Ферменты. ИСТОРИЯ

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Ферменты. ИСТОРИЯ

Содержание

2. Ферменты. История. Манассеина в споре с Бюхнером c доказывает, что ферменты могут работать как в клетке,
3. Ферменты Практически все реакции в клетке идут при участии ферментов. Ферменты –катализаторы белковой природы. Ферменты –простые
4. Сходство и различие с неорганическими катализаторами Ферменты –как и неорганические катализаторы : выходят из реакции в
5. Субстратная специфичность ферментов Абсолютная (фермент катализирует реакцию только с одним субстратом):аргиназа, уреаза, ДНК-полимераза, аденилатциклаза Относительная или
7. Ферменты Конститутивные (синтезируются постоянно): ферменты гликолиза, окисления жирных кислот ит.д. Адаптивные, индуцибельные (синтезируются в определенных ситуациях,
8. Организация и структурированность ферментов Ферменты экскретируемые (работают во внешней среде, вне клеток): гидролазы пищеварительного тракта Ферменты
9. Ферменты клеточного метаболизма Растворимые (в цитозоле, матриксе лизосом, митохондрий): фосфофруктокиназа, кислая фосфатаза, малатдегидрогеназа) «Структурированные», ассоциированные с
10. СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ Активный центр (субстратный + каталитический участки) Аллостерические ферменты имеют еще регуляторный центр Активный центр
11. СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ Каталитический центр «отвечает» за механизм катализа, большие группы ферментов могут иметь одинаковое строение каталитического
13. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ УЧАСТОК ФЕРМЕНТОВ Каталитический центр простых ферментов состоит из реакционоспособных аминокислот: серин, треонин (ОН), аргинин (гуанидин),
14. Как работают ферменты? Снижают энергию активации молекул субстрата. Скорость реакции пропорциональна количеству молекул, свободная энергия которых
17. Механизмы катализа (гипотезы) Э.Фишер, 1890г. – гипотеза «шаблона», (ключ-замок). Объясняет только абсолютную специфичность ферментов. Кошланд –
20. Химизм катализа Кислотно-основной: молекулы ферментов в активном центре содержат функциональные группы, служащие донорами или акцепторами протонов
21. КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА L.Michaelis, M.Menten,1913г. k1 k3 S + E ES E + P k2 k4
22. КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА Л. Михаэлис и М. Ментен решают уравнение относительно [ES], когда реакция находится в
24. КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА [E] [S] [ES] = [S] + (k3 + k2) / k1 k3 +
26. Классификация ферментов JUBMB ввел международную классификацию ферментов . Шифр каждого фермента состоит из 4 цифр: 1.
27. Классификация ферментов. 1.ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ 1.1 Дегидрогеназы SH2 + S* = S + S*H2 (ЛДГ,МДГ,АДГ) 1.2 Оксидазы SH2
28. Классификация ферментов 2.ТРАНСФЕРАЗЫ 2.1. Аминотрансферазы 2.2. Фосфотрансферазы 2.3. Метилтрансферазы 2.4. Глюкуронилтрансферазы 2.5. Сульфотрансферазы 2.7. РНК- и
29. Классификация ферментов 3. ГИДРОЛАЗЫ 3.1.Эстеразы 3.2 Гликозидазы 3.3. Пептидазы 3.4. Тиолазы 3.5. Рибонуклеазы 3.6. Амидазы 3.7.
30. Классификация ферментов 4. ЛИАЗЫ Отщепление каких-либо групп негидролитическим и неокислительным путем или присоединение групп (чаще всего
31. Классификация ферментов 5. ИЗОМЕРАЗЫ Внутримолекулярные превращения: внутримолекулярный перенос групп; перенос связей. Изомеразы, Мутазы, Рацемазы.
32. Классификация ферментов 6. ЛИГАЗЫ (СИНТЕТАЗЫ) Соединение 2-х молекул с использованием знергии гидролиза макроэргической связи АТФ (синтетаза,
33. Определение активности ферментов Содержание (количество) фермента определить невозможно. Определяют активность фермента = скорость реакции. Для этого
