41. Ферменты
Ферменты (энзимы, биол. катализаторы) – это в-ва белковой природы, которые образуются в тканях всех организмов и обладают способностью ускорять хим. процессы в организме.(«элексир жизни» - Павлов)
Впервые фермент в крист. сост. был получен Самерром. из бобов(уреаза) – 1926г.
В соостветсвии с международ. правилами, ферменты разбиты на 6 кл.:
оксиредуктазы – ф-ты катализирующие в/о р-ции.
трансферазы - ф-ты катализирующие р-ции переноса отдельных атомов или целых групп.
гидролазы – ф-ты ускоряющие реакции генетического расщепления с участием воды
лиазы – ф-ты катализирующие р-ции расщепления
изомеразы – участвующие в реакции изомеризации.
лигазы(синтетазы) – ф-ты которые ускоряют р-ции образования хим. связей с образованием АТФ
Классы делятся на подклассыподподклассыпорядковый номер(шифр)
Номенклатура:
Название по международной ном-ре.
Тип хим. р-ции, кот. обеспечивает.
Х-р переносимых гр.
ОСОБЕННОСТИ ФЕРМЕНТОВ:
1.хар-ой особенностью ф-тов как биокатализаторов в том, что они обладают высочайшей биолог. активностью, повышают скорость в 106-1020 раз, по сравнению с обыкн. Kat).
2.специфичность действия
3.дей-е (акт-ть) можно регулировать.
Молекул. масса ф-тов: опр-ся молек. массой белков (белк. компанентов) колеблится от 15000 до неск. миллионов. Для ф-тов х-ны теже, физ-хим св-ва, что и для белков, входящих в их состав.
Все ф-ты явл. глобул. Белками, поэтому их мол. м.б. представлены как простыми, так и сложными. В 1-ом случае- однокомпанентный, во 2-ом- двукомпанентный.
Белков. часть наз. Е фермент или апоферментом. Небелковая часть- S-субстрат или кофакторат. Если кофактор- орг. мол., то она наз. коферментом, а в целом, мол. наз. холоферментом. В качестве неорг. кофакторов чаще всего входят ионы Ме. Если небел. часть ф-та прочно связана с белком и в биохим. реакциях не отсоединяется от него, то эту часть принято наз. простетической группой. Но для большинства Е соединение бел. и небелков. части могут осуществлятся за счет водор. связей, ион. вз-й, гидрофобных вз-й и очень редко за счет ковал. связи. Поэтому прочность связи между кофактором и белковой частью (апоферментом) вальирует в широких пределах. Небелк. компанент имеет сравнительно небол. молек. массу и в отличие от апофермента обладает термостабильностью.
СТРУКТУРА:
Т.к. размеры субстрата значительно меньше размера мол. Е, то субстрат не может контактировать со всей огромной мол. белка, а вз-ет с небол. его участком. Этот участок мол., кот. обеспечивает соединение Е и S и дает возможность для дальнейшего превращения S наз. акт. центром (а/ц) фермента. Т.е. а/ц Е принимает участие в связывании и превращении S. На долю центра приходится небол. часть белк. мол. А/ц образуется определ. радикалами а/к, кот. располаг-ся далеко др. от др. в полипептидной цепи, а у двухкомпанентов ферментов в а/ц входят некот. гр-ки Коэазима. У олигомерных ф-тов им. неск. акт. центров соотв-х кол-ву субъединиц. А/ц функционально неоднороден, в нем условно выд-ют: -каталитическую зону. Это гр-ки, кот. принимают непосредств. участие в контакте с S; -зону связывания.это гр-ки, кот. контакт-т с непревращаемыми фрагментами S и укрепляющие его в актив. центре. Наиболее часто в акт. центр Е входят:серин, гистидин, треопин, цистеин, глутаминовая к-та, аспаргиновая к-та. Эти к-ты располагаются далеко др. от др. и сближаются только при форм-нии акт. центра. А/ц расп-ся на поверхности ф-та, в углублениях.
КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ Р-ЦИЙ:
Мех-зм:
|
Ур-ние Михаэлиса-Ментен:ур-ние, кот. выражает зав-сть скор-ти ферм. процесса от конц-ции субстрата.
V=Vmax[S] K |
m+[S]
Vmax
полное насыщение Е S-ом,
V=max,
если все активн. Центры
центры Е заняты и своб. молекулы Е
отсутствуют, 100%
100% насыщение Е субстратом. При
50% насыщеном
насыщенном Е субстратом, V=половине
Vmax.
Km-конц. S, при кот. достигается 50% насыщ. Е субстратом субстратом.
Vmax=Vmax[S] |
Для того, чтобы определить Vmax и Km исп-ся график в двойных обратных коор-тах, т.е. в коорд. 1 = 1 V [S] ; y=ax+b |
2
Km+[S]
; 2[S]=Km+[S]
; Km=S.
Уровнение Лаинувера-Берка:
1 = Km . 1 + 1 V Vmax [S] Vmax |
Т.о. ключевыми параметрами явл. Кm и Vmax отражающие мех-зм действия фермента.
