Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Владимирский государственный университет им. Столетовых

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

203445

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

945.58 Кб

Скачать

☆

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

М И Н И СТ Е РСТ В О О Б РА ЗО В А Н И Я И Н А У К И РО ССИ Й СК О Й

ФЕ Д Е РА Ц И И

Воронежский государственный университет

Ф Е РМ Е Н Т Ы : О Б Щ А Я ХА РА К Т Е РИ СТ И К А И РО ЛЬ В М Е Т А Б О ЛИ ЧЕ СК И Х ПРО Ц Е ССА Х

Уч ебно-м етодич ес к ое п ос обие

по сп ец и аль н ост и 020201 (011600) – би ологи я

У тверж денонауч но-м етодич ес к им с оветом биолого-п оч венного ф ак уль тета 16 с ентября 2005 г., п роток ол N 6.

У ч ебно-м етодич ес к ое п ос обие п одготовленона к аф едре ф изиологии и биохим ии рас тенийбиолого-п оч венногоф ак уль тета Воронеж с к ого гос ударс твенногоуниверс итета.

Рек ом ендуетс я для с тудентов 2 к урс а дневногообуч ения биолого- п оч венногоф ак уль тета.

Для с п ециаль нос ти 020201 (011600) –Биология

Разраб откаданного п особ ия частично п оддержанагрантом

CRDF Y1-B-10-01.

СО Д Е РЖ А Н И Е

Ф ерм енты .......................................................................................	4
М етаболизм .....................................................................................	34

Ф Е РМ Е Н Т Ы

Ф ерм енты – это биологич ес к ие м олек улы , обладающ ие к аталитич ес к ой ак тивнос ть ю. В нас тоящ ее врем я извес тноп рим ерно2000 различ ны х ф ерм ентов, к атализирующ их с отни м ногос тадийны х хим ич ес к их реак ций, в ходе к оторы х изм еняютс я биологич ес к ие м олек улы . Подавляющ ее боль ш инс тво ф ерм ентов являютс я белк овы м и м олек улам и. Ис к люч ение с ос тавляет лиш ь доволь ноузк ая

груп п а рибозим ов – м олек ул РНК,	уч ас твующ их в	с п лайс инге (с озревании
м атрич нойРНК).
Ф ерм енты вы с ок ос п ециф ич ны к	с воим с убс тратам	(м олек улам , на к оторы е

воздейс твует ф ерм ент), ус к оряют с трогос п ециф ич ны е хим ич ес к ие реак ции без образования п обоч ны х п родук тов. Ф ерм енты ф унк ционируют в разбавленны х

водны х рас творах п ри ф изиологич ес к их знач ениях тем п ературы			и рН.
Для	ф ерм ентативной ак тивнос ти	белк ов важ ное	знач ение им еет
с охранение	их п ервич ной, вторич ной и	третич ной с трук тур. М олек улярны е

м ас с ы ф ерм ентов, к ак и вс ех ос таль ны х белк ов, леж ат в п ределах от 12 000 до


1000 000, так	ч тоих разм еры			нам ногоп ревы ш ают разм еры их с убс тратов или
ф унк циональ ны х груп п ,			на	к оторы е	они дейс твуют. Нек оторы е ф ерм енты
с ос тоят толь к о из		п олип еп тидны х			цеп ей и не с одерж ат		ник ак их других
хим ич ес к их	груп п ,	к ром е тех, к оторы е входят				в с ос тав	ам инок ис лотны х
ос татк ов; к	п одобны м		ф ерм ентам		относ итс я,	нап рим ер,	рибонук леаза из

п одж елудоч нойж елезы . Однак о для к аталитич ес к ойак тивнос ти м ногих ф ер-


