2. Ферменти, особливості їх будови. Прості та складні ферменти.

Ферменти - це високомолекулярні біологічно активні речовини білкової природи, які каталізують всі реакції в живому організмі, тобто - це біологічні каталізатори білкової природи.

В природі існують як прості, так і складні ферменти. Перші повністю представлені поліпептидними ланцюгами і при гідролізі розпадають виключно на амінокислоти. Прикладами простих ферментів є пепсин, трипсин, папаїн, уреаза тощо. Більшість природних ферментів належать до класу складних білків, які містять окрім білків, небілковий компонент (кофактор). Комплекс фермента з кофактором називається холоферментом, а поліпептидна частина ферменту - апоферментом.

Кофактори поділяють на три групи: коферменти, простетичні групи, активатори.

Простетичною групою є небілковий компонент зв’язаний з апоферментом міцно ковалентими зв’язками.

Коферментом є небілковий компонент зв’язаний з апоферментом відносно слабкими (водневі зв’язки, електростатичні взаємодії тощо) хімічними зв’язками

Активаторами ферментів виступають іони металів Mg²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, які прискорюють реакції, що каталізуються ферментами. Вважають, що ці іони заставляють молекулу ферменту приймати форму, що сприяє створенню фермент-субстратного комплексу.

Оскільки часто молекули субстратів, що беруть участь у реакції мають невеликі розміри у порівнянні з молекулами ферментів, було припущено, що в безпосередній контакт з молекулою субстрату вступає лише частина молекули ферменту. Тому виникло поняття Активний центр, що представляє собою ділянку ферменту, з якою безпосередньо зв’язується субстрат. Активний центр ферменту складається не з послідовності амінокислот, а формується при скручуванні білкової молекули в третинну структуру. При цьому окремі ділянки амінокислот зближуються між собою, утворюючи певну конфігурацію активного центру.

3. Будова, біологічна роль та шляхи утворення атф у живому організмі, типи фосфорилювання.

Процес утворення та запасання енергії, пов’язаний з перенесенням фосфоровмісних сполук, тобто процес утворення АТФ називається фосфорилюванням. Основною умовою фосфорилювання, тобто утворення АТФ, є наявність окислювально-відновних процесів, в основі яких лежить перенесення електронів і водню.

Механізми цих процесів істотно розрізняються залежно від використання енергії сонячного світла (у автотрофів) чи енергії окислювання органічних речовин (у гетеротрофов). Однак загальним для обох випадків є те, що в основі окислювально-відновних процесів лежить перенесення електронів і водню.

При відсутності світла автотрофні організми існують за рахунок тих же енергетичних і конструктивних процесів, що і гетеротрофні.

Фотофосфорилювання – процес фосфорилювання АДФ (утворення АТФ), пов’язаний з одним або більше ланцюгів перенесення електронів та водню внаслідок поглинання світла фоточутливими системами при фотосинтезі за рахунок використання сонячної енергії

Процес утворення органічних речовин з оксиду вуглецю (IV) під впливом сонячного світла називається фотосинтезом.

В загальному вигляді процес фотосинтезу зображають так:

І етап (фотоліз). Фотосинтез у рослин починається з процесу мобілізації водню та електронів в результаті фотохімічного розкладу води під впливом сонячного світла (фотолізу), що здійснюється за участю хлорофілу:

ІІ етап. Процес перенесення електронів і водню при фотофосфорилюванні. При цьому утворюється АТФ.

ІІІ етап (темнова фаза). Відбувається асиміляція СО₂ з утворенням органічних речовин.

Окислювальне фосфорилювання – процес утворення АТФ при біологічному окислюванні, пов’язаний з перенесенням електронів та водню від субстрату на кисень.

Процес, коли в реакціях біологічного окислення водень з’єднується з киснем повітря, називається тканинним диханням.

Всю систему тканинного дихання називають ще дихальним ланцюгом. Процес дихання відбувається у мітохондріях, які є енергетичними станціями клітини.

Дихальний ланцюг починається з ферментів дегідроґеназ, що каталізують дегідрування субстратів.

У дихальний ланцюг входять також цитохроми — хромопротеїди, що здатні переносити електрони завдяки наявності в їх складі заліза, яке може переходити із тривалентного у двовалентне. Нині вивчено вже кілька десятків цитохромів.

Інтенсивність дихання регулюється відношенням АТФ/АДФ. Чим менше це відношення, тим інтенсивніше відбувається дихання, забезпечуючи утворення АТФ. Підвищення рівня АТФ знижує дихальні процеси. Агенти, що роз'єднують утворення АТФ (динітрофенол, тироксин), активують дихання.

Згідно теорії біологічного окислення (теорії дихання), окислення починається з відняття водню піридиновими дегідрогеназами від субстрату та передачі атомів водню флавіновим дегідрогеназам.

Отже, клітинне дихання супроводжується фосфорилюванням АДФ. Це явище називається окислювальним фосфорилюванням. В організмі має місце спряженість між окисленням і фосфорилюванням.

При перенесенні водню по дихальному ланцюгу від НАД^.Н₂ утворюється 3 молекули АТФ, при перенесенні від ФАД^.Н₂ – 2 АТФ.

Субстратне фосфорилювання – пряме перенесення залишку фосфорної кислоти від фосфорильованої речовини на АДФ за допомогою ферментів кіназ.

Субстратне фосфорилювання також використовується організмами при відсутності кисню повітря. Здійснюється не внаслідок окислювально-відновлювального процесу перенесення водню й електронів, а прямим перенесенням залишку фосфорної кислоти від будь-якого фосфорильованого субстрату на АДФ за допомогою ферментів киназ. Цей шлях використовують як єдине джерело АТФ різні види промислових мікроорганізмів – дріжджів і бактерій у процесі бродіння (у присутності кисню вони переходять на аеробне окислювання органічних речовин).

В аеробних умовах субстратне фосфорилювання є додатковим джерелом АТФ у всіх організмів, що споживають вуглеводи. При розкладанні інших речовин субстратне фосфорилювання не відбувається. Джерелами фосфату в цьому випадку є фосфогліцеринова і фосфоенолпіровиноградна кислоти.

Білет № 16