Заняття 3

ТЕМА: Механізм дії ферментів і кінетика ферментативних реакцій. Визначення активності ферментів.

АКТУАЛЬНІСТЬ: Сучасна біохімія характеризується широким застосуванням методів визначення активності ферментів в біологічних рідинах та тканинах. Це дозволяє встановити патогенез багатьох захворювань і запропонувати методи їх лікування з використанням сучасних лікарських засобів.

МЕТА: Вивчити та вміти аналізувати механізми дії ферментів та кінетику ферментативних реакцій. Ознайомитися з методами якісного та кількісного визначення активності ферментів у біологічних об’єктах, що дозволяють не тільки вивчити властивості ферментів, особливості їхньої дії та регуляції, але й складають основу діагнозу та прогнозу багатьох захворювань. Визначити специфічність дії ферментів α-амілази слини та сахарази дріжджів.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

ПІД ЧАС ПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

ТЕОРЕТИЧНІ ПИТАННЯ

1.	Сучасні положення про механізм дії ферментів: поняття про енергію активації реакції; утворення фермент-субстратного комплексу і механізми отримання продуктів ферментативної реакції (ковалент-ний та кислотно-лужний каталіз). Значення робіт Е. Фішера і Д.Кошленда.
2.	Кінетика ферментативних реакцій: вплив концентрації субстрату і ферменту на швидкість ферментативної реакції (графічні залеж-ності). Рівняння Міхаеліса-Ментен. Константа Міхаеліса, її визначення і значення.
3.	Активність ферментів. Одиниці виміру ак­­­тивності та кількості ферментів: міжнародні одиниці, катал, питома активність ферменту.
4.	Фактори, що впливають на активність ферментів: концентрація субстрату, концентрація ферменту, концентрація продуктів реакції, температура, рН середовища.
5.	Методи виділення ферментів з біооб'єктів, їх фракціонування (ультрацентрифугування, гель- та іонообмінна хроматографія, афінна хроматографія, електрофорез) і аналіз активності ферментів.
6.	Методи визначення активності ферментів: за кількістю продукту, який утворюється під дією ферменту за одиницю часу, за кількістю витраченого субстрату за одиницю часу. Спектрофотометричні методи визначення активності ферментів та візуалізація результатів ферментативної реакції.

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Константа Міхаеліса для ферменту визначає:

А. Ступінь спорідненості ферменту до продукту реакції

В. Ступінь спорідненості ферменту до субстрату

С. Ступінь спорідненості ферменту до інгібітору

D. Середню швидкість ферментативної реакції

Е. Максимальну швидкість ферментативної реакції

2. Продовжите фразу «Незначна зміна рН середовища впливає на молекулу ферменту, змінюючи…»:

А. Структурний рівень організації молекули ферменту

В. Ступінь поляризації амінокислотних радикалів в активному центрі

С. Товщину гідратної оболонки ферменту

D. Оптичні властивості ферменту

Е. Біологічну функцію ферменту

3. Укажіть показник, який використовують при визначенні питомої активності ферменту, знаючи його загальну активність:

А. Концентрація даного ферменту в досліджуваній пробі

В. Концентрація білка в досліджуваній пробі

С. Концентрація субстрату в досліджуваній пробі

D. Константа Міхаеліса для даного ферменту

Е. Максимальна швидкість досліджуваної ферментативної реакції.

4. Укажіть прізвище вченого, який запропонував гіпотезу «індукованої відповідності»:

А. Г. Кребс В. Д. Кошленд С. М. Ментен D. Ф. Крік Е. К. Функ

5. Виберіть фактор, який не впливає на значення константи дисоціації фермент-субстратного комплексу:

А. Концентрація субстрату В. Хімічна природа ферменту

С. Концентрація ферменту

D. Концентрація фермент-субстратного комплексу

Е. Ступінь спорідненості ферменту до субстрату

6. У ході ферментативного каталізу при утворенні фермент-субстратного комплексу:

А. Змінюється конформація субстрату

В. Змінюється конформація ферменту

С. Встановлюється індукована комплементарна відповідність між

ферментом і субстратом

D. Зближуються функціональні групи, що приймають участь в ката- лізі

7. Яка з перелічених властивостей ферментів лежить в основі їх якісного та кількісного визначення у біологічних об’єктах?

А. Здатність проявляти максимальну активність при визначеному рівні рН середовища

В. Залежність від присутності у середовищі різноманітних актива- торів та інгібіторів

С. Специфічність

D. Термолабільність

Е. Гальмування реакції її продуктами

8. У пробірку з невідомим субстратом додали екстракт з дріжджів. Після 15 хвилин інкубації суміш у пробірці дала позитивну реакцію Фелінга. Який субстрат був у пробірці?