м ентов необходим ещ е и доп олнитель ны йхим ич ес к ийк ом п онент -								к оф ак тор.
Роль	к оф ак торов м огут играть			неорганич ес к ие вещ ес тва, нап рим ер ионы Fе2 +,
М g2	+	или Mn2 +, или с лож ны е органич ес к ие вещ ес тва, к оторы е в этом с луч ае
нос ят		названия к оф ерм ентов.		Для к аталитич ес к ойак тивнос ти ряда ф ерм ентов
требуетс я к ак к оф ерм ент, так				и к ак ой-нибудь одинили даж е нес к оль к оионов
м еталлов. У			одних ф ерм ентов к оф ерм енты или ионы м еталлов с вязы ваютс я с
белк ом		врем еннои неп роч но, тогда к ак				у других эти с вязи м огут бы ть п роч ны м и
и п ос тоянны м и; в п ос леднем				с луч ае		небелк овую ч ас ть ф ерм ента		назы вают
п рос тетич ес к ой груп п ой. Вес ь					к аталитич ес к и		ак тивны й ф ерм ент	вм ес те с
к оф ерм ентом			или ионом м еталла нос ит название холоф ерм ента.
	Ак тивнос ть ф ерм ентов изм еряют п ри оп тим аль ном знач ении рН, к ак ой-
либо оп ределенной, удобной в					том	или ином	отнош ении тем п ературе (к ак

п равило, в интервале от 25 до38°С ) и п ри к онцентрации с убс трата, близк ойк нас ы щ ающ ей. В этих ус ловиях нач аль ная с к орос ть реак ции обы ч но п ро-

п орциональ на к онцентрации ф ерм ента, п ок райнейм ере, в заданном	диап азоне
к онцентрацийф ерм ента (Рис .).
С оглас но м еж дународном у с оглаш ению, за еди н и ц у акт и вн ост и	ферм ен т а

п ри н и м ает ся т акоеколи чест во ферм ен т а, кот ороекат али зи рует п ревращ ен и е 1 м км оля субст рат а(1 м к м оль = 10~6 моля) в 1 м и н п ри 25°С в оп т и м аль н ыхуслови ях дейст ви я фермен т а. У дель н ой акт и вн ост ь ю назы ваетс я ч ис ло единиц ф ерм ентативнойак тивнос ти в рас ч ете на 1 м г белк а. У дель ная ак тивнос ть - это м ера ч ис тоты ф ерм ентногоп реп арата: она возрас тает в п роцес с е оч ис тк и ф ер- м ента и с тановитс я м ак с им аль нойи п ос тоянной, к огда ф ерм ент находитс я в ч и- с том с ос тоянии.

Чи слом оборот ов ф ерм ента назы ваетс я ч ис ло м олек ул с убс трата, п ретерп евающ их п ревращ ение в единицу врем ени в рас ч ете на одну м олек улу ф ерм ента (или один к аталитич ес к ий центр) в ус ловиях, к огда к онцентрация ф ерм ента являетс я единс твенны м ф ак тором , лим итирующ им с к орос ть реак ции. Карбоангидраза - важ ны йф ерм ент, п рис утс твующ ийв боль ш их к онцентрациях в эритроцитах, - п редс тавляет с обойодин из наиболее ак тивны х ф ерм ентов с

ч ис лом	оборотов 36 000 000 в 1 м инв рас ч ете на одну м олек улу ф ерм ента.
Названия м ногих ф ерм ентов образуютс я п утем				п рибавления с уф ф ик с а
-аза к	названию их с убс трата.	Так ,	ф ерм ент,	к атализирующ ий гидролиз
м оч евины , назы ваетс я уреазой (от		англ.	«urea»), а ф ерм ент, гидролизующ ий

аргинин, - арги н азой. Однак ом ногие ф ерм енты им еют названия, не с вязанны е с названиям и их с убс тратов, нап рим ер п еп си н и т ри п си н . С луч аетс я так ж е, ч то одини тот ж е ф ерм ент им еет, п ом ень ш ейм ере, два названия или ж е два разны х


ф ерм ента нос ят	одно и то ж е	название. Из-за этих и других затруднений
терм инологич ес к ого харак тера,		а так ж е	вс ледс твие	вс е возрас тающ его ч ис ла
вновь отк ры ваем ы х ф ерм ентов		бы ло п ринято м еж дународное			с оглаш ение	о
с оздании с ис тем атич ес к ой ном енк латуры и к лас с иф ик ации					ф ерм ентов.	В
с оответс твии с	этой с ис тем ой вс е		ф ерм енты	в завис им ос ти от тип а

