Тема №6 Механизмы ферментативных реакций. Эффекторы ферментов. Ферменты плазмы крови

Цель: сформировать понятия о механизмах действия и регуляции активности ферментов, тканевой локализации ферментов и классификации ферментов плазмы крови, приобрести навыки в определении и интерпретации факторов, влияющих на активность ферментов.

Основные фундаментальные положения

Механизм ферментативной реакции включает несколько этапов. Специфичность реакций обеспечивается активным центром фермента, содержащим определенный набор аминокислот и состоящим из нескольких функциональных участков.

Непосредственное участие в реакциях сложных ферментов принимают небелковые группировки – кофакторы, в том числе из группы органических соединений (коферменты).

Коферментами являются производные витаминов (в основном – водорастворимых), тетрапиррольных соединений или нуклеотидов.

Соединения, изменяющие скорость ферментативной реакции называются эффекторами и подразделяются на активаторы и ингибиторы. Основными типами ингибирования являются: конкурентное, неконкурентное, аллостерическое, путем фосфорилирования / дефосфорилирования, ингибирование субстратом.

Активация ферментов может осуществляться следующими путями: активацией ионами, воздействием на субъединицы, защитой фермента, фосфорилирования / дефосфорилирования, активацией частичного протеолиза.

Ферменты неравномерно распределены в организме и имеют различное функциональное назначение (ферменты жизнеобеспечения, органоспецифические, проферменты, изоферменты, ассоциации ферментов).

Ферменты плазмы крови с диагностической точки зрения классифицируются на плазмо- и органоспецифические.

Основные вопросы базовых дисциплин, необходимые для изучения темы

Из химии:

1. Кинетика химических реакций.

2. Низкомолекулярные биорегуляторы.

3. Тетрапирольные соединения, строение, свойства.

4. Эфирные, гликозидные, пептидные связи. Механизм образования.

5. Строение НАД⁺, ФАД.

Вопросы для изучения темы

1. Понятие о свободной энергии, энергии активации и энергетической возможности реакций.

2. Механизм действия ферментов. Теория промежуточных соединений.

3. Структурно-функциональная организация ферментов. Понятие об активном центре. Теория индуцированного соответствия Кошланда.

4. Сложные ферменты. Роль коферментов и кофакторов.

5. Регуляция активности ферментов, эффекторы, механизмы их действия, биологическая роль. Аллостерические ферменты.

6. Множественные молекулярные формы ферментов. Функции изоферментов. Виды организации отдельных ферментов в полиферментные цепи. Локализация.

7. Энзимотерапия. Значение.

8. Ферменты плазмы крови: органо- и плазмаспецифические. Примеры. Значение для лабораторной диагностики.

Вопросы для самоконтроля

1. Е-энзим, S-субстрат, P-продукт реакции. Используя эти символы, запишите ферментативную реакцию как трехэтапный процесс. Назовите этапы ферментативной реакции.

2. Сформулируйте понятие «активный центр» энзима.

3. Сформулируйте фразу, удалив лишнее: «В образовании активного центра участвуют остатки углеводов, альдегидов, аминокислот, далеко расположенные друг от друга в полипептидной цепи молекулы энзима. Они удалены, сближаются в пространстве за счет эфирных, гликозидных, пептидных связей, благодаря трехмерной структуре белка. Геометрическая форма пространства, ограниченного остатками липидов, аминокислот, углеводов, образующих активный центр, должна быть идентичной, комплементарной, зеркальной к форме молекулы субстрата».

4. Сформулируйте фразу: «Оптимальная пространственная форма активного центра возникает только в присутствии минеральных веществ, жиров, альдегидов, субстрата или активаторов».

5. Определите понятие «индуцируемая адаптация фермента».

6. Активный центр многих гидролаз включает остаток цистеина, глицина, серина, изолейцина, гистидина (удалите лишнее).

7. В активном центре большинства ферментов могут содержаться следующие аминокислоты: лейцин, серин, аланин, триптофан, гистидин, лейцин, цистеин, фенилаланин, валин, тирозин, пролин, лизин (выберите правильное).

8. Активный центр многих дегидрогеназ включает остаток:

а) лизина;

б) цистеина;

в) аланина;

г) серина;

д) лейцина;

е) триптофана.

9. Сериновые ферменты ингибируются:

а) метиленовым синим;

б) уксусной кислотой;

в) гуанином;

г) метилурацилом;

д) ДФФ – диизопропилфторфосфатом .

10. Ингибитором цистеиновых ферментов является глицерол, сульфаты, парахлормеркурибензоат, соединения, взаимодействующие с тиоловой группой цистеина (исключите лишнее).

11. Что такое сложный фермент? Из чего он состоит?

12. Что такое «кофакторы ферментов» и «коферменты»? В чем их отличия?

13. Выберите соединения, образующие коферменты:

а) нуклеотиды;

б) липиды;

в) витамины;

г) гормоны;

д) пирокатехины;

е) минеральные вещества;

ж) тетрапиррольные соединения.

14. Эффекторы – соединения, которые тормозят, изменяют, ускоряют ферментативные реакции (выберите правильное).

15. В чем заключается основная особенность конкурентных ингибиторов?

16. Покажите с помощью символов (E-энзим, S-субстрат, I-ингибитор) как протекает реакция E+S в присутствии конкурентного ингибитора.

17. Какие ингибиторы называют антиметаболитами? В чем биологический смысл их существования?

18. В чем заключается основная особенность неконкурентных ингибиторов?

19. К неконкурентным ингибиторам относятся:

а) масла;

б) стерины;

в) фториды;

г) производные глюкозы;

д) этилендиаминтетраацетат;

е) эфиры глицерина.

20. Как с помощью графического анализа результатов эксперимента отличить конкурентное торможение от неконкурентного?

21. Ферментативная реакция ускоряется:

а) путем воздействия на субъединицы;

б) путем снижения энергетического порога реакции;

в) путем повышения концентрации реагирующих веществ;

г) за счет активации ионами;

д) путем защиты фермента;

е) за счет взаимодействия с субстратом.

22. Сформулируйте фразу: «Аллостерические активаторы сходны по структуре с субстратом, изменяют конфигурацию субстрата, значительно отличаются от природного энзима, условно специфичны, неспецифичны, строго специфичны, действуют на предпоследнее звено в цепи ферментативных реакций, на первое звено, на любое звено цепи, не действуют на ферменты».

23. Для каких ферментов характерен кооперативный эффект, в чем он состоит?

24. Какие ферменты обнаруживаются практически во всех клетках?

25. Что такое проферменты?

26. Изоферменты – это ферменты, отличающиеся по структуре, но ______.

27. Что такое «ассоциации» ферментов?

28. Дайте понятие «лимитирующий фермент» и предложите синоним.

29. С какой целью используются ферменты в медицине?

30. Как подразделяются ферменты плазмы крови с лабораторной точки зрения?

31. В чем заключается диагностическое значение определения активности ферментов в лабораторной практике?

32. Составьте таблицу соответствия «Орган (тип клеток)» – «Органоспецифические ферменты».