А. Крохмаль В. Сахароза С. Лактоза D. Глікоген Е. Целюлоза

9. Після 10 хвилин інкубації крохмаля зі слиною реакційна суміш дає жовтий колір з йодом і позитивну реакцію Фелінга. У середовищі присутні:

А. Амілодекстрини В. Фруктоза і глюкоза

С. Сахароза D. Еритродекстрини

10. Яке явище лежить в основі механізму дії ферментів?

А. Зближення груп, які входять до активного центру ферменту

В. Утворення фермент-субстратного комплексу

С. Зміна електричного заряду ферменту

D. Зміна просторової конфігурації

Е. Гідроліз ферменту

11. Укажіть метод досліджень, який використовується для виділення ферментативних систем окремих субклітинних фракцій з гомогенату тканини:

А. Діаліз В. Ізоелектричне фокусування С. Якісний аналіз

D. Диференційне центрифугування Е. Рентґеноструктурний аналіз

12. Укажіть одиницю активності ферменту, яка визначається кількістю ферменту, що перетворює 1 моль субстрату за 1 секунду за оптимальних умов:

А. Катал В. Стандартна міжнародна одиниця

С. Умовна одиниця D. Число оборотів Е. Молярна активність

ПРАКТИЧНА РОБОТА

Визначення специфічності дії ферментів α-амілази слини (α-1,4-глюкан-4-глюканогідролази; КФ 3.2.1.1) та сахарази дріжджів (β-D-фруктофуранозидфруктогідролази; КФ 3.1.1.26)

Завдання 1. Приготувати екстракт з дріжджів, який містить фермент сахаразу.

Хід роботи. Розтерти у ступці шматочок дріжджів з 10-15 мл дистильованої води та профільтрувати.

Завдання 2. Перевірити дію амілази на крохмаль і на сахарозу.

Принцип. Про активність ферменту судять за його дією на субстрат: за зникненням субстрату або за появою продуктів його розщеплення. Розщеплення крохмалю виявляють за негативною реакцією з реактивом Люголя. Розщеплення сахарози виявляють за позитивною реакцією з реактивом Фелінга, яку дають продукти гідролізу сахарози (глюкоза і фруктоза), але не дає сахароза.

Хід роботи. У дві пробірки вносять по 0,5-1 мл слини: у першу додають 3-5 мл 1% розчину крохмалю, у другу – 3-5 мл 1% розчину сахарози, добре перемішують і ставлять у термостат при 37°С на 15-20 хвилин. Після цього у першу пробірку додають 3-4 краплі реактиву Люголя і переконуються в гідролізі крохмалю; зі вмістом другої пробірки проводять реакцію Фелінга і переконуються у відсутності гідролізу сахарози.

Техніка реакції Фелінга: до 1-2 мл досліджуваного розчину додають однаковий об’єм реактиву Фелінга (CuSО₄ + NaOH) та кип’ятять у полум’ї горілки. При наявності у розчині моносахаридів випадає осад червоного кольору (Сu₂О), який утворюється в результаті відновлення міді за рахунок окиснення карбонільних груп моносахаридів.

Завдання 3. Перевірити дію сахарази на крохмаль і cахарозу. Принцип: той же.

Хід роботи. У дві пробірки вносять по 0,5-1 мл екстракту дріжджів;у першу додають 3-5 мл 1% розчину крохмалю, у другу - 3-5 мл 1% розчину сахарози; добре перемішують і ставлять у термостат при температурі 37°С на 15-20 хвилин. Після цього у першу пробірку додають 3-4 краплі реактиву Люголя і переконуються у відсутності гідролізу крохмалю; зі вмістом другої пробірки проводять реакцію Фелінга і переконуються у наявності гідролізу сахарози.

Оформлення роботи: заповнити таблицю.

№ про- Бірки

Фермент

Субстрат

Умови досліду

Результати реакції

Висновки

Практичне значення роботи. Ферменти, що мають абсолютну субстратну специфічність, використовуються в клініці як аналітичні реагенти для визначення речовин, що є їх субстратами. Наприклад, уреаза використовується для визначення сечовини в біологічному матеріалі та лікарських препаратах; глюкозооксидаза – для визначення кількості глюкози в крові та сечі. Ферменти з абсолютною та відносною груповою субстратною специфічністю мають меншу вибірковість дії на субстрати, беруть участь, як правило, у гідролізі поживних речовин або в перетворенні чужорідних сполук. Наприклад, α-амілаза і сахараза проявляють специфічність не до структури субстрату в цілому, а до типу глікозидних зв’язків, що мають місце у відповідних вуглеводах.