34. Единицы ферментативной активности Общая активность : количество молей субстрата (или продукта) за единицу времени.(моль/час, ммоль/мин, мкмоль/сек).
35. Единицы ферментативной активности 1МЕ соответствует количеству фермента, катализирующего превращение 1 мкмоля субстрата за 1 мин 1
36. Регуляция активности ферментов Скорость ферментативных реакций (активность ферментов) зависит от: [ E ], [S ], [
37. Регуляция активности ферментов Количество фермента находится под генетическим контролем, определяется скоростью синтеза и распада ферментных молекул.
38. Регуляция активности ферментов Зависимость от рН среды –специфическое свойство биокатализаторов. Каждый фермент имеет opt значение рН
39. Регуляция активности ферментов Зависимость активности ферментов от t0 среды подчиняется законам термодинамики. Для ферментов коэффициент Q10
40. Регуляция активности ферментов Зависимость скорости реакции от [S] различна для «Михаэлисовских» ферментов и аллостерических. Для всех
41. Регуляция активности ферментов Зависимость скорости реакции от [P]: На начальных этапах реакции, когда [P] мала, равновесие
42. Регуляция активности ферментов Профермент – активный фермент: Лимитированный протеолиз Ковалентная модификация (фосфорилирование, ацетилирование, аденилирование и т.д.)
43. Регуляция активности ферментов Лимитированный (ограниченный) протеолиз: Профермент синтезируется в виде крупной молекулы –предшественника Подвергается гидролизу специфическими
45. Регуляция активности ферментов Ковалентная модификация: Е – ОН ? Е – О-РО3 (протеинфосфотранфераза фосфорилирует ферментный белок
47. Регуляция активности ферментов Белок –белковые взаимодействия: Ассоциация – диссоциация белковых субъединиц: G – белковый комплекс, фосфопротеинкиназа
48. Регуляция активности ферментов Действие активаторов и ингибиторов: Ингибиторы по прочности связывания с ферментом м.б. необратимыми (комплекс
50. Регуляция активности ферментов Ингибиторы по механизму действия: Конкурентные (ингибитор- структурный аналог субстрата, связывается в активном центре
52. Конкурентное и неконкурентное ингибирование активности ферментов Кинетика конкурентного и неконкурентного ингибирования различна: Конкурентный ингибитор снижает сродство
54. Конкурентное и неконкурентное ингибирование активности ферментов Неконкурентный ингибитор снижает скорость реакции до величины Vmax / (1
57. Изоферменты –молекулярные формы ферментов Разные молекулярные формы одного фермента (катализируют одну и ту же реакцию) в
58. Компартментализация Важный момент регуляции скорости метаболических путей в эукариотической клетке. Участие мембран заключается и в интеграции
59. Аллостерические ферменты «ИНЫЕ»! Не подчиняются кинетике Михаэлиса – Ментен. Кроме каталитического центра имеют еще один, другой
60. Аллостерические ферменты Эффекторами чаще всего служат метаболиты данного ферментативного процесса. Неспецифическими регуляторами часто служат нуклеотиды: NAD,
62. Аллостерические ферменты Как правило, аллостерические ферменты катализируют ключевые (лимитирующие скорость) реакции метаболических путей. Аллостерические ферменты катализируют
64. Кофакторы и коферменты Холофермент = кофермент (кофактор) + + апофермент. Коферменты (кофакторы) – низкомолекулярные, термостабильные простетические
65. Кофакторы) (неорганической природы) Ионы металлов: Стабилизируют субстрат (Е – S – Me), Mg2+- АТФ. Стабилизируют активный
72. Коферменты Производные витаминов (фосфорилированные: пиридоксальфосфат, тиаминпирофосфат или аденилированные: НАД, ФМН, ФАД) Гем (ы) Нуклеотиды (АТР, ГТР)
73. ВИТАМИНЫ Низкомолекулярные органические вещества различного строения, которые животные должны получать извне полностью или частично (микронутриенты). Не
74. Из истории витаминологии Научные основы витаминологии – начало 19 века: Н.И. Лунин, Ф. Мажанди, К. Танаки
