Эталоны БХ

- 4 8 -

ковалентного катализа.

- 4 9 -

ФЕРМЕНТЫ

Кислотно-оснойшй катализ осуществляется группами активного

З а н я т и е

2

рнтра, являющимися донорами или акцепторами протонов (т .е . молот­

I .

ыми или основными),

он сопровождается перемещением протонов между

В активном центре Армента различают (условно) контактныйштивныы центром фермента и

субстратом, что приводит к перераспра­

или якорный участок (иногда называемый также субстратным центром),

влению зарядов, к изменению электронной структуры субстрата, к ее

в основном ответственный за присоединение субстрата, и каталитичес­

абилизации.

кий участок

(каталитический центр), обеспечивающий превращение оуб-

Ковалентный каталяэ (нуклеофильный и электрофяльыый) связан о

страта в продукты реакции.

юэдействием на субстрат нуклеофильных (являющихся донорами электро-

2.

юв и способных осуществлять нуклеофильную атаку)

и электрофильных

Цри взаимодействии фермента с субстратом происходит многото­

группировок, действие

которых до-

чечное связывание субстрата, т .е . возникает много (обычно не менее

оттягивающих на оабя электроны)

связей между субстратом, функцмшальными группами аминокислот актив­

дризует связи, смещает электроны, вызывает образование неустойчивых

ного центра,

коферментоы и ионом металла (если фермент является ела

ювалентных связей между активным центром я деформированным субстра-

ным белком),

а также связанными молекулами воды. Образуется целая

ом. В дальнейшем лабильные ковалентные фермент—субстратные промежу-

сеть овязей,

в первую очередь водородных, но это могут быть и связи

очыые продукты распадаются, выовобождаютоя продукты реакции.

электростатические, гидрофобные взаимодействия, а также и ковалент­

5. Нуклеофильными группировками активных центров ферментов мо-

ные, и координационные. Эти связи являются подвижными, вся их сеть

ут быть:

Серии-0:

Цистеиы-Jf:

1Ъстидин

мажет легко изменять овою отруктуру и это обеопечивает электроино-

ч-,Лдутамат-С-0:

(Аспартат)

Н

н

коиформационкые перестройки при переходе от одного нестабильного пр(

Нуклеофильные группировки являются донорами электронов, они ата-

межуточного активированного состояния к другому.

уют субстрат, в результате чего может возникнуть ковалентная связь.

3.

По представлениям Кыплеыда структуры активного центра ферма]

та и суботрата не обладают полной комплемантарностью друг к другу

'

6. Злелтрофильшм свойствами в активном центре фермента облвда-

Но эта комдлемеытариость (и конформациоыиая, и электростатическая)

г положительно заряженные группировки. Это могут быть ионы металлов

возникает в процеосе контакта фермента с оуботратом за счет гибкост;

**"цжыер. Mg*',

уУН$-группы диаминокислот, азот некото-

пептидной цепи фермента и конформациокыых сдвигов в молекуле оубст;

яофермектов (ТДФ, НАД"**, НАДФ , пиридокоальфосфат). Электрефильные

та, то есть возникающее соответствие (коплементариость) фермента и

'ппы, притягивая к себе электроны, дестабилизируют электронную стру-

субстрата является индуцированным, поскольку оно появляется за счет

гуру субстрата.

их взаимного влияния друг на друга.

^

7. В активном центре ферментов ореда имеет гидрофобный характер,

Конформадиодыые изменения в молекуле субстрата, возникающие ПИ иа нет доступа молекулам воды (за исключением случае;-,

когда вода

его соединении с активюм центром фермента, обусловливают появление

ияется одним из реагирующих веществ). Пщрофобная среда обусловли-

напряжения связей в субстрате (эффект "дыбы"), и это деформирует, д<

стабилизирует структуру субстрата, способствует возникновению лере

йт дегидратацию субстрата,

что уменьшает объем вступажмдих в реакцию

ходного (активированного) состояния.

