Зависимость активности ферментов от температуры

• Название: Зависимость активности ферментов от температуры
• Дата: 26.01.2023
• Размер: 2.67 Mb.
• Имя файла: Modul_po_biokhimii_2_Fermenty.doc
• Тип: Документы; #907235
• страница: 2 из 4

10 Характеристика ферментов, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Показать на примере НАД-зависимых дегидрогенез.

Ферменты, катализирующие окислительновосстановительные реакции, называют оксидоредуктазами. Их разделяют на 5 групп.

1) Оксидазы. Истинные оксидазы катализируют удаление водорода из субстрата, используя при этом в качестве акцептора водорода только кислород. Они неизменно содержат медь, продуктом реакции является вода (исключение составляют реакции, катализируемые уриказой и моноаминоксидазой, в результате которых образуется  ) (рис. 12.1).

2) Аэробные дегидрогеназы—ферменты, катализирующие удаление водорода из субстрата; в отличие от оксидаз они могут использовать в качестве акцептора водорода не только кислород, но и искусственные акцепторы, такие, как метиленовый синий. Эти дегидрогеназы относятся к флавопротеинам, и продуктом катализируемой ими реакции является перекись водорода, а не вода (рис. 12.2).

3) Анаэробные дегидрогеназы—ферменты, ката-, лизирующие удаление водорода из субстрата, но не способные использовать кислород в качестве акцептора водорода. В этот класс входит большое число ферментов. Они выполняют две главные функции.

а. Перенос водорода с одного субстрата на другой в сопряженной окислительно-восстановительной реакции(рис. 12.3). Эти дегидрогеназы специфичны к субстратам, но часто используют один и тот же кофермент или переносчик водорода.

б. Функцию компонентов дыхательной цепи, обеспечивающих транспорт электронов от субстрата на кислород

4) Гидрокснпероксидазы — ферменты, использующие в качестве субстрата перекись водорода или органические перекиси. К этой категории относятся два типа ферментов: пероксидазы, находящиеся в составе молока, в растениях, лейкоцитах, тромбоцитах, эритроцитах и т. д., и каталаза, функционирующая в тканях животных и растений.

5) Окснгеназы — ферменты, катализирующие прямое введение кислорода в молекулу субстрата.


11 Современная классификация ферментов. Классы ферментов. Примеры ферментативных реакций каждого класса ферментов.

В основе классификации ферментов лежит специфичность их действия .

1. 
   Класс ферментов
   Оксидоредуктазы - ускоряют реакции окисления - восстановления.
   
2. 
   Трансферазы - ускоряют реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков.
   
3. 
   Гидролазы - ускоряют реакции гидролитического распада.
   
4. 
   Лиазы - ускоряют негидролитическое отщепление от субстратов определенных групп атомов с образованием двойной связи (или присоединяют группы атомов по двойной связи).
   
5. 
   Изомеразы - ускоряют пространственные или структурные перестройки в пределах одной молекулы.
   
6. 
   Лигазы - ускоряют реакции синтеза, сопряженные с распадом богатых энергией связей.
   

Примеры



Лиазы



12 Виды специфичности ферментов. Привести примеры.

Субстратная специфичность – когда активный центр ферментов , как и других белков , образован боковыми группами аминокислотных остатков пептидной цепи и структура активного центра фермента комплементарна структуре его субстрата , вследствие чего данный фермент из множества веществ , имеющихся в живой клетке , присоединяет только свой субстрат .
Пример
Структура актив центра фермента гистидазы комплементарна структуре АК гистидина , поэтому возможно образование фермент- субстратного комплекса гистидаза-гистидин
Свойство специфичности пути превращения –когда каждый фермент катализирует не любое из всех возможных химических превращений субстрата , а какое-либо одно .
Например , гистидаза и гистидиндекарбоксилаза имеют одинаковою субстратную специфичность , но катализирует разные превращения гистидина . При действии гистадазы отщепляется аминогруппа , а при действии гистидинкарбоксилазы – карбоксильная группа .
Различают АБСОЛЮТНУЮ и ГРУППОВУЮ специфичность ферментов .
Фермент с абсолютной специфичностью катализирует превращение какого- либо одного субстрата .
Например , фумараза катализирует только реакцию только фумаровой кислоты с водой .
Ферменты с групповой специфичностью катализируют однотипные превращения сходных по строению веществ .
Например , липаза ускоряет гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты .
Стереоспецефичность- пространственная структура стереоизомеров вещества различна , поэтому активный центр фермента , комплементарный одному стереоизомеру , не обязательно будет комплементарен и дрстериоизомерам , поэтому многие ферменты катализируют превращение лишь одного из стереоизомеров.
Например , малеиновая кислота , являющаяся цис-изомером фумаровой кислоты не может быть субстратом фумаразы .

13. Характеристика ферментов, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Показать на примере цитохромоксидазы.

