Главная страница
qrcode

Ферменты


НазваниеФерменты
Дата25.02.2020
Размер1.11 Mb.
Формат файлаdocx
Имя файлаfermenty.docx
ТипДокументы
#67983
страница1 из 3
Каталог
  1   2   3

Ферменты

Сходства и различия ферментов и катализаторов небиологической природы

Ферменты по ряду свойств напоминают катализаторы небиологической природы.
ферменты катализируют только термодинамически возможные реакции, т.е. ферменты не могут создавать новых реакции, а могут только катализировать существующие
  • Ферменты не расходуются в ходе реакции;
  • не смещают положение равновесия катализируемой реакции, а только ускоряют его наступление, т.е. ферменты ускоряют и прямую и обратную реакцию
  • Работают по принципу гетерогенного катализа

    Ферменты обладают рядом свойств, отличающих их от катализаторов небиологической природы (специфические свойства ферментов)
    Ферменты-белки или некоторые РНК, получившие название рибозимы, работают в мягких условиях
    (Т = 40–50С; нейтральный pH, атмосферное давление и др.), в жестких условиях не могут работать из-за денатурации их молекул
      Очень высокая эффективность действия; превышает, как правило, на один или несколько порядков активность катализаторов небиологической природы
    1. Специфичность действия ферментов к типу катализируемой реакции и к структуре реагирующих соединений
    2. Регулируемость каталитической активности ферментов;
      Отсутствие побочных продуктов реакции. При действии катализаторов небиологической природы, наблюдается образование побочных продуктов
      Номенклатура и классификация ферментов
      Тривиальная
        Исторические сложившееся названия ферментов (пепсин (катализирует расщепление белков в желудке), трипсин (расщепление белков в тонкой кишке))
        Рациональная (рабочая) – более информативен
          Названия ферментов строятся из названия субстрата (соединение, которое превращается под действием фермента) и характера катализируемой реакции +аза
          Окисление янтарной кислоты (сукцинат) под действием фермента
          Атомы водорода переносятся на восстановление ФАД

            Систематическая (самое информативное, неудобство – очень длинное название), дело в том, что большая часть реакций, которые протекают ___ системы являются реакциями димолекулярными, т.е. в ходе реакции принимает участие не одно соединение, а два
            Субстрат: субстрат – характер реакции +аза

            (субстраты, которые участвуют в реакции (сукцинат и ФАД), характер реакции произошла оксидоредукция – окисление и восстановление)

            Н-р: Сукцинат: ФАД – оксидоредуктаза

            Международная классификация ферментов по типу катализируемой реакции
            Оксидоредуктазы – катализируют ОВР
              Трансферазы - катализируют реакции межмолекулярного переноса групп атомов, кроме О2 и Н2


                Гидролазы – катализируют реакции гидролитического разрыва ординарных связей


                  Лиазы
                    реакции негидролитического разрыва ординарных связей
                  1. реакции, сопровождающиеся разрывом и образованием двойных (кратных) связей (редко)


                      Изомеразы – катализируют изомерное превращение соединений (L в D, цис в транс изомеры); сюда также относятся мутазы, катализирующие реакции внутримолекулярного переноса различных группировок


                        Лигазы (синтетазы) катализируют реакции биосинтеза, идущие с использованием энергии АТФ или родственных АТФ соединений

                        Международная классификация ферментов

                        Классы

                        Подклассы - уточнение типа катализируемой реакции

                        Подподклассы – с дальнейшим уточнением характера катализируемой реакции

                        Индивидуальные ферменты,имеющие индивидуальный порядковый номер

                        1 пример:


                        2 пример: 1.1.1.27 – Лактатдегидрогеназа (ЛДГ)

                        Катализирует реакцию:
                        Химическая природа ферментов

                        Белки – в основном

                        РНК (около 20) рибозимы – сшивание и расщепление молекул РНК

                        Ферменты
                        Простые (протеины)– одна цепь или олигомерные белки
                      1. Сложные (протеиды) – двукомпонентные:
                          Белковая часть – АПОФЕРМЕНТ
                        1. Небелковая – КОФАКТОР
                          Совокупность апофермента и кофермента называется ХОЛОФЕРМЕНТ

