|
|
ферменты. Презентаия по ферментам. Ферменты отличаются от других катализаторов свойствами
Ферменты - биологические катализаторы белковой природы. Ферменты катализируют превращение веществ, которые называются субстратами – (S), в вещества, которые называются продуктами (Р) Ферменты отличаются от других катализаторов свойствами: - Высокая эффективность действия
- Специфичность действия
- Способность к регуляции
Название фермента является сложным и состоит из 4 частей:
- Название субстрата, т.е. вещества, на которое действует фермент
- Название типа катализируемой реакции
- Название одного из продуктов реакции
- К названию фермента добавляется окончание – аза
Глюкозо-6-фосфатфосфогидролаза
- Субстрат – глюкозо-6-фосфат
- Продукт реакции – фосфорная кислота
- Тип реакции – гидролиз
- Окончание – «аза»
Классификация ферментов Единицы активности ферментов - Количественные единицы
- Используются в мед.практике (энзимодиагностика)
- Одна количественная или международная единица – такое количество фермента, которое катализирует превращение в продукт Р одного микромоля субстрата S или образование 1 микромоля продукта за одну минуту
- 1 МЕ = 1 мкмоль S(P)/мин
- Катал. То же самое, но другая размерность
- 1 кат = 1 моль S (P)/с
- 1 МЕ = 17 нкат (нанокатал)
- Качественные единицы
- Критерии качества молекул ферментов для научной работы биохимиков
- 1 ед. у.а. = 1 мкмоль S(Р)/мин*мг.
Ферменты Ферменты
Простые
Состоят только из аминокислот (эстеразы, пепсин, трипсин, амилаза, липопротеинлипаза).
Сложные
Состоят из двух частей: белковой (апофермент) и небелковой (кофактор)
- Органические кофакторы – производные витаминов, гем (коферменты)
- Неорганические кофакторы – представлены ионами металлов
Свойства ферментов 1. Влияние на скорость химической реакции: ферменты увеличивают скорость химической реакции, но сами при этом не расходуются. Скорость реакции – это изменение концентрации компонентов реакции в единицу времени. Если она идет в прямом направлении, то пропорциональна концентрации реагирующих веществ, если в обратном – то пропорциональна концентрации продуктов реакции. Отношение скоростей прямой и обратной реакций называется константой равновесия. Ферменты не могут изменять величины константы равновесия, но состояние равновесия в присутствии ферментов наступает быстрее. 2. Специфичность действия ферментов. Специфичность - наиболее важное свойство ферментов, определяющее биологическую значимость этих молекул. Различают субстратную и каталитическую специфичности фермента, определяемые строением активного центра. 3. Способность к регуляции. - Субстратная специфичность - способность каждого фермента взаимодействовать лишь с одним или несколькими определёнными субстратами. Различают:-абсолютную субстратную специфичность; -групповую субстратную специфичность; -стереоспецифичность.
- Абсолютная субстратная специфичность - активный центр ферментов, обладающих абсолютной субстратной специфичностью, комплементарен только одному субстрату. Следует отметить, что таких ферментов в живых организмах мало.
- Групповая субстратная специфичность - большинство ферментов катализирует однотипные реакции с небольшим количеством (группой) структурно похожих субстратов.
- Стереоспецифичность - при наличии у субстрата нескольких стерео-изомеров фермент проявляет абсолютную специфичность.
- Каталитическая специфичность - фермент катализирует превращение присоединённого субстрата по одному из возможных путей его превращения, Это свойство обеспечивается строением каталитического участка активного центра фермента и называется каталитической специфичностью, или специфичностью пути превращения субстрата.
Механизмы специфичности 1. Теория Фишера (модель "жесткой матрицы", "ключ-замок") – активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата и не изменяется при его присоединении. 2. Теория Кошланда (модель "индуцированного соответствия", "рука-перчатка") – подразумевает гибкость активного центра. Коферменты – органические природные соединения, необходимые для осуществления каталитического действия ферментов. Сами по себе коферменты каталитически неактивны, так же, как и апоферменты без коферментов. Кофакторы: - Коферменты (коэнзимы) – производные витаминов, НАД, ФАД, ФМН, биотин
- Простетическая группа (гем, олигосахариды, ионы металлов Fe, Mg, Ca, Zn)
Функции коферментов: - Изменение конформации фермента, субстрата
- Осуществление контакта между ферментом и субстратом
- Стабилизация апофермента
- Участие в катализируемой реакции, причём количество фермента и его химическое строение внешне остаются неизменными. В ходе реакции кофермент претерпевает химические превращения, противоположные тем, которые происходят в субстрате.
Таким образом, коферменты могут быть охарактеризованы как переносчики определённых атомов, электронов или химических групп на соответствующий акцептор. Строение апофермента определяет специфичность этой реакции, а строение кофермента – её тип. Классификация коферментов (по химической природе) Витаминные (витамины – их предшественники) - НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, коэнзин Q – перенос Н
- Липоевая кислота, тиаминопирофосфат – декарбоксилирование
- Коэнзим А – перенос ацильных групп
- Пиридоксальфосфат (в ферм.трансаминазах) – перенос аминогрупп
- Биотин (в ферм.карбоксилазе) – перенос СО2
- Кобаламин -перенос алкильных групп
- Тетрагидрофолевая кислота – перенос одноуглеродных фрагментов
Невитаминные
- Нуклеотидные коферменты
- Металлопорфириновые коферменты
- Пептидные коферменты
- Ионы металлов
- 1. Металлы образуют электрофильные группы в составе активного центра: они связываются с «-» зарядами в молекуле субстрата.
