Характеристика монооахаридов и дисахаридов. 2 страница
К биологически активным гликопротеинам относятся интефероны синтезируемые в животных клетках в ответ на возбуждение экзогенным стимулятором; они наделены антивирусными и противоопухолевыми свойствами и оказывают клеточно- и иммунорегуляторное действием. Из других гликопротеинов выполняющих ряд важнейших биологических функции следует отметить все белки плазмы крови (за исключением альбуминов), трансферрин, Церулоплазмин, гонадотропный и фолликулостимулирующие гормоны, некоторые ферменты, а также гликопротеины в составе слюны (муцин), хрящевой и костной тканей и яичного белка (овомукоид). 8.Химическаа природа ферментов. Изучение ферментов показало, что они обладают св-ми белков. Какие св-ва характерны для ферментов? 1) они являются амфотерными 2)осаждаются сульфатом аммония т.е. высаливаются 3) инактивируются при нагревании под действием концентрированных кислот и щелочей 4) неспособны проходить через полупроницаемые мембраны. Абсолютным доказательством белковой природы ферментов - это синтез их из отдельных аминокислот. Сегодня синтезированы из отдельных аминокислот несколько ферментов. Первыми ферментами синтезированные рибонуклеазы (ферменты расщепляющие РНК) и пепсин (основной фермент желудочного сока). Причем синтезированный рибонуклеаза и пепсин ничем не отличались по свойствам по каталитической активности от выделенных из естественных тканей. По хим. составу ферменты как и белки могут быть двух видов - простые и сложные (протеины и протеиды). Несколько слов о протеинах. Они могут состоять из одной полипептидной цепи (рибонуклеаза содержащая 124 ам. ксл. отатка, пепсин, трипсин) В то же время ряд ферментов состоят из нескольких полипептидных цепей т.е. являются олигомернымн белками. Например альдолаза - фермент гликолиза, РНК-полимераза и др. К первой группе относятся обычно класс гидролиз, практически все гадролитические ферменты состоят только из аминокислот т.е. являются простыми белками. Кроме того, некоторые лиазы, а вот все остальные классы ферментов в основном явл. сложными белками т.е. для каталитической активности многих ферментов кроме белковой части необходим второй компонент получивший название кофактор. Есть каталитически активный фермент вместе с кофактором получил название холофермент. Это каталитически активный фермент состоящий из белковой и небелковой части кофактора. Белковая часть холофермента получила название апофермент. Характерной особенностью холофермента или сложных ферментов протеидов является, то, что ни белковая часть апофермента, ни кофактор в отдельности не обладают заметной каталитической активностью. 9. Коферменты, характеристика, связь с витаминами. Коферменты — это органические вещества, как правило, аминокислотной природы, непосредственно участвующие в катализе в составе фермента. Простые, относятся обычно к классу гидролаз, практически все гидролитические ферменты состоят только из аминокислот, т.е. являются простыми белками. Кроме того, некоторые лиазы, а вот все остальные классы ферментов в основном явл. сложными белками, т.е. для каталитической активности многих ферментов кроме белковой части необходим второй компонент получивший название кофактор. Есть каталитически активный фермент вместе с кофактором получил название холофермент. Это каталитически активный фермент, состоящий из белковой и небелковой части кофактора. Белковая часть холофермента получила название апофермент. Характерной особенностью холофермента или сложных ферментов протеидов является, то, что ни белковая часть апофермента, ни кофактор в отдельности не обладают заметной каталитической активностью. Какую же роль выполняют тот и другой? Оказывается апофермент резко повышает каталитическую активность кофактора, а кофактор в свою очередь стабилизирует белковую часть, делает ее более устойчивой и менее уязвимой к денатурирующим агентам. Поэтому встает вопрос, что и какие вещества явл. кофакторами? Роль кофакторов, как выяснилось, играют большинство витаминов или соединений построенных с их участием, но не только витамины выступают в роли кофакторов. Кроме того, это некоторые полипептиды, группы нуклеотидов и их производные и, наконец, ионы некоторых металлов. Последние годы в соответствии с химической природой кофакторов появилась классификация: 1) Кофакторы жирного ряда (глютатион, липоевая кислота, долихол фосфат). 