|
Бх. БХ. Это белки, которые способны катализировать
1. ЧТО ТАКОЕ ФЕРМЕНТЫ? ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ О ФЕРМЕНТАХ
Ферменты - это БЕЛКИ, которые способны КАТАЛИЗИРОВАТЬ химические реакции, Кратко: фермент - это каталитический белок или белковый катализатор. Определённый фермент - это молекулы белка определённого типа: с определённой первичной структурой (последовательностью аминокислотных остатков) и определённой конформацией. Отдельная молекула фермента представлена отдельной молекулой белка.
Краткая история развития учения о ферментах Несмотря на то, что явления брожения и переваривания известны с незапамятных времен, зарождение учения о ферментах (энзимология) относится к первой половине XIX века. Первое научное представление о ферментах было дано в 1814 г. петербургским ученым К. С. Кирхгофом, который показал, что не только проросшие зерна ячменя, но и экстракты из солода способны осахаривать крахмал с превращением его в мальтозу.
2. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ. КАКИЕ ОПЫТЫ ПОЗВОЛЯЮТ ИХ ОБНАРУЖИТЬ. СХОДСТВА И ОТЛИЧИЯ ФЕРМЕНТОВ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ.
Общими свойствами ферментов как белковых структур являются:
- эффективность действия, подразумевающая значительное ускорение химических реакций в организме
- избирательность к субстрату и типу выполняемой реакции
- чувствительность к показателям температуры, кислотно-щелочного баланса и другим неспецифическим физико-химическим факторам среды, в которой действуют ферменты
- чувствительность к действию химических реагентов и др
Ферменты работают при определенной температуре. Значит, возьми по 1 мл слюны и помести пробирки с ней и р-ром крахмала в теплуую воду (35-40) и в холодную (5-10 градусов) . В теплой пробирке крахмал слюной расщепится и иод не окрасит в синий цвет. Таким же образом можно продемонтрировать, что ферменты работают при определенной рН среды (пепсин желудка в кислой и щелочной среде) при действии на белок яйца
Сходство и отличия ферментов и неорганических катализаторов.
Сходство.
Катализируют только энергетически возможные реакции.
Не изменяют направления реакции.
Ускоряют наступление равновесия реакции, но не сдвигают его.
Не расходуются в процессе реакции.
Отличия.
Скорость ферментативной реакции намного выше.
Высокая специфичность.
Мягкие условия работы (внутриклеточные).
Возможность регулирования скорости реакции.
3. ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ФЕРМЕНТОВ. ФЕРМЕНТЫ - ПРОТЕИДЫ И ФЕРМЕНТЫ – ПРОТЕИНЫ. ЧТО ТАКОЕ КОФАКТОР, АПОФЕРМЕНТ, ХОЛОФЕРМЕНТ, АКТИВНЫЙ И АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЙ ЦЕНТР.
Доказательства белковой природы ферментов:
1. Ферменты при гидролизе распадаются на аминокислоты.
2. Под действием кипячения и др. факторов ферменты подвергаются денатурации и теряют каталитическую активность.
3. Осуществлено выделение ферментов в форме кристаллов белка.
4. Ферменты оказывают высокоспецифическое действие.
Прямым доказательством белковой природы ферментов является лабораторный синтез первого фермента – рибонуклеазы.
Выделяют простые ферменты, состоящие только из полипептидной цепи: пепсин, трипсин, уреаза, рибонуклеаза, фосфатаза и др.
Простые ферменты - ферменты-протеины - состоят только из аминокислот, а сложные ферменты - ферменты-протеиды - в своем составе имеют белковую часть - апофермент, состоящую из одних аминокислот, и небелковую часть - кофермент, или простетическую группу.
Кофактор-это небелковое химическое соединение или металлический ион, необходимый для роли фермента в качестве катализатора (катализатор-это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции).
Апофермент-это белковая часть активной единицы.
Холофермент-это биохимически активное соединение, образующееся в результате сочетания фермента с коферментом.
Активный центр– комбинация аминокислотных остатков (обычно 12-16), обеспечивающая непосредственное связывание с молекулой субстрата и осуществляющая катализ.
Аллостерический центр(allos– чужой) – центр регуляции активности фермента, который пространственно отделен от активного центра и имеется не у всех ферментов.
4. ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА КОФАКТОРОВ И КОФЕРМЕНТОВ
 
5. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры, рН, концентрация фермента, графическое изображение зависимости. Термостабильные и термолабильные фермент.
Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры среды
- Повышение температуры до определённых пределов оказывает влияние на скорость ферментативной реакции подобно влиянию температуры на любую химическую реакцию. С повышением температуры ускоряется движение молекул, что приводит к повышению вероятности взаимодействия реагирующих веществ.
- Скорость ферментативных реакций значительно зависит от кислотности среды, в которой они протекают. Для каждого фермента имеется определенное значение рН, при котором наблюдается наибольшая скорость реакции – рН-оптимум
- Если концентрацию ферментов оставить постоянной, изменяя только количество субстрата, то график скорости ферментативной реакции описывают гиперболой.
По степени чувствительности к температуре ферменты делят на две группы: термолабильные и термостабильные. Первые переносят кратковременное нагревание до 55 — 65 °С, при более высокой температуре они инактивируются. Вторые переносят нагревание до температуры 75°С.
Классификация Ферменты, как и белки, делятся на 2 группы: простые и сложные. Простые целиком и полностью состоят из аминокислот и при гидролизе образуют исключительно аминокислоты.
6. КОНСТАНТА МИХАЭЛИСА, ЕЕ ВЫВОД И ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ.
M= [S]. Таким образом, константа Михаэлиса равна концентрации субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной.
Как правило, для характеристики каждого фермента определяют его константу Михаэлиса, которая легко воспроизводится и не зависит от концентрации фермента. Физический смысл этой константы заключается в том, что она численно равна концентрации субстрата, при которой активность фермента составляет половину максимальной.
7. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. Уравнение Михаэлиса – Ментен. График зависимости. Анализ уравнения Михаэлиса – Ментена (различные соотношения [S] и KM). Уравнение Лайнуивера – Берка его графическое выражение.
Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата выражается следующим уравнением (математическое выведение этой формулы можно найти в пособиях по ферментативной кинетике): V = Vmax[S]/ Km + [S]
 
KM - константа Михаэлиса.
[S] - концентрация субстрата.
Наиболее прост для анализа тот случай, когда носитель не накладывает ограничения на диффузию субстрата и характер ингибирования целиком определяется распределением субстрата и ингибитора между матрицей и раствором.
8. Активаторы ферментов, типы их действия.
Активаторы – это вещества,увеличивающие скорость ферментативной реакции.
Виды активаторов:
1. Вещества, влияющие на область активного центра. К ним относятся ионы металлов (Na+, K+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+ и др.). В ряде случаев ионы металлов выполняют функцию кофактора фермента. В других случаях они способствуют присоединению субстрата к активному центру фермента. Ионы металлов оказываются активаторами только в условиях дефицита их в организме.
2. Аллостерические эффекторы, которые связываются с аллостерическим (регуляторным) участком апофермента. Это связывание вызывает конформационные изменения в молекуле белка, приводящие к изменению структуры активного центра, что сказывается на связывании и превращении субстрата в активном центре. При этом активность фермента либо увеличивается (это аллостерические активаторы), либо уменьшается (это аллостерические ингибиторы). Аллостерическими эффекторами ферментов наиболее часто выступают различные метаболиты, а также гормоны, ионы металлов, нуклеозиды - АТФ, АДФ, АМФ.
3. Вещества, вызывающие модификации, не затрагивающие активный центр фермента.
• Соляная кислота активирует пепсин желудочного сока; • желчные кислоты повышают активность панкреатической липазы; • глутатион активирует оксидоредуктазы; • апопротеин-I активирует ЛХАТ
9. Ингибиторы ферментов. Специфические и неспецифические, обратимое и необратимое, конкурентное и неконкурентное ингибирование.
ИФ: • Неспецифическое • Специфическое: а) необратимое б) обратимое: - конкурентное - неконкурентное – бесконкурентное.
• Неспецифические ингибиторы вызывают денатурацию фермента (кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов и др.). • Их действие не связано с механизмом ферментативного катализа.
• Специфические ингибиторы − их действие связано с механизмом ферментативного катализа. Специфическое ингибирование – Необратимое- - Обратимо
• Необратимые ингибиторы Ингибиторы металлосодержащих ферментов − дыхательные яды (HCN, KCN, CO); • Вещества, связывающие SH-группы АЦ (монойодацетат, соединения ртути и мышьяка); • Вещества, связывающие ОН-группы серина в АЦ − фосфоорганические соединения − боевые отравляющие вещества (ДФФ).
• Обратимые ингибиторы Связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и легко отделяются от фермента. Обратимые ингибиторы Конкурентные Неконкурентные
 
