25. Свойства ферментов: термолабильность, влияние рН среды.

Термолабильность – связана с белковой природой ферментов. Оптимум действия ферментов лежит в интервале t тела (37-40°). Высокая температура действует на ферменты разрушающе, низкая замедляет ферментативный процесс (лабораторная работа).

Высокая чувствительность к рH среды. Оптимум активности для многих ферментов наблюдается в изоточке. Только пепсин при рН 1,5 – 2 и амилаза поджелудочного сока – рН 8.

26.Активность ферментов. Влияние различных факторов на активность ферментов.

1. Биологические: вид (животное), если человек, то учитывается пол и возраст, физиологическое состояние организма, условия питания, окружающая среда и эмоциональные факторы.

2. Физико-химические: концентрация фермента и, главным образом, субстрата, температуры, рН и ингибиторы. Наибольший клинический интерес представляет температура, рН и ингибиторы.

1). Концентрация субстрата

При низкой концентрации субстрата и последующем её увеличении зависимость между [субстрата] и V прямо пропорциональна. Дальнейшее увеличение концентрации субстрата приводит к снижению скорости, и наконец, наступает такое значение концентрации субстрата, после которой скорость ферментативной реакции остаётся неизменной. Это называется эффектом насыщения фермента субстратом. Для характеристики кинетики в ферментативных реакциях была вычислена константа Михаэлиса - Ментен, которая выражается: K_{m= (E)*(S)-(ES)/(ES)}

По сути дела Km составляет l/2Vmax .

Для того, чтобы определить скорость реакции можно пользоваться уравнением:

V=V_max*(S)/(S)+K_m

Концентрация фермента не оказывает влияния на процесс.

Ферменты имеют белковую природу и являются термолабильными. В некотором

ограническом интервале температур (от 0°до 25° С) скорость ферментативной реакции

повышается, с ростом температуры (на 10°С) скорость повышается примерно в 2 раза.

При дальнейшем повышении температуры скорость реакции постепенно понижается,

высокие температуры приводят к денатурации фермента - белка и необратимой утрате

ферментативной активности. Для большинства ферментов оптимум температурный

приближается к нормальной температуре тела.

В первые часы повышенной температуры вырабатывается фермент интерферон,

выполняющий защитные функции. Пониженные температуры используют в

трансплантации, искусственном оплодотворении.

Растительные ферменты менее чувствительны к температуре.

3). Влияние рН на активность ферментов.

а) значение рН, которое соответствует максимальной активности фермента, необязательно совпадает со значением рН, характерным для нормального внутри - и внеклеточного окружения этого фермента;

б) всё-таки большинство ферментов имеют оптимум рН, близкий к рН окружающей среды;

в) у многих ферментов оптимум рН приближается к ИЭТ;

г) для каждого фермента существует своё значение рН, при котором он проявляет максимальную активность;

д) «Значение рН внутри клетки является, возможно, одним из самых важных элементов регуляции клеточного метаболизма».

Активирование или ингибирование различных ферментов веществами эндогенного и экзогенного происхождения является значимым фактором регуляции обмена веществ. Ингибиторы подразделяются на обратимые и необратимые. В свою очередь обратимое ингибирование бывает 3-ёх видов: аллостерическое, конкурентное и неконкурентное. Примером необратимого ингибирования может быть действие высоких температур, резкое изменение рН, приводящее к денатурации фермента или действие тяжёлых металлов, соединений мышьяка, которые связываются с ферментом или с фермент-субстратным комплексом в АЦ или блокируют функциональные группы молекул фермента, удаленных от АЦ. В наибольшей степени ингибирующему действию тяжелых металлов подвергаются тиоловые ферменты.

Специфичность ферментов. Каждый фермент действует на вполне определенный субстрат или же определенный тип связи в молекуле.

Специфичность бывает:

Абсолютная специфичность фермента – это, когда данный фермент действует только строго на определенный субстрат.

NH₂ – CО – NH₂ ^Уреаза 2NH₃ + CO₂

Есть ферменты и более широкого спектра действия (пепсин, трипсин, липаза).

Относительная специфичность – это, когда фермент действует на группу сходных по своей структуре веществ или определенный тип связи.

Стереохимическая специфичность – это, когда фермент действует либо на D или L аминокислоты или на транс- или цис-изомеры. Так фумараза действует только на транс-форму фумаровой кислоты и не действует на цис-форму.

28. Изоферменты. Иммобилизованные ферменты.

Изоферменты – это множественные формы одного фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но отличающие по физическим и химическим свойствам (сродству к субстрату, максимальной скорости катализируемой реакции, электрофоретической подвижности, оптимуму рН и термостабильности). Изоферменты имеют четвертичную структуру, которая образована четным количеством субъединиц.Изоформы фермента образуются в результате различных комбинаций субъединиц.В качестве примера можно рассмотреть лактатдегидрогеназу (ЛДГ), фермент, который катализирует обратимую реакцию:

НАДН2         НАД+  

пируват    ←ЛДГ→   лактат

ЛДГ существует в виде 5 изоформ, каждая из которых состоит из 4-х протомеров (субъединиц) 2 типов М (muscle) и Н (heart). Синтез протомеров М и Н типа кодируется двумя разными генетическими локусами. Изоферменты ЛДГ различаются на уровне четвертичной структуры: ЛДГ1 (НННН), ЛДГ2(НННМ), ЛДГ3 (ННММ), ЛДГ4 (НМММ), ЛДГ5 (ММММ).

