Распределение ферментов в организме. Множественные формы, изоферменты. Пример.
Билет №1
1.Классификация и номенклатура ферментов . Характеристика классов . Шифр ферментов . Примеры
2.Каталаза (К.Ф. 1.11.1.6.) Количественное определение активности каталазы в крови . Принцип определения.
3.Пути регуляции активности ферментов в клетке: изменение количества молекул ферментов, доступность регуляции путем фосфорилирования , дефосфорилирования , активацией проферментов.
Ответ:
1. Современные классификация и номенклатура ферментов были разработаны Комиссией по ферментам Международного биохимического союза и утверждены на V Международном биохимическом конгрессе в 1961 г. в Москве.
Согласно Международной классификации, ферменты делят на шесть главных классов, в каждом из которых несколько подклассов: 1) оксидоредуктазы; 2) трансферазы; 3) гидролазы; 4) лиазы; 5) изомеразы; 6) лигазы (синтетазы)
1) Оксидоредуктазы. К классу оксидоредуктаз относят ферменты, катализирующие с участием двух субстратов окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления
2) Трансферазы. К классу трансфераз относят ферменты, катализирующие реакции межмолекулярного переноса различных атомов, групп атомов и радикалов.
3) Гидролазы. В класс гидролаз входит большая группа ферментов, катализирующих расщепление внутримолекулярных связей органических веществ при участии молекулы воды.
4) Лиазы. К классу лиаз относят ферменты, катализирующие разрыв связей С—О, С—С, С—N и других, а также обратимые реакции отщепления различных групп от субстратов не гидролитическим путем. Эти реакции сопровождаются образованием двойной связи или присоединением групп к месту разрыва двойной связи.
|
|
|
5) Изомеразы. К классу изомераз относят ферменты, катализирующие взаимопревращения оптических и геометрических изомеров
6) Лигазы (синтетазы). К классу лигаз относят ферменты, катализирующие синтез органических веществ из двух исходных молекул с использованием энергии распада АТФ (или другого нуклеозидтрифосфата)
Шифр ферментов:
Каждый фермент имеет свой шифр из четырехзначного числа, где первая цифра означает класс ,вторая – подкласс , третья – подподкласс , а четвертая – порядковый номер фермента в данном подподклассе .
Пример: Пепсин имеет классификационный номер – КФ.3.4.4.1. где 3 – класс гидролаз, 4-подкласс реакции гидролиза пептидн. связи белка ,4-подподкласс,1-порядковый номер фемента в данном подподклассе
Номенклатура ферментов:
Каждый фермент, как правило, имеет две номенклатуры; одна из них рабочая (тривиальная), а другая - систематическая. Систематическое название фермента складывается из названий субстратов химической реакции ,на которую действует фермент ,название типа катализируемого химического превращения и окончание –аза.
|
|
|
Пример: L-Лактат : (субстрат I) НАД+ (субстрат II) – Оксидоредуктаза тип химического превращения
Систематическое название дается только по изученным ферментам!!!
2. Ферменты в тканях присутствуют в ничтожно малых концентрациях, мерой активности ферментов служит скорость исчезновения субстрата или нарастания конечного продукта реакции в единицу времени.
Для выражения концентрации фермента Комиссией по ферментам Международного биохимического союза предложена стандартная единица (Е). За Международную единицу активности фермента принимается количество фермента, способное превратить один микромоль (мкМоль) субстрата за 1 минуту в стандартных условиях (при 25С ,оптимуме рН и концентрации субстрата ,превышающей концентрацию насыщения), выражается в мкмоль/мин . Удельная активность фермента –количество фермента (в мг) способное превратить 1 мкмоль субстрата за 1 мин в стандартных условиях ,выражается в мкмоль/мин^мг(белка)
В соответствии с единицами измерения ,принятыми в системе СИ ,введена также единица каталитической активности ферментов КАТАЛ –количество фермента ,способное осуществить превращение 1 моль субстрата в 1 с в стандартных условиях (моль/с)
|
|
|
3. Ферменты являются регулируемыми катализаторами. В качестве регуляторов могут выступать метаболиты, яды. Различают:
- активаторы – вещества, увеличивающие скорость реакции;
- ингибиторы – вещества, уменьшающие скорость реакции.
