1. Экзаменационные вопросы
тивно
Ферменты. Номенклатура. Классификация ферментов.
Ферменты могут быть простыми белками (рибонуклеаза), они состоят только из белковой части. Большинство ферментов – это сложные белки, которые состоят из белковой части апофермента и небелковой кофактора. По химической природе кофакторы могут быть неорганическими (металлы) или органическими (коферменты). Коферменты – это органические вещества, в состав которых часто входят витамины или их производные(таблица 1). Комплекс апофермента с кофактором называется холофермент. Если кофактор с апоферментом связан прочной ковалентной связью, его называют простетической группой. Коферментами являются НАД, НАДФ, КоА. Простетические группы это, например, ФАД, ФМН, биотин, гем. Роль кофакторов в катализе очень разнообразна. В целом они, как правило, переносчики каких-либо химических групп
Свойства ферментов(общее с неорг катализаторами):
1. Ускоряют только возможные реакции. В присутствии катализатора реакция с высокой энергией активации изаменяется на реакцию с низкой энергией активации.
2. Ферменты не изменяют направления реакции.
3. Ферменты не изменяют положение равновесия в обратимых реакциях.
4. Ферменты не расходуются при реакциях. Так же как и неорганические катализаторы, они только снижают энергетический барьер реакции
Свойства ферментов(отличия от орг катализаторов):
1. Огромная активность По сравнению с неорганическими катализаторами они эффективнее и присутствуют в очень малых количествах.
2. Ускорение в мягких условиях (37о , рН 7, 1 атм). Любые денатурирующие факторы снижают скорость реакции.
3. Специфичность – абсолютная или относительная. Это возможность катализировать только определённые реакции. Фермент с абсолютной специфичностью может связываться только с единственным субстратом (аргиназа с аргинином, лактаза с лактозой). Известны ферменты, обладающие стереоспецифичностью – фумаратгидратаза не действует на трансизомер фумарата – малеиновую кислоту. Ферменты с относительной (широкой субстратной) специфичностью могут связываться с несколькими сходными по структуре субстратами.
4. Широта действия ферментов в целом.
5. Регулируемость. Каталитическая эффективность одного и того же количества фермента может быть разной. Фермент может находиться в активной или неактивной форме, поэтому иногда меньшее количество фермента вызывает более высокую скорость реакции.
Свойства ферментов (как белков):
1. Ферменты имеют такую же молекулярную массу как все белки и такую же структурную организацию
2. Зависимость скорости реакции от t o . У теплокровных оптимальная температура для большинства ферментов 370 – 40о .
3. Зависимость скорости реакции от рН. У млекопитающих большая часть ферментов имеет оптимум рН = 7,4. Это рН крови и межклеточной жидкости.
4. Денатурируемость тяжёлыми металлами, растворителями, излучениями.
5.Обратимое высаливание. Этот процесс очень важен для выделения ферментов из гомогенатов тканей
6. Узнавание лигандов (специфичность, регулируемость). Лигандами для ферментов являются: субстраты, кофакторы (небелковая часть фермента), регуляторы активности
7. Скорость ферментативной реакции зависит от концентрации субстрата
При низких концентрациях субстрата вероятность столкновения с молекулой фермента мала и образование продукта будет происходить очень медленно. С увеличением концентрации субстрата вероятность столкновения возрастает, скорость реакции увеличивается. Когда все активные центры молекул фермента заполняются субстратом, скорость реакции становится постоянной (максимальной). Концентрация субстрата, при которой достигается v S 13 максимальная скорость, называется насыщающей. Концентрация субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной, называется константой Михаэлиса (Км). Км характеризует сродство фермента к субстрату, то есть способность фермента связывать субстрат. Чем меньше Км, тем выше сродство.
8.Зависимость скорости реакции от концентрации фермента
Номенклатура
Наименования ферментам давали по случайным признакам (тривиальная номенклатура). Примерами таких названий могут служить названия таких ферментов, как пепсин (от греч. пепсис – пищеварение), трипсин (от греч. трипсис – разжижаю)
Характерное название было дано группе окрашенных внутриклеточных ферментов, ускоряющих окислительновосстановительные реакции в клетке – цитохромы (от лат. citos – клетка и chroma – цвет).