2 Кофакторы алифатического ряда (убихинон или коэнзим Q). 3) Кофакторы гетероциклического ряда а) содержащие витамины (B1) тиоминлирофосфат (В6) перидоксальфосфат (В7) биоцетин (В9) тетрогидрофолат содержащий фоливую кислоту (фолиум - лист) 6) не содержащие витаминов геминовые кофакторы. Основой этих кофакторов является гемовое железо 4 Кофакторы-нуклеотиды а) содержащие витамины содержащие витамин В2 (флавинмононуклеотид) (фляос - желтый) (флавинадениндинуклеотид) НАД, НАДФ (РР или В5) HSKoA (пантотеновая кислота ВЗ) Кобамидные коферменты (В 12) содержат кобальт б) нуклеотиды не витамины АТФ, уридиндифосфорноглюкуроновая кислота (УДФК), фосфоаденозинфосфосульфат (ФАФС) - активная фосфорная кислота, (ЦТФ) цитидинтрифосфорная кислота. Ф-ции: АТФ участвует в переносе адениловой и фосфорной кислоты, участвует в реакциях аденилирования и фосфолирирования ФАФС участвует в переносе сульфогрупп УДФК участвует в переносе глюкуроновой кислоты ЦТФ участвует в активации холина и фосфотидной кислоты. Процессы идущие при биосинтезе фосфолипидов. 5 Кофакторы ионов металлов Fe, Mn, Zn, К, Na, Mg, Ca, Сu. 10. Механизм действия ферментов. Практически наступила пора задать главный вопрос энзимологии. Почему собственно в присутствии ферментов скорость реакции возрастает? Сегодня абсолютного ответа наукой не найдено. Принято выделять сегодня две стороны проблемы. 1. Термодинамический аспект 2. Структурно – кинетический. Термодинамич. аспект. Каждая молекула любого вещ-ва облад. определ. уровнем внутренней энергии. Этой энергии как правило недостаточно для того, чтобы -нней энергии до опред. предела, как вещество начинает взаимодействовать со своим окружением т.е. реагировать с ним. Минимальный уровень внутренней энергии необходимый для перехода молекулы вещества в реакционно-способное состояние явл.- энергетическим барьером реакции. По количеству энергии кот. необходимо сообщить молекуле для перехода ее в реакционное состояние получило назв. - энергии активации (ед. измер. - ккал / моль или Кдж/ моль) Чем больше эн. актив. а, следовательно чем выше энергетический барьер реакции тем медленнее пройдет реакция. Почему? С увеличением энергии активации вероятность перехода молекул субстрата в реакционно-способное состояние резко снижается. Как можно уменьшить энергию активации? Величину энергии активации можно уменьшить двумя приемами. 1. Увеличение среднего уровня внутренней энергии путем повышения температуры. 2. Попытка снизить энергетический барьер реакции. КАК ЕГО СНИЗИТЬ? Снижение его возможно только путем снижения изменение структуры субстрата Ферменты ускоряют ход химической реакции, снижая энергетический барьер реакции. Однако тем самым уменьшают энергию активации. За счет проведения реакции, но обходному пути с образованием ES комплексов. Следует подчеркнуть, что ферменты снижают энергию активации значительно больше, чем катализаторы небиологической природы. Например, реакция гидролиза сахарозы до глюкозы и фруктозы. Е актив. = 32 Ккал/молъ. В присутствии кислоты снижается до 25, а в присутствии сахоразы до 9. Реакции при кот. происходит выделения энергии получили названия экзоорганические. Эти реакции могут идти самопроизвольно. Ферменты катализируют только экзоораническне реакции. Реакции эндоорганические требуют использование энергии макроэргических соединенний СРУКТУРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ СТОРОНА ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИЗМА. Снижение энергетич. барьера говорит о том, что при взаимодействии фермента с субстратом происход. изменение структуры реагирующих молекул, причем это такие изменения которые способств. протеканию опред. р-ций. Дело в том, что реакции, протекающие в организме человека многоступенчатые, т.