13 Вопрос

Понятие о метаболизме и метаболических путях. Способы регуляции скорости ферментативной реакции. Способы регуляции каталитической активности молекулы фермента. Ингибиторы ферментов. Обратимое и необратимое ингибирование. Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов.

Понятие о метаболизме и метаболических путях.

Метаболизм- совокупность хим. процессов, обеспечивающих жизнедеятельность организма. Хим. превращ. в организме осуществляются в двух противоположных направлениях-синтез сложных соед. из более простых (а н а б о л и з м, или а с с и м и л я ц и я) и расщепление сложных соед. до более простых (к а т а б о л и з м, или д и с с и м и л я ц и я). Метаболический путь– определенная последовательность химических реакций, обеспечивающая превращение различных питательных веществ в компоненты, необходимые организму.

Способы регуляции скорости ферментативной реакции

Регуляция скорости ферментативной реакции доступностью молекул субстрата и коферментов: Важный параметр, контролирующий протекание метаболического пути, - наличие субстратов, и главным образом - наличие первого субстрата. Чем больше концентрация исходного субстрата, тем выше скорость метаболического пути. Другой параметр, лимитирующий протекание метаболического пути, - наличие регенерированных коферментов. Например, в реакциях дегидрирования коферментом дегидрогеназ служат окисленные формы NAD+, FAD, FMN, которые восстанавливаются в ходе реакции. Чтобы коферменты вновь участвовали в реакции, необходима их регенерация, т.е. превращение в окисленную форму.

Способы регуляции каталитической активности молекулы фермента. Важнейшее значение в изменении скорости метаболических путей играет регуляция каталитической активности одного или нескольких ключевых ферментов данного метаболического пути. Это высокоэффективный и быстрый способ регуляции метаболизма.Основные способы регуляции активности ферментов:1.аллостерическая регуляция; 2.регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий; 3.регуляция путём фосфорилирования/дефосфорилирования молекулы фермента; 4.регуляция частичным (ограниченным) протеолизом.

Ингибиторы ферментов. Обратимое и необратимое ингибирование. Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов.

Многие соединения могут влиять на обмен веществ, модулируя активность соответствующих ферментов. Особенно важные функции при этом выполняют ингибиторы ферментов. Ингибиторами ферментов являются многие лекарственные вещества природного или синтетического происхождения. Метаболиты также могут быть ингибиторами ферментов в процессах регуляции. Большинство ингибиторов ферментов действуют обратимо, т. е. не вносят в молекулу фермента каких-либо изменений после своей диссоциации. Однако существуют также необратимые ингибиторы ферментов, которые необратимо модифицируют целевой фермент. Принцип действия ингибитора, тип его ингибирования определяют путем сравнения кинетики реакции в присутствии ингибиторам без него. Различают конкурентное и неконкурентное ингибирование. В регуляции обмена веществ важную роль играет аллостерическое ингибирование. Так называемые аналоги субстрат имеют свойства, подобные свойствам субстрата целевого фермента. Они обратимо блокируют часть молекул имеющегося в наличии фермента, но не могут далее превращаться в продукт. Поэтому для достижения половины максимальной скорости реакции необходимы более высокие концентрации субстрата: в присутствии такого ингибитора константа Михаэлиса Km растет (Б). Субстрат в высоких концентрациях вытесняет ингибитор с фермента. Поэтому максимальная скорость V при этом типе торможения не претерпевает изменений. Так как субстрат и ингибитор конкурируют за место связывания на ферменте, данный тип торможения называют конкурентным. Аналоги переходного состояния также действуют как конкурентные ингибиторы. Если ингибитор реагирует с функционально важной группой фермента, не препятствуя связыванию субстрата, такое ингибирование называется неконкурентным. В этом случае Km остается неизменной, напротив уменьшается концентрация функционально активного фермента [Е] t и, следовательно, максимальная скорость реакции V. Неконкурентные ингибиторы действуют как правило необратимо, поскольку они модифицируют функциональные группы целевого фермента. В случае так называемых "суицидных субстратов" речь идет о субстратных аналогах, содержащих дополнительно реакционную группу. Вначале они связываются обратимо, а затем образуют ковалентное соединение с активным центром фермента. Поэтому ингибирование такими соединениями проявляется как неконкурентное. Известным примером такого ингибитора является антибиотик пенициллин. Аллостерические ингибиторы связываются с отдельными участками фермента вне активного центра. Такое связывание влечет за собой конформационные изменения в молекуле фермента, которые приводят к уменьшению его активности. Аллостерические эффекты встречаются практически только в случае олигомерных ферментов. Кинетику таких систем нельзя описать с помощью простой модели Михаэлиса-Ментен.

Пример лекарственного препарата, действие которого основано на необратимом ингибировании ферментов, - широко используемый препарат аспирин. Противовоспалительный нестероидный препарат аспирин обеспечивает фармакологическое действие за счёт ингибирования фермента циклооксигеназы, катализирующего реакцию образования простагландинов из арахидоновой кислоты. В результате химической реакции ацетильный остаток аспирина присоединяется к свободной концевой NH2-группе одной из субъединиц циклооксигеназы .Это вызывает снижение образования продуктов реакции простагландинов (см. раздел 8), которые обладают широким спектром биологических функций, в том числе являются медиаторами воспаления.

В качестве лекарственных средств находят широкое применение препараты, оказывающие направленное влияние на ферментативные процессы организма. Получен ряд препаратов протеолитического действия (трипсин, химотрипсин и др.), специальные фибринолитические препараты (фибринолизин, стрептолиаза и др.), препараты, деполимеризующие РНК и ДНК (рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза), препараты, уменьшающие вязкость гиалуроновой кислоты (лидаза, ронидаза)