Активация ферментов. Различные активаторы могут связываться либо с активным центром фермента, либо вне его. К группе активаторов, влияющих на активный центр, относятся: ионы металла, коферменты, сами субстраты.
Активация с помощью металлов протекает по различным механизмам:
- металл входит в состав каталитического участка активного центра;
- металл с субстратом образуют комплекс;
- за счет металла образуется мости между субстратом и активным центром фермента.
Субстраты также являются активаторами. При увеличении концентрации субстрата скорость реакции повышается. по достижению концентрации насыщения субстрата эта скорость не изменяется.
Если активатор связывается вне активного центра фермента, то происходит ковалентная модификация фермента:
1) частичный протеолиз (ограниченный протеолиз). Таким образом активируются ферменты пищеварительного канала: пепсин, трипсин, химотрипсин. Трипсин имеет состояние профермента трипсиногена, состоящего из 229 АК остатков. Под действием фермента энтерокиназы и с добавлением воды он превращается в трипсин, при этом отщепляется гексапептид. Изменяется третичная структура белка, формируется активный центр фермента и он переходит в активную форму.
|
|
|
2) фосфорилирование - дефосфорилирование. Пр.: липаза+АТФ= (протеинкиназа) фосфорилированная липаза+АДФ. Это трансферная реакция, использующая фосфат АТФ. При этом осуществляется перенос группы атомов от одной молекулы к другой. Фосфорилированная липаза является активной формой фермента.
Таким же путем происходит активация фосфорилазы: фосфорилаза B+ 4АТФ= фосфорилаза А+ 4АДФ
Также при связывании активатора вне активного центра происходит диссоциация неактивного комплекса «белок-активный фермент». Например, протеинкиназа – фермент, осуществляющий фосфорилирование (цАМФ-зависимое). Протеинкиназа – это белок, имеющий четвертичную структуру и состоящий из 2-х регуляторный и 2-х каталитических субъединиц. R2C2+2цАМФ=R2цАМФ2+ 2С. Такой тип регуляции называется аллостерической регуляцией (активацией).
Ингибирование ферментов. Ингибитор – это вещество, вызывающее специфическое снижение активности фермента. Следует различать ингибирование и инактивацию. Инактивация – это, например, денатурация белка в результате действия денатурирующих агентов.
По прочности связывания ингибитора с ферментом ингибиторы делят на обратимые и необратимые.
Необратимые ингибиторы прочно связаны и разрушают функциональные группы молекулы фермента, которые необходимы для проявления его каталитической активности. Все процедуры по очистке белка не влияют на связь ингибитора и фермента. Пр.: действие фосфорорганических соединений на фермент – холинэстеразу. Хлорофос, зарин, зоман и др. фосфорорганические соединения связываются с активным центром холинэстеразы. В результате происходит фосфорилирование каталитических групп активного центра фермента. В следствии молекулы фермента, связанные с ингибитором, не могут связываться с субстратом и наступает тяжелое отравление.
Также выделяют обратимые игнибиторы, например прозерин для холинэстеразы. Обратимое ингибирование зависит от концентрации субстрата и ингибитора и снимается избытком субстрата.
По механизму действия выделяют:
- конкурентное ингибирование;
- неконкурентное ингибирование;
- субстратное ингибирование;
- аллостерическое.
