1.Функция белков в организме человека:

1) каталитическая. Все ферменты — это белки, обладающие специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций.

2) структурная. Глобулины и альбумины в крови; актин и миозин в мышцах; гемоглобин в эритроцитах; коллаген, креатин, эластин, ретикулин в соединительной ткани, из них состоят покровы тела (кожи, волосы, ногти), сосуды, белковые комплексы с липидами участвуют в образовании биомембран клеток.

3) транспортная. Трансферрин – белок плазмы крови, который транпортирует железо; альбумины транспортируют жирные кислоты и билирубин; гемоглобин – кислород и углекислый газ.

4) защитная. Антитела (иммуноглобулины) защищают от вирусов, бактерий и чужеродных веществ; белки крови, в частности фибриноген, образовывает сгусток крови (сворачивается), это защищает организм от потери крови при ранениях;

5) регуляторная. Гормоны имеют белковое происхождение.

6) сократительная. Сокращение мышц ( актин и миозин); движение ресничек и жгутиков; активный и направленный внутриклеточный транспорт (кинезин, динеин).

7) рецепторная. Белки-рецепторы

8) энергетическая. (1грамм=4ккал)

2. Ингибирование ферментативной активности. Конкурентное обратимое ингибирование. Кинетические зависимости.

2.Ингибирование ферментативной активности. Конкурентное обратимое ингибирование. Кинетические зависимости. Примеры.

Ингибиторы – вещества, снижающие каталитическую активность ферментов. Ингибиторы способны взаимодействовать с ферментами с разной степенью прочности.

Обратимое конкурентное ингибирование.

Э то обратимое снижение скорости ферментативной реакции, вызванное ингибитором, связывающимся с активным центром фермента и препятствующим образованию фермент-субстратного комплекса. В этом случае ингибитор – структурный аналог субстрата, и в результате возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за место в активном центре фермента. При образовании комплекса фермента и ингибитора продукт реакции не образуется.

Пример: ингибирование сукцинатдегидрогеназной реакции малоновой кислотой. Малоновая кислота – структурный аналог сукцината и может также взаимодействовать с активным центром сукцинат дегидрогеназы. Однако отщипление двух атомов от малоновой кислоты невозможно, следовательно скорость реакции снижается. (см. Рис.)

Кинетические зависимости.

Конкурентные ингибиторы уменьшают скорость химической реакции. Ингибитор повышает К_м для данного субстрата (чменьшает сродство субстрата ферменту). Это означает, что в присутствии конкурентного ингибитора необходима большая концентрация субстрата для достижения ½ V_max.

Увеличение соотношения концентрации субстрата и ингибитора снижает степень ингибирования. При значительно более высоких концентрациях субстрата ингибирование полностью исчезает.

3. Энзимодиагностика.

Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания на основе определения активности ферментов в биологических жидкостях человека. Все ферменты плазмы крови делятся на 2 группы: а) функциональная (эти ферменты находятся там постоянно и выполняют определенные функции, они не несут для врача никакой информции) и б) нефункциональная или экскреторная (в норме этих ферментов нет, они появляются только из поврежденного организма, поэтому и представляют ценную информацию для врача)

Аспартатаминотрансфераза (АСТ) – Вызывает заболевание сердца (инфаркт миокарда)

Аланинаминотрансфераза (АЛТ) – Вызывает заболевание печени (вирусный гепатит)

Амилаза – Вызывает заболевание поджелудочной железы (острый панкреатит)

Креатинкиназа – Вызывает инфаркт миокарда

Гамма-глутамилтранспептидаза (ГГТП) – Вызывает различные заболевания печени

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) – Вызывает инфаркт миокарда

Липаза – Вызывает заболевание поджелудочной железы

Кислая фосфатаза – Вызывает опухоль предстательной железы

Щелочная фосфатаза – Вызывает заболевания костей, закупорку протоков печени

Билет 13

1. Аллостерические эффекты гемоглобина: 2,3-бифосфоглицерат.

2. Ингибирование ферментативной активности. Неконкурентное обратимое ингибирование. Кинетические зависимости. Примеры.

3. Энзимотерапия. Использование ферментов в качестве лекарственных средств. Понятие об абзимах.

