Питання до контрольної роботи з біологічної хімії

«Загальні закономірності метаболізму»

Ферменти та коферменти. Регуляція метаболізму.

1. Ферменти: визначення; властивості ферментів як біологічних каталізаторів.

Ферменти – це біологічні каталізатори білкової природи,які синтезуються в клітинах живих організмів і забезпечують необхідні швидкість і координацію бх реакцій, що становлять обмін речовин (метаболізм).

Властивості:

• Підвищують швидкість перебігу як прямої, так і зворотньої реакції перетворення субстрату, не змінюючи константи рівноваги та зменшуючи термін часу.

• Протягом реакції, фермент певним чином взаємодіє з субстратом,що перетворюється, але до складу кінцевих продуктів реакції не входить. Під час перебігу реакції фермент регенерується.

• Є високоспецифічними каталізаторами. Діють лише на структурно близькі субстрати. Здатні перетворювати лише Л-моносахариди/амінок-ти або лише Д-моносах./а-кти.

• Каталітична активність чутлива до змін фіз-хім властивостей середовища,які мможуть впливати на структурну організацію молекул, спричиняючи їх денатурацію.

• Активність ферментів і швидкість перебігу реакцій підвищується під дією активаторів, і пригнічується під дією інгібіторів.

2. Класифікація та номенклатура ферментів, характеристика окремих класів

ферментів.

Номенклатура – тривіальна або систематична.

Систематична: хімічна назва субстрату, що каталізується,тип реакції, суфікс –аза. (ацилтрансфераза)

Тривіальна: хімічна назва субстрату + -аза, або загальноприйняті, історично установлені назви. (пепсин…)

Класифікація:

• Оксидоредуктази. Кат.ок-відн реакції. Дегідрогенази,оксидази,цитохроми.

• Трансферази. Міжмолекулярний перенос різних груп. Аміно-, метил-, ацил-, фосфо-, глікозилтрансферази, кінази(фосфорилюв. субстратів за рахунок фосф. залишку АТФ)

• Гідролази. Каталізують реакції гідролізу (розщеплення субстратів за рахунок води). Естерази, пептидази, протеази, глікозидази.

• Ліази. Каталізують реакції розщеплення ковалентних зв’язків між атомами С N O S негідролітичним шляхом. Декарбоксилази (відщеплюють від органічних кислот СО2), дегідратази (мінус Н2О, плюс =), альдолази (розщеплюють С-С зв. з утв. альдегідів).

• Ізомерази. Реакції ізомеризації субстратів. Рацемази,епімерази.

• Лігази. Реакції синтезу біомолекул за рахунок енергії АТФ.

3. Будова та механізми дії ферментів. Активний та алостеричний (регуляторний) центр.

Будова: прості,складні. Складні(холоферменти) мають небілкову частину. Прості скл тільки з білкової частини.

Білкова частина складного білка-ферменту називається апофермент(апоензим), небілкова-кофермент( коензим). Апофермент+кофермент=холофермент.

Активний центр – ділянка молекули ферментного білка, що взаємодіє з субстратом під час ферментативної реакції і необхідна для перетворення субстрату. Структура акт.ц : - ділянка що зв’язує субстрат, -каталітично активна ділянка (містить хімічні групи, які беруть участь в перетворенні субстрату).

Алостеричний центр – додатковий регуляторний центр, з яким взаємодіють алостеричні регулятори (ефектори,модулятори). Це такі ділянки молекули ферменту поза його активним центром, що здатні зв'язуватися слабкими типами зв’язків (означає – зворотньо) з тою або іншою речовиною (лігандом). Таке зв'язування приводить до такої конформаційної перебудови молекули ферменту, що поширюється і на активний центр, полегшуючи, або затрудняючи (сповільнюючи) його роботу. Відповідно такі речовини називаються алостеричними активаторами або алостеричними інгібіторами даного ферменту. Механізм дії: Ферменти збільшують швидкість реакції,яку каталізують . При відсутності ферменту практично ніякі реакції не відбуваються.