е. метаболические пути в ходе которых идет, предположим, идет расщепление глюкозы, включают в себя множество реакций. Тогда становится ясно, что ослабление прочности перестраиваемой связи будет способствовать протеканию реакции. Эта цепь логических рассуждений должна привести вас к мысли о том, что ферменты, взаимодействующие с субстратом так перестраивают структуру этого субстрата, что определенные связи в субстрате становятся менее прочными, а значит более уязвимыми к действию реагентов. А как ослабить прочность связи ? Каким образом достигается ферментами ослабление прочности связи? Это ослабление может достигаться двумя путями. 1 Путь это изменение электронной плотности путем перераспределения конкретной связи. 2 Путь это изменение пространственной структуры молекулы субстрата. С этих позиций можно выделить несколько эффектов которые в той или иной мере объясняет ускорение хода реакция ферментами. 1- й эффект. Уже сам факт связывания фермента с субстратом в активном центре приводит к изменению электронной структуры субстрата и поэтому уже сам факт связывания есть начало катализа. 2-ой эффект. Связанная молекула субстрата оказывается в активном центре в сфере действия каталитических групп (функциональные группы: карбоксильная амидная, имидозольное ядро гистидина и т.д.) эти функциональные группы еще более деформируют электронную структуру субстрата, а перераспределение электронной плотности в молекуле субстрата ослабляет, перестраивая связь. 3-й эффект. В активном центре ферментов присутствуют функциональные группировки радикалов аминокислот, которые обладают кислотными и основными свойствами. От их действия к одной части молекулы субстрата будут присоединяться протоны а от другой ее части протоны будут отщепляться иначе говоря будет работать механизм кислотно-основного катализа Особенно часто это имеет место у ферментов в активном центре которых находятся такие группировки как имидозолъное ядро гистидина. карбоксильные группы в радикалах аспартата и глутомата и аминогруппы лизина. 11. Функциональные центры ферментов. Функциональные центры - участки поверхности молекулы фермента ответственное за взаимодействие с др белками, причем белками или обладающими каталитической активностью (ферментами) или белками, не обладающими каталитической активностью Подобного рода взаимодействия встречаются при формировании надмолекулярных мультиферментных комплексах. Те комплексы о которых мы говорили (пируватдегдрогеназные, альфакетоглюторатгидрогеназные) синтетазы высших жирных кислот) включают несколько ферментов. Дело в том, что включение нескольких ферментов в этом комплексе достаточно в заметной степени сказывается на каталитической активности других ферментов этого комплекса. Почему? Дело в том, что пространственная структура свободного фермента и фермента включенного в комплекс меняется, а значит, меняется и каталитическая активность. Субстраты в превращении которых участвуют ферменты по сравнению с самим ферментом очень часто очень мелкие молекулы, понятно, что в образовании энз-субс. комплекса участвует не вся мол-ла фермента, а только какой-то ее участок, какая-то часть ее поверхности. Этот участок пов-ти фермента ответственный за связывание и превращение субстрата и получил название активного центра В структуру актив, центра входят: в его образование принимают участие не более 10-15 ам.к. остатков определенных образом ориентированных в пространстве по отношению друг к другу. Эти остатки могут далеко располагаться в полипептидной цепи, могут сближаться при формировании третичной структуры. Хемотрипсин принимают участие 4 ам.к. остатка : 2 остатка гистидина (57,40), серин (195), аспартат (102). Составн. элем, актив, центра часто относится участок остова полипептидной цепи удержив. ам.к. радик. в определенном положении друг к др. В активный центр фермента входят кофакторы (исключ. некот. ионов металлов). В активном центре условно выделяют 2 участка: а) субстратный - отвечает за связывание субстрата б) каталитический центр - участок осуществляющий катализ связав. субстрата. Сюда входит кофактор. Кофактору и функ гр. присуща большая роль. В составе многих ферментов так же кроме активных центров имеются регуляторные центры. а) Аллостерический центр б) Центр ковалентной модификации в) Центр связывания с белками и регуляторами Аллостер. центр - центр, находящийся в другом месте от активного центра - участок на пов-ти фермента образованный определенным образом ориентированных ам.