Шпоры по биохимии. Вопро Низкомолекулярные биорегуляторы. Основные классы природных низкомолекулярных биорегуляторов

• Название: Вопро Низкомолекулярные биорегуляторы. Основные классы природных низкомолекулярных биорегуляторов
• Анкор: Шпоры по биохимии
• Дата: 24.12.2019
• Размер: 0.54 Mb.
• Имя файла: Shpory.doc
• Тип: Документы; #101996
• страница: 9 из 10

13.Зависимость скорости реакции от рН среды.

Активность ферментов зависит от рН раствора, в котором протекает ферментативная реакция. Для каждого фермента существует значение рН, при котором наблюдается его максимальная активность. Отклонение от оптимального значения рН приводит к понижению ферментативной активности.

Влияние рН на активность ферментов связано с ионизацией функциональных групп аминокислотных остатков данного белка, обеспечивающих оптимальную конформацию активного центра фермента. При изменении рН от оптимальных значений происходит изменение ионизации функциональных групп молекулы белка. Например, при закислении среды происходит протонирование свободных аминогрупп (NH3+), а при защелачивании происходит отщепление протона от карбоксильных групп (СОО-). Это приводит к изменению конформации молекулы фермента и конформации активного центра; следовательно, нарушается присоединение субстрата, кофакторов и коферментов к активному центру. Кроме того, рН среды может влиять на степень ионизации или пространственную организацию субстрата, что также влияет на сродство субстрата к активному центру. При значительном отклонении от оптимального значения рН может происходить денатурация белковой молекулы с полной потерей ферментативной активности.

Оптимум значения рН у разных ферментов различный (рис. 2-18). Ферменты, работающие в кислых условиях среды (например, пепсин в желудке или лизосомальные ферменты), эволюционно приобретают конформацию, обеспечивающую работу фермента при кислых значениях рН. Однако большая часть ферментов организма человека имеет оптимум рН, близкий к нейтральному, совпадающий с физиологическим значением рН

У большинства ферментов организма человека оптимум рН находится в пределах рН 6 – 8, но есть ферменты, которые активны при значениях рН, лежащих за пределами этого интервала (например, пепсин, наиболее активный при рН 1,5 - 2,5).

Кроме того, при экстремальных значениях рН происходит денатурация фермента и его инактивация.



14-15. Ингибирование ферментов (обратимое и необратимое). Конкурентное и неконкурентное графическое изображение

 К ингибиторам следует относить вещества, вызывающие снижение активности фермента. Ингибиторы способны взаимодействовать с ферментами с разной степенью прочности. На основании этого различают обратимое и необратимое ингибирование. По механизму действия ингибиторы подразделяют на конкурентные и неконкурентные.

Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и при определённых условиях легко отделяются от фермента.

К конкурентному ингибированию относят обратимое снижение скорости ферментативной реакции, вызванное ингибитором, связывающимся с активным центром фермента и препятствующим образованию фермент-субстратного комплекса. Такой тип ингибирования наблюдают, когда ингибитор - структурный аналог субстрата, в результате возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за место в активном центре фермента. В этом случае с ферментом взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплексы фермент-субстрат (ES) или фермент-ингибитор (EI). При формировании комплекса фермента и ингибитора (EI) продукт реакции не образуется. Для конкурентного типа ингибирования справедливы следующие уравнения:

Е + S ⇔ ES → E + P,

E + I ⇔ EI.


Неконкурентное ингибирование

Неконкурентным называют такое ингибирование ферментативной реакции, при котором ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра. Неконкурентные ингибиторы не являются структурными аналогами субстрата. Неконкурентный ингибитор может связываться либо с ферментом, либо с фермент-субстратным комплексом, образуя неактивный комплекс. Присоединение неконкурентного ингибитора вызывает изменение конформации молекулы фермента таким образом, что нарушается взаимодействие субстрата с активным центром фермента, что приводит к снижению скорости ферментативной реакции.

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.


16. Активаторы ферментов, регуляция активности ферментов.