к атализируем ы х им и реак цийделятс я на ш ес ть ос новны х к лас с ов, к аж ды йизк о-

торы х	вк люч ает	ряд	п одк лас с ов. Каж ды йф ерм ент им еет ч еты рехзнач ны й
к одовы й ном ер		(ш иф р)	и	с ис тем атич ес к ое название,		к оторое	п озволяет
идентиф ицировать к атализируем ую этим					ф ерм ентом реак цию (табл.).
	К ЛА ССИ Ф И К А Ц И Я И ХА РА К Т Е РИ СТ И К А Ф Е РМ Е Н Т О В
1.	О ксидоредуктазы.		К	к лас с у	ок с идоредук таз	относ ят	ф ерм енты ,

к атализирующ ие реак ции ок ис ления-вос с тановления. Общ ая с хем а их м ож ет бы ть п редс тавлена с ледующ им образом :

Ок ис ление п ротек ает к ак

п роцес с

отнятия атом ов Н (элек тронов) от с уб-

с трата,

а вос с тановление -

к ак

п рис оединение атом ов Н (элек тронов) к

ак цеп -

тору.

Х арак терной ос обеннос ть ю

деятель нос ти ок с идоредук таз в ж ивой к летк е

являетс я

их

с п ос обнос ть

образовы вать

с ис тем ы

(так

назы ваем ы е

цеп и

ок ис литель но-вос с тановитель ны х

ф ерм ентов),

к оторы х

ос ущ ес твляетс я

м ногос т уп енч аты йп еренос атом ов водорода или элек тронов от

п ервич ного

с убс трат а

к онеч ном у

ак цеп т ору,

к от оры м

являетс я,

к ак

п равило,

к ис лород, т ак

ч т ов резуль тате образуетс я вода.

Т е

ок с идоредук тазы ,

к оторы е

п еренос ят

атом ы

или

элек троны

неп ос редс твенно на к ис лородны е

атом ы ,

нос ят

название

аэробны х

дегидрогеназ или ок с идаз. В отлич ие от

них ок с идоредук тазы , п еренос ящ ие

атом ы

Н и элек троны от одногок ом п онент а ок ис литель нойцеп и ф ерм ентов к


другом у без п ередач и их			на к ис лородны е атом ы				назы вают анаэробны м и
дегидрогеназам и или редук тазам и.
Е с ли ф ерм ент	к атализирует			реак цию	отнятия		Н	неп ос редс твенно от
ок ис ляем ого вещ ес тва (п ервич ного с убс трата),						то его назы вают				п ервич ной
дегидрогеназой.	Е с ли	ф ерм ент		ус к оряет	с нятие		водородны х			атом ов с о
вторич ного с убс трата,		к оторы йп олуч ил атом ы				Н п ри п ос редс тве п ервич ной
дегидрогеназы	(вторич ны м		с убс тратом		м ож ет		бы т ь	к оф ерм ент			с ам ой
п ервич ной ок с идоредук тазы ),				его назы вают		вторич ной дегидрогеназой.
Другая ос обеннос т ь ок с идоредук таз с ос тоит в						том , ч т о,			будуч и двухк ом -
п онентны м и ф ерм ентам и с			вес ь м а огранич енны м				набором		ак тивны х		груп п

(к оф ерм ентов), они с п ос обны ус к орять боль ш ое ч ис ло с ам ы х разнообразны х ок ис литель но-вос с тановитель ны х реак ций. Э то дос тигаетс я за с ч ет того, ч то одини тот ж е к оф ерм ент с п ос обенс оединять с я с о м ногим и ап оф ерм ентам и, образуя к аж ды йраз ок с идоредук тазу, с п ециф ич ную п оотнош ению к том у или


