21. Классификация ферментов. Примеры.

1. Оксидоредуктазы

Катализируют различные окислительно-восстановительные реакции с участием 2 субстратов (перенос е- или атомов водорода с одного субстрата на другой).

Систематическое наименование ферментов составляют по формуле "донор: акцептороксидоредуктаза", рабочее - субстрат-подкласс оксидоредуктаз.

Дегидрогеназы. В этот подкласс входят ферменты, катализирующие реакции дегидрирования (отщепления водорода). В качестве акцепторов электронов используются коферменты NAD+, NADP+, FAD, FMN (см. ниже). Все ферменты этой группы обладают высокой субстратной специфичностью.

Оксидазы. Акцептором электрона служит молекулярный кислород. Пример реакции, катализируемой цитохромоксидазой:

Оксигеназы (гидроксилазы) - атом кислорода из молекулы кислорода присоединяется к субстрату.

2.Трансферазы

Катализируют перенос функциональных групп от одного соединения к другому. Подразделяют в зависимости от переносимой группы.

Название этих ферментов составляют по формуле "донор: ацетрофэкспортируемая группатрансфераза". К классу трансфераз относят аминотрансферазы, ацилтрансферазы, метилтранс-феразы, гликозилтрансферазы, киназы (фосфо-трансферазы).

3.Гидролазы

Катализируют реакции гидролиза (расщепления ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва). Подразделяют в зависимости от расщепляемой связи.

Наименование ферментов составляют по формуле "субстрат-гидролаза" или прямым присоединением к названию субстрата суффикса "аза", например протеаза, липаза, фосфолипаза, рибо-нуклеаза.

Для отдельных классов гидролаз применимы специальные термины, характеризующие гидролиз определённой химической связи: эстеразы, фосфатазы и др.

4. Лиазы

К лиазам относят ферменты, отщепляющие от субстратов негидролитическим путём определённую группу (при этом могут отщепляться СО2, Н2О, NH2,SН2и др.) или присоединяющие чаще всего молекулу воды по двойной связи.

Наименование ферментов составляют по формуле "субстрат-отщепляемая или присоединяемая группировка".

5. Изомеразы

Катализируют различные внутримолекулярные превращения. Подразделяют в зависимости от типа реакции изомеризации.

Изомеразы могут катализировать внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции, осуществляя взаимопревращения альдоз и кетоз, кетонных и енольных групп, перемещения двойных связей внутри молекулы

Когда изомеризация состоит во внутримолекулярном переносе группы, фермент называют "мутазой"

6. Лигазы (синтетазы)

Катализируют реакции присоединения друг к другу двух молекул с образованием ковалент-ной связи. Этот процесс сопряжён с разрывом фосфоэфирной связи в молекуле АТФ (или других нуклеозидтрифосфатов) или с разрывом макроэргических связей других соединений. В первом случае (при использовании энергии гидролиза АТФ) такие ферменты называют ли-газами, или синтетазами

22. Кинетика ферментативных реакций. Сродство между субстратом и ферментом. Понятие о константе Михаэлиса. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

Кинетика действия ферментов. На ход ферментативной реакции оказывают влияние различные факторы окружающей среды: температура, реакция среды, самые разнообразные вещества, имеющиеся в живой клетке. Все эти факторы можно рассматривать как факторы регуляции ферментативных процессов. Об активности фермента судят по скорости ферментативной реакции. Скорость реакции определяется либо по уменьшению количества субстрата, либо по увеличению количества продукта реакции за единицу времени. Об изменениях количества субстрата и продукта узнают, применяя колориметрические, манометрические, поляриметрические, хроматографические и другие методы.

Влияние концентрации фермента. Скорость ферментативной реакции прямо пропорциональна концентрации фермента: V = [Р]*К, где К - константа скорости реакции, [Р] -концентрация фермента

Влияние концентрации субстрата. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата выражается гиперболической кривой (см. наглядный материал). При низких концентрациях субстрата скорость реакции пропорциональна концентрации субстрата. По мере увеличения концентрации субстрата активные центры молекул фермента взаимодействует с молекулами субстрата до полного насыщения активных центров всех молекул фермента. Когда активные центры всех молекул фермента связаны с субстратами, скорость ферментативной реакции максимальна. Дальнейшее увеличение концентрации субстрата не приводит к увеличению скорости реакции. Л. Михаэлис и М. Ментен предложили, используя график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата, определять константу Михаэлиса (Кт). Константа Михаэлиса - это такое количество субстрата, при котором скорость ферментативной реакции равна половине от максимальной.