Единений, она способствует образованию гидрофобных взаимодействий

я присоединении субстрата, она также повывает реакционную способ-

4 .

сть полярных групп.

В процесса акта катализа электронная структура субстрата ра

патывается, его молекула дестабилизируется, возникает неустойчивое

8. Системой или цепью переноса заряда в активных центрах некото-

переходное (активированное) состояние, приводящее к разрыву связей

или к образование новых овязей и превращению субстрата в продукты pt

ч ферментов называют группу рядом расположенных аминокислот, функ-

- 50 -

- 51 -

та другими группировками. Считают, что такая система производит

твертжчной), каталитической активностью, чувствительностью к алло-

"энергетическую подзарядку" активного центра. В этой системе одна

стерическим модуляторам, физико-химическими свойствами (изоэлектра-

бя протона.

12. Й основе существования изоферментов лежит синтез различных

9.

В каталитическом акте основвыми механизмами, ускоряющими

враирние субстрата в продукты реакции, являются механизмы кислотно

генетически запрограммированных белков или белковых субъединиц.

Наличные изоферменты одного и того же семейства неодинаково рас­

они разделяются на:

относительной специфичностью действия.

а) Диссоциированные мультяферлектные системы (например, ферменй^

системы гликолиза, синтеза некоторых углеводов, липидов, аминокис.

14. Црн повышении концентрации фермента (при избытке субстрата)

стамяют собой ассоциацию ферментов, имеющую много общего с образА*

15. Цри увеличении концентрации субстрата сначала скорость фер­

нием четвертичной структуры белков. 3 этих комплексах сокращается

ментативной реакции быстро возрастает, в дальнейшем прирост скорости

стояние для перемещения субстратов от фермента к ферменту.

вамеддяется и в конце концов прекращается (кривая Ыихазлиса):

в) Ферментные надмолекулярные комплексы, связанные с мембранам

Константа Михаэлиса (Km) представ­

(например, цепь транспорта электронов во внутренней мембране мито %

ляет собой ту концентрацию субстрэта,

дрий) являются наиболее высоко организованными, ферментными систем

ь

при которой скорость реакции составля­

Мультнфермситные системы обеспечивают направленность метабол *

ет половину максимальной. ЫЫражается

ма, то

есть протекание биохимических процессов в определенном неф,

в молях субстрата на литр. Величина

лении.

обеспечивающем функционирование живых организмов.

Km характеризует каталитическую ак-

I I .

Изоферменты (изоэнзимы, иэозимы) это семейства, генетичес^^сть фермнта: чем она меньше, тем пыле активность Армента,

детерминированные молекулярные формы ферментов. Изоферменты одяол

i

16. Для большинства ферментов скорость катализируемой ими реак-

мейства катализирует одну и ту же реакцию, имеют одно и то же нм

ванне (часто с дополнительными обозначениями цифрами или буквами)

[И при возрастании температуры от С"С до оптимума увеличивается при­

Различаются изоферменты друг от друга своей структурой (первичной

близительно в 2 раза на каждые 10 градусов. Гри дальнейшем повышении

-

52 -

-

53 -

температуры окорость реакции резко падает вслжствие тепловой денату такими структурно сходными с

ее субстратом соединениями, как малоно-

рании белков. Эффект температуры в отношении скорости реакции о б ъ я с-к и сл о т а, окоалоацетат, оксалат.

няется се влиянием на кинетическую

Неконкурентное ингибирование характеризуется тем, что икгиби-

знергию молееул, на колебательные

де имеет отруктурного сходства с субстратом и присоединяется к

дэижония молекул и их частей, ж сое ферменту одновременно с субстратом, при этом возникает тройной хсм-

-Е -

тояние ионизации всех

компонентов рз ддеко фермент-субстрат-ингибитор. Ингибитор, присоединяясь в обЛао-

1—

акции.