Vmax определяет эффективность действия фериента, т.е. его каталитическую активность.
Km опр-т специфичность действия Е по отношению к данному S. Чем больше Km, тем меньше степень сродства Е и S и меньше V ферментативного процесса.
ЕДИНИЦЫ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ: Согласно мехдунар. правилам един-й акт-ти любого Е явл. то его кол-во, кот. катализирует превращение S со скоростью 1 моль в 1с –катал. 1Кат.=6107 стандар. единица Е. 1 стандарт. единиц Е=16,97 нКат (10-9)
Существует удел. акт-ть, кот. выражает число единиц акт-ти Е, приходящей на 1мг белка. Кол-во мг моль S, превращаемых 1мг Е в 1 мин. Если известна молекул. масса фермента, то можно рассчитать молекуляр. (молярн.) акт-ть фермента. Е молек. акт-ти выражает число молей (или молекул) субстрата, превращ-х 1 молем (молекулой) Е за 1 мин. Между удельн. и молек. акт-тью сущ-ет связь:
Е 1000 nE |
мол.=
Еуд
Мфермента
; Емол=
Vmax
n-
кол-во молей ферментаСВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ:
Т
ермолабильность
(зависимость св-в акт-ти Е от tо):
2.Зависимость от рН, т.е. она им-ет вид:
3.Влияние ионной силы (конц. влияет на конц. Е):
4.Ферменты нах-ся в тканях и клетках в неактивн. форме, кот. наз. проферментом или зимогеном.
5.Специфичность: 1) абсолютная. В случае абсол. спец-ти фер-ты катализируют превращ. только субстрата.
2)относительная. Если один и тот же Е участвует в превращении неск. S- относит. спец-ть, т.е. такие Е действуют на опр-е типы хим. связи.
3)стериохимическая. Дей-т на строго опред-й стериоизомер.
АКТИВАТОРЫ И ИНГИБИТОРЫ ФЕРМЕНТОВ:
Акт-ры- это в-ва, кот. усиливают акт-ть фер-ов. Ингибиторы- тормозят. В качестве акт-ров чаще исп-ся ионы Ме, в частности Са2+, Со2+ и т.д. Они способствуют более стабильному Е-S комплексу.
Ин-ры тормозят протекание ферм. процесса. 2 осн. типа ингибирования: 1. обратимое; 2. необратимое. Необратимые связываются с Е или ЕS и изменяют нативную комформацию ф-та. Они могут часто разруш. (химич. модиф-ть) к.-л. функцион. гр. акт. центра. Е, кот. необходимы для проявления kat-й акт-ти. 1) связывает в акт. центре с какой-либо гр-кой; 2) применяет эту гр-ку.
Е – SH + Ме2+ Е – Sме1/2
Пример. Аспирин: широкий спектр физиолог. действия аспирина был выяснен в 80-е гг. ХХв. Вейном. Асп. явл. ингибитором некот. фер-тов, участвующих в синтезе гормоноподобных простогландинов, кот. в свою очередь участвуют во многих биофизиол. процессах организма. Аспирин хим. модифицирует фермент, кот. в акт. центре сод-т NH группу.
Обратимое ингибирование:
1
.конкурентное:
Конкур-е ингиб-е по своей топографии и
природе похоже на субстрат. Поэтому
ферм. его путает, ингибир.
связывается с акт. центром Е.
E + S = ES P E + I = EI P продукт ингибитор |
Отличит. особенность: состоит в том, что его можно ослабить или устранить. Это можно сделать повысив конц-ю субстрата.
Пр.: Действие алкогольгидрогиназы на спирты: это применяется при отравлениях этиленгликолем.
Спирт под дей-ем данного фермента отщепляет Н и превращается в альдегид.
В бол-ве случаев фер-ты нах-ся в кл. не в свободн., а в связанном состоянии с биолог. стр-рами, при этом они как бы плавают в цитоплазме или липидн. среде мемб., обр-я комплексы. В состав комплексов входят неск. фер-тов – мультиэкзимные комплексы. В таких комп-сах S передается по конвейеру из рук в руки и покидает её, когда обр-ся конечный продукт. В таких комплексах кон. продукт реакции явл. ингибитором 1-го фер-та, из-за чего ск-ть проц. опр-ся конц-ей конечн. продукта.
А В С D
Ингибирование по типу обратной связи.
Проферменты: многие фер-ты синт-ся в орг-ме первонач. в неакт. форме и по мере необходимости переходят в активную. Неакт. форма- зимогены и изозимы.
РЕГУЛЯЦИЯ АКТ-ТИ ФЕРМЕНТОВ:
1.Путём ковалентной модификации – отцеплением - присоединяет ферменту каких-то низкомол. соед-ний.
2.В результате прол. ассоциации-диссоциации.
3.С пом. ингибирования (конкурент., неконкур., по типу обратной связи).
4.Путем аллостерической регуляции, т.е. аллостерик присоед-ся где-то к фер-ту (не в акт. центре), меняется конформация фер-та и акт. центр разрушается.