1. Ферменты: определение понятия, химическая природа, физико-химические свойства и биологическая роль ферментов.
Ферменты - это белки, которые действуют как катализаторы в биологических системах.
Химическая природа: белки.
Физико-химические свойства:
1)являются амфотерными соединениями;
2)вступают в те же качественные реакции, что и белки (биуретовую, ксантопротеиновую, фолина и др.);
3)подобно белкам растворяются в воде с образованием коллоидных растворов;
4)обладают электрофоретической активностью;
5)гидролизуются до аминокислот;
6)склонны к денатурации под влиянием тех же факторов: температуры, изменениях рН, действием солей тяжелых металлов, действием физических факторов (ультразвук, ионизирующее излучение и др.);
7)имеют несколько уровней организации макромолекул, что подтверждено данными рентгеноструктурного анализа, ЯМР, ЭПР
Биологическая роль: Ферменты катализируют контролируемое протекание всех метаболических процессов в организме.
2. Изоферменты. Строение, биологическая роль, диагностическое значение определения, изменение в онтогенезе и при патологии органа, диагностическое значение.
Изоферменты – это множественные формы одного фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но отличающие по физическим и химическим свойствам.
Строение: Четвертичная структура, образованная четным количеством субъединиц (2, 4, 6 и т.д.). Изоформы фермента образуются в результате различных комбинаций субъединиц.
Биологическая роль: Существование изоформ повышает адаптационную возможность тканей, органов, организма в целом к меняющимся условиям.
Диагностическое значение определения: По изменению изоферментного состава оценивают метаболическое состояние органов и тканей.
1
Изменение в онтогенезе: На примере ЛДГ (окисляет лактат до ПВК). 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.
Изменения при патологии органа: На примере ЛДГ. ЛДГ1,2 работают в миокарде. Если в миокард не будет поступать кислород, там увеличится количество анаэробных субъединиц – ЛДГ4,5, что свидетельствует о патологии органа.
Диагностическое значение:
ЛДГ – при увеличении активности ЛДГ в плазме крови можно предположить повреждение одной из тканей организма (сердце, мышцы, печень). (В норме
170-520 ЕД/л)
КК – (катализируют превращение кретина в креатинфосфат); определяют активность КК в плазме крови. В норме – 90 МЕ/л. Повышение ММ – травма мышц, ВВ – в крови не определяется даже при инсультах, т.к. не может проникнуть в кровь.
3.Особенности ферментативного катализа. Механизм, стадии
ферментативного катализа.
Особенности:
Сходство ферментов и |
Отличие ферментов от неорганических |
неорганических |
катализаторов |
катализаторов |
|
|
|
1. Ускоряют только |
1. Для ферментов характерна высокая |
термодинамически |
специфичность: |
возможные реакции |
• субстратная специфичность: |
|
▪ абсолютная (1 фермент - 1 субстрат), |
|
▪ групповая (1 фермент – несколько похожих |
|
субстратов) |
|
▪ стереоспецифичность (ферменты работают с |
|
субстратами только определенного стереоряда |
|
L или D). |
|
• каталитическая специфичность |
|
(ферменты катализируют реакции |
|
преимущественно одного из типов химических |
|
реакций – гидролиза, окисления- |
|
|
2
|
восстановления и др) |
|
|
2. Не изменяют состояние |
2. Высокая эффективность действия: ферменты |
равновесия реакций, а |
ускоряют реакции в108-1014 раз. |
только ускоряют его |
|
достижение. |
|
|
|
3. В реакциях не |
3. Ферменты действуют только в мягких |
расходуются |
условиях (t = 36-37ºС, рН ~ 7,4, атмосферное |
|
давление), т.к. они обладают |
|
конформационной лабильностью – |
|
способностью к изменению конформации |
|
молекулы под действием денатурирующих |
|
агентов (рН, Т, химические вещества). |
|
|
4. Действуют в малых |
4. В организме действие ферментов |
количествах |
регулируется специфически (катализаторы |
|
только неспецифически) |
|
|
5. Чувствительны к |
5. Широкий диапазон действия (большинство |
активаторам и ингибиторам |
процессов в организме катализируют |
|
ферменты). |
|
|
Механизм ферментативного катализа: Химические реакции протекают согласно закону сохранения энергии и закону энтропии: общая энергия химической системы и ее окружения – постоянна. Для снижения энергии активации необходимо увеличить скорость реакции. Для этого в организме имеются ферменты.
1)Сближение и ориентация – активный центр фермента связывается с субстратом
2)Напряжение и деформация субстрата - «эффект дыбы», растягивание субстрата, индукция соответствия S и Е.
3)Кислотно-основной катализ – присутствие в активном центре фермента СООН – групп и NН – гр., способных присоединять и отдавать протоны.
4)Ковалентный катализ – образование ковалентной связи между ферментом и субстратом.
Стадии ферментативного катализа:
Формирование фермент-субстратного комплекса.
1)АВ + Е – связывание субстрата с ферментом
2)(А:В)Е – образование фермент-субстратного комплекса -> активация фермент – субстратного комплекса
3)(А+В)Е – образование фермент-продуктного комполекса
3
4)А+В+Е – образование продуктов реакции -> отделение продуктов реакции от фермент – субстратного комплекса
4.Кинетика ферментативных реакций. Зависимость скорости ферментативных реакций от температуры, рН, концентрации
субстрата, концентрации энзима.
Кинетика ферментативных реакций – раздел энзимологии, изучающий зависимость скорости химических реакций, катализируемых ферментами, от химической природы реагирующих веществ, а также от факторов окружающей среды.
Зависимость скорости ферментативных реакций от:
Температуры:
V
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
T |
|
Имеется температурный оптимум. Для большинства одинаковый. Есть термостабильные ферменты. Выдерживают температуру до 95° и выше.
pH:
V
0 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
pH |
9 |
Оптимум pH для каждого фермента свой.
Концентрации субстрата:
4