- 2. Металлы с переменной валентностью сами участвуют в переносе электронов (прямое участие в катализе).
- 3. Металлы участвуют в формировании и стабилизации пространственной конфигурации молекулы фермента, включая четвертичную структуру.
2) Переносчики химических групп – коферменты трансфераз, лиаз, изомераз, синтетаз (витаминные: тиаминдифосфат (ТДФ), коэнзим А (КоА-SH), пиридоксальфосфат, биотин, тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК), метилкобаламин, витамины К и А; витаминоподобные: карнитин; невитаминные: фосфаты нуклеозидов, фосфаты углеводов). Гидролазы, относящиеся к 3 классу, коферментов не имеют.
Классификация коферментов (по механизму действия)
Множественные формы ферментов - это ферменты, которые катализируют одинаковые реакции, но отличаются по физико-химическим свойствам. - Изоферменты – это ферменты, синтез которых кодируется различными генами, у них разная первичная структура и разные свойства, но они катализируют одну и ту же реакцию.
- Органные – ферменты гликолиза в печени и мышцах.
- Клеточные – малатдегидрогеназа цитоплазматическая и митохондриальная (ферменты разные, но катализируют одну и ту же реакцию).
- Гибридные – ферменты с четвертичной структурой, образуются в результате нековалентного связывания отдельных субъединиц (лактатдегидрогеназа – 2 субъединицы 2 типов, из них возможно образование пяти изоферментов, часть преобладает в миокарде, часть в скелетной мускулатуре и печени).
- Мутантные – образуются в результате единичной мутации гена.
- Аллоферменты – кодируются различными аллелями одного и того же гена.
- Собственно множественные формы (истинные) – это ферменты, синтез которых кодируется одним и тем же аллелем одного и того же гена, у них одинаковая первичная структура и свойства, но после синтеза на рибосомах они подвергаются модификации и становятся разными, не смотря на то, что и катализируют одну и ту же реакцию.
Изоферменты разные на генетическом уровне и отличаются от первичной последовательности, а истинные множественные формы становятся разными на посттрансляционном уровне.
изостерическая
|
аллостерическая.
|
(регуляция с помощью субстрата и продукта)
|
(регуляция активности фермента с помощью веществ, отличных от S и P).
|
1. Качественная – через изменение каталитической активности фермента:
А) необратимая регуляция способом частичного протеолиза неактивных проферментов.
Б) обратимая регуляция путем взаимодействия белок-белок (белок активатор повышает активность белка-фермента).
В) обратимая регуляция фосфорилированием – дефосфорилированием ферментов.
Г) аллостерическая обратимая регуляция (ретроингибирование, компартментализация, ковалентная модификация).
2. Количественная - через изменение количества фермента. Выделяют конститутивные ферменты, которые синтезируются с постоянной скоростью и адаптативные (индуцибельные) ферменты, синтез которых начинается при поступлении в организм субстратов фермента или других регуляторов, необходимых для разблокировки соответствующих генов.
Регуляция активности ферментов
Изостерическая регуляция Регулятор связывается там же, где и субстрат, в активном центре. Если метаболит или ксенобиотик имеет структурное сходство с субстратом, то он может связываться с субстратным активным центром фермента, подавляя его каталитическую активность. Такие ингибиторы называют квазисубстратами. Сродство субстрата к ферменту больше, чем сродство квазисубстрата, и в присутствии субстрата и квазисубстрата между ними наблюдается конкуренция за активный центр фермента. Ингибирующее действие зависит от соотношения «субстрат – квазисубстрат». При лечении заболеваний микробной этиологии — сульфаниламидные препараты структурно подобны парааминобензойной кислоте и тормозят образование фолиевой кислоты, необходимой для роста микроорганизмов. При отравлении антифризом (этиленгликолем) дают противоядие — этиловый спирт в больших дозах, играющий роль конкурирующего субстрата для алкогольдегидрогеназы. Для лечения подагры используют аллопуринол (необратимый ингибитор ксантиноксидазы). Для лечения алкоголизма используют эспераль — необратимый ингибитор дегидрогеназы уксусного альдегида, что тормозит превращение альдегида в уксусную кислоту. Накапливающийся альдегид оказывает сильное токсическое действие. Для лечения панкреатита применяют апротинин (контрикал, гордокс) — необратимый ингибитор протеолитических ферментов поджелудочной железы — для предотвращения «самопереваривания» железы. Аллостерическая регуляция Фермент может изменять активность в результате нековалентного взаимодействия с эффекторами. Аллостерическая регуляция имеет большое значение в следующих ситуациях: - при анаболических процессах. Ингибирование конечным продуктом метаболического пути и активация начальными метаболитами позволяют осуществлять регуляцию синтеза этих соединений;
- при катаболических процессах. В случае накопления АТФ в клетке происходит ингибирование метаболических путей, обеспечивающих синтез энергии. Субстраты при этом расходуются на реакции запасания резервных питательных веществ;
- для координации анаболических и катаболических путей. АТФ и АДФ
- для координации параллельно протекающих и взаимосвязанных метаболических путей (например, синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, используемых для синтеза нуклеиновых кислот). Таким образом, конечные продукты одного метаболического пути могут быть аллостерическими эффекторами другого метаболического пути.
Аллостерические эффекторы
Ковалентная модификация структуры ферментов. Регуляция активности ферментов с помощью ковалентной модификации аминокислотных остатков. Быстрый и широко распространённый способ химической модификации ферментов - фосфорилирование/дефосфорилирование. К ковалентной модификации ферментов помимо фосфорилирования относятся также аденилирование, уридилирование, ацетилирование, АДФ-рибозилирование. |
|
|
Скачать 0.85 Mb.