Ферменты Сходства и различия ферментов и катализаторов небиологической природы
![]()
|
![]() ![]() Ферменты Сходства и различия ферментов и катализаторов небиологической природы Ферменты по ряду свойств напоминают катализаторы небиологической природы.
![]() Ферменты обладают рядом свойств, отличающих их от катализаторов небиологической природы (специфические свойства ферментов)
(Т = 40–50С; нейтральный pH, атмосферное давление и др.), в жестких условиях не могут работать из-за денатурации их молекул
Номенклатура и классификация ферментов
Окисление янтарной кислоты (сукцинат) под действием фермента Сукцинатдигидрогеназа образуется тумаровая кислота и ФАДН2 Атомы водорода переносятся на восстановление ФАД ![]()
Субстрат: субстрат – характер реакции +аза (субстраты, которые участвуют в реакции (сукцинат и ФАД), характер реакции произошла оксидоредукция – окисление и восстановление) Н-р: Сукцинат: ФАД – оксидоредуктаза Международная классификация ферментов по типу катализируемой реакции
![]()
![]()
![]()
![]()
![]() Международная классификация ферментов Классы Подклассы - уточнение типа катализируемой реакции Подподклассы – с дальнейшим уточнением характера катализируемой реакции Индивидуальные ферменты,имеющие индивидуальный порядковый номер 1 пример: ![]() 2 пример: 1.1.1.27 – Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) Катализирует реакцию: ![]() Химическая природа ферментов Белки – в основном РНК (около 20) – рибозимы – сшивание и расщепление молекул РНК Ферменты
Совокупность апофермента и кофермента называется ХОЛОФЕРМЕНТ АПОФЕРМЕНТ не обладает каталитической активностью совсем Один КОФАКТОР может обладать слабой каталитической активностью Но в этом случае специфичность катализа очень низкая, только комплекс апофермента и кофактора обладает высокой каталитической активностью и специфичностью действия Кофакторы по природе делят:
ФМН- флавинмононуктеотид (В2), ФАД - флавинадениндинуклеотид (В2), НАД - Никотинамидадениндинуклеоти́д (PP – витамин В5), НАДФ - Никотинамидадениндинуклеотидфосфа́т (PP), HS-КоА (В3), кобамидные кофакторы (В12) – дезоксиаденозилкоболамин, митинкоболамин
Кофакторы выполняют различные ф-ии
по характеру функционирования и по прочности связывания с апоферментом белковой части кофакторы делят
например, НАД входит в состав очень многих ферментов примеры коферментов: НАД+, АТФ, ТГФК (Тетрагидрофолиевая кислота ) и др А-Х А Ко-Х Ко В-Х В Е1 Е2 принцип работы:
Липоевая кислота, биоцитин, перидоксальфосфат Схема работы: ![]() Проферменты и изоферменты Часть ферментов синтезируется в организме человека в виде неактивных предшественников – проферментов Профермены:
Превращение профермента в фермент осуществляется путем ограниченно избирательного протеолиза, т.е. расщепляется одна пептидная связь, отщепляется ингибиторный пептид, конформация оставшейся полипептидной цепи меняется, в результате на поверхности – активный центр, который обеспечивает катализ (например, превращение протромбина в тромбин) Как правило, в виде профермента синтезируются те ферменты, которые в биологической системе постоянной не нужны, в тоже время при необходимости, они нужны в достаточно большом количестве, это касается ферментов участвующих в свертывании крови, если бы все участники свертывания крови были бы активны, у нас постоянно образовывались бы тромбы, поэтому оптимальным вариантом является наличие профермента, который при необходимости быстро превращается в фермент, и тем самым останавливается кровотечение, т.е. избегается большая кровопотеря Преобразование профермента в ферменты (касающихся свертывания крови) происходит при повреждении стенки сосудов В ряде случает в плазме крови, органах и тканях удается обнаружить 2 или более белка, способных катализировать одну и ту же реакцию, но эти белки отличаются по физико-химическим свойствам Например, фермент лактатдегидрогеназа существует в виде 5 различных белков, они названы: ЛДГ 1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4, ЛДГ5 если фермент существует в виде изоферментов, то это всегда олигомерный белок, содержащий соответствующие полипептидные цепи, У ЛДГ1 4 одинаковые полипептидные цепи (НННН), у ЛДГ 2 появляется уже новая полипептидная цепь (НННМ), у ЛДГ3 уже полипептидные цепи (ННММ), у ЛДГ4 (НМММ), ЛДГ5 (ММММ) Изоферменты - ферменты, катализирующие одни и те же химические реакции, но различающиеся генетически детерминированной структурой. 1.