1. 2,3-бифосфоглицерат – вещество, синтезируемое в эритроцитах из промежуточного продукта окисления глюкозы – 1,3-бифосфоглицерата. БФГ обладает возможностью регулировать сродство гемоглобина к кислороду. В нормальных условиях он присутствует в цитоплазме эритроцита в количестве равном количеству гемоглобина. Он присоединяется в центральную полость между четырьмя мономерами гемоглобина, куда не присоединяется кислород (аллостерический центр). Поступая в молекулу дезоксигемоглобина, он понижает сродство молекулы к кислороду, но существенно повышает количество О2, транспортируемого в ткани. В легких, где парциальное давление кислорода гораздо выше, между мономерами гемоглобина происходит разрыв ионных связей, БФГ высвобождается из молекулы, и она вновь принимает кислород для последующей транспортировки в ткани. БФГ имеет решающее значение при приспособлении людей к высокогорному климату. Когда человек поднимается на высоту около 4000 метров над уровнем моря, содержание БФГ в его крови уже на второй день возрастает почти в два раза (потому что парциальное давление кислорода и его концентрация в горах гораздо выше), что способствует снижению сродства гемоглобина к О2 и увеличению транспортировки кислорода в ткани.

2. Конкурентное ингибирование – такой вид ингибирования, при котором вещество-ингибитор по своей структуре очень схоже с субстратом и имеет возможность конкурировать с ним за присоединение к активному центру. То есть, фермент взаимодействует либо с субстратом, в таком случае образуется продукт реакции, либо с ингибитором – и реакции не происходит. Это можно выразить следующими уравнениями: а) E + S = ES = E + P б) E + I = EI

К онкурентные ингибиторы снижают скорость реакции. Ингибитор повышает K_m (константа Михаэлиса, численно равная половине максимальной скорости р-ции) для данного субстрата (уменьшает сродство субстрата к ферменту), то есть в его присутствии необходима большая концентрация для достижения 1/2V_max. При значительно более высоких концентрациях субстрата, ингибитор не сможет конкурировать с ним за активные центры, и эффект ингибирования исчезнет. Механизм конкурентного ингибирования лежит в основе действия многих лекарственных средств. Например, четвертичные аммониевые основания ингибируют ацетилхолинэстеразу, катализирующую реакцию гидролиза ацетилхолина. В результате, активность ацетилхолинэстеразы падает => концентрация ацетилхолина (субстрата) увеличивается => усиливается проведение нервного импульса. Этот эффект используют при мышечных дистрофиях. Лекарственные препараты: прозерин, эндрофоний и т.д. Также, по механизму конкурентного ингибирования действуют антиметаболиты – вещества по своей структуре сходные с веществами природными, участвующими в метаболизме живых существ. Таковы, например, сульфаниламидные препараты. По своей структуре они схожи с пара-аминобензойной кислотой, которая используется бактериями при синтезе фолиевой кислоты. Вступая в реакцию они могут: а) Конкурентно ингибировать ферменты синтеза фолиевой кислоты б) Выступать как псведосубтраты, из-за относительной субстратной специфичности ферментов. В этом случае синтезируются соединения, похожие по структуре на фолиевую к-ту, но не обладающие ее свойствами. В любом из данных случаев в бактериальной клетке нарушается обмен одноуглеродных фрагментов, затухает синтез нуклеиновых кислот.