                          АПОФЕРМЕНТ не обладает каталитической активностью совсем

                          Один КОФАКТОР может обладать слабой каталитической активностью

                          Но в этом случае специфичность катализа очень низкая, только комплекс апофермента и кофактора обладает высокой каталитической активностью и специфичностью действия
                          Кофакторы по природе делят:
                          Кофакторы алифатического ряда
                            Долихолфосфат
                          1. Глутатион
                          2. Липоевая кислота (липоат) участвует в окислительном декарбоксилировании кетокислот
                            Кофакторы ароматического ряда (угихиноны) - относятся коэнзимы Q
                          3. Кофакторы гетероциклического ряда
                              Кофакторы – производные витаминов
                                Тетрагидрофолат (активная форма витамина - В9 – фолиевая кислота (фолат))
                              1. Тиаминпирофосфат (В1) – в качестве лекарственного препарата используется соль кокарбоксилаза
                              2. Биоцитин (В7)
                              3. Фосфопиридоксаль (В6) (имеется 3 формы: перидоксол, перидоксамин, пиридоксаль) – выполняет функцию переносчика аминогрупп
                                Кофакторы – не являющиеся производными витаминов – диминовые кофакторы
                                Кофакторы нуклеотидной природы – гетероциклы
                                  Кофакторы – нуклеотидной природы , в состав которых входят витамины:
                                  ФМН- флавинмононуктеотид (В2), ФАД -
                                  кобамидные кофакторы (В12) – дезоксиаденозилкоболамин, митинкоболамин
                                  Кофакторы – нуклеотидной природы, не содержащие витаминов: АТФ-Кофакторы ионных металлов Na+,K+, Mg2+ , Ca2+, Fe2+ , Cu+ и др
                                  Кофакторы выполняют различные ф-ии
                                  Роль промежуточных переносчиков атомов, атомных группировок, или электронов в ходе катализируемых реакции
                                1. В ряде случаев, например, ионы металлов принимают участие в связывании субстрата с активным центром фермента, т.е выполняют мостиковую ф-я
                                2. Выступают в качестве факторов, стабилизирующих пространственную структуру белка-фермента
                                  по характеру функционирования и по прочности связывания с апоферментом белковой части кофакторы делят
                                  Коферменты –
                                    претерпевают полный цикл превращений (принимают электроны, атомы, атомные группировки) от одних, участвующих в реакции соединений и передают их на другие, с участием различных ферментов
                                  1. слабо связаны с апоферментами
                                    например, НАД входит в состав очень многих ферментов

                                    примеры коферментов: НАД+, АТФ, ТГФК ( ) и др
                                    принцип работы:
                                      Простетические группы
                                        Прочно связаны с апоферментом обычно с помощью ковалентных связей
                                      1. Работают в составе одного фермента
                                        Липоевая кислота, биоцитин, перидоксальфосфат

                                        Схема работы:


                                        Проферменты и изоферменты

                                        Часть ферментов синтезируется в организме человека в виде неактивных предшественников – проферментов

                                        Профермены:
                                        Более длинная полипептидную цепь, по сравнению с образующейся из них активных ферментов
                                      2. Конформация полипептидной цепи профермента такова, что в структуре его нет активного центра или он прикрыт участком полипептидной цепи, поэтому профермент или вообще не обладает каталитической активностью, или активность его крайне низкая
                                        Превращение профермента в фермент осуществляется путем ограниченно избирательного протеолиза, т.е. расщепляется одна пептидная связь, отщепляется ингибиторный пептид, конформация оставшейся полипептидной цепи меняется, в результате на поверхности – активный центр, который обеспечивает катализ (например, превращение протромбина в тромбин)

                                        Как правило, в виде профермента синтезируются те ферменты, которые в биологической системе постоянной не нужны, в тоже время при необходимости, они нужны в достаточно большом количестве, это касается ферментов участвующих в свертывании крови, если бы все участники свертывания крови были бы активны, у нас постоянно образовывались бы тромбы, поэтому оптимальным вариантом является наличие профермента, который при необходимости быстро превращается в фермент, и тем самым останавливается кровотечение, т.е. избегается большая кровопотеря