Ферменты являются регулируемыми катализаторами. В качестве регуляторов могут выступать метаболиты, яды. Различают:

- активаторы – вещества, увеличивающие скорость реакции;

- ингибиторы – вещества, уменьшающие скорость реакции.
Различные активаторы могут связываться либо с активным центром фермента, либо вне его. К группе активаторов, влияющих на активный центр, относятся: ионы металла, коферменты, сами субстраты.

Активация с помощью металлов протекает по различным механизмам:

- металл входит в состав каталитического участка активного центра;

- металл с субстратом образуют комплекс;

- за счет металла образуется мости между субстратом и активным центром фермента.

Субстраты также являются активаторами. При увеличении концентрации субстрата скорость реакции повышается. по достижению концентрации насыщения субстрата эта скорость не изменяется.

 

Если активатор связывается вне активного центра фермента, то происходит ковалентная модификация фермента:

1) частичный протеолиз (ограниченный протеолиз). Таким образом активируются ферменты пищеварительного канала: пепсин, трипсин, химотрипсин. Трипсин имеет состояние профермента трипсиногена, состоящего из 229 АК остатков. Под действием фермента энтерокиназы и с добавлением воды он превращается в трипсин, при этом отщепляется гексапептид. Изменяется третичная структура белка, формируется активный центр фермента и он переходит в активную форму.

2) фосфорилирование - дефосфорилирование. Пр.: липаза+АТФ= (протеинкиназа) фосфорилированная липаза+АДФ. Это трансферная реакция, использующая фосфат АТФ. При этом осуществляется перенос группы атомов от одной молекулы к другой. Фосфорилированная липаза является активной формой фермента.

Таким же путем происходит активация фосфорилазы: фосфорилаза B+ 4АТФ= фосфорилаза А+ 4АДФ

 

Также при связывании активатора вне активного центра происходит диссоциация неактивного комплекса «белок-активный фермент». Например, протеинкиназа – фермент, осуществляющий фосфорилирование (цАМФ-зависимое). Протеинкиназа – это белок, имеющий четвертичную структуру и состоящий из 2-х регуляторный и 2-х каталитических субъединиц. R₂C₂+2цАМФ=R₂цАМФ₂+ 2С. Такой тип регуляции называется аллостерической регуляцией (активацией).


17. Применение ферментов.

Обладая высокой степенью избирательности, Ф исп-ся живыми организмами для осуществления с высокой скоростью огромного разнообразия химических реакций; они сохраняют свою активность не только в микропространстве к-ки, но и вне орг-ма.На сегодняшний день в различных отраслях хозяйства применение ферментов яв-ся передовым достижением. Особое значение Ф нашли в пищевой промыш-ти. Ведь именно из-за наличия Ф в тесте происходит его поднятие и разбухание. Как известно, разбухание теста происходит под действием CO2, к-й в свою очередь образуется в рез-те разложения крахмала под действием фермента амилазы, которая уже содержится в муке. Но в муке этого Ф не достаточно, его, обычно, добавляют. Ещё один Ф протеазы, придающий тесту клейковину, способствует удержанию углекислого газа в тесте.

Изготовление алког напитков также необходится без участия Ф. В этом случае широко применяются Ф, к-е находятся в дрожжах. Разнообразие сортов пива получают именно различными комбинациями комплексных соединений Ф-в. Ф, также участвуют в растворении осадков в спирт напитках, н-р, чтобы в пиве не появлялся осадок в него добавляют протеазы (папаин, пепсин), которые растворяют выпадающие в осадок белковые соединения.Производствокисломолоч продуктов, н-р, простокваши, основана на химическом превращении лактозы (то есть молочного сахара) в молочную кислоту. Кефир производят подобным образом, но производственной особенностью яв-ся то, что берут не только кисломолочные бактерии, но и дрожжи. Врезультата переработки лактозы образуется не только молочная кислоты, но ещё и этиловый спирт. При получении кефира происходит ещё одна достаточно полезная для организма человека реакция - это гидролиз белков, что в последствии употребления человеком кефира способствует его лучшему усвоению.