3. Использование ферментов в качестве лекарственных средств имеет некоторые ограничения вследствие их высокой иммуногенности (то есть, способны вызывать иммунный ответ). Однако энзимотерапия активно развивается по следующим направлениям: а) Заместительная терапия – использование ферментов в случае их недостаточности. б) Комплексная терапия – применение ферментов в сочетании с другой терапией. Заместительная терапия эффективна при заболеваниях ЖКТ, связанных с недостаточностью секреции пищеварительных соков. Например, пепсин используется при ахилии, гипоацидных и анацидных гастритах. В кач-ве дополнительных лекарственных средств ферменты используют при ряде заболеваний. Протеолитические ферменты (трипсин, химотрипсин) применяют при местном воздействии для обработки гнойных ран с целью расщепления белков погибших клеток, для удаления сгустков крови или вязких секретов при воспалительных заболеваниях дыхательных путей. Ферментные препараты рибонуклеазу и дезоксирибонуклеазу используют в качестве противовирусных препаратов при лечении аденовирусных конъюнктивитов, герпетических кератитов. Ферментные препараты также стали широко использоваться при тромбозах и тромбоэмболиях (фибринолизин, стрептолиаза, стрептодеказа, урокиназа). Абзимы – моноклональные (то есть выделяются иммунными клетками, произошедшими от одной клетки-предшественницы и приспособленые к специфическому связыванию с определенным веществом) антитела, обладающие каталитической активностью. Их особенность в том, что они способны катализировать любую реакцию, даже если у нее уже существует специфический фермент.

Билет 14

1.

• Строение и функции гемоглобина

Гемоглобины –родственные белки , находятся в эритроцитах . Сложный белок

*Состав: 4 м-лы белка Глобина (каждая из них связана с 1 м-лой Гема)

Ф-ции:

1. Перенос О2 из легких к тканям

2. Перенос СО2 из тканей в легкие

Виды:

1. Гемоглобин А –основной (98%) Состав- 2 полипептидные цепи а и 2в-цепей

2. Гемоглобин А2 – (2%) от общего. Состав- 2 а- и 2 б -цепей

3. Гемоглобин А_1с - Гемоглобин А модифицированный ковалентным присоединением к нему глюкозы

4. Гемоглобин F – в костном мозге и печени, более насыщен О2 чем обычный Гемоглобин А. Имеет тетрамерную структуру – 2 а- и 2 v– цепей.

• Т- и R- формы гемоглобина

Hb может находиться в двух состояниях (конформациях): обозначаемых как Т- и R-формы соответственно. Т-Форма (напряженная от англ. tense) обладает существенно более низким сродством к O2 по сравнению с R-формой. Связывание O2 с одной из субъединиц Т-формы приводит к локальным конформационным изменениям, которые ослабляют связь между субъединицами. С возрастанием парциального давления O2 увеличивается доля молекул Hb в высокоаффинной R-форме (от англ. relaxed). Благодаря кооперативным взаимодействиям между субъединицами с ростом концентрации кислорода повышается сродство Hb к O2, в результате чего кривая насыщения имеет сигмоидальный вид.

2.

• Общая характеристика ферментов

Ферменты-это белковые молекулы или молекулы РНК

Роль-увеличивают скорость протекания химической реакции

Обладают всеми свойствами характерными для белков и имеют особенности строения , характеризующие их как катализаторы

Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся вещества — продуктами. Ферменты специфичны к субстратам (АТФ-аза катализирует расщепление только АТФ, а киназа фосфорилазы фосфорилирует только фосфорилазу).

Ферментативная активность может регулироваться активаторами и ингибиторами (активаторы — повышают, ингибиторы — понижают).

• Специфичность ферментов

Специфичность – наиболее важное свойство ферментов , определяющее биологическую значимость этих молекул. Способность каждого из ферментов катализировать одну или несколько близких по природе химических реакций.

• Виды специфичности , примеры

1. Субстратная

Способность каждого фермента взаимодействовать с одним или несколькими определенными субстратами

• Абсолютная

Комплементарен только одному субстрату (очень мало)

Пример: Аргиназа , катализирующая реакцию расщепления аргинина до мочевины и орнитина

• Групповая

Большинство ферментов катализирует однотипные реакции с небольшим количеством структурно похожих субстратов .

Пример: фермент панкреатическая липаза катализирует гидролиз жиров в двенадцатиперстной кишке человека.

Любая молекула жира (триацилглицерол)  м-ла моноацилглицерол + 2 м-лы высших жирных кислот

• Стереоспецифичность

При наличии у субстрата нескольких стереоизомеров (имеющие одинаковое строение, но отличающиеся пространственным расположением атомов) фермент проявляет абсолютную специфичность к одному из них.

