вопросы в пдф / вопрос 43

Вопрос№43

Строение, механизм действия и регуляция активности ферментов.

Ферменты или энзимы – это вещества белковой природы, являющиеся биокатализаторами, используе-мые живыми организмами для осуществления химических реакций, включая синтез, распад химических соединений. Ферменты обладают рядом свойств:

1.эффективны и проявляют высокую каталитическую активность в условиях температуры тела, нормального давлении и pH близкой к нейтральной

2.обладают высокой специфичностью к субстрату и типу химических реакции. Для каждого фермента характерна специфическая последовательность расположения аминокислот и пространст-венная конформация.

Наука, изучающая ферменты – энзимология ( энзим – в дрожжах; фермент от лат. – брожение). Ферменты, как и белки, обладают рядом свойств:

1.обладают амфотерными свойствами;

2.обладают электрофоретической подвижностью благодаря наличию в них «+» и «–« зарядов, а в изоэлектрической точке не обгаруж подвижности в Эл поле

3.как и белки, они легко осаждаются из водных растворов при низких температурах методами высаливания или осторожным добавлением ацетона, этанола не теряют при этом своих каталитических свойств.

4.обладают высокой специфичностью действия.

Строение ферментов:

Существуют простые и сложные ферменты.

Простые при гидролизе распадаются только на аминокислоты ( т.е. состоят только из белковой части. Например, пепсин, трипсин, уреаза, фосфотаза).

Сложные ферменты – из белковой и небелковой частей (кофактор, кофермент или простетическая груп-па). Белков часть называется апоферментом. А совокупность белковой и небелковой частей – холофермент. Ни кофактор отдельно, ни сам по себе апофермент каталитической активностью не обладают, а только их объединение, в единое целое, обеспечив быстрое протекание химической реакции. У каждого фермента имеется активный центр – это уникальная комбинация аминокислотных остатков в молекуле фермента, обеспечивает непосредственное взаимодействие с молекулой субстрата и прямое участие в акте катализа. В активном центре имеется каталитический участок, который взаимодействует с субстратом и контактная площадка, которая обеспечивает специфическое сродство к S и формированию его комплекса с ферментом. Мол.S также содержит функционально различные участки. Предполагают, что формирование активного центра фермента начинается на ранних этапах синтеза белка–фермента на рибосоме. В молекуле фермента есть также аллостерический центр, представляющий собой участок молекулы фермента, с кот связывается определенные обычно низко молекулярные вещества ( называются эффекторами или модуляторами), моле-кулы которых не сходны по строению с субстратами. Присоединение эффектора к аллостерическим цен-тром приводит к изменению третичной структуры (и четвертичной), вызывая уменьшение или увеличение ферментативной активности фермента, активность которого зависит от

состояния активного и аллостерического центров, называются аллостерическими ферментами.

Изоферменты – ферменты, молекулы которых состоят из двух и более субъединиц, обладающие одина-ковой или разной первичной, вторичной и третичной структурой. Нет ковалентных связей между субъеди-ницами, в основном нековалентные связи. Активность всего комплекса зависит от способа упаковки между собой отдельных субъединицами. Т.е. изофермент – фермент, образованный из двух или несколь-ких типов субъединиц, сочетающихся в различных количественных пропорциях, в виде нескольких сход-ных, но не одинаковых форм, называется изоферментом.

Механизм действия ферментов

ферменты соединяется обратимо с субстратом, образуя нестойкий промежуточный E-S комплекс, он распадается на свободный E и продукт реакции:

E+S--> ЕS--> E+P

В образовании ES комплексов участвуют водородные, электростатические и гидрофобные взаимодействия. Присоединение S к E вызывают конформационные изменения активного центра и приводит к образованию активного центра. Подобно другим катализаторам, ферменты ускоряют хими-ческие реакции за счет снижения энергии активации (Дж/моль). Энергией активации называется энергия, необходимая для перевода всех молекул моля вещества в активированное состояние при данной температуре. Т.е. энергия необходимая для запуска химической реакции, без которой реакция не начинается. Фермент понижает энергию активации путем увеличения числа активированных молекул, которые становятся реакционно-способными на более низком энергетическом уровне.

Свойства фермента.

1.они остаются относительно неизменными после реакции, т.е. освобождаются и вновь могут реагировать с новыми молекулами S

2.оказывают свое действие в ничтожно малых концентрациях

3.термолабильность (чувствительность к повышению температуры)

4.зависят от рн среды (рн 6-8). Исключение пепсин 1,5-2,5

5.высокая специфичность фермента, она бывает относительной (групповая) и абсолютной (спо-собность фермента катализировать превращение только единственного S. Например, аргиназа, уреа-за).

Одним из важных факторов, определяющих скорость ферментативной реакции является концентрация S. При постоянной концентрации фермента скорость реакции постоянно повышается, достигая определен-ного максимума (кривая насыщения). Активность фермента определяется также присутствием в среде активаторов и ингибиторов: первые увеличивают скорость реакции, вторые тормозят.

Например, активаторы: НСI-пепсина, ионы Ме.

Ингибиторы: йодацетат, этиловый эфир. Ингибировании бывает обратимым и необратимым. Обрати-мое делится на конкурентное и неконкурентное.

Конкурентное - вызывается веществом, имеющим структуру схожую с S, но немного отличается от ис-тинного S.

Неконкурентное - веществами, не имеющими структурного сходства с S и связывается не с актив. Ц, а в другом месте фермента.

Регуляция активности ферментов Основной тип регуляции скорости ферментативного процесса является инги-бирование по принципу обратной связи, когда конечный продукт подавляет активность фермента, катали-зирующего первую стадию. Скорость такой суммарной последовательности реакций определяется концен-трацией конечного продукта, накопление которого выше допустимого уровня оказывает мощное ингиби-рующее действие на первую стадию, соответственно на Ф1.

Существует ряд других механизмов, контролирующих скорость метаболических процессов и актив-ность фермента. Это: конкуренция фермента за общий S; влияние концентраций кофакторов и их формы (в особенности ионов Ме) и явление компартментализации (пространственное разъединение посредством биомембран фермента от своих S)

Классификация ферментов

В 1961 г в Москве утверждена на 5 Международном биохимическом конгрессе. В основу принятой классификации положен тип катализируемой реакции, которая является специфичным для действия лю-бого фермента.

Выделяют 6 классов:

1.оксидоредуктазы (катализируют О/В реакции, лежащие в основе биологического

окисления). Различают аэробные оксидазы (переносящие электроны на О2) и анаэробные ( перенос ее- в на про-межуточный S) Относятся: каталаза, пероксидаза.

2.клеточные трансферазы (катализируют реакции внутри- и межмолекулярного переноса атомов, радикалов). Н. метилтрансферазы, ацилтрансферазы, аминотрансферазы.

3.гидролазы (катализируют расщепление внутримолекулярных связей органических веществ при участии молекул воды). Н. эстеразы, гликозидазы, фосфотазы и пептидгидролазы

4.лиазы (катализируют обратимые реакции отщепления различных групп от субстратов не гидролитическим путем) Н. фумаратгидротаза

5.изомеразы (катализируют реакции изомеризации) Н эпимеразы

6.Лигазы (синтетазы) катализируют синтез органических веществ из двух исходных молекул с ис-пользованием энергии распада АТФ. Н глутамат- аммиак-лигаза