Ферменты 2.ppt

Выдвинутая в 1913 году Л. Михаэлисом и
М. Ментен общая

Структурно-функциональная организация ферментов. Схема

Активные центры

Якорные площадки

Субстратный

субстрат

продукт

Центры регуляции + и -

Структурно-функциональная организация ферментов.

Активный (субстратный) центр - это совокупность функциональных групп,

Активный центр включает в себя:
Каталитический участок или центр, непосредственно взаимодействующий с

1 этап: постепенное «причаливание» S к «якорной» площадке F.
2 этап: напряжение

Химические связи, действующие при этом:
1. Силы Ван дер Ваальса
2. Электростатическое взаимодействие
3.

Якорный участок трипсина представлен длинным узким карманом с отрицательно заряженный Асп

В гидрофобном кармане, образованном радикалами Гли, Три и Лей, химотрипсина располагается

В основе химических реакций лежит образование и разрыв химических связей
По

Биологически важными нуклеофилами являются –NH2, -OH, -SH, и имидазольные группы

Электрофильные реагенты : Наиболее известными электрофилами в биохимических реакциях являются Н+,

По направлению реакций с учетом конечного результата можно выделить следующие типы

Существенное влияние на активность ферментов оказывает реакция среды. Для проявления

В некоторых случаях сдвиг pH на единицу снижает активность фермента на

Оптимум рН

Фермент pH
Липаза (подж.железа) 8.0
Липаза (желудок) 4.0-5.0
Липаза(касторовое масло) 4.7
Пепсин 1.5-1.6
Трипсин 7-

Влияние температуры

Так как все ферменты являются белками, а белки при температуре выше

Активность фермента повышается при повышении температуры. Начиная с определенной температуры, совпадающей

Специфичность ферментов

Специфичность у разных ферментов может проявляться по-разному. Ферменты как

Правда, лишь небольшая часть ферментов обладает абсолютной специфичностью, т.е. катализирует превращение

Регуляция активности ферментов

Регуляция активности ферментов бывает пассивная (с помощью изменения условий

Активная регуляция:
изостерическая;( изос- равный) регуляция с помощью субстрата (S)и продукта (Р)

Регуляция путем изменения количества фермента.
У бактерий хорошо изучен феномен индуцированного синтеза

Замена глюкозы на лактозу приводит к индуцированному синтезу фермента галактозидазы, расщепляющей

В животных тканях подобный быстрый синтез ферментов наблюдается реже, однако при

С другой стороны, иногда под действием этих гидроксилаз чужеродные вещества превращаются

Регуляция активности по принципу обратной связи.
Допустим в клетке есть многоступенчатый

Аллостерическая регуляция.
Аллостерические ферменты - это ферменты, располагающиеся в начале

Свойства аллостерических ферментов:
1. Являются олигомерами состоящими из протомеров.
2. Имеют как минимум два

Существует 2 вида веществ (эффекторы), которые оказывают на фермент двоякое действие:
1)активаторы;

При взаимодействии аллостерического фермента с аллостерическим активатором резко возрастает степень сродства

Кинетика ферментативных реакций

Имеется реакция:
S → P + Q
Представим эту реакцию в виде

Основы термодинамики катализа

Д. Кошланд предположил, что с термодинамической точки зрения ферменты

Энергия активации

Энергия активации - энергия, необходимая для перевода всех молекул моля

Термодинамика ферментативных реакций

Энергетический барьер

G2

G1

ΔG = G1 – G2

GA1

GA2

Энергия активации неферментативной реакции

Энергия активации

Термодинамика ферментативных реакций

Энергетический барьер

G2

G1

ΔG = G2 – G1

GA1

GA2

Энергия активации неферментативной реакции

Энергия активации

Кинетика ферментативных реакций. Концентрация фермента.

Чем выше концентрация E, тем выше скорость

Кинетика ферментативных реакций. pH

Для каждого фермента существует оптимальная область pH (6,9

Кинетика ферментативных реакций. Температура

С увеличением температуры на 10°C скорость реакции возрастает

Активность фермента зависит от концентрации субстратов.
Исследование зависимости скорости ферментативных реакций

Кинетика ферментативных реакций

Если концентрация субстрата [S] очень низкая, ограничивающим скорость реакции становится этап

Если концентрация субстрата [S] высокая, количество образующегося комплекса ES зависит

Ограничивающим скорость реакции становится этап образования продукта (катализ). В реакции, катализируемой

Кинетика ферментативных реакций. Концентрация субстрата

Для простых ферментов график имеет вид гиперболы

[ES]max = [Et]общ
Общее количество фермента в системе, равно сумме [E]

Важным для правильной оценки результатов исследования зависимости скорости реакции от

При взаимодействии фермента и субстрата очень быстро наступает равновесие между скоростью

В реакции, катализируемой ферментом можно выделить четыре реакции, каждая из которых

Важной качественной характеристикой фермента является константа Михаэлиса
 Воспользовавшись предположениями, высказанными Генри,

Основная гипотеза: этапом, ограничивающим скорость ферментативной реакции является ( ES →

тогда, количество свободного фермента:  [Et] - [ES]
так как [S] >>

[этап 2] гипотеза: Образование фермент-субстратного комплекса самая быстрая реакция, результатом которой является

[Этап 3]   k1 [Et] [S] - k1 [ES] [S]   = [ES]

отсюда v0 = k3 [ES] = k3 {[Et] [S] / {

Уравнение Михаэлиса и Ментен графически – прямоугольная гипербола
Если мы простроим

Каково физическое значение Km? Уравнение Михаэлиса-Ментен можно преобразовать к такому виду

Из этого уравнения легко показать, что
при [S] =10 Kmv/Vmax =

При условии, что k3 << k2, константа Михаэлиса становится хорошим показателем

Значение Km дает также некоторые представления относительно эффективности катализа и регуляции.