Полипептидные цепи Н и М типа имеют одинаковую молекулярную массу, но в составе первых преобладают карбоновые аминокислоты, последних – диаминокислоты, поэтому они несут разный заряд и могут быть разделены методом электрофореза.

Кислородный обмен в тканях влияет на изоферментный состав ЛДГ.  Где доминирует аэробный  обмен, там преобладают ЛДГ1, ЛДГ2 (миокард, надпочечники), где анаэробный обмен - ЛДГ4, ЛДГ5(скелетная мускулатура,  печень). В процессе индивидуального развития организма в тканях происходит изменение содержания кислорода и изоформ ЛДГ.  У  зародыша преобладают ЛДГ4, ЛДГ5. После рождения в некоторых тканях происходит увеличение содержания ЛДГ1, ЛДГ2.

Существование изоформ  повышает адаптационную возможность тканей, органов, организма в целом к меняющимся условиям. По изменению изоферментного состава оценивают метаболическое состояние органов и тканей.

29. Ингибирование ферментов. Конкурентное и неконкурентное торможение.

Под термином "ингибирование ферментативной активности" понимают снижение каталитической активности в присутствии определённых веществ - ингибиторов. К ингибиторам следует относить вещества, вызывающие снижение активности фермента. Обратимое ингибирование

Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и при определённых условиях легко отделяются от фермента. Обратимые ингибиторы бывают конкурентными и неконкурентными.

1. Конкурентное ингибирование

К конкурентному ингибированию относят обратимое снижение скорости ферментативной реакции, вызванное ингибитором, связывающимся с активным центром фермента и препятствующим образованию фермент-субстратного комплекса. Такой тип ингибирования наблюдают, когда ингибитор - структурный аналог субстрата, в результате возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за место в активном центре фермента. В этом случае с ферментом взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплексы фермент-субстрат (ES) или фермент-ингибитор (EI). При формировании комплекса фермента и ингибитора (EI) продукт реакции не образуется (рис. 2-21).

102

Для конкурентного типа ингибирования справедливы следующие уравнения:

Е + S ⇔ ES → E + P,

E + I ⇔ EI.

Классический пример конкурентного ингибирования - ингибирование сукцинатдегидрогеназ-ной реакции малоновой кислотой (рис. 2-22). Малоновая кислота - структурный аналог сукцината (наличие двух карбоксильных групп) и может также взаимодействовать с активным центром сукци-нат дегидрогеназы. Однако отщепление двух атомов водорода от малоновой кислоты невозможно; следовательно, скорость реакции снижается.

2. Неконкурентное ингибирование

Неконкурентным называют такое ингибирование ферментативной реакции, при котором ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра (рис. 2-24). Неконкурентные ингибиторы не являются структурными аналогами субстрата.

Неконкурентный ингибитор может связываться либо с ферментом, либо с фермент-субстратным комплексом, образуя неактивный комплекс. Присоединение неконкурентного ингибитора вызывает изменение конформации молекулы фермента таким образом, что нарушается взаимодействие субстрата с активным центром фермента, что приводит к снижению скорости ферментативной реакции. 34.Нуклеиновые кислоты. Биологическая роль. Отличия ДНК и РНК.

Нуклеиновыми кислотами или полинуклеотидами называются высокомолекулярные вещества, состоящие из нуклеотидов, соединённых в цепь 3', 5'-фосфодиэфирными связями. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

Биологическая роль:  ДНК обеспечивает хранение и передачу генетической ин­формации из поколения в поколение. Участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транс­портной или рибосомной РНК, называется геном. Реализация на­следственной информации осуществляется с участием (РНК).

Отличие ДНК и РНК:

В состав ДНК входят дезоксирибонуклеотиды, в состав РНК – рибонуклеотиды.

Азотистые основания в молекуле ДНК – тимин, аденин, цитозин, гуанин; в РНК вместо тимина участвует урацил.

ДНК является матрицей для транскрипции, она хранит генетическую информацию. РНК участвует в синтезе белка.

У ДНК двойная цепь, закрученная по спирали; у РНК – одинарная.

ДНК есть в ядре, пластидах, митохондриях; РНК – образуется в цитоплазме, в рибосомах, в ядре, собственная РНК есть в пластидах и митохондриях.

35. Строение нуклеиновых кислот.

Нуклеиновыми кислотами или полинуклеотидами называются высокомолекулярные вещества, состоящие из нуклеотидов, соединённых в цепь 3', 5'-фосфодиэфирными связями. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания, входящие в состав нуклеотидов, имеют следующее строение: Углеводы представлены рибозой и дезоксирибозой: 4.1.2. Азотистое основание и пентоза, соединённые N-гликозидной связью, образуют нуклеозид. Если в качестве пентозы в нуклеозиде присутствует рибоза, то это рибонуклеозид, а если дезоксирибоза - то это дезоксирибонуклеозид.

4.1.3. Нуклеотиды представляют собой фосфорилированные нуклеозиды. Остаток фосфорной кислоты, как правило, присоединяется к гидроксильной группе пентозы в 5'-положении при помощи сложноэфирной связи. Примеры:

 В клетках встречаются также нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты, содержащие соответственно два и три остатка фосфорной кислоты. Биологическая роль этих соединений будет рассматриваться в дальнейшем.