1) Конкурентное (изостерическое) ингибирование – это торможение ферментативной реакции, вызванное связыванием ингибитора с активным центром фермента. При этом ингибитор имеет сходство с субстратом. В процессе происходит конкуренция за активный центр: образуются фермент-субстратные и ингибитор-ферментные комплексы. E+S®ES® EP® E+P; E+I® E. Пр.: сукцинатдегидрогеназная реакция [рис. COOH-CH2-CH2-COOH®(над стрелкой СДГ, под ФАД®ФАДН2) COOH-CH=CH-COOH]. Истинным субстратом этой реакции является сукцинат (янтарная к-та). Ингибиторы: малоновая к-та (COOH-CH2-COOH) и оксалоацетат (COOH-CO-CH2-COOH). [рис. фермента с 3 дырками+ субстрат+ ингибитор= комплекс ингибитора с ферментом]
Пр.: фермент холинэстераза катализирует превращение ацетилхолина в холин: (CH3)3-N-CH2-CH2-O-CO-CH3® (над стрелкой ХЭ, под – вода) CH3СOOH+(CH3)3-N-CH2-CH2-OH. Конкурентными ингибиторами являются прозерин, севин.
2) Неконкурентное ингибирование – торможение, связанное с влиянием ингибитора на каталитическое превращение, но не на связывание фермента с субстратом. В этом случае ингибитор может связываться и с активным центром (каталитический участок) и вне его.
Присоединение ингибитора вне активного центра приводит к изменению конформации (третичной структуры) белка, вследствие чего изменяется конформация активного центра. Это затрагивает каталитический участок и мешает взаимодействию субстрата с активным центром. При этом ингибитор не имеет сходства с субстратом и это ингибирование нельзя снять избытком субстрата. Возможно образование тройных комплексов фермент-ингибитор-субстрат. Скорость такой реакции не будет максимальной.
К неконкурентным ингибиторам относят:
- цианиды. Они связываются с атомом железа в цитохромоксидазе и в результате этого фермент теряет свою активность, а т.к. это фермент дыхательной цепи, то нарушается дыхание клеток и они гибнут.
- ионы тяжёлых металлов и их органические соединения (Hg, Pb и др.). Механизм их действия связан с соединением их с различными SH-группами. [рис. фермента с SH-группами, иона ртути, субстрата. Все это соединяется в тройной комплекс]
- ряд фармакологических средств, которые должны поражать ферменты злокачественных клеток. Сюда же относятся ингибиторы, использующиеся в сельском хозяйстве, бытовые отравляющие вещества.
3) Субстратное ингибирование – торможение ферментативной реакции, вызванное избытком субстрата. Происходит в результате образования фермент-субстратного комплекса, неспособного подвергаться каталитическому превращению. Его можно снять и уменьшить концентрацию субстрата. [рис. связывания фермента сразу с 2 субстратами]
4) Аллостерическое ингибирование – торможение ферментативной реакции, вызванное присоединением аллостерического ингибитора в аллостерическом центре аллостерического фермента. Такой тип ингибирования характерен для аллостерических ферментов, имеющих четвертичную структуру. В качестве ингибиторов могут выступать метаболиты, гормоны, ионы металлов, коферменты.
Механизм действия:
а) присоединение ингибитора к аллостерическому центру;
б) изменяется конформация фермента;
в) изменяется конформация активного центра;
г) нарушается комплиментарность активного центра фермента к субстрату;
д) уменьшается число молекул ES;
е) уменьшается скорость ферментативной реакции.
К особенностям аллостерических ферментов относят ингибирование по отрицателтной обратной связи. A®(E1)B®(E2) C®(E3) D (от D стрелочка к стрелке между А и В). D – метаболит, действующий как аллостерический ингибитор на фермент Е1
Билет №2
Распределение ферментов в организме. Множественные формы, изоферменты. Пример.
Ферменты, участвующие в синтезе белков, нуклеиновых кислот и ферменты энергетического обмена присутствуют во всех клетках организма. Но клетки, которые выполняют специальные функции, содержат и специальные ферменты. Так клетки островков Лангерганса в поджелудочной железе содержат ферменты, катализирующие синтез гормонов инсулина и глюкагона. Ферменты, свойственные только клеткам определенных органов называют органоспецифическими: аргиназа и урокиназа - печень, кислая фосфатаза - простата. По изменению концентрации таких ферментов в крови судят о наличии патологий в данных органах. В клетке отдельные ферменты распределены по всей цитоплазме, другие встроены в мембраны митохондрий и эндоплазматического ретикулума, такие ферменты образуют компартменты, в которых происходят определенные, тесно связанные между собой этапы метаболизма. Многие ферменты образуются в клетках и секретируются в анатомические полости в неактивном состоянии - это проферменты. Часто в виде проферментов образуются протеолитические ферменты (расщепляющие белки). Затем под воздействием рН или других ферментов и субстратов происходит их химическая модификация, и активный центр становится доступным для субстратов.