Производство сыра тоже связано с Ф. Молоко содержит белок - казеин, который в процессе химической реакции под действием протеаз изменяется, и в результате реакции выпадает в осадок.Протеазы широко используют для обработки кожевельного сырья. Его способность производить гидролиз белков (расщепление белков) широко применяют для выведения стойких пятен от шоколада, соусов, крови и т.д. Фермент целлюлаза - используется в стиральных порошках. Он способен удалять "катышки" с поверхности тканей. Важной особенностью стирки с порошками, содержащими целые комплексы ферментов, является то, что стирка в должна выполняться в тёплой, но не горячей воде, так как горячая вода для ферментов является губительной.

Применение Ф в медицине связано с их способностью заживлять раны, растворять образующиеся тромбы. Иногда Ф умышленно вводят в организм для их активизации, а иногда из-за излишней активности Ф, могут вводить в-ва, которые действуют как ингибиторы (в-ва, замедляющие протекание химических реакций). Например, под действием отдельных ингибиторов, бактерии теряют способность размножаться и расти.Применение Ф в медицине также связано с проведением различных анализов по определению заболеваний. В этом случае Ф играют роль веществ, вступающих в химическое взаимодействие или способствующие химическим превращениям в физиологич жидкостях орг-ма. В рез-те получаются определённые продукты химических реакций, по которым в лабораториях распознают наличие того или иного возбудителя заболевания. Среди таких ферментов и их применения наиболее известен ферментглюкозооксидазакоторый позволяет определить наличие сахара в моче или крови человека.
18. Молекулярная рецепция (основные понятия)

Рецепция— процесс восприятия и трансформации механической, термической, электромагнитной и химической энергии в нервные сигналы. Механизм Р. изучен недостаточно. Он включает в себя первичные процессы вз-ия рецептора с раздражителем и последующее возникновение процессов электрогенеза.Рецепторы - макромолекулы располож. на цитоплазматической мембране к-ки или внутриклеточно,способные специфически вз-ть с ограниченным набором лекар-х средств и БАВ и трансформировать сигнал об этом взаим-ии в специфический клеточный ответ.В рецепции внешних сигналов органами чувств уч-ют специфические для каждого органа рецепторные к-ки и системы клеток, в которых происходит трансформация сигнала — врительного, слухового, обонятельного, вкусового, осязательного.Трансформационные процессы в рецепторах являются специфическими для каждого рода рецепторов; именно благодаря этим процессам рецепторы оказываются приспособленными к восприятию того или иного вида раздражений. Процессы же, связанные с генерацией электрических потенциалов, не являются специфическими, они присущи рецепторам различной модальности.К рецепции молекулярных сигналов сводятся обоняние и вкус. Различные рецепторные клетки имеют выросты — антенны, плазматические мембраны которых содержат белки, специфиче¬ские для данного вида рецепции. Антенны могут состоять из так называемых микровилл и являющихся результатами их дифференцировки стереоциллий или киноциллий — ресничек, жгутиков и их производных. В эти образования входят фибриллярные белки. Обонятельная рецепция имеет важнейшее значение для ряда организмов позвоночных и беспозвоночных. Насекомые пользу­ются языком запахов — выделяемые ими специальные вещест­ва — феромоны служат для сигнализации. Имеются феромоны,применяемые общественными насекомыми — муравьями — в ка­честве сигналов тревоги и указателей пути к запасам пищи.Высокая чувствительность обонятельных рецепторов показы­вает, что запах переносится молекулами.Пахучее вещество должно быть до­статочно летучим и растворяться в воде и в липидах — рецептор­ные клетки находятся в слизистом, водном окружении и веще­ство должно проникать сквозь мембраны.Было выдвинуто предположение, что рецепция запаха осно­вана на резонансе атомных колебаний молекул пахучего веще­ства и молекулярных структур рецептора. Эймур (1962) установил семь первичных запахов, а именно (в скобках пример вещества):

1. 
   Камфорный (камфора),
   
2. 
   Мускусный (пентадеканолактин),
   
3. 
   Цветочный (фенилметилэтилкарбинол),
   
4. 
   Мятный (ментол),
   
5. 
   Эфирный (дихлорэтилен),
   
6. 
   Едкий, острый (муравьиная кислота),
   
7. 
   Гнилостный (бутилмеркаптан).
   