гп активного центра или вие его, изменяет конформацию ферментной мо-

Темпсратураый оптимум для больший дэкуды (особенно активного центра), что ведет к потере каталитдчес-

/*?о

активности. Повышением концентрации субстрата вернуть эту актив-

стю ферментов животного Происхождения лежит в области 40-50^С, для

растителъных ферментов -

в интервале 50-80^С.

несть не удается, ^активации можно добиться лишь действием связыва-

Термолабильностью обозначают чувствительность ферментов к темп щих ингибитор веществ. Неконкурентными ингибиторами являются, ж -

ратуре, их быструю инактивацию при превышении оптимальной величины, прмер, иоиы тяжелых металлов, цианиды.

17.

Активность ферментов снижается при отклонении величины pH

Бесконкурентное ингибирование отличается тем, что ингибитор не

может реагировать с ферментом, он соединяется лишь с фермент-субстра­

среды от оптимальной в обе стороны:

тна комплексом, подавляя протекание реакция. Этот ниц ингибирования

Эффект pH среды в отношении окорост

(более редкий, чем другие) встречается обычно в случаях, когда в ре­

ферментативной реакции объясняется его

визия принтаает участие два или большее количество субстрата,

влиянием на ионизацию функциональных

Субстратное ингибирование возникает при избыточной концентра­

групп в активном центре фермента,

а та *

ции в среде субстрата. В этом случае к ферменту может присоединиться

ь*

.гИ

же в молекуле субстрата.

___

добавочная молекула субстрата, вследствие чего образуется непродуж-

ж

у ^

/о /ж

Оытимальнкй pH для м м м м состав* ^

фцжент-субстрятшД комплекс.

1 ,5 -2 ,5 ,

для трипсина -

7 ,5 -8 ,5 , для амилазы слюны -

6 ,8 -7 ,0 . для

Аллостеричеокое ингибирование проявляется при присоединении к

панкреатической липазы -

7 ,0 -8 ,5 .

млостерическому центру фермента отрицательного эффектора (модудято-

18.

Ингибиторами называют вещества, угнетающие каталитическую Рй)* что ведет к конформациоиным перестройкам в молекуле фермента,

активность фермента (ингибиторы следует отличать от денатурирующих захватывающим его активный центр.

белки агентов). Различают ингибирование обратимое и необратимое. Ц *

д ,. Необратимое ингибирование характеризуется прочным (необра-

ся прочным связыванием ингибитора с ферментом.

д* фермента. Необратимым является ингибирование ряда ферментов диизо-

19. Обратимоо ингибировакке ферментов по своему механизму мол ^пмфторфосфатом, иодацетамидом.

быть различным.

;;

21. Активаторами называются вещества, усиливающие каталитичео-

Конкурентное ингибирование вызывается действием веществ, явля

активность ферментов, увеличивающие скорость протекания реакции,

щихся структурными аналогами субстрата. Конкурентный ингибитор сое йданизм действия различных

активаторов различен. Это может быть ак-

няется с активным центром фермента, подменяя собой субстрат. Степа жирование ионами металлов

(участвуют в формировании активного цеи-

ингибарования при этом зависит от соотношения концентраций субстра^

или в связывании субстрата) или активирование восстановителями

и ингибитора, повышением концентрации субстрата можно вытеснить ив

глутатиона, аскорбиновой кисло?ы (предохраняют от окисления ва-

тки, мешающие возникновению активного центра), многие аллоотеричес-

)йаза (окислит ^-молочную кислоту),

уреаза (разлагает мочевину)

кие ферменты активируются при воздействия на их аллостеричаский цент другие форманты.

ферментов называют их способ-

положительных эффекторов (происходят конформационные изменения, за­

^^25. Относительной специфичностью

трагивающие активный центр ферментов),

активирование некоторых фар­

ментов достигается путем ковалентного

присоединения к шм определен м*ь катализировать превращение группы субстратов, обладающих сход-

тупает при ассоциации мономеров или при диссоциации ферментов-олиго­

[чвые. белки), липаза (раощепляет различные триадалглицерикы), ами-

меров. По-видимому возможны и другие механизмы активирования фермен- в а

(разлагает крахмал, гликоген, доктрины) и др.