Конкурентный ингибитор – это соединение, обладающее структурным сходством с субстратом. • ингибитор способен взаимодействовать с активным центром фермента, конкурируя с истинным субстратом
Неконкурентное ингибирование Ингибитор не может быть вытеснен путем увеличения концентрации субстрата; • Степень ингибирования зависит от концентрации ингибитора и не зависит от концентрации субстрата. • Примером неконкурентного ингибирования является ингибирование α-амилазы мальтозой (продуктом реакции).
10. Механизм действия ферментов. Влияние ферментов на энергию активации реакции. Механизм действия ацетилхолинэстеразы.
Действие ферментов можно разделить на несколько этапов, в частности:
первый этап подразумевает присоединение субстрата к энзиму, вследствие чего формируется фермент-субстратный комплекс;
второй этап заключается в преобразовании полученного комплекса в один или сразу несколько переходных комплексов;
третий этап – образование комплекса фермент-продукт;
и, наконец, четвертый этап подразумевает разделение конечного продукта реакции и фермента, остающегося в неизменном виде.
Ферменты, как и химические катализаторы, снижают энергию активации, взаимодействуя с исходными молекулами, в связи с этим число молекул, способных достичь переходного состояния, возрастает, вследствие этого увеличивается и скорость ферментативной реакции.
Ацетилхолинэстераза участвует в передаче нервных импульсов путем расщепления ацетилхолина – химического вещества, передающего сигналы через окончания нервных клеток.
11. Номенклатура и классификация ферментов. Характеристика отдельных классов и подклассов ферментов. Цифровой шифр ферментов.
В 1961 г в Москве V Международный биохимический союз принял современную классификацию ферментов. В соответствии с этой классификацией все ферменты делятся:
- на классы – по типу катализируемой реакции,
- каждый класс подразделяется на подклассы – по природе атакуемой химической группы,
- подклассы делятся на подподклассы – по характеру атакуемой связи или по природе акцептора.
Выделяют 6 классов ферментов:
I класс – Оксидоредуктазы
II класс – Трансферазы
III класс – Гидролазы
IV класс – Лиазы
V класс – Изомеразы
VI класс – Лигазы
Примером подклассов могут служить ферменты, действующие на СН-ОН-группу доноров, на СH-СН-группу доноров, на СН-NН2-группу доноров, на гемсодержащие доноры.
Наиболее распространены следующие рабочие названия оксидоредуктаз:
1. Дегидрогеназы– оксидоредуктазы, катализирующие дегидрирование субстрата с использованием в качестве акцептора водорода любых молекул, кроме кислорода.
2. Если перенос водорода от молекулы донора трудно доказуем, то такие оксидоредуктазы называют редуктазами.
3. Оксидазы– оксидоредуктазы, катализирующие окисление субстратов с молекулярным кислородом в качестве акцептора электронов без включения кислорода в молекулу субстрата.
4. Монооксигеназы– оксидоредуктазы, катализирующие внедрение одного атома кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода.
5. Диоксигеназы– оксидоредуктазы, катализирующие внедрение 2 атомов кислорода в молекулу субстрата с молекулярным кислородом в качестве донора кислорода.
6. Пероксидазы– оксидоредуктазы, катализирующие реакции с пероксидом водорода в качестве акцептора электронов.
Таким образом, любой фермент получает свой уникальный кодовый номер (шифр), со стоящими перед ним буквами КФ («Каталог ферментов», английская аббревиатура ЕС). Шифр каждого фермента содержит четыре числа, разделенных точками. Первое число обозначает класс, второе – подкласс, третье – подподкласс, четвёртое – номер фермента в пределах подподкласса.
12. Единица выражения активности ферментов.
13. Изоферменты. Значение определения изоферментов в медицинской практике. Изоферменты лактатдегидрогеназы, креатинфосфокиназы, щелочной фосфатазы.
Изоферменты – это ферменты, катализирующие одну и ту же реакцию, но различающиеся по первичной структуре белка. Изоферменты всегда являются олигомерными белками и состоят из негомологичных протомеров.
Медицинское значение. Активность ЛДГ в плазме крови повышается при острых поражениях сердца, печени, почек и др. органов, а также при различных анемиях.
 
14. Понятие о мультиферментных комплексах.
Мультиферментные комплексы - это ферменты, объединяющие в своем составе несколько надмолекулярных структур, различных по действию ферментов, катализирующих в определеном порядке какой-либо один биохимический процесс.
 
15. Энзимодиагностика различных заболеваний.
16. Понятие и примеры энзимонатий.
Энзимопатии (ферментопатии) в широком смысле слова — патологические изменения активности ферментов.
Примеры энзимопатий: Гиперурикемия – повышение содержания мочевой кислоты в крови, вызванное недостаточностью аденозинфосфорибозил - и изанозинфосфорибозилтрансфераз. Доброкачественная желтуха новорождённых связана с понижением активности глюкурон – N – трансферазы. Злокачественная желтуха новорождённых обусловлена резким дефектом данного фермента.
17. Понятие о энзимотерапии в медицинской практике.
Системная энзимотерапия – современный метод лечения, основанный на комплексном воздействии целенаправленно составленных смесей протеолитических ферментов (энзимов) на весь организм в целом.
Препараты системной энзимотерапии более 30 лет используются в клинической практике многих стран в различных областях терапии, хирургии, гинекологии и педиатрии для лечения воспалительных и аутоиммунных заболеваний.
|
|
|
Скачать 3.16 Mb.