1 итог по биохимии. Вопросы к контрольноитоговому занятию 1 Биохимия белков и ферментов
 Скачать 1.2 Mb.
|
Вопросы к контрольно-итоговому занятию № 1 «Биохимия белков и ферментов» 1. Дать определение и характеризовать первичную структуру белка. Первичная структура - линейная последовательность или порядок чередования аминокислотных остатков в полипептидной цепи, стабилизируется ковалентными пептидными связями (инсулин, пепсин, химотрипсин). 2. Дать определение вторичной структуре белка. Охарактеризовать связи, стабилизирующие структуру. Вторичная структура - пространственная структура, образующаяся в результате взаимодействий водородной связей между фукнциональныим группами пептидного остова. Это либо α-спираль, либо β-складчатость (парареллельные и антипарареллельные). 3. Дать определение и характеризовать третичную структуру белка. Определение нативной конформации. Третичная структура - глобулярная и фибриллярная структура, образующаяся за счет взаимодействий между радикалами аминокислот. Стабилизируют: • водородные связи, • ионные связи (СОО-, NН 3 +), между противоположно заряженными боковыми группами, • гидрофобные силы, • ковалентные связи между двумя остатками цистеина - дисульфидные связи. Глобулярные белки - все ферменты, гемоглобин, миоглобин. Фибриллярные белки - коллаген, миозин, актин. Функционально активная конформация белка называется нативной конформацией. (т.е. трехмерной расположение его атомов) 4. Дать определение и характеризовать четвертичную структуру белка. Что такое олигомерные белки? Четвертичная структура - такие белки построены из нескольких пептидов. Каждый пептид имеет свою первичную, вторичную, третичную структуру, называются протомерами. Несколько протомеров соединяются вместе в одну молекулу. Один протомер не функционирует как белок, а только в соединении с другими протомерами. Олигомерные белки - белок, состоящий из двух или нескольких десятков протомеров. Например, гемоглобин содержит 4 протомера, фермент аспартаттранскарбамоилаза — 12 протомеров. Правила образования полипептидной цепи и пептидной связи. 1) Строй ось полипептидной цепи путем соединении фрагментов N-C-C число фрагментов = число аминокислотых остаков N - C - C - N - C - C - N -C - C -N - C - C 2) Слево начало = N-конец (-NH 2 ), справо – конец = C-конец (-COOH) H 2 N - C - C - N - C - C - N -C - C -N - C - COOH 3) Каждый первый углеводный атом (α) лежит атом водорода H и радикал в разном стороне H R H R | | | | H 2 N - C - C - N - C - C - N -C - C -N - C – COOH | | | | R H R H 4) Каждый второй углевод и следующий азот участвуют в образовании пептидной связи H O R O H O R | | | | | | | | | | H 2 N - C - C - N - C - C - N -C - C -N - C – COOH | | | | | | | R H H H R H H 5) Название складывается из названиях аминокислотных остаков с окончанием –ил, кроме последнию. Сер – Глу – Глн Серил-глутаминил-глутамин 5. Дать определения: олигомерные белки, нативная конформация. Привести примеры. Олигомерные белки - белок, состоящий из двух или нескольких десятков протомеров. Например, гемоглобин содержит 4 протомера, фермент аспартаттранскарбамоилаза — 12 протомеров. Гемоглобин (Hb) — сложный олигомерный белок, содержащийся в эритроцитах. Он состоит из 4 протомеров (двух α– цепей и двух β-цепей), соединенных нековалентными связями. Каждый протомер Hb в белке связан с небелковой частью — гемом и 3 другими протомерами. 6. Дать определение понятиям простой и сложный белок. Привести примеры. Структура простых белков представлена только полипептидной цепью (альбумин, инсулин). Однако необходимо понимать, что многие простые белки (например, альбумин) не существуют в "чистом" виде, они всегда связаны с какими-либо небелковыми веществами. Их относят к простым белкам только по той причине, что связи с небелковой группой слабые. У сложных белков, кроме белковой цепи, имеется дополнительная небелковая группа (простетическая группа). Например, рибозомы, голлагены, казеин, гемоглобины. 