Зачёт по биохимии

По строению ферменты делятся на простые (однокомпонентные) и сложные

(двукомпонентные). К простым ферментам относятся ферменты, состоящие

только из белковой части, сложный фермент состоит из белковой и небелковой частей. Белковая часть называется апоферментом, а небелковая — кофактором (витамины группы B, Q, H и др.)

10. Классификация и номенклатура ферментов.

Известно более 1 тыс. ферментов.

Ферменты имеют тривиальные названия, которые составляются путем прибавления окончания – аза к слову, обозначающему субстрат на который действует фермент. Исключения составляют пищеварительные ферменты, для которых укоренились названия, оканчивающиеся на ин.

Внастоящее время используется схема классификации и рациональной номенклатуры ферментов, принятые в 1961 г. Международным биохимическим союзом.

Воснову еѐ положен тип химической реакции, катализируемой данным ферментом и его специфичность. При этом каждый фермент обозначается кодом из четырех цифр

(например, КФ 1.1.1.27):

1 цифра – класс ферментов, она указывает на тип химической реакции, катализируемой ферментами; 2 цифра – обозначает подкласс, уточняет действие фермента, указывая на природу

химической группы субстрата, атакуемой ферментом; 3 цифра – подподкласс, еще более конкретизирует действие фермента, уточняя

природу атакуемой связи субстрата и природу акцептора; 4 цифра – обозначает порядковый номер фермента в данном классе.

Согласно Международной классификации ферменты делят на 6 классов:

1)Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления. Они делятся на анаэробные и аэробные дегидрогеназы (оксидазы). На каждый субстрат может действовать несколько ферментов и по-разному:

2)Трансферазы – обеспечивают перенос целых функциональных групп и остатков (ацильных, фосфатных, гликозидных и др.) от одного субстрата к другому:

3)Гидролазы – катализируют разрыв внутримолекулярных связей (кроме –С-С- связи) в субстратах с присоединением воды по месту разрыва:

4)Лиазы – катализируют разрыв связей в субстратах без присоединения воды, т.е. осуществляют не гидролитическое расщепление связей –С-С-, -С-О-, С-N, -С-S, а также участвуют в отщеплении воды, сероводорода, углекислого газа.

5)Изомеразы – осуществляют внутримолекулярные перегруппировки с образованием изомеров:

6)Лигазы (синтетазы) – катализируют образование связей –С-С-, -С-О-, С-N, -С-S, а именно осуществляют синтез соединения двух субстратов, участвуют в расщеплении пирофосфатных связей, чем поставляют энергию для синтеза.

7)Транслоказы — отдельный класс ферментов, катализирующих перенос ионов или молекул через мембраны или их разделение в мембранах. Этот класс ферментов сформировался из ранее принадлежащих другим классам ферментов. АТФ-синтаза — ранее фермент относился к третьему классу и был назван по номенклатуре — АТФ-фосфогидролаза, но название не соответствует характеру работы фермента, так как гидролиз АТФ практически не происходит.

За ферментами, перемещёнными в класс транслоказ, сохранились прежние систематические названия.

11. Структура (активный и аллостерический центры) и механизм действия энзимов. Классификация аллостерических эффекторов.

В трехмерной структуре фермента различают несколько функциональных участков. Сочетание функциональных групп определенных аминокислотных остатков, необходимых для осуществления ферментативной реакции, получило название активного центра фермента. В нем содержится контактный участок, обеспечивающий связывание субстрата ферментом, и каталитический центр, принимающий непосредственное участие в осуществлении ферментативной реакции.

Функциональные группы субстратов, участвующие в реакции, аминокислотные остатки и функциональные группы активного центра вследствие наличия вторичной и третичной структуры белка, т.е. изогнутости и скручивания цепи в пространстве, расположены близко друг к другу. Это свойство активного центра называют

эффектом сближения и ориентации реагентов. Такое упорядоченное расположение субстратов вызывает уменьшение энтропии и, как следствие, снижение энергии активации (Еа), что определяет каталитическую эффективность ферментов.

В участке связывания субстрат взаимодействует с ферментом, формируя

ферментсубстратный комплекс. В каталитическом участке субстрат претерпевает химическое превращение в продукт, который затем высвобождается из активного центра фермента. Схематично процесс катализа можно представить уравнением:

где Е - энзим, S - субстрат, Р - продукт.

Некоторые ферменты имеют аллостерический или регуляторный центр. Такие ферменты имеют четвертичную структуру и катализируют важнейшие участки метаболизма. Аллостерический центр удален от активного центра и находится в другом месте молекулы фермента (с греч. аllоs - другой, stеrеоs – место). К нему присоединяются вещества, регулирующие активность фермента. Эти вещества называются аллостерическими эффекторами или модуляторами. Эффекторы,

увеличивающие активность фермента и соответственно, ускоряющие скорость реакции называются активаторами, а уменьшающие активность и замедляющие скорость реакции – ингибиторами. Ингибиторы бывают необратимые и обратимые. По механизму действия они делятся на конкурентные обратимые ингибиторы и неконкурентные.