Оксиредуктазы это ферменты, катализирующие реакции окисления и восстановления, т.е. переносэлектронов от донора к акцептору. Окисление представляет собой отнятие атомов водорода от субстрата, а восстановление это присоединение атомов водорода к акцептору.

Цитохромоксидаза − гемопротеин, который служит конечным компонентом дыхательной цепи и осуществляет перенос электронов на конечный акцептор − кислород. Данный фермент ингибируется оксидом углерода (II), цианидами и сероводородом. Фермент содержит две молекулы гема, в каждой из которых атом железа может переходить из состояния Fe²⁺ в состояние Fe³⁺ и обратно в ходе окисления и восстановления, а также два атома Сu, каждый из которых взаимодействует с одним из гемов.
Катализирует 4-х электронное восстановление молекулярного кислорода(О2) к воде( Н2о):



14. Строение молекулы фермента – холофермент, апофермент, кофермент, кофактор, простетическая группа. Какова химическая природа ферментов? Доказательства этой природы. Какова связь между ферментами и витаминами?

Большинство природных ферментов - сложные белки – протеиды. Протеиды состоят из:
Апофермент, белковая часть + кофактор, небелковая часть (коферменты и простетические группы) = холофермент (активный комплекс).

Кофермент - небелковый фактор, который легко отделяется от белковой части - апофермента при диссоциации.

Простетическая группа– ковалентно связанный с белковой цепью небелковый компонент, который не отделяется при выделении и очистке фермента.

Кроме этого, роль кофактора могут выполнять металлы: Mg2+, Мn2+, Са2+и др.

По химической природе ферменты являются белками и подразделяются на простые и сложные. Простые ферменты при гидролизе расщепляются до аминокислот. Примеры простых ферментов: трипсин, уреаза, рибонуклеаза.

Многие витамины входят в состав ферментов в качестве простетической группы.

15. Назвать и объяснить единицы ферментативной активности.

Активность фермента выражается в скорости накопления продукта или скорости убыли субстрата в пересчете из количества материала, содержащего фермент.

Активность фермента=_{ }

В практике обычно используют:
единицы количества вещества- моль(и его производные ммоль, мкмоль),грамм(кг, мг)
единицы времени- минута, час, секунда
единицы массы или объема-грамма(кг, мг),литр(мл)
Активно используются и другие производные - катал(моль/г) и международная единица активности(мкмоль/мин)

16 Дать определение ферментам и привести примеры их действия в организме, в практической деятельности человека и в медицине.

Ферменты - это белковые катализаторы, ускоряющие химические реакции в живых клетках. Они обладают всеми свойствами, характерными для белков, и определенными особенностями строения, обусловливающими их каталитические свойства.

Фермент лактатдегидрогеназа (ЛДГ) катализирует обратимую реакцию окисления лактата (молочной кислоты) до пирувата (пировиноградной кислоты).Креатинкиназа (КК) которая катализирует реакцию образования креатинфосфата.

Широкое применение в медицинской практике ферменты находят в качестве диагностических (энзимодиагностика) и терапевтических (энзимотерапия) средств. Ферменты также используются в качестве специфических реактивовдля определения ряда метаболитов. Например, фермент глюкозооксидазу применяют для количественного определения глюкозы в моче и крови; фермент уреазу используют для оценки содержания в биологических жидкостях мочевины; с помощью различных дегидрогеназ выявляют наличие соответствующих субстратов, например пирувата, лактата, этилового спирта и т.д.

Применение ферментов в качестве лекарственных препаратов активно развивают в следующих направлениях:

•  заместительная терапия - использование ферментов в случае их недостаточности;

•  элементы комплексной терапии - применение ферментов в сочетании с другой терапией.

Фермент гиалуронидазу (лидазу), катализирующий расщепление гиалуроновой кислоты, используют подкожно и внутримышечно для рассасывания спаек и рубцов после ожогов и операций.Фермент аспарагиназа (разрушает аминокислоту Асн в крови) используется при онкологических заболеваниях крови, ограничивая поступление аминокислоты Асн в опухолевые клетки. Лейкозные клетки не способны к самостоятельному синтезу этой аминокислоты, поэтому снижение ее содержания в крови нарушает рост этих клеток.


17 Ферменты и неорганические катализаторы, какие имеются сходства и различия?

Сходство ферментов с небиологическими катализаторами заключается в том, что:

• 
  ферменты катализируют энергетически возможные реакции;
  
• 
  энергия химической системы остаётся постоянной;
  
• 
  в ходе катализа направление реакции не изменяется;
  
• 
  ферменты не расходуются в процессе реакции.
  

Отличия ферментов от небиологических катализаторов заключаются в том, что:

• 
  скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых небелковыми катализаторами;
  
• 
  ферменты обладают высокой специфичностью;
  
• 
  ферментативная реакция проходит в клетке, т.е. при температуре 37 °С, постоянном атмосферном давлении и физиологическом значении рН;
  
• 
  скорость ферментативной реакции может регулироваться.
  