7. Перечислите, согласно классификации, 20 АМК. 8. Что такое денатурация? Перечислите факторы, вызывающие денатурацию. Перечислите 20 аминокислот и записать формулу в общем виде. Денатурация – осаждение белка из-за разрыва связей, стабилизирующих четвертичную, третичную, вторичную структуры белка, сопровождаемое изменением или полной потерей их биологической функции, вследствие изменения структуры белковой молекулы. Денатурацию вызывают физические факторы (высокая температура, ионизирующее излучение), химические факторы (концентрированные кислоты, щелочи, реакционно-активные соединения, тяжелые металлы) Денатурация белка 1) Обратимая - после устранения воздействия денатурирующего агента белок восстанавливает свою активность (произошла ренатурация). 2) Необратимая денатурация (происходит необратимое нарушение первичной структуры белка). 9. Какую реакцию необходимо провести для обнаружения белка? Как известно, белок молока (казеин) сворачивается, выпадая в осадок при кипячении, если молоко кислое. Чем это можно объяснить? Ans осаждение В свежем молоке молекулы казеина имеют отрицательный заряд. Для ответа: 1. Вспомните, что такое растворимость белков, чем она обусловлена? 2. Что такое изоэлектрическая точка белка? 3. Как меняются свойства белков в изоэлектрической точке? Неполярные незаряженные Полярные незаряженные Полярные отрицательные Полярные положительные 10. Растворимость белков: факторы, влияющие на растворимость белков. Так как большинство белков несет много заряженных групп, то в целом они водорастворимы. Растворимость объясняется: наличием заряда и взаимоотталкиванием заряженных молекул белка, наличием гидратной оболочки – чем больше полярных и/или заряженных аминокислот в белке, тем больше гидратная оболочка. На растворимость белков существенное влияние оказывают следующие факторы: а) рН, б) ионная сила, в) диэлектрические свойства растворителя и г) температура. а) Влияние рН раствора на растворимость белков. При значении рН раствора, совпадающем с величиной рНИЭТ, белки будут обладают наименьшей растворимостью. (суммарный заряд молекулы белка равен нулю и, следовательно, между соседними молекулами белка отсутствует электростатическое отталкивание). При значениях рН, отличных от значений рНИЭТ, молекулы белка имеют суммарный заряд одного знака, вследствие чего они отталкиваются друг от друга. б) Влияние ионной силы на растворимость белков. При добавлении к растворам белка солей небольших концентраций растворимость повышается. Этот эффект зависит также от величины зарядов каждого из ионов, присутствующих в растворе: соли, содержащие двухзарядные ионы значительно эффективнее повышают растворимость белков , чем соли, содержащие однозарядные ионы. При значительном повышении концентрации солей растворимость белков начинает опять понижаться, и при очень высоких концентрациях соли белок может полностью выпасть в осадок (если рН среды совпадает с рН ИЭТ ). Это явление называется высаливанием. (взаимодействие анионов (SO 4 2- ) и катионов (Na + , NH 4 + ) с зарядами белка (группы NH 4 + и COO – )) в) Влияние растворителя на растворимость белков. Добавление смешивающихся с водой нейтральных органических растворителей уменьшает растворимость большинства белков в воде до такой степени, что они могут выпадать в осадок (если при этом рН раствора совпадает с рНИЭТ). Например, этанол или ацетон. salting in Кроме того, растворимость белков зависит от диэлектрической постоянной среды (при постоянных значениях рН и ионной силы). С уменьшением диэлектрической постоянной растворителя силы притяжения между двумя молекулами белка возрастают, что способствует агрегации белков, т.