к. радикалов. Его 3 мерная структура комплементарна низкомолекулярным лнгандам - кот. выступают в качестве регуляторов. цАМФ, АТФ. Присоединение аллост. модуляторов к аллост. центру приводит к изменению конформации белка, что сопровождается изменением пространственной структуры ферм, и изменен, к катализу. 1. Если присоединение модулятора повышает активность - аллостерич. активатор 2. Если понижает - аллостер ингибитор. Связыв. модул, с актив, центром - обратима. Никогда не возникает ковалентная связь. Активность определяется концентрацией модуляторов. Аллостер ферм, имеют как правило 4 структуру. Один и тот же фермент имеет 2 и более актив, центра кот комплемент, разный модуляторам. 12. Виды активирования и ингибирования ферментов. Активаторы повышают, т.е. активируют каталитич. активность ферментов. В одних случаях активатор вытесняет ингибитор или отщепляет его от фермента. Например, соляная кислота, пепсиноген HCl→ пепсин →ингибитор 1). Отщепляет от пепсиногена ингибитор в рез-те этого неактив. фермент - пепсиноген превращ. в активный фермент - пепсин, эффективно расщепл. белки в составе желудочною сока. Итак, первый механизм это вытеснение ингибитора или отщепление его от фермента. Например, цистеин может активировать ряд ферментов, отщепляя от него соли тяжелых металлов, например серебра 2). Активатор может связываться с субстратом, обеспечивая более эффективное взаимодействие субстрата с активным центром. Такова вероятно роль ионов магния во многих реакциях идущих с участием АТФ. Считают, что магниевая соль АТФ является истинным субстратом для многих ферментов. Отсюда и активирующий эффект магния оказывающий влияние практически на все ферменты катализирующие реакции с использованием АТФ. Эти ферменты называют синтетазы или лиазы. Их достаточно много в наших клетках. 3).Активатор может способствовать присоединению кофактора к апоферменту. Холофермент - сложный белок может работать только когда имеется апофермент и кофактор. Так вот активатор, иногда взаимодействуя апофермента с кофактором затруднено, некоторые активаторы обеспечивают такое взаимодействие, а значит образование активной формы - соединение апофермента с кофактором 4) Активаторы иногда способствуют формированию каталитически активной пространственной структуры фермента. Напр., такое действие оказывают ионы Са на фермент амилазу. Итак, активаторы способствуют формированию каталитически активной пространственной структуры фермента, т.е. меняют ее конформацию до своеобразной нужной пространственной конформации при которой комплементарность между активным центром и связанным субстратом резко увеличивается. Без активатора связывание таким образом естественно крайне затруднено 5) Активация может быть аллостерической, т.е. идти за счет присоединения к аллостерич. центру фермента положит. алостерич. модулятора. Его наз. активатором. Это присоединение сопровожд. изменением конформации не только в месте связывания модулятора с аллостернч. центром, но захватывает конформационная волна и актив. центр, причем изменение актив. центра оказ. благоприятным для эффективности катализа. Отсюда аллостерических модуляторов с активирующим эффектом достаточно много. Это различные нуклеотиды, например НАД, НАДФ. Активаторами аллостерическими может являться фосфорная кислота, АТФ, АДФ и др. Эти основные 5 механизмов являются практически механизмами, расшифровывающими действия активаторов на ферменты. Ингибиторы. Это вещества, снижающие вплоть до полного прекращения каталитическую активность ферментов. Оказ. в качестве ингибиторов могут выступать самые разнообраз. вещ-ва от самых простых (ионы металлов) до высокомолекулярных соединений типа белков. Сущ. различные варианты классификации или подразделение ингибирования.. Наиболее часто принято ингибирование делить на обратимое и необратимое. Необратимое встречается реже. При нем происх. или разрушение пространст. структуры фермента в связи с этим фермент не может восстановить срок первоначал. активность. Разрушение пространств. структуры фермента, например денатурация, естественно что необратимыми например ингибиторами явл. концентр. кислоты, щелочи поскольку они вызывают серьезные денатурации при этом наблюд. необратимое изменение фермента в месте длительного контакта этих веществ с ферментами. Наиболее часта причина это образование недиссоциир. комплекса. Энзим - ингибиторного комплекса. Е + J → ЕJ. Обратное восстановление энзима невозможно. Пример йодацетат. Явл. необратимыми ингибиторами тиоловых ферментов, т.