11. Структура ферментов. Функциональные центры ферментов. Кофакторы ферментов, их классификация и роль в катализе. Связь с витаминами, примеры.

Функциональные центры - участки поверхности молекулы фермента ответственное за взаимодействие с др белками, причем белками или обладающими каталитической активностью (ферментами) или белками, не обладающими каталитической активностью

Подобного рода взаимодействия встречаются при формировании надмолекулярных мультиферментных комплексах.

Пространственная структура свободного фермента и фермента включенного в комплекс меняется, а значит, меняется и каталитическая активность. Субстраты в превращении которых участвуют ферменты по сравнению с самим ферментом очень часто очень мелкие молекулы, понятно, что в образовании энз-субс. комплекса участвует не вся мол-ла фермента, а только какой-то ее участок, какая-то часть ее поверхности. Этот участок пов-ти фермента ответственный за связывание и превращение субстрата и получил название активного центра

В структуру актив, центра входят: в его образование принимают участие не более 10-15 ам.к. остатков определенных образом ориентированных в пространстве по отношению друг к другу. Эти остатки могут далеко располагаться в полипептидной цепи, могут сближаться при формировании третичной структуры.

Хемотрипсин принимают участие 4 ам.к. остатка : 2 остатка гистидина, серин , аспартат Составн. элем, актив, центра часто относится участок остова полипептидной цепи удержив. ам.к. радик. в определенном положении друг к др.

В активный центр фермента входят кофакторы (исключ. некот. ионов металлов). В активном центре условно выделяют 2 участка: а) субстратный - отвечает за связывание субстрата

б) каталитический центр - участок осуществляющий катализ связав. субстрата. Сюда входит кофактор. Кофактору и функ гр. присуща большая роль.

В составе многих ферментов так же кроме активных центров имеются регуляторные центры.

а) Аллостерический центр б) Центр ковалентной модификации в) Центр связывания с белками и регуляторами

Аллостер. центр - центр, находящийся в другом месте от активного центра - участок на пов-ти фермента образованный определенным образом ориентированных ам.к. радикалов. Его 3 мерная структура комплементарна низкомолекулярным лигандам - кот. выступают в качестве регуляторов. цАМФ, АТФ. Присоединение аллост. модуляторов к аллост. центру приводит к изменению конформации белка, что сопровождается изменением пространственной структуры ферм, и изменен, к катализу. 1. Если присоединение модулятора повышает активность - аллостерич. активатор 2. Если понижает - аллостер ингибитор. Связыв. модул, с актив, центром - обратима. Никогда не возникает ковалентная связь. Активность определяется концентрацией модуляторов. Аллостер ферм, имеют как правило 4 структуру. Один и тот же фермент имеет 2 и более актив, центра кот комплемент, разный модуляторам.

12. Активация и ингибирование ферментов. Ингибирование конкурентного и неконкурентного типа. Использование ингибиторов в качестве лекарственных препаратов, в том числе стоматологии.

Активаторы повышают, т.е. активируют каталитическую активность ферментов. Основные механизмы активации.

вытеснение ингибитора или отщепление его от фермента. Например, соляная кислота, пепсиноген HCl→ пепсин →ингибитор Отщепляет от пепсиногена ингибитор в результате этого неактивный фермент - пепсиноген превращается в активный фермент - пепсин, эффективно расщепляющий белки в составе желудочною сока.

Активатор может связываться с субстратом, обеспечивая более эффективное взаимодействие субстрата с активным центром. Такова роль ионов магния во многих реакциях идущих с участием АТФ.

Активатор может способствовать присоединению кофактора к апоферменту.

Активаторы иногда способствуют формированию каталитически активной пространственной структуры фермента.

Активация за счет присоединения к аллостерическому центру фермента положительного аллостерического модулятора. Его называют активатором. Это присоединение сопровождается изменением конформации. Активаторами аллостерическими может являться фосфорная кислота, АТФ, АДФ и др.

Ингибиторы - это вещества, снижающие вплоть до полного прекращения каталитическую активность ферментов. В качестве ингибиторов могут выступать самые разнообразные вещества от самых простых (ионы металлов) до высокомолекулярных соединений типа белков.

Ингибирование делят на обратимое и необратимое. При нем происходит разрушение пространственной структуры фермента в связи с этим фермент не может восстановить первоначальную активность. Необратимыми ингибиторами являются концентрированные кислоты, щелочи поскольку они вызывают серьезные денатурации. Наиболее часта причина это образование недиссоциирующего Энзим - ингибиторного комплекса. Е + J → ЕJ. Обратное восстановление энзима невозможно.