е. снижает их растворимость. salting out г) Влияние температуры на растворимость белков. Растворимость большинства белков возрастает с повышением температуры. При температурах, превышающих 40—50°С, большинство белков утрачивает стабильность, начинается их денатурация, 11. Методы очистки и методы разделения белков. Очистка Существует много методов, рассмотрим детально гельфильтрацию и диализ. Разделение белков по молекулярной массе (метод молекулярных сит) или отделение белков от низкомолекулярных веществ обычно ведут при помощи гель-фильтрации. При гель-фильтрации первыми из колонки выходят белки (или вещества) с большей молекулярной массой, которые не заходят в середину гранул, а позже из колонки выходят вещества c небольшой молекулярной массой, которые застревают в порах геля. Диализ – это метод очистки белков от низкомолекулярных примесей. Маленькие молекулы проходят через полупроницаемую мембрану, а белки, имеющие большую молекулярную массу не проходят через нее 12. Методы выделения и очистки белков: охарактеризовать метод гель-фильтрации, ультрацентрифугирования. Единицы седиментации. Гель-фильтрация (гель-хроматография) - метод разделения смеси веществ с различными молекулярными массами путем фильтрации через различные так называемые ячеистые гели. Г.-ф. широко используется для определения величин молекулярных масс, обессоливания растворов нативных белков, концентрирования растворов полимеров. Г.-ф. проводят на хроматографических колонках (см. Хроматография), заполненных набухшим гранулированным гелем, например гелем сефадексов (коммерческое название полисахаридов декстранов, прошедших специальную химическую обработку, в результате которой между линейными структурами их молекул образуется множество поперечных связей, или «сшивок»), биогелем и т.п., элюируют (вымывают) разделяемые вещества разбавленными солевыми или буферными растворами. Эффективность Г.-ф. определяется размерами пор между гранулами геля и величиной ячеек каждой гранулы: мелкие молекулы вещества (значительно меньше ячейки геля) диффундируют внутрь гранулы и задерживаются при фильтрации через эти своеобразные молекулярные сита, а более крупные молекулы не могут попасть в ячейки и проходят в поры между гранулами. Метод прост в исполнении и проводится в мягких условиях, исключающих денатурацию биологически активных белков, что важно при работе, например, с ферментами. 13. Что такое ИЭТ? Необходимо из смеси белков сконцентрировать один из белков с известным значение ИЭТ. Как действовать располагая набором кислот, оснований и этанолом? Изоэлектрическая точка (ИЭТ) - это такое значение pH, при котором белок является электронейтральным. Для кислых белков (- Асп, Глу) изоэлектрическая точка лежит в кислой среде (pH<7), а для основных (катионных + Гис, Арг, Цис) – в щелочной среде (pH>7). Белки в таком состоянии быстро выпадают в осадок. Amino acids that found in nature have negative total charge, which will repel each other, so it will be dissolved in water. If pH is decreased to IEP. Total charge of the amino acid will be zero. Repulsion between the same charges will be reduced. Positive and negative charges are equal. As a result, the protein will denature and precipitate. If pH < IEP, Total charge will be positive. 14. Методы выделения и очистки белков: перечислить и охарактеризовать диализ и гель- фильтрацию. Выделение белков: Из ткани: гомогенизация (разрушение тканей и клеточных структур) Из плазмы крови, мочи и др. биологических жидкостей гомогенизация не нужна • осаждение белков (солями, спиртом или дегидратирующими растворами) • фракционирование белков (ионообменная или гель-проникающая хроматография) Очистка Существует много методов, рассмотрим детально гельфильтрацию и диализ Методы выделения и очистки белков. 1) гомогенизация - клетки растираются до однородной массы; 2) экстракция белков водными или водно-солевыми растворами; 3) диализ; 4) высаливание; 5) электрофорез; 6) хроматография: адсорбция, расщепление; 7) ультрацентрифугирование. 15. Написать пептиды и сравнить их растворимость при рН=3, рН=7 и рН=10. 