Специфичность :

1. К D-сахарам – большинство моносахаридов и продуктов их обмена

( над стрелочкой гексокиназа)

2. К L-аминокислотам - белки человека ; большинство ферментов, обеспечивающих превращение аминокислот

3. К цис- транс- изомерам

Фермент фумараза оказывает действие только на фумарат

4. К a- и b- гликозидным связям

Фермент амилаза действует на а-гликозидные связи  гидролиз крахмала и гликогена(полимеры глюкозы, остатки имеют данную связь) .

Целлюлоза (полимер глюкозы) остатки глюкозы связаны b- гликозидными связями (гидролиз)  источник глюкозы в кишечнике

2. Каталитическая

Фермент катализирует превращение присоединенного субстрата по одному из возможных путей его превращения

Глюкозо-6-фосфат (ф-т: Фосфоглюкомутаза) Глюкозо-1-фосфат

(ф-т: Глюкозо-6-фосфатаза) Глюкоза

(ф-т:Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа)6фосфоглюконолактон

(ф-т: Фосфоглюкоизомераза) Фруктозо-6-фосфат

3.

• Регуляция активности ферментов путем фосфорилирования-дефосфорилирования

В биологических системах часто встречается механизм регуляции активности ферментов с помощью ковалентной модификации аминокислотных остатков. Быстрый и широко распространённый способ химической модификации ферментов - фосфорилирование/дефосфорилирование. Модификации подвергаются ОН-группы фермента. Фос-форилирование осуществляется ферментами протеинкиназами, а дефосфорилирование- фосфопротеинфосфатазами. Присоединение остатка фосфорной кислоты приводит к изменению конформации активного центра и его каталитической активности. При этом результат может быть двояким: одни ферменты при фосфорилировании активируются, другие, напротив, становятся менее активными.

Изменение активности фермента, вызванное фосфорилированием, обратимо. Отщепление остатка фосфорной кислоты осуществляется ферментами фосфопротеинфосфатазами. Активность протеинкиназ и фосфопротеинфосфатаз регулируется гормонами, что позволяет быстро изменять активность ключевых ферментов метаболических путей в зависимости от условий внешней среды. Антагонистичные по функции гормоны противоположным образом влияют на фосфо-рилирование/дефосфорилирование ферментов, вызывая противоположные эффекты изменения метаболизма клетки.

Например, под действием глюкагона (в период между приёмами пищи) в клетках происходит уменьшение синтеза энергетического материала - жира, гликогена и усиление его распада (мобилизация), вызванного фосфо-рилированием ключевых ферментов этих процессов. А под действием инсулина (во время пищеварения), наоборот, активируется синтез гликогена и ингибируется его распад, так как взаимодействие инсулина с рецептором активирует сигнальный путь, приводящий к дефосфорилированию тех же ключевых ферментов.

Билет 15

1 Аллостерический эффект (allosteric effect) [греч. allos — другой и stereos —пространственный; лат. effectus — действие] — изменение конформации аллостерического фермента в результате взаимодействия его определенного участка с ингибитором или активатором (аллостерическим эффектором). А.э. часто встречается у белков, состоящих из более чем одной субъединицы. В таких случаях связывание лиганда с аллостерическим сайтом одной из субъединиц вызывает изменения, которые облегчают связывание лигандов с аллостерическими сайтами других субъединиц.

 Гемоглобин относится к аллостерическим белкам, его молекулы могут обратимо переходить из одной конформации в другую. При этом изменяется сродство белка к лигандам. Конформация, обладающая наименьшим сродством к лиганду, называется напряжённой, или Т-конформацией. Конформация, обладающая наибольшим сродством к лиганду, называется релаксированной, или R-конформацией.

R- и Т-конформации молекулы гемоглобина находятся в состоянии динамического равновесия:

Различные факторы среды могут сдвигать это равновесие в ту или иную сторону. Аллостерическими регуляторами, влияющими на сродство Hb к O2, являются: 1) кислород; 2) концентрация Н+ (рН среды); 3) углекислота (СO2) ; 4) 2,3-дифосфоглицерат (ДФГ) . Присоединение молекулы кислорода к одной из субъединиц гемоглобина способствует переходу напряжённой конформации в релаксированную и повышает сродство к кислороду других субъединиц той же молекулы гемоглобина. Это явление получило название кооперативного эффекта.