Процес ферментативного каталізу умовно можна розділити на три етапи:

1. приєднання молекули субстрату (S) до фермента (Е);

2. утворення проміжного фермент-субстратного комплексу та послідовне його перетворення на один або кілька перехідних (ЕS, ЕS^х, ЕS^хх) з подальшим утворенням нестабільного комплексу фермент-продукт (ЕР);

3. вивільнення продуктів реакції (Р) та фермента (Е). 

Спочатку субстрат зближується з ферментом та орієнтується відносно його активного центра » зв’язування, утворення фермент-субстратного комплексу » комплекс перетворюється на один або декілька проміжних продуктів, послаблюються зв’язки в субстраті » відокремлюються продукти реакції.

4. Кофактори та коферменти. Будова та властивості коферментів, вітаміни як

попередники в біосинтезі коферментів.

Кофактори – низькомолекулярні небілкові сполуки, потрібні для реалізації ферментом своєї каталітичної активності. Це біоорганічні сполуки або іони металів. Вони можуть розглядатися як «допоміжні молекули/іони», які допомагають в біохімічних перетвореннях білка. Є органічні і неорганічні кофактори.

Органічні: Неорганічні:

Коферменти Іони металів

Простетичні групи

Коферменти(коензими) – біоорг сполуки небілкової природи, необхідні для дії ферменту, тобто перетворення субстрату в каталітичному розщепленні. Можуть сполучатись з апоферментом нековалентними або ковалентними звязками. Коферменти постійно споживаються і переробляються в процесі обміну речовин, одні ферменти зазвичай додають кофермент до ферментів, а інші усувають їх. Молекули коферментів часто є вітамінами або утворюються з них. Багато коферментів містять нуклеотиди як частину своїх структур, наприклад АТФ і НАД⁺

Коферменти-похідні вітамінів:

вітаміну В₁, - тіаміндифосфат;

вітаміну В₂ - флавінмононуклеотид (ФМН);

вітаміну В₆ - піридоксальфосфат, піридоксамінфосфат;

пантотенової кислоти - коензим А;

вітаміну В₁₂ - метилкобаламін, дезоксиадено-

зилкобаламін;

вітаміну Н (біотину) - карбоксибіотин;

фолієвої кислоти - тетрагідрофолієва кислота;

динуклеотиди (похідні нікотинаміду - НАД, НАДФ; похідна рибофлавіну - ФАД);

нуклеотиди - похідні пуринів та піримідинів (АТФ, АДФ, ЦТФ, ЦДФ, УТФ, УДФ);

комплекси порфіринів з іонами металів.

5. Коферменти: типи реакцій, які каталізують окремі класи коферментів.

6. Ізоферменти, особливості будови та функціонування, значення в

діагностиці захворювань.

Ізоферменти – множинні молекулярні форми одного й того ж ферменту. Каталізують одну й ту ж саму бх реакцію, але відрізняються за фіз-хім і каталітичними властивостями. Різні ізоферменти одного фермнету можуть бути присутніми в різних органах і тканинах.

Прикладом можуть бути ізоферменти лактатдегідрогенази (ЛДГ) - ферменту, що каталізує оборотну реакцію перетворення піровиноградної кислоти в молочну. За своєю молекулярною будовою ЛДГ є тетрамером, що побудований із протомерів двох типів: Н (серцевого - heart, англ.) та М (м'язового - muscle). В організмі людини присутні п'ять комбінацій зазначених протомерів, які створюють різні ізоферменти ЛДГ: ЛДГ₁ (Н₄), ЛДГ₂ (Н₃М₁), ЛДГ₃(Н₂М₂), ЛДГ₄ (Н₁М₃) та ЛДГ₅ (М₄). Вони розподілені переважно в різних органах (міокарді, печінці, скелетних м'язах, нирках тощо). Ці ізоферменти розрізняються за своєю електрофоретичною рухомістю і їх визначення в плазмі крові має діагностичне значення для виявлення пошкоджень мембранних структур клітин, що спостерігаються при різних захворюваннях. Зокрема, при інфаркті міокарда збільшується концентрація в плазмі ізоферменту ЛДГ₁, а при інфекційному та токсичному гепатиті - ізоформ ЛДГ₄ та ЛДГ₅, характерних для клітин печінки.