1) Гис-Тре-Фен-Арг-Лей-Вал pH = 7; + 0 0 + 0 0 = + растворяeтся pH = 3; + 0 0 + 0 0 = + растворяeтся pH = 10; 0 0 0 0 0 0 = 0 выпадает в осадок 2) Гис-Тре-Глу-Асп-Асн pH = 7; + 0 – – 0 = – растворяeтся pH = 3; + 0 0 0 0 = + растворяeтся pH = 10; 0 0 – – 0 = – растворяeтся Написать пептид определить его ИЭТ: Глу-Вал-Три-Лиз-Лей-Асп-Тре-Про-Тир-Арг-Глу-Лиз. – 0 0 – 0 0 0 0 0 + – + = – P i < 7 EVWKLDTPYREK average pI (pI=6.556) Написать и сравнить растворимость двух пептидов при рН=3 и рН=7: pH = 7 pH = 3 а) Сер-Ала-Глу-Тир-Асп 0 0 – 0 0 0 0 0 0 0 б) Тре-Арг-Фен-Гис-Три 0 + 0 – 0 0 + 0 0 0 лучше растворяется Какой из полипептидов будет лучше растворятся в воде и почему при рН=3, рН=7 и рН=10: pH = 7 pH = 3 pH = 10 а) Вал-Иле-Фен-Про-Три 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 б) Лей-Гис-Глу-Мет-Асп 0 + – 0 0 0 + 0 0 0 0 0 – 0 0 лучше растворятся в всем ∵ имеют больше количество зарядов Написать пептид определить его ИЭТ и движение в электрическом поле при рН 3и рН 10: Глу-Вал-Три-Лиз-Лей-Асп-Тре-Про-Тир-Арг-Глу-Лиз. – 0 0 0 0 0 0 0 0 + – 0 pH = 3; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 + 0 0 = + идет к катоду – pH = 10; – 0 0 0 0 0 0 0 0 0 – 0 = – идет к аноду + 16. Строение гема. Охарактеризовать связи Fe в геме. Гем состоит из иона двухвалентного железа и порфирина. В основе структуры порфиринов находится порфин. Порфин представляет собой четыре пиррольных кольца, связанных между собой метеновыми мостиками. В зависимости от структуры заместителей в кольцах пирролов различают несколько типов порфиринов но протопорфирины предшественники всех других типов порфиринов. Гем соединеяется с глобином гидрофобными связами между пиррольными циклами и гидрофобными радикалами аминокислот. Кроме того, имеется координационная связь между атомом железа и имидазольным кольцом одного из остатков гистидина в глобине. За счет еще одной координационной связи к атому железа может присоединяться молекула кислорода с образованием оксигемоглобина; валентность железа при этом не изменяется. pH < 7 много H+ - на аминокислот будет = 0 pH > 7 много OH- + на аминокислот будет = 0 суммарный заряд = 0 = P i => выпадает в осадок лучше растворяется = больше количество зарядов (+ и –) 17. Строение гемоглобина А человека. Гемоглобин является сложным белком хромопротеином, состоит из простого белка глобина и небелковой части: 4-х молекул гема. Молекул гемоглобина состоит из 4-х субьединничных глобул (протомеров). Гемоглобин А состоит из 2-х динноковых субьединиц α (по 141 аминокислотному остатку) и 2-х динноковых субьединиц β (по 146 аминокислотному остатку). Его субъединицы формула – α 2 β 2 Постоянная связь между протомерами обеспичивается гидрофобными взаимодействиями. Каждый α имеет хороший контакт с обоими β. Между идентичными протомерами контакт слабее. Каждый протомер содержит гем, находящийся в гидрофобной нише, что защищает его от окисления в ферриформу. Каждый гем содержит Fe 2+ , к которому присоединяется одна молекула кислорода. Молекула гемоглобина существует в 2-х формах • Напряженной T для дезоксигемоглобина / более жесткая, имеет 8 солевых мостиков (4 – между α, 2 – между разными протомерами, и по доному мостику внутри каждого β) • Релаксированной R для оксигемоглобина, 18. Строение одного протомера гемоглобина. Связи между белковой частью и простетической группой. Каждый протомер имеет белковую часть и небелковую – гем Скелетом гема является кольцо порфина. Порфин – это 16-членное кольцо (макроцикл), построенное из 4 пятичленных азотсодержащих гетероциклов пиррола и его изомеров, соединенных между собой по α-углеродным атомом метиновыми группами. Β-улеродные атомы во всех кольцах поррина млгут быть связаны с различными группами, образуя молекулы различных протопорфиринов. (в зависимости от положения заместителей в макроцикле) 19. Охарактеризовать класс сложных белков: нуклеопротеинов на примере рибонуклеопротеинов (рибосома). Look 26 20. Механизм присоединения кислорода к гемоглобину. ?? 