Характеристика ферментативного катализа.

Механизм каталитического действия ферментов: одна из наиболее важных проблем энзимологии, изучением которой занимались Михаэлис и Ментон.

Различают несколько стадий катализа:

I - присоединение S + E

II - образование SE- комплекса E + S ES P + E,

III - отрыв P и освобождение E

где Е – фермент, S – субстрат, Р – продукт реакции, ES – фермент-субстратный комплекс .

Самая быстрая I стадия;

Молекулярная масса фермента в 100-1000 раз больше чем молекулярная масса S, поэтому молекула S при ферментативной реакции связывается не со всем ферментом, а только с его определенным участком, который называется активным центром (или каталитическим участком), АЦ – это уникальная комбинация АК остатков в молекуле фермента, которая обеспечивает непосредственное взаимодействие фермента с молекулой субстрата и принимает непосредственное участие в акте катализа. Именно АЦ фермента определяет его специфичность и каталитическую активность.

Факторы, влияющие на скорость ферментативной реакции:

Температура, pН, концентрация Е и S, наличие активаторов и ингибиторов.

1. Ферменты термолабильны

При t +80⁰ С ферменты разрушаются

При t ниже 0⁰С- теряют активность, но не

разрушаются

При t 35-45⁰ С проявляют max активность

(т.е. это t оптимум для фермента)

t (⁰С)

10 20 30 40 50 60 70

2. Активность фермента зависит от pH среды:

оптимум рН для пепсина 1.0-2,5

для амилазы 6,8- 7,2

3.Концентрация S и Е.

Скорость ферментативной реакции прямо пропорциональна концентрации S и Е., однако слишком высокая концентрация S может ингибировать скорость ферментативной реакции.

Константа Михаэлиса (КМ) была выведена Михаэлисом и Ментеном в 1913году.

КМ = концентрации S(ммоль), при которой V ферментативной реакции = ½ V max

Зная КМ можно рассчитать оптимальную концентрацию S для проведения данной ферментативной реакции.

4. Активаторы и ингибиторы.

Активаторы – вещества, которые повышают активность Е

Например: ионы Cl для L-амилазы, пепсина; желчные кислоты для липазы;

активный пепсин для пепсиногена.

Ингибиторы – вещества, которые снижают активность Е.

Ингибирование м. б. конкурентным и неконкурентным (или ретроградным)

Конкурентное ингибирование возможно, если S и I одинаковые по строению, т.е. между ними идет конкуренция за взаимодействие с АЦ фермента. Если больше S, то образуется SE- комплекс, а если больше I ,то IЕ-комплекс.

Ингибиторами м.б. вещества, которые связывают АЦ фермента: соли тяжелых металов в min концентрациях связывают- SH группы фермента, а значит тормозят активность Е (монойодуксусная кислота), синильная кислота и её соли связывают Fe в гемсодержащих Е и др.

Ингибиторами могут быть антиферменты: н-р активность трипсина тормозят L1- антитрипсин (или антипротеазный I);

Антиферменты связывают Е временно, а при определенных условиях легко отделяются от Е, и активность его восстанавливается.

Ретроградное ингибирование – это ингибирование активности Е продуктом реакции (Р), точнее определенной его концентрацией, которые (Р) либо изменяют рН среды (как для пепсина АК), либо сами являются I для Е.

ЗНАЧЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ.

Условно, ферментологию (науку о ферментах) можно разделить на три части:

10.1.Ферментотерапия

10. 2.Ферментопатология

10. 3.Ферментодиагностика

Ферментотерапия – использование ферментов для лечения заболеваний:

1. Ферменты ЖКТ (пепсин, трипсин, липаза и др.) используются с заместительной целью при недостаточности соответствующих отделов ЖКТ.

2. Трипсин применяется наружно для очистки гнойных ран и внутримышечно, как противовоспалительное средство при остеомиелитах и гайморитах;

3. Фибринолизин применяется при тромбозах.

Используется также и конкурентное ингибирование активности ферментов, например: сульфаниламидные препараты, являются I для Е кокков (т.к. они имеют строение аналогичное строению субстратов на которые действуют кокки).

Фтивазид – является структурным аналогом никотиновой кислоты, которая необходима для развития палочек Коха.

Ферментопатии (энзимопатии) – заболевания связанные с нарушением деятельности фермента.

Наследственные (врождённые) ферментопатии, их причиной является нарушение синтеза фермента. Эти заболевания сохраняются всю жизнь и передаются по наследству.

Впервые А. Гаррод (в 1908г.), ввел этот термин, назвав их «врождённые ошибки метаболизма» (т.к. нарушается генетический аппарат клетки).

Примеры врождённых ферментопатий: Фенилкетонурия (или фенилпиро-виноградная олигофрения), причина - нарушение превращения фенилаланина в тирозин, из-за недостаточности (или отсутствия) фермента фенилаланин-гидроксилазы. В организме идет накопление фенилаланина, который распадается с образованием токсических продуктов, нарушающих обмен веществ в организме (особенно в клетках ЦНС), клинически это проявляется задержкой развития и психической неполноценностью ребёнка.

Гликогенозы – причина данных заболеваний в нарушении деятельности ферментов участвующих в синтезе или распаде гликогена (см. углеводный обмен).

Ферментопатии могут быть и приобретенные:

1)Алиментарные, при неполноценном питании и недостатке важных соединений, н-р витаминов, которые являются коферментами для многих ферментов.

2)Токсические ферментопатии, которые развиваются в результате действия каких-либо токсических веществ, тормозящих действие фермента.

При устранении причины алиментарные и токсические ферментопатии излечиваются.

Ферментодиагностика – применение знаний о ферментах для диагнос-тики заболеваний. Ферментодиагностика основана на следующем:

• во-первых: каждый орган или ткань имеет характерный набор ферментов и появление их в крови позволяет локализовать патологию;

• во-вторых: в организме здорового человека поддерживается состояние динамического равновесия между процессами катаболизма и анаболизма. Поэтому содержание ферментов в крови является величиной относительно постоянной, а повышение или снижение активности фермента свидетельствует о патологических процессах.

В основе любого неотложного процесса лежит нарушение деятельности ферментных систем. При многих заболеваниях изменяется избирательно ферментативная активность. Определение ферментативной активности достаточно информативно. В настоящее время исследуют примерно 60 ферментов, каждый из которых имеет свои физиологические и патологические границы.

Подъем активности фермента происходит, прежде всего, за счет выхода из клеток в кровяное русло. При этом в поврежденном органе активность фермента падает, а в крови поднимается. Кроме того, нарушается проницаемость клеточных мембран, повышается синтез фермента (по механизму обратной связи).

К повышению активности ферментов приводят:

• некроз и лизис клеток,

• повышение проницаемости клеточных мембран, как следствие гипок-сии, нарушения генетического обмена клетки, в результате действия вирусов, бактерий, лекарственных и химических веществ.

Понижение активности фермента вызывают:

• нарушенный синтез фермента,

• инактивация фермента,

• ингибирование фермента (лекарственные вещества, вирусы, химические вещества и др.)

• повышенное выделение (потеря) с мочой.

Изменение активности фермента классифицируется, как и белковые нарушения:

• дисферментемин (т.е. гипер - или гипо -)

параферментемин (появление ферментов, которых в норме не встречаются)