Вопрос 8. Механизм ферментотивного катализа. Энергия активации, энерг барьеры реакции. Стадии ферментотивного катализа. Активность фермента и единицы измерения активности фермента.

Ферментативная реакция это многостадийный процесс, при этом на первой стадии устонавливается индуцированная комплементарное соответствие между ферментом и субстратом и образуется фермент-субстратный комплекс.

-"ключ -замок"-после взаимодействия субстрата (ключ) с активным центром (замок) происходит химическое превращение субстрата в продукт.

-стадии :

1сближение и ориентация субстрата относительнно активного центра фермента

2 образование фермент -субстратного комлекса в результате индуцированного соответствия

3 деформация субстрата и образ нестобильного комплекса фермент-продукт.(ЕР)

4 распад коплекса ЕР с высвобождением продктов реакции с сек центра фермента и освобождение фермента

Энергетическая активность - дополнительное кол-во кинетической энергии, необходимое молекулам вещества, чтобы они вступили в реакцию.

-Активность фермента определяется по скорости реакции, катализируемого фермента, при стандартных условия измерения(определенный буфер его концентрация, ионная сила и тмпература, рН.) в присутствии насыщающих концентрации субстрата и кофермента.

единицы измерения активности ферментов:

-Условные единицы активности - линейная зависимость скорости ферментотивной реакции от кол-ва фермента.

-1а стандартная единица активности - кол-во фермента, которое катализирует превращение 1мкМоль вещ-ва за 1-у минуту.

- удельная активность равна числу единиц активного фермента в образце, деленому на массу ферм. В этом образце.

- молекулярная активность равна числу единиц активного фер., деленому на кол-во фермента, выраженного в мк Молль.

активность зависит от: концентрации фермента, субстрата, кофактора; темпер, рН, присутствие ингибиторов.

9. Регуляция активности ферментов. Направления, уровни регуляции, л ^ ' биологическое значение. Механизмы регуляции: ковалентная ^v модификация структуры, аллостерическая регуляция.

В. Молекулярные механизмы

ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА

МехаНИЗМЫ фермеЩТИВНОго катализа опре­деляются ролью функциональных групп актив­ного центра фермента в химической реакции превращения субстрата в продукт. Выделяют 2 основных механизма ферментативного катали­за: кислотно-основной катализ и ковалентный катализ.

1. Кислотно-основной катализ

Концепция кислотно-основного катализа объясняет ферментативную активность участи­ем в химической реакции кислотных групп (до­норы протонов) и/или основных групп (акцеп­торы протонов). Кислотно-основной катализ — часто встречающееся явление. Аминокислотные остатки, входящие в состав активного центра, имеют функциональные группы, проявляющие свойства как кислот, так и оснований.

К аминокислотам, участвующим в кислотно-основном катализе, в первую очередь относят Цис, Тир, Сер, Лиз, Глу, Асп и Гис. Радикалы этих аминокислот в протоиированной форме — кислоты (доноры протона), в депротонированной — основания (акцепторы протона). Благо­даря этому свойству функциональных групп активного центра ферменты становятся уникаль­ными биологическими катализаторами, в отли­чие от небиологических катализаторов, способ­ных проявлять либо кислотные, либо основные свойства.

Примером кислотно-основного катализа, I котором кофакторами являются ионы Zn²⁺, а ш

качестве кофермента используется молекул* NAD⁺, можно привести фермент алкогольдеги*] рогеназу печени, катализирующую реакции) окисления спирта (рис. 2-13): I

С₂Н₅ОН + NAD* -> CHj-COH + NADH + Н*. I

2. Ковалентный катализ

Ковалентный катализ основан на атаке нук-| леофильных (отрицательно заряженных) или электрофильных (положительно заряженных! групп активного центра фермента молекулами субстрата с формированием ковалентной связи между субстратом и коферментом или функци­ональной группой аминокислотного остатка (как правило, одной) активного центра фермента.