Сопоставление структур веществ, обладающих этими запаха­ми, показало, что запах определяется не химическим составом, а формой и размерами молекул.Едкий и гни­лостный запахи определяются уже не структурой, а зарядом — электрофильные вещества с малыми молекулами имеют едкий запах (НСООН, S0₂, С1₂), нуклеофильные — гнилостный (H₂S). Сложные запахи возникают, если различные группы одного и того же вещества размещаются в полостях разного типа.Обонятельная рецепция начинается с узнавания молекулярной структуры пахучих веществ рецепторными уча­стками мембран соответствующих клеток. Такое узнавание реа­лизуется, по-видимому, посредством слабых взаимодействий.Молекулярной, но не структурной является вкусовая рецеп­ция. Кислый вкус определяется наличием ионов водорода, соле­ный— такими анионами, как С1^_. Горький и сладкий вкус возни­кают при воздействии на рецепторы веществ самого разнообразного строения (горек хинин и сульфат натрия, сладок — сахар и сахарин). Открыты специфические белки растительного проис­хождения, обладающие высокой вкусовой активностью.Два из них, монеллин и тауматин, обладающие интенсивно сладкимвкусом, являются хемостимуляторами. С другой стороны, глико­протеид миракулин является модификатором вкуса — после его воздействия на язык кислота воспринимается как сладкое ве­щество.

(С ЛЕКЦИИ)Сданих времен было замечено, что жив. орг-мы по-разному реагируют на вводимые в-ва. Н-р, малина (действующ.в-во ацетилсалициловая к-та) снимает жар, опий и гашиш обладает галлюциногенным эффектом.

Лишь в нач 20в Эрлихом и Мечниковым была сформулирована теория боковых цепей. Согласно этой теории, на клеточ поверхности имеются особые химичсоед-я, к-е образуют боковые цепи. Хим в-ва, способные взаимод-ть с этими боковыми цепями, в результате этого взаимодействия происходит клеточное распознавание в-ва и формирование клеточного ответа. Эрлих назвал эти боковые цепи-рецепторами. Он сформулировал основной постулат рецепторного механизма действия химсоед-я: «в-во не действует, если не фиксировано». Теория Эрлиха получила мировое признание, однако она базировалась на косвенных фармакологич данных. При этом, в экспериментах получали зависимость величины клеточного ответа от концентрации введенного в-ва. Первое количественное описание величины фармакологического ответа данных зависимости от концентрации добавленного химического соединения было принято Кларком в 1920г. Он заметил, что практически все зависимости такого рода примерно одинаковы и напоминают зависимость начальной скорости ферментативно-каталитических реакций от количества субстрата. Аналогично тому, как это было сделано в кинетике, Кларк предположил, что хим в-ва находятся в избытке по отношению к рецепторам. Кроме того, он предположил, что взаимодействие хим в-в с рецепторами яв-ся обратимым процессом. В настоящее время, хим в-ва, способные взаимод-ть с рецептором, наз-сялигантом.

Взамодействиелиганта с рецептором:
L-лигант, R-рецептор, LR-комплекс лиганта с рецептором, k1, k-1 – constскоростей образования и распада лиганто-рецепторного комплекса.

Кларк предположил что клеточ ответ прямопропорционален концентрации LR-комплексу. Часто эту зависимость называют зависимостью Легнюра. В 1918 Легнюр изучал сорбцию газов. Однако по мере накопления экспер материала было показано, что далеко не все зависимости клеточного ответа от концентрации добавленного L удовлетворительно описывается изотермой Легнюра. Многочислисслед в этой области привели к формированию представлений о внутриклетмеханизиах провидения и усиления рецепторного сигнала. В связи с этим, в наст время теория Кларка яв-ся лишь только базисным для описания механизмов формирования клеточного ответа.