Внутриклеточная локализация ферментов. Различия ферментного состава органов и тканей. Органоспецифичные ферменты. Понятие о мультиферментных комплексах. Мультисубстратные реакции.
Внутриклеточные ферменты локализованы либо в клеточных органеллах, либо в комплексе с надмолекулярными структурами. Установлено, что в ядре клетки локализованы ферменты, принимающие участие в синтезе РНК, ДНК; с митохондриями связаны ферменты окисления жирных кислот, продуктов распада углеводов, ЦТК т.е. ферменты, играющие важную роль в биоэнергетике клетки; в лизосомах в основном содержатся ферменты гидролиза; с рибосомами связаны ферменты белкового синтеза, в цитоплазме: гликолиз, глюконеогенез, синтез белка, синтез ЖК, синтез холестерина.
Органоспецифические ферменты преимущественно локализованы в определенных органах. Как правило, эти ферменты катализируют реакции, обеспечивающие специфические функции органа. В клетках других органов этих ферментов нет или только находят их следы. Выход органоспецифических ферментов в кровь сигнализирует о поражении определенного органа. АЛТ и A T — органоспецифические ферменты, в норме в крови активность их мала — 5—40 ЕД/л. Эти различия, по-видимому, связаны с метаболической специализацией. Такие органоспецифические ферменты используются для клинической диагностики например, в ряде случаев при повреждениях мышечной ткани наблюдается увеличение количества креатинкиназы в сыворотке крови.
Мультиферментные комплексы — это объединение нескольких ферментов, катализирующих последовательные превращения субстрата (цепочечные реакции). Часто составляющие комплекс энзимы в строгой последовательности фиксированы в мембранах, в частности, эндоплазматической сети и аппарата Гольджи (рибосомы, синтетаза жирных кислот и др.). Конвейерный принцип работы значительно ускоряет получение конечного продукта реакции и позволяет более эффективно регулировать процесс.
Большинство ферментов катализирует реакции, в которых участвует более чем один субстрат. В случае если кофермент не является простетической группой, его также можно рассматривать как ещё один субстрат. Следовательно, участников ферментативной реакции может быть несколько: непосредственно фермент, несколько субстратов и кофермент.
В этих случаях механизм ферментативной реакции, как правило, может идти по одному из двух путей: по механизму "пинг-понг" (механизму двойного замещения) или последовательному. Субстрат А, взаимодействуя с ферментом (Е), превращается в продукт (Р1). Фермент остаётся в результате этого преобразования не в нативной форме, а в изменённой (Е') в результате модификации кофермента. Далее к активному центру Е' присоединяется субстрат В, подвергающийся преобразованию в продукт (Р2) с высвобождением нативной формы фермента (Е). Хороший пример механизма "пинг-понг" - реакции трансаминирования с участием ферментов аминотрансфераз.
В случае последовательного механизма для протекания ферментной реакции требуется одновременно взаимодействие двух субстратов. В этом случае возможно присоединение субстратов двумя различными путями:
Механизм упорядоченного взаимодействия субстрата с активным центром фермента:
Первым в активный центр фермента присоединяется субстрат А, облегчая присоединение субстрата В. После химической модификации также наблюдают определённый порядок высвобождения продуктов реакции.
Механизм случайного взаимодействия субстрата с активным центром фермента:
Приоритетности за взаимодействие субстратов А и В в активном центре фермента нет (каждый субстрат имеет свой центр связывания в активном центре). Также нет строгой закономерности высвобождения продуктов реакции.
Примером последовательного упорядоченного механизма может быть реакция дегидрирования с участием коферментов NAD+, NADP+.
Понятие о метаболизме и метаболических путях. Способы регуляции скорости ферментативной реакции. Способы регуляции каталитической активности молекулы фермента. Ингибиторы ферментов. Обратимое и необратимое ингибирование. Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов.
В клетке постоянно происходит большое количество разнообразных химических реакций, которые формируют метаболические пути - последовательное превращение одних соединений в другие. Метаболизм - совокупность всех метаболических путей, протекающих в клетках организма.
Среди всех метаболических путей, протекающих в организме, выделяют противоположно направленные процессы: катаболизм и анаболизм. Катаболизм - распад сложных веществ до простых с высвобождением энергии. Анаболизм - синтез из простых более сложных веществ. Метаболические пути согласованы между собой по месту, времени и интенсивности протекания.
Регуляция скорости ферментативных реакций осуществляется на 3 независимых уровнях:
изменением количества молекул фермента;
доступностью молекул субстрата и кофер-мента;
изменением каталитической активности молекулы фермента.
Основные способы регуляции активности ферментов:
аллостерическая регуляция;
регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий;
активация ферментов в результате присоединения регуляторных белков;
изменение каталитической активности ферментов вследствие ассоциации или диссоциации протомеров фермента.
регуляция путём фосфорилирования/дефосфорилирования молекулы фермента;
регуляция частичным (ограниченным) протеолизом.