НЕМНОГО ДРУГАЯ ИНФОРМАЦИЯ С ДРУГОГО САЙТА 1. Активный центр – комбинация аминокислотных остатков (обычно 12-16),

обеспечивающая непосредственное связывание с молекулой субстрата и осуществляющая катализ. Аминокислотные радикалы в активном центре могут находиться в любом сочетании, при этом рядом могут располагаться аминокислоты, значительно удаленные друг от друга в линейной цепи.

У ферментов, имеющих в своем составе несколько мономеров, может быть несколько активных центровпо числу су бъединиц. Также две и более субъединицы могут формировать один активный центр.

У сложных ферментов в активном центре обязательно расположены функциональные группы кофактора.

В свою очередь в активном центре выделяют два участка:

якорный(контактный, связывающий) – отвечает за связывание и ориентацию субстрата в активном центре,

каталитический – непосредственно отвечает за осуществление реакции.

Схема строения ферментов

2. Аллостерический центр (allos– чужой) – центр регуляции активности фермента, который пространственно отделен от активного центра и имеется не у всех ферментов. Связывание с аллостерическим центром какой-либо молекулы (называемой активатором или ингибитором, а также эффектором, модулятором, регулятором) вызывает изменение пространственной конфигурации белка-фермента (активного центра) и, как следствие, скорости ферментативной реакции. В качестве такого регулятора может выступать продукт данной или одной из последующих реакций, субстрат реакции или иное вещество.

Аллостерические ферменты в большинстве случаев являются белками с четвертичной структурой, при этомак тивный и регуляторный центры могут находиться в разных субъединицах.

(а ещё надо сказать про принцип перчатка-рука, ключ-замок):

Субстратная специфичность фермента связана с расположением аминокислотных радикалов активного центра в пространстве. Именно они формируют особый «карман», с которым связывается субстрат в ходе реакции. Существует две модели, объясняющие связывание субстрата с ферментом.

А)Мо дель «ключ-замок»

Предложена Эми́лем Фишером́в 1890 г . Согласно его модели,

субстратст рогосоотв етствует активному центру фермента, как ключ — замку. Субстрат связывается с ферментом с помощью гидрофобных связей, электростатических взаимодействий, водородных связей и др. Даже малое несоответствие пространственной конфигурации химических групп субстрата расположению радикалов аминокислот в активном центре может привести к стерической некомплементарности и к возникновению сил отталкивания.

Б)Мо дель индуцированного соответствия

Создана эД ́ниелом Кошланд́ом в 1958 г оду. В ней сказано, что комплементарность субстрата ферменту — лишь часть сложной картины взаимодействий между ферментом и субстратом: при связывании субстрата с активным центром происходит изменение конформации молекулы фермента. То есть фермент «подстраивается» под субстрат, как «перчатка под руку».

12. Основные свойства ферментов как биологических катализаторов.

1)Специфичность определяет биологическую значимость ферментов. В зависимости от строения активного центра фермента различают:

А) Субстратная специфичность, которая бывает:

-Абсолютная субстратная специфичность – активный центр фермента комплементарен только одному субстрату.

-Групповая субстратная специфичность - многие ферменты катализируют однотипные реакции и взаимодействуют с субстратами, имеющими общие структурные особенности.

-Стереоспецифичность. При наличии у субстрата нескольких стереоизомеров фермент проявляет абсолютную специфичность к одному из них.

Б) Каталитическая специфичность. Фермент катализирует превращение присоединѐнного субстрата по одному из возможных путей его превращения. Это свойство обеспечивается строением каталитического участка активного центра фермента и еще называется специфичностью пути превращения субстрата.

2)Активность ферментов. Ее мерой является скорость реакции и зависит от

многих факторов: рН среды, температуры, концентрации субстрата

(ненасыщенная), и количества фермента: ;

3)Неизменность. Они остаются относительно неизменными после реакции, то есть освобождаются вновь и могут реагировать с новыми молекулами субстрата;

4)Действенность. Ферменты оказывают свое действие в ничтожно малых концентрациях;

5)Наличие фермента (катализатора) не оказывает влияния как на величину константы равновесия, так и на изменения свободной энергии. Катализаторы лишь повышают скорость реакций (точку равновесия не сдвигают).

вообще нет, но у нас да:

1. Термолабильность ферментов Скорость химической реакции зависит от температуры. Реакции, катализируемые ферментами, так же чувствительны к изменениям температуры. Скорость химической реакции повышается в два раза при повышении температуры на 100C. У скорение реакции идет до 450C, за тем, в связи с денатурацией белка-фермента, снижается. При 10C0 по чти все ферменты полностью утрачивают свою активность.