21. Структура одного протомера гемоглобина в Т-форме. Связи между протомерами, связи железа в протомере, связи гема с глобином. Look 5 22. Сходство и различия структур и функций миоглобина и гемоглобина. Миоглобин также относится к хромопротеинам. Это белок, имеющий третичную структуру. Вторичная и третичная структура миоглобина и протомеров гемоглобина очень сходны. Функции миоглобина и гемоглобина одинаковы. Оба белка участвуют в транспорте кислорода. Гемоглобин присоединяет кислород из альвеолярного воздуха и доставляет его в ткани. Миоглобин присоединяет кислород, доставленный гемоглобином и служит промежуточным звеном в транспорте кислорода внутри клетки к митохондриям, а также для запасания кислорода в тканях, создавая кислородный резерв, который расходуется по мере необходимости. В условиях интенсивной мышечной работы, когда парциальное давление кислорода в тканях падает, кислород освобождается из комплекса с миоглобином и используется в митохондриях клеток для получения энергии, необходимой для работы мышц. Myoglobin has one subunit, which consists of α-helices (resemble spiral staircases) and β-sheets. The structure is stabilized by hydrogen bonds. Ligands (molecules that bind to a central metal atom) bind independently to myoglobin, which means that the binding of a molecule has no influence on the binding of another. In the presence of low partial pressure, less oxygen will bind to myoglobin. More oxygen will bind when the partial pressure is higher. Myoglobin is less efficient at delivering oxygen and is rarely found outside of tissues. Like the subunit of myoglobin, the structure consists of alpha-helices stabilized by hydrogen bonds. Unlike myoglobin, hemoglobin has two conformations. The first conformation is the T-state, or deoxyhemoglobin. In this state, hemoglobin can be described as “tense” and has a low affinity for oxygen. When deoxygenated, hemoglobin appears blue. If oxygen binds to hemoglobin in this state, it becomes unstable and will shift to the R-state if enough oxygen binds to the protein. The R-state (oxyhemoglobin) is the exact opposite. It is “relaxed” and has a high affinity for oxygen, meaning that it wants to bind with oxygen in order to become more stable. As a result of being oxygenated, the “R” state is red in color. Hemoglobin is an allosteric protein, meaning that the binding of oxygen at one site will influence the binding at another site. Hb Mb Distribution In blood In muscles Structure 4 polypeptide chains 4 units - 2 α + 2 β single polypeptide chain 1 unit - similar to the β of hemoglobin, but 153 aӑ Oxygen capacity 4 O 2 2 O 2 Affinity to O 2 low , and it increases gradually with the increase in O 2 concentration High , even in very low O 2 23. Охарактеризовать класс сложных белков: фосфопротеинов. Фосфопротеины - сложные белки, содержащие в качестве небелковой части остатки фосфорной кислоты. Например казеин является подноценным белком, содержащим все незаменимые аминокислоты, выполняет питательную функцию. Простетическая группа связана с белковой частью эфирной связью через -OH группы остатков серина и треонина. Фосфорная кислота может выполнять: • Структурную роль, придавая заряд, растворимость и изменяя свойства белка, например, в казеине молока, яичном альбумине. • Функциональную роль. В клетке присутствует много белков, которые связаны с фосфатом не постоянно, а в зависимости от активности метаболизма. Белок может многократно переходить в фосфорилированную или в дефосфорилированную форму, что играет регулирующую роль в его работе. Например, 1) ферменты гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза ( Регуляция активности ферментов), 2) гистоны в фосфорилированном состоянии менее прочно связываются с ДНК и активность генома возрастает. 