Действие сериновых протеаз, таких как трип­син, химотрипсин и тромбин, — пример меха­низма ковалентного катализа, когда 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. Рассмотрим механизм ковалентного катализа на примере хемомотрипсина, осуществляющего гидролиз пептидных связей при переваривании белков в двенад­цатиперстной кишке (см. раздел 9). Субстратами химотрипсина служат пептиды, содержащие ами­нокислоты с ароматическими и циклическимиаирофобными радикалами (Фен, Тир, Три), что вызывает на участие гидрофобных сил в форми­ровании фермент-субстратного комплекса. Механизм ковалентного катализа химотрипсина рас­смотрен на рис. 2-14.

Радикалы Асп_|02, Гис₅₇ и Сер₁₉₅ участвуют в акте катализа. Вследствие нуклеоофильной атаки пептидной связи субстрата происходит разрыв этой связи с образованием •ковалентно-модифицированного серина — ацил-трипсина?.

10. Регуляция активности ферментов. Механизмы конкурентного и неконкурентного ингибирования ферментов. Токсические вещества и лекарственные препараты как ингибиторы ферментов (примеры).

биологическая роль ферментов.

ускоряет реакции в клетках,ферменты катализируют 2тыс-3тыс реакций обмена,есть так же вовлеченные в передачу сигнала ,процессе дыхания,мышечного сокращения,свертываемость крови,транспорт веществ,обезвреживание токсичных и чужеродных

соединений,нейротрансмиссия.

структурно-функциональная организация.активный центр фермента,его участки

фермент-органическое соединение белковой природы,выполняющая роль катализатора.

активный центр-участок,расположенный в узком гидрофобном углублении поверхности молекулы фермента,участвующий в катализе,на нем протекают хим.реакции.

участки:1)каталитический2)суьстратсвзывающий-этоучасток,отвечающий за специфический комплимент связывания субстрата и образования комплекса фермент-субстрат.

3)часто входит участок для связывания кофактора

Кофакторы и апоферменты , витоминные и невитоминные коферменты

Кофакторы - низкомолекулярные соединения которые требуются для активации ферментов( котолитически активный комплекс фермент, фермент - кофактор - холофермент)

Апофермент-отделение кофакторов обычно связанных и нековаленнтными связями с белком.

Коферменты - это органические вещества, предшественниками которых были витамины ( НАД, НСКоА, Н4 - фалат - непрочно связанных с белком и востанавливают их исходные культуры может катализировать уже другим ферментом)

11. Номенклатура и классификация ферментов, связь с типом катализируемой реакции. Понятие об изоферментах, их биологическая роль. Энзимодиагностика.

А. Энзимодиагностика

Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания (или синдрома) на осно­ве определения активности ферментов в био­логических жидкостях человека. Принципы эн-зимодиагностики основаны на следующих позициях:

• при повреждении клеток в крови или дру­гих биологических жидкостях (например, в моче) увеличивается концентрация внутри­клеточных ферментов повреждённых клеток;

• количество высвобождаемого фермента до­статочно для его обнаружения;

• активность ферментов в биологических жид­костях, обнаруживаемых при повреждении клеток, стабильна в течение достаточно дли­тельного времени и отличается от нормаль­ных значений;

• ряд ферментов имеет преимущественную или абсолютную локализацию в определён­ных органах (органоспецифичность);

• существуют различия во внутриклеточной локализации ряда ферментов.

I. Причины, приводящие к увеличению количе­ства ферментов в крови

Ферменты плазмы крови можно разделить на 2 группы. Первая, относительно небольшая группа ферментов активно секретируется в плаз­му крови определёнными органами. Например, печень синтезирует неактивные предшествен­ники ферментов свёртывающей системы кро­ви. Ко второй относят большую группу фермен­тов, высвобождающихся из клеток во время их А. Эшимодиагностика

Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания (или синдрома) на осно­ве определения активности ферментов в био­логических жидкостях человека. Принципы эн-зимодиагностики основаны на следующих позициях:

• при повреждении клеток в крови или дру­гих биологических жидкостях (например, в моче) увеличивается концентрация внутри­клеточных ферментов повреждённых клеток;

• количество высвобождаемого фермента до­статочно для его обнаружения;

• активность ферментов в биологических жид­костях, обнаруживаемых при повреждении клеток, стабильна в течение достаточно дли­тельного времени и отличается от нормаль­ных значений;

• ряд ферментов имеет преимущественную или абсолютную локализацию в определён­ных органах (органоспецифичность);

• существуют различия во внутриклеточной локализации ряда ферментов.