Сродство между субстратом и ферментом. Степень сродства фермента к субстрату могла бы не иметь особого биологического значения, если бы не тот очень важный факт, что физиологические концентрации субстратов почти всегда ниже, чем это необходимо для насыщения ферментов. Это делает скорость ферментативных реакции весьма чувствительной к изменениям сродства между ферментом и субстратом. Как видно из графиков, приведенных на рис. 2 ( где области обычных концентраций субстратов in vivo заштрихованы), небольшие изменения сродства между ферментом и субстратом могут приводить к большим изменениям в интенсивности катализа. Последнее обстоятельство играет важную роль в механизмах регуляции ферментативной активности. [3]

Теоретически изменения сродства ферментов к субстратам могли бы обеспечить компенсацию температурных эффектов во всех трех временных вариантах компенсаторной реакции, которые мы рассматривали. Мы уже высказали предположение, что положительная температурная модуляция катализа, возможно, служит важным механизмом, стабилизирующим работу ферментов при кратковременных колебаниях температуры; иными словами, немедленная компенсация могла бы быть основана на положительной температурной модуляции ключевых ферментативных этапов метаболизма. [4]

Константа a характеризует изменение сродства фермента к одному из компонентов под влиянием другого. Если сродство не изменяется, то а1, если комплекс EIS не образуется, то a оо. [5]

Константа а характеризует изменение сродства фермента к одному из компонентов под влиянием другого. Если сродство не изменяется, то а 1, если комплекс EIS не образуется, то аоо. [6]

Константа а характеризует изменение сродства фермента к одному из компонентов под влиянием другого. [7]

Понятие о константе Михаэлиса. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

Уравнение Михаэ́лиса — Ме́нтен — основное уравнение ферментативной кинетики, описывает зависимость скорости реакции, катализируемой ферментом, от концентрации субстрата.

В 1903, французский биофизик Victor Henri обнаружил, что ферментативная реакция инициируется после связывания фермента и субстрата. Эта работа была взята за основу немецким биохимиком Михаэлисом (Leonor Michaelis) и канадским физиологом Ментен (Maud Menten) (кстати, первая женщина, получившая докторскую степень по медицине), которые изучали кинетику механизма ферментативной реакции инвертазы при гидролизе сахарозы на фруктозу и глюкозу. В 1913 ими была предложена математическую модель ферментативной реакции. Они основывались на том, что субстрат [S] взаимодействует с ферментом [E] с образованием фермент-субстратного комплекса [ES] который после преобразования распадается на продукт [P] и фермент. Понятие константы Михаэлиса было внесено в 1925 году английским ботаником Бригсом (G. E. Briggs) и британским генетиком Холдейном (J. B. S. Haldane), так как в модели Михаэлиса-Ментен не учитывалась константа скорости распада [ES] с образованием продукта. В настоящее время математическая модель реакции выглядит следующим образом:

где k1, k-1 и k2 обозначены как констатны скорости. Авторы считали, что образование и распад фермент-субстратного комплекса вполне обратимый процесс. Скорость ферментативной реакции определяется скоростью распада фермент-субстратного комплекса:

V0 = k2[ES]

Практическим путём определить экспериментально уровень [ES] весьма затруднительно, поэтому необходимо было найти альтернативный способ его определения. Для этого были применены некоторые вводные:

· [Et] – общий уровень фермента участвующий в реакции на данный момент (сумма свободного и связанного с субстратом фермента). Тогда концентрация свободного фермента ровна [Et] - [ES].

· так как [S] обычно значительно превосходит концентрацию фермента [Et], можно пренебречь количеством субстрата связанного с ферментом в каждый данный момент реакции.