны и биологически активные вещества. Индукторы, это вещества которые запускают синтез ферментов. Процесс запуска синтеза ферментов называется индукцией. Например, у бактерий ферменты синтезируются только при наличии для них субстратов, которые являются для этих ферментов индукторами (у E. coli лактоза индуктор β-галактозидазы). Не все ферменты чувствительны к индукторам. Ферменты, концентрация, которых зависит от добавления индукторов, называются индуцируемыми ферментами (органоспецифические ферменты). Ферменты, концентрация которых постоянна и не регулируется индукторами, называются конститутивными ферментами (ферменты гликолиза, синтеза РНК и т.д.). Для индуцируемых ферментов выделяют понятие базовый уровень, это концентрация фермента при отсутствии индуктора. При индукции базовый уровень фермента может быть превышен от 2 до 1000 раз. Репрессорами (точнее корепрессорами) называют вещества, которые останавливают синтез ферментов. Процесс остановки синтеза ферментов называется репрессией. Дерепрессией – называется процесс возобновления синтеза ферментов после удаления из среды репрессора или истощения его запасов 11.Роль гормонов и вторичных мессенджеров (цАМФ, цГМФ, Са2+, ДГ, ИТФ, ПГ) в регуляции активности ферментов … девчата,роль гормонов расписана в 10 вопросе. Гормоны, это сигнальные молекулы беспроводного системного действия. Отличием истинных гормонов от других сигнальных молекул, является то, что они синтезируются в специализированных эндокринных клетках, транспортируются кровью и действуют дистантно на ткани мишени. Гормоны по строению делятся: на белковые (гормоны гипоталамуса, гипофиза), производные аминокислот (тиреоидные, катехоламины) и стероидные (половые, кортикоиды). Пептидные гормоны и катехоламины растворимы в воде, они регулируют преимущественно каталитическую активность ферментов. Стероидные и тиреоидные гормоны водонерастворимы, они регулируют преимущественно количество ферментов. Гормоны влияют на активность и количество ферментов в клетке не напрямую, а через каскадные системы (аденилатциклазную, гуанилатциклазную, инозитолтрифосфатную, RAS и т.д.), состоящие из:
Необходимость каскадных систем связана с тем, что, во-первых, водорастворимые гормоны не проходят клеточную мембрану, во-вторых, эти системы обеспечивают усиление первичного сигнала гормонов в миллионы раз. В результате даже одна молекула гормона способна активировать миллионы ферментов и вызвать метаболический эффект. Водонерастворимые гормоны самостоятельно проходят клеточные мембраны и реализуют свой эффект с участием цитоплазматических и ядерных рецепторов. Вторичные посредники (мессенджеры) Мессенджеры – низкомолекулярные вещества, переносящие сигналы гормонов внутри клетки. Они обладают высокой скоростью перемещения, расщепления или удаления (Са2+, цАМФ, цГМФ, ДАГ, ИТФ). Нарушения обмена мессенджеров приводят к тяжелым последствиям. Например, форболовые эфиры, которые являются аналогами ДАГ, но в отличие от которого в организме не расщепляются, способствуют развитию злокачественных опухолей. цАМФ открыта Сазерлендом в 50 годах прошлого века. За это открытие он получил Нобелевскую премию. цАМФ участвует в мобилизации энергетических запасов (распад углеводов в печени или триглицеридов в жировых клетках), в задержке воды почками, в нормализации кальциевого обмена, в увеличении силы и частоты сердечных сокращений, в образовании стероидных гормонов, в расслаблении гладких мышц и так далее. цГМФ активирует ПК G, ФДЭ, Са2+-АТФазы, закрывает Са2+-каналы и снижает уровень Са2+ в цитоплазме. 12.Классификацию и номенклатуру ферментов: систематические и рабочие названия. Коферментный состав ферментов различных классов Классификация и номенклатура ферментов Номенклатура – названия индивидуальных соединений, их групп, классов, а также правила составления этих названий. Номенклатура ферментов бывает тривиальной (короткое рабочее название) и систематической. По систематической номенклатуре, принята в 1961г Международным союзом биохимии, можно точно идентифицировать фермент и его катализируемую реакцию. Классификация – разделение чего либо по выбранным признакам.