Оказалось, что некоторые изоферменты, работают в определенных органах и тканях, так предположим ЛДГ1 и ЛДГ2 работают в сердечной мышце, а ЛДГ5, ЛДГ 4 характерны для печени 2.Креатинкеназа (КК) Широко используется для диагностики инфаркта миокарда и диагностики повреждения мышечной ткани Существует 3 изофермента креатинкеназы : ВВ – форма КК типична для головного мозга, МВ – форма КК, характерна для сердечной мышцы ММ – форма КК, характерна для мышечной ткани и мышечной мускулатуры Определяя содержание соответствующих изоферментов в плазме крови, удается диагносцировать определенные патологии, сопровождающиеся деструкцией определенных тканей, и более того контролировать интенсивность, ход проводимого лечения. При правильно проведенном лечении, изоферменты нетипичные для плазмы исчезают из нее. Функциональные центры ферментов, механизм действия ферментов Ускорение химических реакции ![]()
Наличие ES комплексов удалось подтвердить прямыми экспериментальными наблюдениями, пространственная структура некоторых ES-комплексов изучена с помощью рентгеноструктурного анализа, а так же удалось выделить некоторые ES –комплексы в чистом виде Функциональные центры
АКТИВНЫЕ ЦЕНТРЫ Осознание того, что в большинстве случаев в образовании ES –комплекса участвует макромолекула РНК-ферментов и чаще небольшая молекула субстрата, навело на мысль, что в этом белок-лигандном взаимодействии участвует сравнительно небольшой участок поверхности фермента Активный центр – участок поверхности фермента, ответственный за связывание субстрата и его дальнейшие превращения. Взаимодействие фермента с субстратом этапы:
Поверхность любого фермента представляет собой мозаику радикалов АК, Взаимодействие белка с лигандом – специфичное взаимодействие, которое базируется на принципе комплементарности. Специфичность взаимодействия фермента со своим субстратом -лигандом обеспечивается комплементарностью участка поверхности субстрата и активного центра фермента В образовании активного центра принимает участие не более 10-12 АК-ых радикалов, которые определенным образом ориентированы по отношению друг к другу, причем эти АК-ые остатки могут далеко располагаться по ходу полипептидной цепи друг от друга, но при образовании третичной структуры – нативной конформации белка-фермента, они сближаются и формируют пространственную структуру активного центра Например, при образовании активного центра химотрипсина, принимает участие всего 4 АК-ых остатка, это гистидин-57, гистидин-40, серин-195, аспартат 102 В то же время далеко не все имеющиеся в структуре химотрипсина остатки гистидина, серина и аспартата участвуют в образовании активного центра, например, в химотрипсине в образовании активного центра принимает участие только один остаток серина из 26 имеющихся. 2 элемент активного центра К составным элементам активного центра относят участки остова полипептидной цепи, которые удерживают АК-ые радикалы в определенном пространственном расположении друг к другу 3 элемент В активный центр входит кофактор, если фермент представляет собой сложный белок Исключение: ионы металлов, обычно они отличаются в стабилизации третичной или четвертичной структуры В активном центре условно выделяют 2 участка (2 центра)
В связывании субстрата, как и в катализе, важнейщая роль принадлежит функциональным группам, имеющимся в радикалах АК-т, которые образуют активные центры Функциональные группы:
важную роль в связывании субстрата могут иметь гидрофобные радикалы АК-т: валин, глицин, триптофан, метионин и фенилаланин как правило активный центр фермента часто имеет вид углубления или щели на поверхности ферментов, у ферментов имеющих доменную структуру активный центр часто располагается в щели между прилегающими друг к другу доменами, некоторые ферменты в своей структуре имеют несколько одинаковых протомеров, иногда в одном из них имеется одинаковые активные центры, в некоторых случаях в ферменте в пределах даже одной полипептидной цепи может быть несколько разных активных центров, такие ферменты получили название – Полифункциональные ферменты К ним относится фермент – пальметоилситетаза – синтез пальметиновой кислоты РЕГУЛЯТОРНЫЕ ЦЕНТРЫ
КОНТАКТНЫЕ ПЛОЩАДКИ ферменты, имеющие в своей структуре регуляторные центры, получили название регуляторные ферменты Не все ферменты имеют полный набор названных функциональных центров. Некоторые ферменты имеют всего один активный центр, есть ферменты, имеющие несколько активных центров, а некоторые ферменты вооружены несколькими активными центрами и несколькими регуляторными центрами. |