Если [S] << 0.1 Km, эффективность реакции низка, но имеется хорошее

Наиболее удобное сочетание эффективности и контроля соблюдается при условии, если концентрация

Знание Км позволит Вам оценивать концентрацию субстрата, необходимую для гарантии насыщения.

В физиологических условиях, для эффективной работы, концентрация субстрата должна быть на

Практически рассчитать значения Км и Vmax, пользуясь кривой, описываемой уравнением

Такой способ выражения позволяет более точно рассчитать значения Км и

Примеры использования данных кинетических исследований ферментов в медицине

Некоторые люди обладают

Альдегиддегидрогеназа обычно существует в двух формах, с высоким сродством (низкие значения

Семейная пара с генетической предрасположенностью к болезни Неймана-Пика ожидает ребенка. Им

Если сфингомиэлин не распадается должным образом, нарушается нейронная передача. Физиологические последствия

Семейная пара с генетической предрасположенностью к болезни Неймана-Пика ожидает ребенка. Им

У беременной были получены клетки плода (путем амниоцентеза) и размножены методом

При знакомстве с материалом по кинетике ферментов могло сложиться впечатление, что кинетика

У ферментов, подчиняющимся принципам кинетики Михаэлиса и Ментен с позиций процессов,

Таким образом, природа вынуждена обратиться к "кооперативным" системам, в которых маленькие

Аллостерический белок определяется как белок, содержащий два или больше топологически различающихся

Кооперативность - модификация константы связывания лиганда белком предшествующим связыванием другого лиганда.

. Км обычно принимается как константа связывания субстрата, поскольку ее проще

Значения Vmax и Km определяются при экстраполяции линий до пере­сечения с

Два лиганда один из которых влияет на связывание другого, могут быть

У аллостерических ферментов особые свойства

Полимерная структура
Сигмоидная ( в отличие от гиперболической

Аллостерический фермент содержит ряд активных центров, в самом простом случае по

которое увеличит способность других активных центров связывать лиганды (положительная кооперативность. K2

Центральная линия графика - типичная сигмовидная кривая в отсутствии любого эффектора.

Денатурация – нарушение пространственной структуры фермента с последующей потерей активности фермента.

Ингибиторы бывают разные: обратимые и необратимые

Вещества со свойствами ингибиторов ферментов можно

Необратимые ингибиторы известны также как инактиваторы фермента. Они связываются с ферментом,

Среди примеров необратимо действующих ингибиторов можно назвать диизопропилфторфосфат (ДИПФФ). Это соединение

Ацетилсалициловая кислота (известный всем аспирин) является необратимым ингибитором циклооксигеназы- фермента участвующего

Ингибитором синтеза протеогликанов стенки бактерий является пенилиллин, структура которого напоминает D-аланин,

Предшествующее связывание субстрата к активному центру в свою очередь, вызывает изменения

Различают два механизма конкурентного торможения.

1.Конкурентное торможение путем связывания активного центра.
2.

Конкурентные ингибиторы не влияют на Vmax, они понижают Км.

Оказывая эффект на:

Малоновая кислота тормозит активность дегидрогеназы янтарной кислоты, занимая активный центр на

Конкурентное торможение путем изменения конформации фермента.

В отличие от классического варианта,

Регуляция активности ферментов путем химической модификации: Реакции ограниченного протеолиза, аденилирования, рибозилирования,

Активность фермента можно изменить путем ковалентной модификации его структуры.
Ковалентная модификация структуры

Регуляция активности ферментов

Гормональная регуляция осуществляется на генетическом уровне путем обратного фосфорилирования.

Гормон, циркулирующий в крови, попадает в межклеточную жидкость и контактирует с

Уровень, образовавшийся под действием АЦ, цАМФ определяется не только активностью АЦ,

цГМФ оказывает эффекты противоположные цАМФ.
цАМФ находится в тесном контакте с ионами

Изоферменты, их природа, биологическая роль, строение ЛДГ.

Изоферменты - это группа родственных

1) скорстью катализа;
2) направлением катализируемой реакции;
3) условиями протекания реакции;
4) чувствительностью к регуляторам, факторам среды. (Более

Изоферменты имеют адаптивное значение, т. е. придают специфику метаболизма.
Изоферменты обеспечивают межорганную

ЛДГ4,5
в печени: ПВК -----> лактат
ЛДГ1,2
в сердце: лактат ------> ПВК
ЛДГ - олигомерный

Существует 5 изоферментных форм:
HHHH HHHM HHMM HMMM MMMM
H4 H3M H2M2 HM3 M4
ЛДГ1,

Остальные изоферменты занимают промежуточное положение.
Изоферменты ЛДГ локализованы в различных тканях:
ЛДГ1,2 ---->

Изменение активности ферментов в онтогенезе.

Онтогенез человека развивается по определенной генетической

Глюкоза утилизируется анаэробным путем (анаэробный гликолиз), т. к. ткани плода

3. Грудной
Потребность в глюкозе резко возрастает, она начинает утилизироваться аэробно,