ином у с убс трату или ак цеп тору.
Е щ е одна,		п ож алуй,		главная ос обеннос т ь ок с идоредук т аз зак люч ает с я в
т ом ,	ч т о они	ус к оряют		п ротек ание хим ич ес к их			п роцес с ов,	с вязанны х
с вы с вобож дением			энергии.		Пос ледняя ис п оль зуетс я к ак для обес п еч ения
с интетич ес к их п роцес с ов в организм е, так и длядругих нуж д.
В	п риродны х		объ ек тах		обнаруж ено	ок оло	п ятис от	индивидуаль ны х
ок с идоредук таз. Наиболее рас п рос транены						ок с идоредук тазы ,		с одерж ащ ие в

к ачес тве ак тивнойгруп п ы никотинам идадениндинуклеотид, или НАД+ :

Более п оловины извес тны х в нас тоящ ее врем я ок с идоредук тазс одерж ат НАД+ в к ач ес тве к оф ерм ента. С оединяяс ь с тем или ины м с п ециф ич ес к им белк ом и

образуя,

так им

образом ,

двухк ом п онентны й ф ерм ент, к оторы й с ок ращ енно

назы вают

п иридинп ротеином ,

НАД+

резк о

ус иливает

с вою с п ос обнос ть

вос с танавливать с я п о ядру

ник отинам ида.

резуль тате

п иридин-п ротеины

с п ос обны

отним ать

от

с убс тратов

(с п ирты ,

аль дегиды ,

дик арбоновы е

к еток ис лот ы , ам ины

и др.) атом ы Н в виде гидрид-ионов (Н-) и п ротонов (Н+),

ок ис ляя, так им

образом ,

ук азанны е с оединения. Вс е п иридинп ротеины

являютс я

анаэробны м и дегидрогеназам и,

т.е.

не

п ередают с няты е с

с убс трата атом ы

водорода на к ис лород,

а п ос ы лают

их на ближ айш ий в ок ис литель ной цеп и

другойф ерм ент.

Рас с м отрим

с троение

м еханизм

дейс твия

одного из п иридинп ротеинов

алкогольдегидрогеназы из п еч ени ж ивотны х.

В п роцес с е отнятия атом ов Н от

с п ирта

образуетс я

тройной

ап оф ерм ент-к оф ерм ент-с убс тратны й

к ом п лек с ,

удерж иваем ы й

Zn2.

Неп ос редс твенно к

ник отинам идадениндинук леотиду

от

м олек улы

с п ирта п ереходит одинатом

водорода в виде гидридногоиона (Н-), т.е.

атом а водорода,

нес ущ его доп олнитель ны й элек трон. Второй атом

водорода,

отним аем ы й от

м олек улы

с п ирта, наоборот,

теряет элек трон, п ревращ аяс ь

п ротон (Н+), и

п ос туп ает

реак ционную с реду. Поэтом у

уравнение реак ции

ок ис ления с п ирта п ри уч ас тии НАД+ зап ис ы вают так :

В любом	с луч ае НА Д+ п олуч ает	два элек трона		за с ч ет п рис оединения
гидридногоиона.
Кром е	НА Д+ п иридинф ерм енты	с одерж ат	в	к ач ес тве к оф ерм ента
ник отинам идадениндинук леотидф ос ф ат (НАДФ +).			Э тот к оф ерм ент являетс я
п роизводны м НА Д+, у к от ороговодород ОН-груп п ы				2-гоуглеродногоатом а
рибозы аденозина зам ещ енна ос таток ф ос ф орнойк ис лот ы .
НАДФ +,	с оединяяс ь с о с п ециф ич ес к им и белк ам и, образует боль ш ую груп п у

п иридинп ротеинов, харак теризующ уюс я с воим набором с убс тратов. М еханизм ок ис ления п ри уч ас тии НАДФ + в к ач ес тве к оф ерм ента аналогич ен так овом у п ри п ос редс т ве НА Д+. Более т ого, НА ДН и НА ДФ +, равно к ак НАДФ Н и НАД+, п ри к аталитич ес к ом уч ас тии с п ециаль ногоф ерм ента –трансгидрогеназы - с п ос обны обм енивать с я атом ам и водорода и элек тронам и:

Партнером вос с тановленны х ф орм п иридинп ротеинов в ок с идоредук тазной

цеп и, к ак	п равило,	с луж ат ф лавоп ротеины		(Ф П). Так им		ф лавоп ротеином ,
нап рим ер,	являетс я	ф ерм ент,	нес ущ ий	в	к ач ес тве	ак тивной груп п ы
ф ос ф орилированны й витам ин В2.			Ок ис ленная		ф орм а этого ф лавоп ротеина
ок раш ена.	Каж дая м олек ула ф ерм ента нес ет			м олек улу риб офлавинфосфата

(или ф лавинм ононук леотида, Ф М Н), с п ос обного п риним ать и отдават ь два атом а Н п оатом ам N изоаллок с азиновогок оль ца:

Ок раш енная ф орм а Бес цветная ф орм а (ок ис ленная) (вос с тановленная)

Другим к оф ерм ентом в ф лавоп ротеинах являетс я

флавинадениндинуклеотид(Ф АД):

Ф лавинадениндинук леотид (Ф АД)

Ф М Н и Ф А Д,	с оединяяс ь с		различ ны м и			ап оф ерм ентам и,	дают нач ало
п риблизитель но	тридцати	ф лавоп ротеинам ,				отлич ающ им с я		различ ной
с п ециф ич нос ть ю п оотнош ению к с убс тратам .
Ос новная ф унк ция ф лавоп ротеинов -					п еренос элек тронов (атом ов Н) от
вос с тановленны х п иридинп ротеинов к				другим		к ом п онентам	ок ис литель но-
вос с тановитель ной цеп и,		т.е.	Ф П	в	боль ш инс тве с луч аев			являют с я
вторич ны м и дегидрогеназам и. Однак онек от оры е ф лавоп ротеины ,								ос обеннос
Ф А Д в к ач ес тве	к оф ерм ент а,		м огут	неп ос редс твенно с ним ат ь				атом Н с
с убс трат а.

Коф ерм ентам и ок с идоредук таз являютс я так ж е хиноны. Так , с оединяяс ь c


белк ом ,	убихиноны образуют убихинонп ротеин, являющ ийс я важ нойс ос тавной
ч ас ть ю	анс ам блей ок с идоредук таз,				п ри п ос редс тве к оторы х ос ущ ес твляетс я
п еренос атом ов Н и элек тронов.
У бихиноны		являютс я п роизводны м и бензохинона и обладают						бок овой
цеп ь ю, с ос тавленнойизболь ш огоч ис ла изоп реноидны х ос татк ов:
В	рас т ениях		эт у	ф унк цию	вы п олняет	п охож ее	на	убихинон
с оединение -		п лас тохинон.
Ч ис лоизоп реноидны х ф рагм ентов в бок овойцеп и (и) к олеблетс я от 6 до
10. У с тановлено,			ч то	убихиноны	п риним ают	уч ас тие	в ок ис литель но-

вос с тановитель ны х п роцес с ах в организм е, ос ущ ес твляя п ередач у атом ов Н:

Наиболее с лож ны й, но и с ам ы йрас п рос траненны йвариант ок ис литель новос с тановитель ногоп роцес с а в к летк е с ос тоит в ок ис лении атом ов Н, с няты х с

с убс трата, п ри п ос редс тве цитохром ной систем ы.
Ц итохром ную	с ис тем у образуют нес к оль к о ок с идоредук таз,		им еющ их в
к ач ес тве п рос тетич ес к их груп п ж елезоп орф ирины . Е щ е в		1915	г., двадцать ю
годам и ранее О.	Варбурга, на возм ож ную роль ж елезос одерж ащ их белк ов в
биологич ес к ом	ок ис лении обрат или вним ание А . Я .	Д анилевс к ийи Б.
П. С оловцов. С оединяяс ь с белк ам и различ ного с троения,		ж елезоп орф ирины 4

тип ов (А, В, Си , D) дают нач алос ем ейс тву хром оп ротеинов, объ единяем ы х п од

общ им

названием -

цитохром ы.