                                        Преобразование профермента в ферменты (касающихся свертывания крови) происходит при повреждении стенки сосудов

                                        В ряде случает в плазме крови, органах и тканях удается обнаружить 2 или более белка, способных катализировать одну и ту же реакцию, но эти белки отличаются по физико-химическим свойствам

                                        Например, фермент лактатдегидрогеназа существует в виде 5 различных белков, они названы: ЛДГ 1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4, ЛДГ5

                                        если фермент существует в виде изоферментов, то это всегда олигомерный белок, содержащий соответствующие полипептидные цепи,

                                        У ЛДГ1 4 одинаковые полипептидные цепи (НННН), у ЛДГ 2 появляется уже новая полипептидная цепь (НННМ), у ЛДГ3 уже полипептидные цепи (ННММ), у ЛДГ4 (НМММ), ЛДГ5 (ММММ)

                                        Изоферменты

                                        - ферменты, катализирующие одни и те же химические реакции, но различающиеся генетически детерминированной структурой.

                                        1.Оказалось, что некоторые изоферменты, работают в определенных органах и тканях, так предположим ЛДГ1 и ЛДГ2 работают в сердечной мышце, а ЛДГ5, ЛДГ 4 характерны для печени

                                        2.Креатинкеназа (КК)

                                        Широко используется для диагностики инфаркта миокарда и диагностики повреждения мышечной ткани

                                        Существует 3 изофермента креатинкеназы :

                                        ВВ – форма КК типична для головного мозга,

                                        МВ – форма КК, характерна для сердечной мышцы

                                        ММ – форма КК, характерна для мышечной ткани и мышечной мускулатуры

                                        Определяя содержание соответствующих изоферментов в плазме крови, удается диагносцировать определенные патологии, сопровождающиеся деструкцией определенных тканей, и более того контролировать интенсивность, ход проводимого лечения. При правильно проведенном лечении, изоферменты нетипичные для плазмы исчезают из нее.

                                        Функциональные центры ферментов, механизм действия ферментов

                                        Ускорение химических реакции

                                        Современный взгляд на механизм действия ферментов базируется на представлении о том, что в процессе своего функционирования ферменты вступают в прямое взаимодействие с субстратами, с образованием нестабильных энцим-субстратных комплексов (ES) E – фермент
                                      3. S – субстрат
                                      4. P – продукт реакции
                                      5. ES и EP – нестабильные комплексы фермента с субстратом и с продуктом реакции.
                                        Наличие ES комплексов удалось подтвердить прямыми экспериментальными наблюдениями, пространственная структура некоторых ES-комплексов изучена с помощью рентгеноструктурного анализа, а так же удалось выделить некоторые ES –комплексы в чистом виде

                                        Функциональные центры
                                        Активный центр
                                        Регуляторные центры
                                        Контактные площадки
                                        АКТИВНЫЕ ЦЕНТРЫ

                                        Осознание того, что в большинстве случаев в образовании ES –комплекса участвует макромолекула РНК-ферментов и чаще небольшая молекула субстрата, навело на мысль, что в этом белок-лигандном взаимодействии участвует сравнительно небольшой участок поверхности фермента

                                        Активный центр – участок поверхности фермента, ответственный за связывание субстрата и его дальнейшие превращения.

                                        Взаимодействие фермента с субстратом этапы:
                                        Специфическое связывание субстрата
                                      6. Осуществление перестройки субстрата, т.е. осуществление химической реакции,
                                      7. Высвобождение продуктов реакции
                                        Поверхность любого фермента представляет собой мозаику радикалов АК,

                                        Взаимодействие белка с лигандом – специфичное взаимодействие, которое базируется на принципе комплементарности. Специфичность взаимодействия фермента со своим субстратом -лигандом обеспечивается комплементарностью участка поверхности субстрата и активного центра фермента

                                        В образовании активного центра принимает участие не более 10-12 АК-ых радикалов, которые определенным образом ориентированы по отношению друг к другу, причем эти АК-ые остатки могут далеко располагаться по ходу полипептидной цепи друг от друга, но при образовании третичной структуры – нативной конформации белка-фермента, они сближаются и формируют пространственную структуру активного центра

                                        Например, при образовании активного центра химотрипсина, принимает участие всего 4 АК-ых остатка, это гистидин-57, гистидин-40, серин-195, аспартат 102

                                        В то же время далеко не все имеющиеся в структуре химотрипсина остатки гистидина, серина и аспартата участвуют в образовании активного центра,

                                        например, в химотрипсине в образовании активного центра принимает участие только один остаток серина из 26 имеющихся.