тов. Димеры:/^*,К+-АТФаза активируется ионами магния, натрия и ка-

стереохтмческой специфичностью

ферме,

ггов обозначают их

лия, деисмоген активируется .

помощью ЯСС. трвпсниогеи активируется

А :

^

катаяизирсвать препращссл лзпь одного из отереоизоме-

энтеропептидазой, фосфорилаэа а

активируется путем ее фосфорилирова-

или

А -,

или у?-,

цисили транс-. Стереохшлическая спе-

ния активной киназой фэсфорплазы, а панкреатическая липаза - желчны­

жфечыость действия ферментов может быть как абсолютной,

так и отно-

ми кислотами.

{удьаой. Напржмер, лзктатдегидрогеназа окисляет лишь (гмзлочнуи

22.

Проферментами или зимогенами называют неактивные предюест-

ыаЛ-стереоизомер (абсолютная стерэохямическая специфич-

веаники ряда ферментов (чаще нротеолитических), функционирующих вне

) , в то же время оксидаза

L -аминокяолот окисляет

^изомеры

да D -формы) целой группы аминокислот

(относительная стереохими-

клеточно. Сюда относятся пепсиноген, трипсдноген, химотрипскноген,

специфичнооть).

нрокарбоксдпалтЕдазы, проаластаза, профоофолжлаза А^. некоторые

тиики свертывающей сиотемы крови и сиотемы комплемента. Активирова

27. В единичных случаях фермент может демонстрировать длойст-

проферментов происходит в процессе их частичного протеолиза. Вцделе

яде указанных ферментов в неактивной форме представляет собой свое

сйецЕфичноотъ - катализировать реакции, действуя на резко раз-

разный мехакиз^защйты м еток, их продуцирующих, от разрушения дута

дчающиеоя со структуре субстраты. Так, коантиноксидаэа окисляет не

пшокоантин и ксантин, но и альдегиды, а трипевн гидролизует

самопереваривания.

Зато пептидных связей также

и сложыоэйярные.

23.

Специфичностью действия ферментов называют их способность

ijj4^28. Особенюстью структуры клетки является ее компартментализа-

катализировать только одну определенную реакцию, воздействуя лишь

один субстрат жди на группу сходных субстратов. В основе специфична

,

т .е . разделение на части

(отсеки) с помощью мембран, ооущеот-

тн ферментного действия лежит высокое соответствие (комплементарном g

избдрателызнй переиос метаболитов и являющихся одним из фак-

обмена веществ,

структ^ы субстрата в активного центра фермента, обеспечивающее "уз

^

^ ^топлазме протекают такие процессы, как распад углеводов

навание" и присоединение субстрата. Следует, однако, помнить, что и

алстсыичесиий распад) и их сингаз (глюкенеогенеа. биосин-

иая копформациенная и электростатическая комплементарность фермента

Й Г ^ ^ и а ) ,

синтез жирных кислот и липидов, превращения амине-

субстрата достигается лишь в процессе их контакта, при образовании

фермент-субстратного комплекса.

В митохондриях локализованы цепь транспорта электронов, окисли­

Различают специфичность действия ферментов абсолютную, относи­

тельную,

стереохимическую и двойственную.

тельное фоофорвлврование, окислительное декарбоковдированже пирува-

ж , цикл трдкарбоновых кислот,^Й-окиоление жирных кислот.

24.

В ядре клетки хранится генетическая информация, здесь происхо-

Абсолютной специфичностью фермента называют его способное^

(образование мРНК и тЕНК;

катализировать превращение лишь одного единственного субстрата. Так

Bg процессы репликации ДНК, транскрипции