2)Зависимость активности ферментов от рН среды.

Ферменты обычно активны в узких пределах значений рН, как правило, рН 6,0-8,0. Каждый фермент имеет свой оптимум рН. рН-оптимум действия ферментов лежит в пределах физиологических значений. Исключением является пепсин, рНоптимум которого – 2,0. Объясняется это функцией пепсина, т.к. в желудочном соке содержится свободная соляная кислота, создающая кислое значение рН.

3.Специфичность ферментов. Ферменты обладают высокой специфичностью действия и этим существенно отличаются от неорганических катализаторов. Например: измельченная платина или палладий могут катализировать восстановление десятков соединений различной структуры. А фермент обычно проявляет свою активность только при полном соответствии активного центра и субстрата, только при «узнавании» обычно протекает одна высокоспецифичная реакция среди тысячи других химических реакций, осуществляемых в живой клетке. В зависимости от механизма действия различают ферменты с относительной или групповой и абсолютной специфичностью. Так, для действия некоторых гидролитических ферментов характерна относительная специфичность.

иещё!

1)Обратимость действия (после реакции ферменты способны к обратному действию);

2)Зависимость от времени. Им нужно время для действия, а ещё со временем они снижают свою действенность;

13. Общая характеристика и функции нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты (НК) – высокомолекулярные, водорастворимые природные полимеры, содержащиеся в ядрах (nuсlеus – ядро) растительной, живой или бактериальной клеток, клеточной плазме и рибосомах. Полимерные цепи нуклеиновых кислот построены из мономерных единиц – нуклеотидов, которые, связываясь с белками солеобразными и водородными связями, образуют нуклеопротеиды. Делятся на рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК).

ДНК отвечает за хранение и передачу наследственных признаков. Роль посредника между ДНК и местом синтеза белка выполняет РНК.

Процесс синтеза белка на основе генетической информации включает две основные стадии: считывание информации (транскрипция) и синтез белка (трансляция).

Клетки содержат 3 типа РНК:

информационная или матричная РНК считывает и переносит генетическую информацию от ДНК, содержащихся в хромосомах, к рибосомам. транспортная РНК переносит аминокислоты к рибосомам, где они соединяются

пептидными связями в определенной последовательности, которая задает м-РНК.

рибосомальная РНК непосредственно участвует в синтезе белков на рибосомах. Также НК выполняют функции кофакторов, аллостерических эффекторов.

14. Химический состав ДНК и РНК.

Нуклеотид – представляет собой трехкомпонентное образование, включающее гетероциклическое основание, углеводный остаток и фосфорную кислоту. Углеводными компонентами служат 2 пентозы (β-форма):

Азотистыми основаниями являются производные пурина (аденин и гуанин) и пиримидина (цитозин, урацил, тимин), которые входят в состав НК в лактамной форме. Причем, А, Г и Ц входят в состав РНК и ДНК. У - только в РНК, а Т – в ДНК:

15. Схема образования нуклеозидов и нуклеотидов ДНК и РНК.

Пентозы, соединяясь с азотистыми основаниями, образуют нуклеозиды. Пуриновые основания присоединяются по 9-му, а пиримидиновые - по 1-му атому азота βNгликозидной связью:

Нуклеозид взаимодействует с фосфорной кислотой, которая присоединяется по 5 атому углерода пентозы сложноэфирной связью, с образованием нуклеотида. При названии мононуклеотида прибавляется цифра 5' или слово «моно» и слово «фосфат»:

Нуклеозид может присоединять два и три остатка Н3РО4, образуя ди- и трифосфаты. При этом ангидридная связь между остатками Н3РО4 является макроэргической:

16. Первичная, вторичная и третичная структуры ДНК.

Первичная структура НК (ДНК и РНК) – специфический порядок чередования мононуклеотидов (АМФ, ТМФ, ЦМФ, УМФ и ГМФ) в длинной цепи. Мононуклеотиды связаны между собой за счет остатков фосфорной кислоты 3,5-сложноэфирной связью:

Вторичная структура ДНК: Д. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г предложили пространственную модель молекулы ДНК: макромолекула представляет собой спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси. Пуриновые и пиримидиновые основания направлены внутрь спирали. Между пуриновым и пиримидиновым основанием возникают водородные связи: А=Т и Г≡Ц (правило Чаргаффа). В каждой паре оснований, связанных водородными связями, одно из оснований пуриновое, другое пиримидиновое. Таким образом, две спирали в молекуле ДНК комплементарны друг другу, последовательность нуклеотидов в одной из них однозначно определяет строение другой. Двухспиральная структура с комплементарностью цепей обеспечивает возможность самоудвоения (репликации) этой молекулы.

Третичная структура ДНК — это пространственная форма, которую принимает молекула ДНК по мере своего сворачивания и компактизации. Она обычно свёрнута в суперспираль округлой формы.