24. Охарактеризовать класс сложных белков: нуклеопротеинов на примере рибонуклеопротеинов (рибосома). Look 26 25. Написать пептид, определить его ИЭТ и движение в электрическом поле при рН=3 и рН=10. Ала-Гис-Про-Сер-Цис 0 + 0 + 0 pH = 3; 0 + 0 + 0 = + идет к катоду – pH = 10; 0 0 0 0 0 = 0 не идет к аноду катоду 26. Охарактеризовать класс сложных белков: нуклеопротеинов (на примере нуклеосомы). Нуклеопротеины - это белки, которые а качестве простетической группы содержат нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Простетическая группа ДНК – деоксирибонуклеопротеин ex нуклеосомы: ДНК + гистоны (H1, H2A, H2B, H3, H4) Каждая нуклеосома состоит из 4-х пар молекул гистонов (кроме H1 – это будет Linker), обитые снаружи суперспиралью ДНК со 150 основаниий. Простетическая группа РНК – оксирибонуклеопротеин ex рибоосома состоит из 2-х субъединицы (большой50 + малой33) 27. Охарактеризовать Т-форму гемоглобина. Особенности структуры гемоглобина в Т–форме. Look 18 28. Гемоглобинопатии. Гемоглобинопатии – состояния, связанные с изменением одного из трех свойства норсального гемоглобина – растворимость сродство к кислороду или устойчивость к денатурации Серповидноклеточная анемия 29. Строение фермента: активный центр, ко-факторы, аллостерический центр. 1. Активный центр (АЦ) - это участок, образованный боковыми радикалами аминокислотных остатков, отдаленных друг от друга, которые на уровне третичной структуры формируют центр. Субстратный центр Каталитический центр 2. Аллостерический центр (регуляторный) - участок молекулы фермента, в результате присоединения к которому какой-либо молекулы (активатор или ингибитор) изменяется третичная структура белковой молекулы фермента. 3. Кофакторы – небелковая часть, которая необходимо для реакции. К ним относят: ионы металлов коферменты (орг.соединения) 30. Классификация и номенклатура ферментов. Примеры. I Оксидоредуктазы Перенос электронов и протонов H + ATP -> ADP (no P i ) or НАД ФАД involve дегидрогеназы, оксидазы, редуктазы, гидросилазы II Трансферазы Перенос групп атомов кроме H от одной молекулы к другой A - B + C A + B - C Аминотрасферазы Киназы, трансаминазы III Гидролазы Гидролиз различных связей с участием воды A - B + H 2 O A - H + B - OH Эстеразы, фосфатазы, протеазы, липазы, нуклеазы, тиолазы IV Лиазы Образование двойных связей за счет удаление групп или добавление групп за счет разрыва двойных связей. отщепление групп от субстрата без воды с образованием двойных связей, или присоединение групп по = связи Амидинлиаза, фумаратгидротаза V Изомеразы взвимопревращение изомеров Рацемаза VI Лигазы (синтетазы с АТФ) образование связей в реакциях конденсации у различных соединений с использованием энергии АТФ или витамина Н (биотин) ATP -> ADP + P i (use only energy) Глутаминсинтетаза 31. Что такое изоферменты (на примере изоферментов ЛДГ)? Значение определения изоферментов в сыворотке крови. Изоферменты - это множественные формы фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но в разных органах. Различаются по некоторым свойствам. Они отличаются по: 1. строению 2. сродству к субстрату??? Массы??? 3. электрофоретической подвижности 4. максимальной скорости катализируемой реакции (активности), 5. константу Михаэлиса ex Лактатдегидрогеназа: В частности, если фермент состоит из 4 субъединиц двух разных типов – Н и М (сердечный и мышечный). Н4 Н3М Н2М2 НМ3 М4 ЛДГ1 ЛДГ2 ЛДГ3 ЛДГ4 ЛДГ5 сердца почки печень мышцы 32. Строение ферментов. Look 30 Строение и функции коферментов (на примере NAD + ). Написать структурную формулу и обозначить рабочую часть кофермента. 33. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. Понятие о константе Михаэлиса. Уравнение. молекулярная активность фермента - это число молекул субстрата, претерпивающих изменение в течение минуты, в расчете на единицу веса фермента при оптимальных условиях его действия. При увеличении количества ферментов скорость ферментативной реакции повышается до некоторого предела, который характеризуется количеством субстрата, досту пным действию фермента. В то же время, при постоянной концентрации фермента увеличение количества субстрата приводит вначале к быстрому, затем к более медленному росту скорости ферментативной реакции, пока не достигается максимальная скорость, остающаяся практически неизменной при дальнейшем увеличении концентрации субстрата V -скорость ферментативной реакции, Vmax - максимальная скорость ее при бесконечно большой концентрации субстрата, S - концентрация субстрата в моль/л, Кm - константа Михаэлиса (Кm = Vmax) 34. Зависимость скорости ферментативной реакции от рН среды: нарисовать и охарактеризовать график, причины. 