В правилах названия ферментов нет единого подхода. 1. Оксидоредуктазы Катализируют окислительно-восстановительные реакции. В реакцию вступают 2 вещества и 2 образуются, одно окисляется, другое восстанавливается: Sвост + S’окисл ↔ S’вост + Sокисл Оксидоредуктазы делятся на: дегидрогеназы (отщепляют Н от субстратов), оксидазы (переносят Н с субстрата на кислород), оксигеназы (включают кислород в молекулу субстрата), гидроксипероксидазы (разрушают перекиси водорода и органические перекиси). Систематическое название включает в себя название донора е и Н+ через двоеточие название акцептора через тире – название класса: донор: акцептор ( косубстрат) оксидоредуктаза R-CH2-OH + НАД+ ↔ R-CH=О + НАДН2 Систематическое название: Алкоголь: НАД+ оксидоредуктаза Тривиальное название: алкогольдегидрогеназа. Шифр: КФ 1.1.1.1 Пируват + НАДН2 ↔ лактат + НАД+ Систематическое название: Лактат: НАД+ оксидоредуктаза Тривиальное название: ЛДГ. Шифр: КФ 1.1.2.7 2. Трансферазы Ферменты этого класса принимают участие в переносе атомных групп, молекулярных остатков от одного соединения к другому. В реакцию вступают 2 вещества и 2 образуются: S-G + S’ ↔ S + S’-G. В зависимости от переносимых групп трансферазы делятся на: 1). фосфотрансферазы (киназы); 2). аминотрансферазы; 3). гликозилтрансферазы; 4). метилтрансферазы; 5). ацилтрансферазы. Систематическое название: откуда: куда в какое положение–что–трансфераза или донор: акцептор–транспортируемая группа– трансфераза АТФ + D-гексоза ↔ АДФ + D- гексоза-6ф Систематическое название: АТФ: D-гексоза-6-фосфотрансфераза Тривиальное название: гексокиназа ФЕП + АДФ → ПВК + АТФ Систематическое название: АТФ: ПВК-2-фосфотрансфераза Тривиальное название: пируваткиназа 3. Гидролазы. Расщепляют ковалентную связь с присоединением молекулы воды. В реакцию вступают 2 вещества и 2 образуются: S-G + Н2О ↔ S-ОН + G-Н. В зависимости от характера гидролизуемой связи, различают подклассы: 1). гликозидазы – гидролиз гликозидов (лактоза – лактаза, мальтоза – мальтаза, сахароза – сахараза); 2). пептидазы – гидролиз пептидных связей; 3). эстеразы – разрыв связи в сложных эфирах. Систематическое название субстрат–что отщепляется–гидролаза или субстрат–гидролаза Ацетилхолин + Н2О ↔ Ацетат + Холин Систематическое название: Ацетилхолин-ацилгидролаза (Ацетилхолин-гидролаза) Тривиальное название: Ацетилхолинэстераза Глюкозо-6ф + Н2О → глюкоза + Н3РО4 Систематическое название: Глюкозо-6ф-фосфогидролаза Тривиальное название: Глюкозо-6ф-фосфотаза 4. Лиазы Отщепление групп от субстратов по негидролитическому механизму с образованием двойных связей (или наоборот, присоединение по двойной связи). Реакции обратимы, за исключением отщепления СО2. В реакцию вступает 1 вещество и 2 образуются (или наоборот): -SХ-SY- ↔ XY + -S=S- Систематическое название субстрат: что отщепляется–лиаза L-малат ↔ фумарат + Н2О Систематическое название: L-малат: гидро–лиаза Тривиальное название: фумараза 5. Изомеразы Взаимопревращения оптических, геометрических, позиционных изомеров. В реакцию вступает 1 вещество и 1 образуется. Исходя из типа катализируемой реакции изомеризации выделяется несколько подклассов: 1) рацемазы; 2) эпимеразы; 3) таутамеразы; 4) цис,- трансизомеразы; 5) мутазы (при внутримолекулярном переносе группы); 6) цикло-, оксоизомеразы. Систематическое название субстрат–вид изомеризации–изомераза или субстрат–продукт–изомераза Фумаровая к-та ↔ малеиновая к-та Систематическое название: фумарат–цис,транс–изомераза гл-6ф ↔ фр-6ф Систематическое название: гл-6ф–фр-6ф–изомераза 6. Лигазы (синтетазы) Соединение 2 молекул с использованием энергии макроэргических соединений (АТФ и др). В реакцию вступают 3 вещества, образуется 3 вещества. Систематическое название субстрат: субстрат–лигаза (источник энергии) АТФ + L-глутамат + NH4+ → АДФ + Фн + L-глутамин Систематическое название: L-глутамат: аммиак–лигаза (АТФ → АДФ + Фн) Тривиальное название: глутаминсинтетаза АТФ + ПВК + СО2 → АДФ + Фн + ЩУК Систематическое название: ПВК: СО2–лигаза (АТФ → АДФ + Фн) Тривиальное название: пируваткарбокилаза |