- •Ферменты как биокатализаторы. Механизмы действия ферментов.
- •Изоферменты
- •Мультиферментные комплексы
- •Строение мультиферментного комплекса
- •2 Теории, объясняющие суть действия ферментов.
- •Стереоспецифичность аспартазы к транс-изомеру субстрата
- •Механизмы катализа
- •Типы ферментативных реакций
- •1. Зависимость скорости реакции от температуры
- •2. Зависимость скорости реакции от рН
- •3. Зависимость от концентрации фермента
- •4. Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата
- •Vmах и Km - кинетические характеристики эффективности фермента.
- •Классификация и номенклатура ферментов
- •Оксидоредуктазы
- •Систематическое название образуется:
- •Трансферазы
- •Систематическое название образуется:
- •Систематическое название образуется:
- •Систематическое название образуется:
- •Систематическое название образуется:
- •Систематическое название образуется:
Стереоспецифичность аспартазы к транс-изомеру субстрата
Реакция расщепления мочевины |
3. Групповая специфичность – катализ субстратов с общими структурными особенностями, т.е. при наличии определенной связи или химической группы:
пепсин катализирует разрыв пептидной связи, образованной карбоксильными группами ароматических аминокислот (тромбин расщепляет пептидную связь только между аргинином и глицином).
например, наличие ОН-группы: алкогольдегидрогеназа окисляет до альдегидов одноатомные спирты (этанол, метанол, пропанол).
Гексокиназа катализирует присоединение фосфатной группы к ряду шестиуглеродных сахаров: глюкозе, маннозе, фруктозе, галактозе и др.
4. Двойственная специфичность – фермент взаимодействует с резко различающимися по структуре субстратами. Например, ксантиноксидаза окисляет не только гипоксантин и ксантин, но и альдегиды.
Механизмы катализа
1.Кислотно-основной катализ. 2.Ковалентный катализ
Доноры
Акцепторы
-СООН -NH3+ -SH
-СОО- -NH2 -S-
С2Н5ОН + NAD+→ СН3-СОН + NADH + H+
Механизм кислотно-основного катализа на примере алкогольдегидрогеназы печени.I - молекула этилового спирта имеет центр связывания, обеспечивающий гидрофобное взаимодействие активного центра и метильной группы спирта; II - положительно заряженный атом цинка способствует отщеплению протона от спиртовой группы этанола с образованием отрицательно заряженного атома кислорода. Отрицательный заряд перераспределяется между атомом кислорода и соседним атомом водорода, который затем в виде гидритиона переносится на четвёртый углеродный атом никотинамида кофермента NAD+; III - в результате формируется восстановленная форма NADH и уксусный альдегид.
2. Ковалентный катализ – наиболее показателен и лучше изучен - ферменты реагируют со своими субстратами, образуя при помощи ковалентных связей очень нестабильные фермент-субстратные комплексы, из которых в ходе внутримолекулярных перестроек образуются продукты реакции.
Нуклеофильный механизм (воздействующий на «+»), т.е. в активном центре фермента находятся активные отрицательно заряженные группировки, например: R-COO- (в Glu, Asp), R-OH (Ser), R-SH (Cys). Они влияют на положительные заряды субстрата, атакуют его, делают неустойчивым, поляризуют.
Электрофильный механизм - в активном центре фермента находятся положительные группы, чаще Mg2+, Mn2+, NH4+. Эти группы воздействуют на электроны в субстрате, дестабилизируют его, превращают в продукт.
Действие сериновых протеаз, таких как трипсин, химотрипсин и тромбин - ковалентная связь образуется между субстратом и аминокислотным остатком серина активного центра фермента. Термин "сериновые протеазы" связан с тем, что аминокислотный остаток серина входит в состав активного центра всех этих ферментов и участвует непосредственно в катализе. Механизм ковалентного катализа на примере химотрипсина, осуществляющего гидролиз пептидных связей при переваривании белков в двенадцатиперстной кишке. Субстратами химотрипсина служат пептиды, содержащие аминокислоты с ароматическими и циклическими гидрофобными радикалами (Фен, Тир, Три), что указывает на участие гидрофобных сил в формировании фермент-субстратного комплекса. Радикалы Асп102, Гис57и Сер195участвуют непосредственно в акте катализа. Вследствие нуклеофильной атаки пептидной связи субстрата происходит разрыв этой связи с образованием ковалентно-модифицированного серина - ацил-химотрипсина. Другой пептидный фрагмент высвобождается в результате разрыва водородной связи между пептидным фрагментом и Гис57активного центра химотрипсина. Заключительный этап гидролиза пептидной связи белков - деацилирование химотрипсина в присутствии молекулы воды с высвобождением второго фрагмента гидролизуемого белка и исходной формы фермента.