7. Регуляция активности ферментов в клетке

Регуляция ферментативной активности идет 2 путями:

1. за счет образования новых белковых молекул;

2. за счет активации или ингибирования уже имеющихся в клетке Ф.

1-й путь – «грубая надстройка». В этом случае могут синтезироваться белки для борьбы с инфекцией, белки теплового шока, изменяется соотношение изоферментов.

2-ой путь осуществляется с помощью конкурентного ингибирования, а также с помощью аллостерической регуляции по типу обратной связи.

Сущность аллостерической регуляции в том, что Ф. работают не в одиночку, а образуют мультиферментные системы, работающих по принципу конвейера. В таких системах конечный продукт 1-ой ферментативной реакции является исходным субстратом для другого Ф. и т.д. Обычно скорость ферментативной реакции поддерживается на определенном уровне концентрацией конечного продукта.

Обычно у саморегулируемых мультиферментных систем первый фермент называют аллостерическим (Ф_а), а конечный продукт (Д) – отрицательным эффектором. Д соединяется с аллостерическим центром Ф_а и нарушается структура активного (каталитического) центра. Фермент теряет свою активность.

1. аллостерический центр.

2. Каталитический центр.

Т.о., все клетки таковы, каковы они есть, благодаря их химизму, химизм клеток определяется Ф., которые осуществляют пространственную и химическую разобщенность б/х реакций. Природа Ф. определяется цитаплазматической РНК, а ее специфичность – ДНК.

КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

Литература:

Плешков Б.П. Биохимия с.-х. растений, М. 1987 стр. 55-75.

Открыто более 2500 ферментов. В основу их классификации положена химическая реакция, катализируемая ферментом. Все ферменты подразделяют на шесть классов:

1. Оксидоредуктазы катализируют ОВР.

2. Трансферазы катализируют реакции переноса групп.

3. гидролазы катализируют реакции гидролиза.

4. Лиазы катализируют отщепление от субстратов отдельных групп к двойным связям.

5. Изомеразы катализируют реакции изомеризации.

6. Лигазы (синтетазы) катализируют реакции синтеза с участием АТФ.

Каждый фермент имеет шифр, состоящий из четырех чисел, разделенных точами. Первая цифра – класс; вторая – подкласс; третья – еще более мелкая группа; четвертая – порядковый номер фермента в данном классе. Например, фермент фруктофуранозидаза имеет шифр 3.2.1.26: класс гидролазы; подкласс гидролазы гликозильных соединений.

1. Оксидоредуктазы. Катализируют окислительно-восстановительные реакции.

В окислительно-восстановительной реакции окисление веществ может идти путем присоединения кислорода или отщепления водорода.

В биологических системах окисление веществ идет преимущественно путем дегидрирования, т.е. отнятия водорода от окисляемых веществ. Такие ферменты называют дегидрогеназами.

АН₂ + ^{дегидрогеназа} А + ВН₂

В зависимости от способности окислительно-восстановительной реакции ферментов передавать отщепляемый водород на кислород воздуха различают: аэробные дегидрогеназы (или оксидазы) переносят Н₂ и О₂ воздуха; анаэробные дегидрогеназы – не переносить Н₂ и О₂ воздуха, а передают отщепляемый водород другим ферментам или переносчикам водорода.

Ферменты, осуществляющие окисление с участием кислорода, называют оксидазами.

Представители:

1. Аэробные дегидрогеназы

Альдегидоксидаза (содержит ФАД). Участвует в окислении альдегидов в уксусную кислоту:

СН₃-СОН + Н₂О + О₂ → СН₃-СООН + Н₂О₂

Уксусный альдегид уксусная кислота

Аскорбинатоксидаза (содержит в составе медь). Катализирует окисление аскорбиновой кислоты:

Аскорбиновая кислота дегидроаскорбиновая кислота

2. Анаэробные дегидрогеназы.

Это двухкомпонентные ферменты, коферментом которых являются НАД⁺; НАДФ⁺; ФАД (реже).

