1. Конкурентное ингибирование

К конкурентному ингибированию относят обратимое снижение скорости фермен реакции, вызванное ингибитором, связывающимся с активным центром фермента и препятствующим образованию фермент-субстратного комплекса. Такой тип ингибирования наблюдают, когда ингибитор - структурный аналог субстрата, в результате возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за место в активном центре фермента. В этом случае с фермом взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплексы фермент-субстрат (ES) или фермент-ингибитор (EI). При формировании комплекса фермента и ингибитора (EI) продукт реакции не образуется (рис. 2-21).

Для конкурентного типа ингибирования справедливы следующие уравнения:

Е + S ⇔ ES → E + P,

E + I ⇔ EI.

Класс пример конкуро ингибия - ингибие сукцинатдегидрогеназ-ной реакции малоновой кислотой (рис. 2-22). Малоновая кислота - структурный аналог сукцината (наличие двух карбоксильных групп) и может также взаимодть с акым центром сукци-нат дегидрогеназы. Однако отщепие двух атомов водорода от малоновой кислоты невозможно; следовательно, скорость реакции снижается.

Конкурентные ингибиторы похожи по структуре на субстраты, но не изменяются в ак¬тивном центре ферментов.

Сукцинатдегидрогеназа (СДГ) — фермент цит-ратного цикла, дегидрирует сукцинат, превращая его в фумарат:

Неконкурентное ингибированиеНеконкназывают такое ингибфермен реакции, при котором ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра (рис. 2-24). Неконк ингибиторы не являются структурными аналогами субстрата.Неконкурентный ингибитор может связываться либо с ферментом, либо с фермент-субстратным комплексом, образуя неактивный комплекс. Присоединение неконкурентного ингибитора вызывает изменение конформации молекулы фермента таким образом, что нарушается взаимодействие субстрата с активным центром фермента, что приводит к снижению скорости ферментативной реакции.

Б. Необратимое ингибирование

Необратимое ингибирование наблюдают в случае образования ковалентных стабильных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего модификации подвергается активный центр фермента, В результате фермент не может выполнять каталитическую функцию.

К необратимым ингибиторам относят ионы тяжёлых металлов, например ртути (Hg2+), серебра (Ag+) и мышьяка (As3+), которые в малых концентрациях блокируют сульфгидрильные группы активного центра. Субстрат при этом не может подвергаться химическому превращению (рис. 2-26). При наличии реактиваторов ферментативная функция восстанавливается. В больших концентрациях ионы тяжёлых металлов вызывают денатурацию белковой молекулы фермента, т.е. приводят к полной инактивации фермента.

Колоколообразная форма означает, что существует некоторое оптимальное состояние ионизации фермента, обеспечивающее наилучшие соединение субстратом и катализ реакций.

При резких сдвигах от оптимума рН среды ферменты могут подвергаться конформационным изменениям, приводящим к потере активности вследствие денатурации или изменения молекулы фермента.

3. Рабочая часть ФАМН в окисленном и восстановленном виде. Фермент дыхательной цепи, коферментом которого является ФАМН.

Активной частью молекулы ФАД или ФМН служит изоаллоксазиновое кольцо рибофлавина. Два атома водорода (два протона и два электрона) присоединяются к первому и десятому атомам азота за счет внутримолекулярной перегруппировки двойных связей в кольце.

Реакция восстановления ФМН имеет вид:

Окисленная форма ФМН Восстановленная форма ФМН.2Н.

К числу ферментов дыхательной цепи относятся:

1. Пиридинзависимые дегидрогеназы с коферментом НАД + и

НАДФ+;

2. Флавинзависимые дегидрогеназы (флавопротеиды), у которых простетической группой служат ФМН и ФАД;3. Цитохромы и цитохромоксидаза, их простетической группой является гем.

4. Какому классу ферментов относят сахараза? Какую реакцию она катализирует? Как можно доказать термолабильность этого фермента?

Ферменты, действующие на крахмал (amylum), сахарозу, мочевину (urea), пептиды получили соответственно названия : амилаза, сахараза, уреаза, пептидаза

Под влиянием сахаразы из сахарозы образуются глюкоза и фруктоза. Сахараза, повышает скорость гидролиза сахарозы, и не влияет на крахмал.

С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6(глюкоза) + С6Н12О6(фруктоза)

ТЕРМОЛАБИЛЬНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ

Свойства большинства ферментов ингибироваться при кипячении является характерной особенностью, отличающей биологические катализаторы от химических, и называется термолабильностью.(т.е. ферменты термолабильны – это означает ферменты чувствительны к высоким температурам)

Фермент сахараза катализирует реакцию гидролитического расщепления дисахарида сахарозы с образованием глюкозы и

Фруктозы и это можно определить с помощью реакции Троммера.

5. Дыхательная цепь является частью процесса окислительного фосфорилирования . Компоненты дыхательной цепи катализируют перенос электронов от НАДН + Н+ или восстановленного убихинона (QH2) на молекулярный кислород. Из-за большой разности окислительно-восстановительных потенциалов донора (НАДН + Н+ и, соответственно, QH2) и акцептора (О2) реакция является высокоэкзергонической. Большая часть выделяющейся при этом энергии используется для создания градиента протонов и, наконец, для образования АТФ с помощью АТФ-синтазы.

В процессах тканевого дыхания наиболее важную роль играет цитохромы b c1 c a и a3.Цитохром а3 представляет собой терминальный участок дыхательной цепи – Цитохромоксидазу, котроя осуществляет окисление цитохрома с и образование воды. Элементарный акт представляет собой двухэлектронное восстановление одного атома кислорода т.е. каждая молекула кислорода одновременно взаимодействует с двумя электротранспортными цепями. При транспорте каждой пары электронов во внутримитохондриальном пространстве может накапливаться до 6 протонов.

Комплекс I – НАДН-KoQ-редуктаза, комплекс II – сукцинат-KoQ-редуктаза, но он существует отдельно от остальных комплексов.

I комплекс цепи тканевого дыхания – НАДH∙H+-убихинон-оксидодуктаза.

Первый комплекс является самым большим в дыхательной цепи (представлен 23-30 субъединицами). Он катализирует перенос водорода от НАДH∙H+ на убихинон (рис. 5.1 и рис. 5.3). В его состав входят кофермент ФМН (флавинмононуклеотид) и железосерные белки, содержащие негеминовое железо. Функция этих белков заключается в разделении потока протонов и электронов: электроны переносятся от ФМН∙Н2 к внутренней поверхности внутренней мембраны митохндрий (обращенной к матриксу), а протоны – к внешней поверхности внутренней мембраны и затем высвобождаются в митохондриальный метрикс.

При транспорте протонов и электронов редокс-потенциал первого комплекса снижается на 0,38 v, что вполне достаточно для синтеза АТФ. Однако в самом комплексе АТФ не образуется, а высвобождающаяся в результате работы комплекса энергия аккумулируется (см. ниже образование электро-химического потенциала) и частично рассеивается в виде тепла.

По своему строению ФМН – мононуклеотид, в котором азотистое основание представлено изоаллоксазиновым ядром рибофлавина, а пентозой является рибитол (иными словами, ФМН – это фосфорилированная форма витамина В2).

Функция ФМН заключается в акцепции 2 атомов водорода от НАДH∙H+ и передачи их железосерным белкам. Водород (2 электрона и 2 протона) присоединяется к атомам азота изоаллоксазинового кольца, при этом происходит внутримолекулярная перегруппировка двойных связей с образованием промежуточного семихинона – соединения свободнорадикальной природы (на схеме представлено суммарноеуравнение реакции, где R – остальная часть молекулы)

Рисунок