При обратимом ингибировании образовавшийся энзим-ингибиторный комплекс нестойкий и поэтому способен диссоциировать на свободный энзим и ингибитор. Е + J →←EJ. Различают 2 вида обратимого ингибирования

1) Конкурентные ингибиторы конкурируют с субстратом за обладание активным центром фермента. По структуре они похожи на субстрат. Присоединяются к адсорбционному центру фермента: действуют на стадии I-го этапа ферментативного катализа. конкурентные ингибиторы уменьшают сродство фермента к субстрату. Они не изменяют Vmax ферментативной реакции: при повышении концентрации субстрата действие конкурентных ингибиторов можно преодолеть - молекулы конкурентного ингибитора постепенно вытесняются субстратом с активного центра фермента. 2) Неконкурентные ингибиторы связываются с аллостерическим центром фермента. Происходят изменения конформации аллостерического центра, а затем, через всю молекулу, они передаются на каталитический центр. Изменение конформации каталитического центра вызывает снижение активности фермента. Поэтому неконкурентные ингибиторы уменьшают Vmax - снижают скорость протекания II-го этапа ферментативного катализа. Не изменяют сродство фермента к субстрату.

13. Регуляция активности ферментов, ее физиологическое значение. Основные механизмы регуляции: аллостерическое модулирование, ковалентная модификация и белок-белковые взаимодействия. Примеры метаболических путей, регулируемые с помощью этих механизмов.

Активация ферментов это один из механизмов, с помощью которого клетки меняют свой метаболизм. Существует 2 типа регуляции работы ферментов

1) СРОЧНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ. Изменение активности имеющихся в клетках ферментов. Реализуется быстро.

2) ЗАМЕДЛЕННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ. Реализуется за счет изменения концентрации самих ферментов в клетках. Изменение концентрации ферментов в клетках достигается 2 путями: за счет усиления синтеза или за счет изменения распада.

Механизмы срочной регуляции. Регуляция с изменением активности имеющихся в клетках ферментов. В процессах срочного регулирования важнейшая роль, принадлежит следующим 5 механизмам.

1.Образование ферментов из предшественников(проферментов). В случае необходимости под действием специфических ферментов, а иногда других агентов, путем ограниченного протиолиза от профермента отщепляется различной длины полипептидные цепи и формируется активный фермент. В виде проферментов в крови циркулирует целый ряд факторов свертывания крови.

2. Обратимое ингибирование конкурентного типа. Конкурентные ингибиторы конкурируют с субстратом за обладание активным центром фермента. По структуре они похожи на субстрат. Присоединяются к адсорбционному центру фермента: действуют на стадии I-го этапа ферментативного катализа. конкурентные ингибиторы уменьшают сродство фермента к субстрату. Они не изменяют Vmax ферментативной реакции: при повышении концентрации субстрата действие конкурентных ингибиторов можно преодолеть - молекулы конкурентного ингибитора постепенно вытесняются субстратом с активного центра фермента.

З. Аллостерическое ингибирование или активация с участием механизма положительной или отрицательной обратной связи. Наиболее частый механизм регуляции. Причем в клетках встречаются механизмы и активации и ингибирования. Это механизм, с помощью которого клетка узнает, когда данного вещества произведено достаточно. Перекрест метаболических путей достаточно сбалансирован и одно и то же соединение может использоваться во многих ферментативных реакциях. Так регулируется синтез холестерина, пуриновых и пиримидиновых метаболитов и др. метаболические пути. Механизм аллостерической активации очень часто встречается как активация предшественникам. Типичным примером может быть эффект который наблюдается у бактерий синтезирующих изолейцин из треонина. Аллостер. активация широко используется и при активировании различных процессов которые обеспечивают клетки энергии. Например, АДФ, АМФ, фосфорная кислота и пирофосфат увеличивают активность целого ряда ферментов, работа которых обеспечивает клетки в виде энергии АТФ. 4. Ковалентная модификация ферментов с помощью ковалентной связи присоединяется модулятор. Присоединение сопровождается изменением конформации фермента-изменение катализа.

5. Белок-белковое взаимодействие. Участок пов-ти фермента комплиментарен поверхности белка модулятора. Связывание сопровождается изменением структуры акт центра- изм эффективности катализа.