Представители:

1. Алькогольдегидрогеназа. Катализирует превращение этилового спирта в уксусный альдегид:

СН3СН2ОН + НАДФ⁺ → СН3СОН + НАДФ Н + Н⁺

Этиловый спирт уксусный альдегид

2. Малатдегидрогеназа. Катализирует превращение яблочной кислоты в щавелевоуксусную:

СООН СООН

| |

СН₂ СН₂

| + НАД⁺ → | + НАДФ Н + Н⁺

СНОН СО

| |

СООН СООН

Яблочная щавелевоуксусная

Кислота кислота

3. Сукцинатдегидрогеназа. Катализирует окисление янтарной кислоты до фумаровой:

3. Другие представители ферментов класса оксидоредуктазы.

   1. Каталаза.

2Н₂О₂ → 2Н₂О + О₂

2. Цитохромы. Являются переносчиками электронов:

Fe³⁺ e Fe²⁺

3. Цитохромоксидаза – сложный фермент, содержащий цитохром а₃ и атомы меди, связанные со специфическим белком.

Передают электроны непосредственно на кислород воздуха.

½ О₂ + 2 e → О^2-

2. Трансферазы.

Катализируют перенос отдельных радикалов, частей молекул и даже целых молекул с одних соединений на другие 8 подклассов.

Представители:

1. Аминотрансферазы – катализируют межмолекулярный перенос аминогрупп между аминокислотами и кетокислотами в процессе реакции переаминирования по схеме:

R₁ R₂ R₁ R₂

| | | |

CНNН₂ + СО → СО + СНNН2

| | | |

СООН СООН СООН СООН

Аминокислота кетокислота кетокислота аминокислота

СООН СООН СООН

| | |

СН₃ СН₂ СН₂ СН₂

| | | |

CНNН₂ + СО → СО + СНNН2

| | | |

СООН СООН СООН СООН

Аланин ЩУК ПВК аспарагиновая к-та

2. Фосфотрансферазы, или киназы – способствуют переносу остатков фосфорной кислоты, донором которых чаще всего является АТФ.

_{гексокиназа}

Глюкоза + АТФ -----------→ глюкозо-6-фосфат + АДФ

3. Гидролазы. Катализируют гидролиз, а иногда и синтез сложных соединений с участием воды.

Представители:

1. Липазы –катализируют расщепление жиров

СН₂ОСОR₁ СН₂ОНR₁

| |

CНОСОR₂ + НОН → СНОН + R₁ООН + R₂СООН + R₃СООН

| |

CН₂ОСОR₃ СН₂ОН

где R₁, R₂, R₃ – остатки жирных кислот.

2. α- и β-амилазы – катализируют расщепление крахмала:

(С₆Н₁₀О₅)_п + Н₂О → декстрины → С₁₂Н₂₂О₁₁

3. β-фруктофуранозидаза – катализируют распад сахарозы:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + + Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

^{Сахароза α-глюкоза β-фруктоза}

4. Протеазы – катализируют расщепление пептидных связей –СО-NH- в белках или пептидах:

RCО – NНR₁ + НОН → RСООН + R₁NН₂

Где R и R₁ - остатки аминокислот или пептидов.

5. Уреаза – катализирует расщепление мочевины:

CО(NН₂)₂ + НОН → 2NН₃ + СО₂

4. Лиазы. Катализируют отщепление от субстратов тех или иных групп без какого-либо участия воды или фосфорной кислоты. В результате образуются двойные связи.

Представители:

1. Пируватдекарбоксилаза. Катализирует отщепление СО₂ от пировиноградной кислоты:

СН₃СОСООН → СН₃СО + СО₂

ПВК уксусный альдегид

2. Карбоангидраза. Катализирует отщепление воды от угольной кислоты:

Н₂СО₃ → СО₂ + Н₂О

5. Изомеразы. Катализирует превращение органических соединений в их изомкразы.

Представители:

1. Триозофосфатизомераза. Ускоряет превращение фосфоглицеринового альдегида (ФГА) в фосфодиоксиацетон (ФДОА).

СН₂О-Р СН₂О-Р

| |

CНОН → СО

| |

СОН СН2ОН

ФГА ФДОА

2. Глюкозофосфатизомераза. Катализирует превращение глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат:

6. Лигазы, или синтетазы. Катализируют синтез сложных органических соединений из простых с затратой энергии (АТФ).

Представители:

1. Глутаминсинтетаза. Катализирует биосинтез глутамина

НООС-СН₂-СН₂-СНН₂-СООН + АТФ + NН₃ → NН₂ОС-СН₂-СН₂-СНNН₂-СООН

^{Глутаминовая кислота глутамин}

+ АДФ + Н₃РО₄