1) значение рН, которое соответствует максимальной активности фермента, необязательно совпадает со значением рН, характерным для нормального внутри – и внеклеточного окружения этого фермента; 2) всё-таки большинство ферментов имеют оптимум рН, близкий к рН окружающей среды; 3) у многих ферментов оптимум рН приближается к ИЭТ; 4) для каждого фермента существует своё значение рН, при котором он проявляет максимальную активность; 5) «Значение рН внутри клетки является, возможно, одним из самых важных элементов регуляции клеточного метаболизма». 35. Единицы ферментативной активности. Задача: рассчитайте единицы ферментативной активности фермента, если за 20 сек 5 мг фермента катализирует 100 мкмоль субстрата (зад.№ 14, тема 1.5). Стандарная международная единица (E) - то количество его, которое оптимальных условиях катализирует превращение 1 микромоля субстрата в продукт за 1 мин (мкмоль/мин) Ans 100/(1/3) = 300 мкмоль/мин 36. Уравнение ферментативного катализа. Теории ферментативного катализа. Катализ - химическое явление, суть которого заключается в изменении скоростей химических реакций при действии катализатора. Реакции, протекающие под действием ферментов называются ферментативными, а катализ сучастием ферментов - ферментативным катализом. Процесс с участием фермента можно представить следующим образом: Различают три основных этапа ферментативного катализа 1) Образование фермент-субстратного комплекса (ES) 2) Преобразование первичного комплекса в один или несколько активированных фермент- субстратного комплекса (ES*, ES**) 3) Отделение продуктов (P) реакции от активного центра 37. Рассчитайте ед. ферментативной активности, если за 10 сек 1 мг фермента катализирует 50 мкМоль субстрата. Ans 50/(1/6) = 300 мкмоль/мин 38. Определение и строение активного центра. Look 30 39. Рассчитайте ед. ферментативной активности, если за 20 сек 2 мг фермента катализирует 50 мкМоль субстрата. Ans 50/(1/3) = 150 мкмоль/мин 40. Кофакторы ферментов. Look 30 Ion Examples of enzymes containing this ion Cupric Cytochrome oxidase Ferrous or Ferric Catalase Cytochrome (via Heme) Nitrogenase Hydrogenase Magnesium Glucose 6-phosphatase Hexokinase DNA polymerase Manganese Arginase Molybdenum Nitrate reductase Nitrogenase Nickel Urease Zinc Alcohol dehydrogenase Carbonic anhydrase DNA polymerase 41. Охарактеризуйте виды регуляции активности ферментов (4 типа). Look at last page 42. Нарисуйте график Лайнуивера-Берка для конкурентного ингибирования. Охарактеризуйте график и тип ингибирования. 43. Нарисуйте график Лайнуивера-Берка для неконкурентного ингибирования. Охарактеризуйте график и тип ингибирования. Обратимое конкурентное Ингибитор похож на субстрат. Зависит от концентрации субстрата. При повышении концентрации субстрата, он может полностью вытеснить ингибитор из АЦ Обратимое неконкурентное Ингибитор не похож на субстрат, не конкурирует с субстратом за АЦ, а присоединяется в другом центре - аллостерическом, при этом происходит уменьшение максимальной скорости ферментативной реакции, a Km остаётся неизменной, т.к. не зависит от [фермента]. Уменьшение Vmax происходит потому, что при помощи ингибитора из ферментативной реакции выводятся молекулы фермента, меньше молекул фермента, меньше Vmax. 44. Определите – является ли действие ингибитора конкурентным или неконкурентным: Концентрация субстрата, Мм: 2,0 3,0 4,0 10,0 15,0 Скорость образования продукта : а) в отсутствии ингибитора 139 179 213 313 370 б) в присутствии ингибитора 88 121 149 257 370 Опишите выбранный Вами тип ингибирования фермента. Vmax не изменяется => Обратимое конкурентное ингибирование 45. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры. При повышении температуры на каждые 10 °С скорость увеличивается примерно вдвое (правило Вант-Гоф-фа). Однако для ферментативных реакций это правило справедливо лишь в области низких температур — до 50-60 °С. При более высоких температурах ускоряется денатурация фермента 46. Салицилат ингибирует каталитическое действие глутаматдегидрогеназы. Определите – является ли ингибирование конкурентным (1) или неконкурентным (2): Концентрация субстрата, Мм: 1,5 2,0 3,0 4,0 8,0 16,0 Скорость образования продукта : а) в отсутствии салицилата 0,21 0,25 0,28 0,33 0,44 0,45 б) в присутствии салицилата 0,08 0,10 0,12 0,13 0,16 0,18 Опишите выбранный Вами тип ингибирования фермента. Vmax изменяется => Обратимое неконкурентное ингибирование +22 ฮีโมโกลบิน เราต่างทราบกันดีว่าเป็นโมเลกุลที่มีหน้าที่ขนส่งออกซิเจนจากปอดไปตามเนื้อเยื่อต่าง ๆ พบเป็นจํานวนมากในเม็ดเลือดแดง HbA เป็นฮีโมโกลบินชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยสายโปรตีน 4 สาย เป็น alpha chain 2 สาย และ beta chain 2 สาย (ชนิดอื่น ๆ ยกตัวอย่างเช่น HbA2 พบประมาณ 2 เปอร์เซนต์ในผู้ใหญ่ ประกอบด้วย delta chain 2 สาย แทนสาย beta) ตัวอ่อนจะมีฮีโมโกลบินชนิดอื่นที่ประกอบด้วย สาย epsilon แทนสาย beta ในขณะที่ตัวแก่จะ เป็นสาย gamma ซึ่งฮีโมโกลบินทั้ง 2 ชนิดนี้จะมีความสามารถในการดูดซับออกซิเจนสูงกว่า HbA ทําให้ตัวอ่อน และตัวแก่ก่อนกําเนิดสามารถดึงออกซิเจนจากฮีโมโกลบินของแม่ได้ แม้กระนั้นโครงสร้างของสายอัลฟาและสายเบต้าในฮีโมโกลบินคล้ายคลึงกับโกลบินซึ่งเป็นองค์ประกอบ ของไมโอโกลบูลิน แต่จะแตกต่างกันไปในลําดับของกรดอะมิโนในสาย จากการเปรียบเทียบพบว่ามีกรดอะมิโน 9 residue ที่ยังคงลําดับเดิมไว้ ซึ่งกรดอะมิโนทั้ง 9 residue นี้มีผลโดยตรงต่อตําแหน่งจับของออกซิเจนใน โมเลกุล ในขณะที่residue อื่น ๆ มีหน้าที่ stabilize alpha helical peptide แม้กระนั้นกรดอะมิโนเหล่านี้ยังคงถูก แทนที่ด้วยกรดอะมิโนที่มีคุณสมบัติเช่นเดิม นั่นคือภายในโมเลกุลก็ยังคงมีสมบัติไม่มีขั้วอยู่เช่นกัน ในฮีโมโกลบินนั้น สายอัลฟากับสายเบต้าจะติดกันเป็นคู่ (dimer)ด้วย noncovalent bond เป็นจํานวนมาก และจะจับกับอีกคู่หนึ่งด้วยสะพานเกลือและไฮโดรเจนบอนด์ ซึ่งเมื่อมีออกซิเจนตัวแรกมาจับแล้วสะพานเกลือ และไฮโดรเจนบอนด์ดังกล่าวจะแตกออกจากกัน ส่งผลให้ dimer ทั้งสองเลื่อนทํามุมกัน 15 องศา ซึ่งจะทําให้ การเข้าจับของออกซิเจนตัวต่อไปจับกับฮีโมโกลบินได้ดียิ่งขึ้น เรียกกระบวนการนี้ว่า cooperative binding ทําให้ กราฟการปลดปล่อยออกซิเจนออกจากฮีโมโกลบินเป็น sigmoid curve นั่นคือ เมื่อออกซิเจนมีความเข้มข้น น้อยลงเล็กน้อย ฮีโมโกลบินก็จะปลดปล่อยออกซิเจนไปจากโมเลกุลได้ง่าย ซึ่งถ้าเปรียบเทียบกับไมโอโกลบูลินซึ่งไม่มีการเลื่อนของคอมเพล็กซ์แล้ว จะเป็นลักษณะโค้งไฮเปอร์โบ ล่า นั่นคือจะไม่ยอมปล่อยออกซิเจนจนกว่าระดับของออกซิเจนในเซลล์เหลือน้อยจริง ๆ (เช่นในกรณีที่ กล้ามเนื้อออกแรงมาก) ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าไมโอโกลบูลินมีความสามารถในการจับยึดกับออกซิเจนสูงกว่า ฮีโมโกลบิน ดังนั้นออกซิเจนจึงหลุดจากฮีโมโกลบินไปสู่ ไมโอโกลบูลิน การแยกตัวออกจากฮีโมโกลบินของออกซิเจนอาศัยกลไกของค่า pH โดยเมื่อ pH ลดลง ออกซิเจนจะ หลุดออกไปได้ง่ายขึ้น เรียนกลไกนี้ว่า Bohr effect ในเซลล์ที่ตื่นตัว (Metabolically active cells) จะต้อง การพลังงานสูงจากการหายใจโดยใช้ออกซิเจน และจะปล่อย waste products ที่เป็น H+ และ CO2 ตามที่เรา ทราบกันดี เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์แพร่กระจายไปในเลือด จะเกิดปฎิกิริยาแตกตัวในนํ้าเกิดเป็น HCO3- หรือ คาร์บอเนตไอออน และไฮโดรเนียมไอออน(H+) ทําให้ค่า pH สูงขึ้น และออกซิเจนก็จะหลุดออกมาได้ง่าย ต่อมา คาร์บอเนตไอออนจะจับตัวกับ amino group ในกรดอะมิโนในสายโพลีเปปไทด์บนฮีโมโกลบินเกิดเป็น carbamate (--NHCOO-) แล้วทําให้รูป deoxy ของฮีโมโกลบินเสถียร เมื่อกระแสเลือดนําคาร์บอกซีฮีโมโกลบินมาถึงปอด ความเข้มข้นของออกซิเจนที่สูงมากจะเข้าจับกับ ฮีโมโกลบิน ส่งผลให้ไฮโดรเนียมไอออนกับคาร์บอเนตไอออนหลุดออก แล้วรวมตัวกันแตกตัวเป็นนํ้าและ คาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ปอดต่อไป |