Наибольшее распространение получила рациональная номенклатура. Согласно которой название фермента образуются из объединения названия субстрата, типа реакции и окончания "-аза". Например, ЛАКТАТ + ДЕГИДРОГЕНизация + АЗА = ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА. Фермент, ускоряющий реакцию гидролиза крахмала получил название амилаза (от греч. амилон – крахмал).
Систематическое название (в основе которого лежит международная классификация ферментов) фермента формируется следующим образом: (название субстратов (через двоеточие или дробь), название типа химического превращения + аза). Та же лактатдегидрогеназа будет иметь систематическое название «L-лактат:NAD+ оксидоредуктаза». Фермент, катализирующий перенос аминогруппы с аланина на -кетоглутаровую кислоту имеет и 7 рациональное название «аланинаминотрансфераза» и систематическое название – «L-аланин:2-оксоглутарат аминотрансфераза».
Классификация ферментов.
Существуют разные виды классификаций ферментов.
1. По химическому строению выделяют простые и сложные ферменты. Простые ферменты состоят только из аминокислот, а сложные содержат небелковую (простетическую) группу. Белковую часть сложных белков принято называть апоферментом. Связанную с белковой частью простетическую группу в составе сложного фермента принято называть кофактором или коферментом. Кофактор, как правило, представлен ионами металла (Zn2+ , Fe2+ , Cu+ , Mg2+ и др). Коферменты имеют большую молекулярную массу и являются: - производными витаминов (тиаминдифосфат, ФМН, ФАД, НАД, HSКоА, НАДФ, пиридоксальфосфат) - невитаминные (биоптерин, тиоредоксин, глутатион, липоевая кислота, фосфаты, гем и др.).
2. По локализации в клетке различают лизосомальные, цитозольные, микросомальные, митохондриальные, ядерные ферменты.
3. По локализации в организме биологические катализаторы можно 5 разделить на ферменты крови, сердца, печени и др.
4. По продолжительности жизни молекул фермента различают короткоживущие (Т1/2 менее 1 ч) и долгоживущие ферменты (Т1/2 более 1 ч).
5. По возможности адаптивно регулировать количество молекул фермента разделяют конститутивные ферменты, которые синтезируются в организме на постоянном уровне и индуцибельные или адаптивные, синтез которых в организме усиливается при определѐнных условиях
Согласно систематической номенклатуре все ферменты делятся на 6 классов в зависимости от типа катализируемой химической реакции. В каждом классе есть многочисленные подклассы и подподклассы. Каждый класс имеет порядковый номер, строго за ним закрепленный.
1. класс– оксидоредуктазы. Катализируют различные окислительновосстановительные реакции. Сюда входят подклассы дегидрогеназ (отщепляющих атомы водорода), редуктаз (присоединяющих атомы водорода), оксигеназ (внедряющих кислород в субстрат) и др.
2. класс – трансферазы. Катализируют перенос функциональных групп от одного субстрата на другой. Сюда относят аминотрансферазы (переносят аминогруппу), метилтрансферазы (метильную группу), киназы (переносят остаток фосфорной кислоты от АТФ).
3. класс – гидролазы.Катализируют реакции гидролиза (расщепления ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва). Сюда относят эстеразы, гликозидазы, пептидазы.
4. класс – лиазы. Отщепляют от субстратов негидролитическим путем определенную группу, например, декарбоксилазы, альдолазы.
5. класс – изомеразы. Катализируют различные внутримолекулярные превращения (изомеразы, мутазы – в том случае, когда изомеризация состоит во внутримолекулярном переносе какой-либо группы).
6. класс – лигазы (синтетазы).Катализируют реакции присоединения друг к другу двух молекул с образованием ковалентной связи, этот процесс сопряжен с затратой энергии АТФ (РНК-полимераза).