                                        2 элемент активного центра

                                        К составным элементам активного центра относят участки остова полипептидной цепи, которые удерживают АК-ые радикалы в определенном пространственном расположении друг к другу

                                        3 элемент

                                        В активный центр входит кофактор, если фермент представляет собой сложный белок

                                        Исключение: ионы металлов, обычно они отличаются в стабилизации третичной или четвертичной структуры

                                        В активном центре условно выделяют 2 участка (2 центра)
                                        Субстратный участок – якорная площадка – связывание субстрата лиганда
                                      8. Каталитический участок – непосредственно обеспечивает катализ превращения субстрата (входят кофакторы)
                                        В связывании субстрата, как и в катализе, важнейщая роль принадлежит функциональным группам, имеющимся в радикалах АК-т, которые образуют активные центры

                                        Функциональные группы:
                                        Гидроксильная группа
                                          Серин –ОН
                                        1. Тирозин –ОН
                                        2. Треонин –ОН
                                          Сульфгидринная меркаптогруппа
                                            Цистеин - SН
                                            Карбоксильная группа
                                              Глутамата -СООН
                                            1. Аспартата –СООН
                                              Аминогруппа
                                                Лизин –NН
                                              1. Аргинин - NНгруппировки CO и NH остова полипептидной цепи
                                                важную роль в связывании субстрата могут иметь гидрофобные радикалы АК-т: валин, глицин, триптофан, метионин и фенилаланин

                                                как правило активный центр фермента часто имеет вид углубления или щели на поверхности ферментов, у ферментов имеющих доменную структуру активный центр часто располагается в щели между прилегающими друг к другу доменами,

                                                некоторые ферменты в своей структуре имеют несколько одинаковых протомеров, иногда в одном из них имеется одинаковые активные центры, в некоторых случаях в ферменте в пределах даже одной полипептидной цепи может быть несколько разных активных центров, такие ферменты получили название – Полифункциональные ферменты

                                                К ним относится фермент – пальметоилситетаза – синтез пальметиновой кислоты

                                                РЕГУЛЯТОРНЫЕ ЦЕНТРЫ
                                                аллостерический центр
                                              2. центр ковалентной модификации
                                              3. центр белок-белкового взаимодействия
                                                КОНТАКТНЫЕ ПЛОЩАДКИ

                                                ферменты, имеющие в своей структуре регуляторные центры, получили название регуляторные ферменты

                                                Не все ферменты имеют полный набор названных функциональных центров. Некоторые ферменты имеют всего один активный центр, есть ферменты, имеющие несколько активных центров, а некоторые ферменты вооружены несколькими активными центрами и несколькими регуляторными центрами.

                                                Аллостерический центр (аллос – другой, иной) – регуляторный функциональный центр, который расположен вне активного центра

                                                Аллостерический центр – участок на поверхности молекулы белка – фермента, образованный определенным набором АК-ых радикалов, но его трехмерная структура комплементарна не субстрату, а тому или иному низкомолекулярному леганду, который выступает в качестве регулятора активности фермента

                                                Примеры аллостерических модуляторов:
                                                цAMФ
                                              4. ATФ
                                              5. НАДH
                                              6. Н3РО4
                                                Если к аллостерическому центру присоединяется аллострерический модулятор, это приводит к изменению конформации фермента, которое сопровождается изменением пространственной структуры активного центра, поэтому изменяется эффективность катализа, причем может изменяться способность активного центра связывать субстрат, может меняться способность осуществлять непосредственное химическое превращение субстрата
                                                  1   2   3

                                                перейти в каталог файлов


  • связь с админом