Множественные формы ферментов – это ферментные белки, катализирующие одну и ту же химическую реакцию, но отличающиеся друг от друга по ряду свойств: по скорости передвижения в электрическом поле, температурному оптимуму, отношению к ингибиторам, иммунологической характеристике, месту локализации. Природа появления множественных форм ферментов разнообразна.
Изоферменты – это множественные формы ферментов вследствие генетических различий в первичной структуре белка. Просто множественные формы ферментов – негенетически возникшие модификации одного и того же фермента. Наличие изоформ особенно характерно для ферментов с четвертичным уровнем структурной организации, представляющих собой объединение нескольких субъединиц. Если генетически различные субъединицы существуют более, чем в одной форме, то и фермент, образованный комбинацией из двух или нескольких типов субъединиц, может существовать в виде нескольких сходных, но неодинаковых форм. К примеру, молекула лактатдегидрогеназы, катализирующей обратимое превращение пирувата в лактат, состоит из 4 субъединиц двух типов: Н и М. различное соотношение субъединиц Н и М определяет наличие 5 изоформ данного фермента: ЛДГ-1 (НННН), ЛДГ-2 (НННМ), ЛДГ-3 (ННММ), ЛДГ-4 (НМММ), ЛДГ-5 (ММММ). Помимо различий по физико-химическим и иммунологическим свойствам данные изоферменты имеют различное представительство в тканях: ЛДГ-1 и ЛДГ-2 преобладают в миокарде, ЛДГ-4 и ЛДГ-5 в мышцах и печени. Органное распределение изоферментов является отражением определенного типа метаболизма, свойственное данным органам.
Изучение изоферментного спектра ферментов сыворотки крови широко используется в клинической практике:
· Для дифференциальной диагностики органических и функциональных поражений органов и тканей
· Для суждения о локализации патологического процесса
· Для оценки степени поражения.
Специфичность. Виды.
Ферменты обладают высокой специфичностью действия. Это свойство часто существенно отличает их от неорганических катализаторов. Так, мелкоизмельченные платина и палладий могут катализировать восстановление (с участием молекулярного водорода) десятков тысяч химических соединений различной структуры. Высокая специфичность ферментов обусловлена конформационной и электростатической комплементарностью между молекулами субстрата и фермента и уникальной структурной организацией активного центра, обеспечивающими «узнавание», высокое сродство и избирательность протекания одной какой-либо реакции из тысячи других химических реакций, осуществляющихся одновременно в живых клетках.
Различают:
1. Относительная групповая специфичность – фермент специфически действует на вещества, имеющие определенный тип химической связи ( протеиназы гидролизуют все соединения, содержащие в своем составе пептидную связь –СО-NH-; эстеразы расщепляют эфирную связь -О`- ). Такие ферменты проявляют широкий спектр действия.
2. Относительная субстратная специфичность – фермент катализирует превращение субстратов, принадлежащих к разным группам химических соединений (цитохром Р450 участвует в гидроксилировании около 7000 разных соединений).
3. Абсолютная групповая специфичность – фермент действует на субстраты, имеющие общую функциональную группу (алкогольдегидрогеназа катализирует превращение не только этанола, но и других алифатических спиртов).
4. Абсолютная субстратная специфичность – фермент катализирует превращение только одного субстрата (уреаза – расщепляет только мочевину, ацетилхолинэстераза – только ацетилхолин).
5. Стереохимическая субстратная специфичность – фермент катализирует превращение только одного из возможных стереоизомеров субстрата ( оксидазы D- и L- аминокислот).
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 1469; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!