I. Причины, приводящие к увеличению количе­ства ферментов в крови

Ферменты плазмы крови можно разделить на 2 группы. Первая, относительно небольшая группа ферментов активно секретируется в плаз­му крови определёнными органами. Например, печень синтезирует неактивные предшествен­ники ферментов свёртывающей системы кро­ви. Ко второй относят большую группу фермен­тов, высвобождающихся из клеток во время их ^f • Появление в эволюции различных изоформ ЛДГ обусловлено особенностями окисли­тельного метаболизма тканей. Изоферменты ЛДГ₄ и ЛДГ₅ (М-типы ЛДГ) работают эффективно в анаэробных условиях, ЛДГ, ■ ЛДГ₂ (Н-типы) — в аэробных, когда пируват быстро окисляется до С0₂ и Н₂0, а не восссстанавливается до молочной кислоты.

•При ряде заболеваний исследуют активность ДДГ в плазме крови. В норме активность ДДГ составляет_120^520 ЕД/л. Повышение активности наблюдают при острых пораже­ниях сердца, печени, почек, а также при гемолитических анемиях. Однако это указывает на повреждение лишь мной из перечисленных тканей.

• Для постановки диагноза необходимо исследование изоформ ЛДГ в плазме крови .

В ней представлены электрофореграммы плазмы крови здорового человека, больного инфар­ктом миокарда и больного гепатитом. Вы­явление в плазме крови тканеспецифичес-ких изоформ ЛДГ используют в качестве диагностического теста повреждения данной ткани. Изоформы креатинкиназы. Креатинкиназа

(КК) катализирует реакцию образования креатинфосфата: Молекула КК — димер, состоящий из субъеди­ниц двух типов: М (от англ. muscle — мышца) и В (от англ. brain — мозг). Из этих субъединиц обра­зуются 3 изофермента — ВВ, MB, MM. Изофермент ВВ находится преимущественно в головном мозге, ММ — в скелетных мышцах и MB — в сер­дечной мышце. Изоформы КК имеют разную электрофоретическую подвижность .

Активность КК в норме не должна превышать 90 МЕ/л. Определение активности КК в плазме крови имеет диагностическое значение при ин­фаркте миокарда (происходит повышение уровня МВ-изоформы). Количество изоформы ММ мо­жет повышаться при травмах и повреждениях ске­летных мышц. Изоформа ВВ не может проник­нуть через гематоэнцефалический барьер, поэтому в крови практически не определяется даже при инсультах и диагностического значения не имеет.

3. Энзимодиагностика при инфаркте миокарда

Примерно 30% больных инфарктом миокарда имеют атипичную клиническую картину этого заболевания. Поэтому необходимо проводить дополнительные методы исследования для под­тверждения повреждения сердечной мышцы.

При инфаркте миокарда наблюдают досто­верные изменения в крови активности фермен­тов КК, ЛДГ и аспартатаминотрансферазы ACT, которые зависят от времени, прошедшего от начала развития инфаркта и от зоны тканевого повреждения., Обнаружение повышенной активности КК н плазме крови — основной энзимодиагностический критерий инфаркта миокарда. Если у пациента с загрудинными болями не обнаружено изменения в активности КК, диагноз инфаркт I миокарда маловероятен.

Дополнительным подтверждением диагноз;» ин­фаркта миокарда служит обнаружение активнос­тей ферментов ACT и ЛДГ в крови больных,I Динамика изменений этих активностей также представлена на этом рисунке. Активность АС I и норме составляет 5-40 МЕ/л. При инфаркте ми­окарда активность ACT и ЛДГ повышается через 4-6 ….