13.Ферменты. Принципы классификации и номенклатуры. Структура и биологическая роль.

Ферме́нты, или энзи́мы — обычно белковые молекулы или молекулы РНК (рибозимы) или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся вещества — продуктами. Ферменты специфичны к субстратам (АТФаза катализирует расщепление только АТФ, а киназа фосфорилазы фосфорилирует только фосфорилазу). Ферментативная активность может регулироваться активаторами и ингибиторами (активаторы — повышают, ингибиторы — понижают). Белковые ферменты синтезируются на рибосомах, а РНК — в ядре. Классификация ферментов: 1 класс: Оксидоредуктазы, катализирующие окисление или восстановление. Аэробные дегидрогеназы: -оксидазы (катализируют перенос протонов на О); - оксигеназы(присоединение О к субстрату). Анаэробные дегидрогеназы: -дегтдрогеназы( реакции дегидрирования);- редуктазы( реакц гидрирования); -Цитохромы (перенос элнктронов в процессах внутриклеточного дыхания); - пероксидазы (разлож Н2О2 с участием восст-го агента); - каталаза 9разлож Н2О2 без участия восст-го агента); - глутатион пероксидаза( разлож Н2О2 с участием глутатиона).

2 класс: Трансферазы, катализирующие перенос химических групп с одной молекулы субстрата на другую. Среди трансфераз особо выделяют -киназы, переносящие фосфатную группу, как правило, с молекулы АТФ, метилтрансферазы; - формилтрансферазы; -ацилтрансферазы; - гексозилтрансферазы; - аминотрансферазы.

3 класс: Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей. Пример: эстеразы, гликозидазы, пептидазы, амиджазы. 4 класс: Лиазы, катализирующие разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов. – декарбоксилазы(разрыв связи С-С); дегидратазы(С-О); С-N; C-S.

5 класс: Изомеразы, катализирующие структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата: -рацемазы;- эпимеразы.

6 класс: Лигазы, катализирующие образование химических связей между субстратами за счет гидролиза АТФ: - глутаминсинтетаза; -ацилКоА-синтетаза; -карбоксилаза. Структура: Активность ферментов определяется их трёхмерной структурой.

Как и все белки, ферменты синтезируются в виде линейной цепочки аминокислот, которая сворачивается определённым образом. Каждая последовательность аминокислот сворачивается особым образом, и получающаяся молекула (белковая глобула) обладает уникальными свойствами. Несколько белковых цепей могут объединяться в белковый комплекс. Третичная структура белков разрушается при нагревании или воздействии некоторых химических веществ.

14.Активные центры ферментов. Основные представления о механизме ферментативных реакций. Обратимость ферментативных реакций.

Изучение механизма химической реакции, катализируемой ферментом наряду с определением промежуточных и конечных продуктов на разных стадиях реакции подразумевает точное знание геометрии третичной структуры фермента, природы функциональных групп его молекулы, обеспечивающих специфичность действия и высокую каталитическую активность на данный субстрат, а также химической природы участка (участков) молекулы фермента, который обеспечивает высокую скорость каталитической реакции. Обычно молекулы субстрата, участвующие в ферментативных реакциях, по сравнению с молекулами ферментов имеют относительно небольшие размеры. Таким образом, при образовании фермент-субстратных комплексов в непосредственное химическое взаимодействие вступают лишь ограниченные фрагменты аминокислотной последовательности полипептидной цепи — «активный центр» — уникальная комбинация остатков аминокислот в молекуле фермента, обеспечивающая непосредственное взаимодействие с молекулой субстрата и прямое участие в акте катализа. В активном центре условно выделяют: каталитический центр — непосредственно химически взаимодействующий с субстратом; связывающий центр— обеспецивающий специфическое сродство к субстрату и формирование комплекса фермент-субстрат. Чтобы катализировать реакцию, фермент должен связаться с одним или несколькими субстратами. Белковая цепь фермента сворачивается таким образом, что на поверхности глобулы образуется щель, или впадина, где связываются субстраты. Эта область называется сайтом связывания субстрата. Обычно он совпадает с активным центром фермента или находится вблизи него. Некоторые ферменты содержат также сайты связывания кофакторов или ионов металлов. Фермент, соединяясь с субстратом:

очищает субстрат от водяной «шубы» располагает реагирующие молекулы субстратов в пространстве нужным для протекания реакции образом подготавливает к реакции (например, поляризует) молекулы субстратов.

Обычно присоединение фермента к субстрату происходит за счет ионных или водородных связей, редко — за счет ковалентных. В конце реакции её продукт (или продукты) отделяются от фермента.

В результате фермент снижает энергию активации реакции. Это происходит потому, что в присутствии фермента реакция идет по другому пути (фактически происходит другая реакция), например:

В отсутствие фермента:

А+В = АВ

В присутствии фермента:

А+Ф = АФ

АФ+В = АВФ

АВФ = АВ+Ф

где А, В — субстраты, АВ — продукт реакции, Ф — фермент.

Ферменты не могут самостоятельно обеспечивать энергией эндергонические реакции (для протекания которых требуется энергия). Поэтому ферменты, осуществляющие такие реакции, сопрягают их с экзергоническими реакциями, идущими с выделением большего количества энергии. Например, реакции синтеза биополимеров часто сопрягаются с реакцией гидролиза АТФ.

Для активных центров некоторых ферментов характерно явление кооперативности.