е. ферментов, в актив. центре кот.х в катализе приним. участие сульгидрильные группы. ДФФ диизопропил фторфосфат тоже явл. необрат. ингибитором ферментов активность которых зависит от гидроксильной группы серина - сериновые ферменты Трипсин - расщепляет белки, фосфорилаза - расщепляет гликоген, холиностераза - расщепляет ацетилхолин (медиатор парасимпатической нервной системы. В большинстве своем необратимые ингибиторы являются сильными ядами. Связано с тем, что дезорганизация работы ферментов, происходящих под действием этих ингибиторов, несомненно, сопровождается резким нарушением обмена веществ. При обратимом ингибировании образовавшийся энзим-ингибиторный комплекс нестойкий и поэтому способен диссоциировать на свободный энзим и ингибитор. Е + J →←EJ. Различ. 2 вида обратим. ингибирования 1) Конкурентное 2) Не конкурентное. 13. Конкурентное и неконкурентное ингибирование. Различают 2 вида обратимого ингибирования 1. Конкурентное 2. Не конкурентное. В чем разница? При конкурентном ингибировании ингибитор по своей структуре подобен, но не идентичен субстрату. Поэтому он может связываться с активным центром фермента, но не подвергается в нем дальнейшим превращениям. Поэтому фермент на время выводится из строя В следствии непрочности связывания ингибитор через некоторое время покидает фермент. Если в клетке присутствуют и субстрат и ингибитор, то в этом случае, как правило, работают две системы. а) E + S → ←ES → ←E + p. Энзим взаимодействует с субстратом, образуется ЕS комплекс, превращение субстрата приводит к высвобождению энзима и образования продукта реакции. Но в смеси есть еще одно вещество, которое может связываться - это ингибитор, поэтому часть активных центров фермента будет связана с этим ингибитором, поэтому каких соединений образуется больше, зависит от концентрации субстрата и ингибитора. Если в клетке большое количество ингибитора, то фермент выводится из строя практически полностью. Если его немного, то только часть молекул фермента выводится из строя, поэтому суммарная активность в этом случае снижается меньше. Что здесь важно? Повышая концентрацию субстрата в реакционной смеси или в клетке, можно уменьшить степень ингибирования. Другими словами, конкурентное ингибирование несомненно зависит от концентрации субстрата и при увеличении концентрации истинного субстрата происходит полное восстановление активности, т.е. вытеснение ингибитора го активного цента. Классическим примером такого ингибирования является ингибирование фермента сукцннатдегидрогеназы молоновой кислотой или щавелевоуксусной кислотой. Сукцинатдегидрогеназа - это фермент содержащий ФАД. В свою очередь в него входит витамин В2. Катализирует этот фермент реакцию дегидрирования сукцината (янтарная кислота) В ионной виде она соединяется с определенными участками активного центра. В итоге водород отщепляется от сукцината и образовалась непредельная кислота - фумаровая. Оказывается в клетках появляется иногда похожее по структуре соединение, но не идентичное -молоновая кислота (она очень похожа на янтарную, но содержит цепочку из 3 углеродных атомов). Похожа по структуре и шавелеуксусная кислота (4 углеродно дикарбоновая кетокислота). Эти оба ингибитора являются конкурентами с янтарной. Они конкурируют, за активный центр и поэтому если их концентрация в клетке увеличивается, то фермент теряет свою активность. Итак, характерной чертой этого типа ингибирования является, то что фермент связывается только со свободным ферментом. Он не связывается с ЕS комплексом потому, что взаимодействие идет по активному центру.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 189; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!