С ейч ас

извес тно

нес к оль к о дес ятк ов

цитохром ов,

и с п ис ок

их неп реры вно п оп олняетс я.

Каж ды йиндивидуаль ны й

цитохром

обознач ают с троч нойлатинс к ойбук войа, b, с и d с с оответс твующ им

п орядк овы м

индек с ом ,

нап рим ер

blt b2,

т.д., а к лас с

цитохром а -

п роп ис ной латинс к ой бук вой А,

В,

С или D. Принадлеж нос ть

цитохром а к

оп ределенном у к лас с у

оп ределяетс я с троением

п рос тетич ес к ой

груп п ы

(ж елезоп орф ирина),

ок онч атель ная

индивидуаль нос ть

с троением

ап оф ерм ента (белк а). В п ос леднее врем я п редп оч итают,

наряду с

п орядк овы м

ном ером

цитохром а,

ук азы вать

харак терную

длину

волны ,

п ри

к оторой

отм еч аетс я п оглощ ение в видим ойч ас ти с п ек тра (нап рим ер, цитохром

b6 или

b563, найденны йв хлороп лас тах, и т. п .).

Первич ная с трук т ура ряда цитохром ов вы яс нена: ок азалос ь , ч т оих видовая с п ециф ич нос ть с вязана снеболь ш им и различ иям и в ч ередовании ам инок ис лот. Э ти данны е п ринцип иаль новаж ны для п оним ания п рироды видовойи иной с п ециф ич нос т и ф ерм ент ов: видим о, она оп ределяетс я различ иям и, п реж де вс его, в п ервич нойс т рук т уре ап оф ерм ент ов. Ц ит охром ы bх, b2, bг и т.д., с одерж ащ ие одну и т у ж е п рос тетич ес к ую груп п у, отлич аютс я друг от друга


им енноп оэтом у п ризнак у.						ц и т охром н ую			си ст ем у,
Им енно	п оэтом у		цитохром ы		образуют
п редс тавляющ ую		с обой уп орядоч енное с оч етание					в едином		к ом п лек с е
различ ны х цитохром ов, нап рим ер b, с и а.
Ц итохром ная с ис т ем а с п ос обна п риним ат ь элек т роны ,								с нят ы е с	ат ом ов Н
вос с тановленного		убихинона.		Она	п ередает	элек троны		далее	п о цеп и
цитохром ов	и, нак онец, на			к ис лородны й атом ; п ос ледний, с оединяяс ь с
ионизированны м и атом ам и Н,				образует м олек улу Н2О.			цитохром ов		заним ает
В цеп и цит охром ов			к аж ды й из индивидуаль ны х
с трого оп ределенное			м ес то.	Прос тейш ий вариант			цитохром ной с ис тем ы

п риведенна с ледующ ейс хем е:

Как видно из с хем ы , п ередач а элек тронов в цитохром ной цеп и ос ущ ес твляетс я за с ч ет изм енения валентнос ти атом а Fe п орф ириновогоядра.

И з вс ех цитохром ов толь к о цитохром а,					а3	п ередает элек троны на к ис лород.
Поэтом у	им енно	он	заверш ает	цеп ь	цитохром ов		и	нос ит название
цитохром оксидазы.		Кром е атом ов Fe			(в	с ос таве гем а)		цитохром а, а3
с одерж ит	так ж е атом ы		С и, с	к оторы м и		с вязы вают	его ок ис литель ны е

с войс тва.

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
15.11.2022780.79 Кб1202910.pdf
#
15.11.2022418.06 Кб0202916.pdf
#
15.11.2022542.91 Кб3202926.pdf
#
15.11.2022305.67 Кб0203245.pdf
#
26.02.202386.08 Кб3203320.pdf
#
15.11.2022945.58 Кб4203445.pdf
#
26.02.2023160.92 Кб1203472.pdf
#
15.11.20221.07 Mб2204952.pdf
#
15.11.2022374.07 Кб1204996.pdf
#
15.11.20221.23 Mб0205408.pdf
#
15.11.20221.21 Mб1205409.pdf