18 Объяснить понятия, относящиеся к ферментам: «энергия активации», «фермент-субстратный комплекс», «специфичность к субстрату» и «специфичность пути реакции», «профермент», «субстрат» и «продукт». Как объясняется специфичность действия ферментов?

Энергией активации– дополнительное количество кинетической энергии, необходимое молекулам вещества, чтобы они вступили в реакцию.

Субстрат, взаимодействуя с активным центром фермента, вызывает изменение его конформации, приводя к формированию фермент-субстратного комплекса, благоприятного для химических модификаций субстрата.

Под субстратной специфичностью понимают способность каждого фермента взаимодействовать лишь с одним или несколькими определёнными субстратами.

Каждый фермент катализирует не любое превращение субстрата, а какое либо одно – специфичность пути превращения.

 Вещество, химическое превращение которого катализируется ферментом – субстрат (S).(Лиганд, взаимодействующий с активным центром фермента, называют субстратом.)

Профермент — неактивный предшественник фермента.

Продукт – новое вещество, которое утрачивает способность удерживаться в активном центре фермента. Образуется в результате химических реакций превращения субстрата.

Специфичность действия фермента – это способность ускорять протекание одной определенной реакции, не влияя на скорость остальных, даже очень похожих. Специфичность ферментов обусловлена их уникальной аминокислотной последовательностью, от которой зависит конформация активного центра, взаимодействующего с компонентами реакции.Высокой специфичность действия ферментов, объясняется гипотезой, согласно которой активный центр фермента комплементарен субстрату, т.е. соответствует ему как "ключ замку". После взаимодействия субстрата ("ключ") с активным центром ("замок") происходят химические превращения субстрата в продукт.

19. Какие заболевания и как можно выявить по измерению активности ферментов?Чаще всего для определения активности ферментов в клинико-диагностических лабораториях используют плазму. Пример: альбинизм
20. Строение ферментной молекулы. Какие в ней выделяют участки, какие они несут функции?ферментная молекула-это обычно белковые молекулы или молекулы РНК(рибозимы) или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. 1) Энзим ускоряет биохимическую реакцию, но при этом не расходуется. 2) Величина константы равновесия не меняется, а лишь ускоряется достижение этого значения. 
Что такое сериновые протеазы, приведите примеры?
Сериновые протеазы — группа ферментов, катализирующие процесс деградации (протеолиз) белков, на составлющие их молекулы α-аминокислот, посредством гидролиза пептидной связи. В поджелудочной железе человека и млекопитающих животных синтезируются сериновыё протеиназы – трипсин, химотрипсины А и В , химотрипсин С

21. Классификация ферментов 
По типу катализируемых реакций ферменты подразделяются на 6 классов согласно иерархической классификации ферментов. Первое число грубо описывает механизм реакции, катализируемой ферментом: 
• EC 1: Оксидоредуктазы, катализирующие окисление или восстановление. Пример: каталаза, алкогольдегидрогеназа 
• EC 2: Трансферазы, катализирующие перенос химических групп с одной молекулы субстрата на другую. Среди трансфераз особо выделяют киназы, переносящие фосфатную группу, как правило, с молекулы АТФ. 
• EC 3: Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей. Пример: эстеразы, пепсин, трипсин, амилаза, липопротеинлипаза 
• EC 4: Лиазы, катализирующие разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов. 
• EC 5: Изомеразы, катализирующие структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата. 
• EC 6: Лигазы, катализирующие образование химических связей между субстратами за счет гидролиза АТФ.

22. Ингибирование ферментативных реакций. Виды ингибирования и механизм действия ингибиторов. Как можно различить виды ингибирования по изменениям параметров Km и Vmax уравнения Михаэлиса-Ментен? Примеры применения ингибиторов.

К ингибиторам относятся вещества, вызывающие снижение активности фермента.

И нгибирование

Обратимое Необратимое.

-Связываются с ферментом слабыми -Образуются ковалентные стабильные связи

Н ековалентными связями и легко могут отделиться Сюда относят ионы тяжелых Ме(Hg).
Конкурентные Неконкурентные

-вещ-ва имеющие структуру, - Вещество не похоже на субстра. Связываются не с

Похожую на субстрат. Такое активным центром, а в другом месте молекулы

Ингибирование основано на фермента.

Связывание ингибитора с активным

Центром.


А) При конкурентном типе ингибирования ингибитор увеличивает значение К_m, не оказывая влияния на максимальную скорость V_max

Б) При неконкурентном ингибировании (рис. 4.22) ингибитор снижает величину максимальной скорости. Если при этом величина К_m не уменьшается, то говорят о полностью неконкурентном ингибировании. 

С ингибированием ферментов связан механизм действия многих токсинов и ядов на организм. Известно, что при отравлениях солями синильной кислоты смерть наступает вследствие полного торможения и выключения дыхательных ферментов (цитохромная система) тканей, особенно клеток мозга.