75. История витаминологии А.Виндаус, 1928 г. – открытие витамина Д и холестерола. У.Хеворс и П. Каррер,1937 г.
76. Номенклатура витаминов Буквенные символы (А, В,С…) Химические названия (тиамин,рибофлавин, никотинамид….) Биологическая классификация (антирахитический, антигеморрагический, антиневритный…) Жиро
77. Биохимические функции витаминов 1. Обеспечивают активность ферментов (кофакторная ф –ция): В1,В2.,В6 ,РР, Н, К, фолиевая кислота,
83. Метаболизм витаминов Обмен очень интенсивный. Не накапливаются! (Исключение – жирорастворимые витамины, частично депонируются в печени и
84. Источники витаминов: Пищевые: желток яиц, печень, икра, проростки злаков, дрожжи. Микрофлора кишечника. КАК СОХРАНИТЬ ВИТАМИНЫ В
85. Причины гиповитаминозов: Первичный (экзогенный) гипо- или авитаминоз: алиментарная недостаточность. Голодание, «однобокая» диета, потребление «рафинированных» продуктов. Вторичные
86. Причины гиповитаминозов: Нарушение всасывания в ЖКТ жирорастворимых витаминов (снижение желчеобразования); В12 (недостаток фактора Касла). Нарушение микрофлоры
87. Взаимодействие витаминов Витамин влияет на метаболизм другого витамина (Токоферол препятствует переокислению витамина А; полиеновые кислоты (витамин
88. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ. А (ретинол, ретиналь), антиксерофтальмический. Источник: продукты животного происхождения (печень рыб);растительные продукты содержат каротин –предшественник
89. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ. Д (кальциферол), антирахитический. Источники: эндогенный синтез (УФ), продукты животного происхождения, дрожжи содержат эргостерин. Увеличивает
90. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ. Е (токоферол), антистерильный Источники: растительные масла. Обеспечивает стабильность клеточных мембран, являясь антиоксидантом и снижая
91. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ. К (филлохиноны), антигеморрагический Источники: зелень, печень, дрожжи, синтез микрофлорой. Является кофактором карбоксилазы глутамата ,
92. Водорастворимые витамины. В1 (тиамин), антиневритный Кофакторная форма – ТДФ (тиаминдифосфат) Работает в составе дегидрогеназных комплексов, обеспечивая
94. Водорастворимые витамины. В2 (рибофлавин), витамин роста Образует кофакторы ФМН, ФАД. Работает в составе анаэробных дегидрогеназ различных
97. Водорастворимые витамины. В3 (пантотеновая кислота), универсальный витамин. Входит в состав КоА, активатора и переносчика ацетильных и
98. Водорастворимые витамины. В5, РР (никотинамид), антипеллагрический. Образует кофакторы НАД, НАДФ. Входит в состав анаэробных дегидрогеназ, обратимо
101. Водорастворимые витамины. В6(пиридоксаль), антидерматитный Образует кофактор пиридоксальфосфат. Входит в состав трансфераз и декарбоксилаз аминокислот, моно- и
102. Водорастворимые витамины. Н (биотин), антисеборейный.
104. Скачать презентацию

Слайд 2

Ферменты. История.
Манассеина в споре с Бюхнером c доказывает, что ферменты могут

работать как в клетке, так и вне ее
Фишер, 1894 г.- первая гипотеза о специфичности действия ферментов («ключ –замок»)
Павлов ферменты могут быть в активном и неактивном состоянии (энзимогены)
Михаэлис, Ментен,1913 г. – кинетика ферментативного катализа
Самнер,1926г. – выделение уреазы в кристаллическом виде и изучение ее белковой природы
Виланд и др.1957г. – вводят понятие изоферментов
Филипс,1960г. – расшифрована трехмерная структура лизоцима (рентгеноструктурный анализ)

Слайд 3

Ферменты
Практически все реакции в клетке идут при участии ферментов.
Ферменты –катализаторы белковой

природы.
Ферменты –простые или сложные белки (содержат простетическую группу, неорганической или органической природы).
Простые: пепсин,трипсин, фосфатазы, РНК-аза, уреаза, лизоцим
Сложные: фосфотрансфераза (Mg,Mn),цитохромы (гем), аминотрансферазы (пиридоксальфосфат).
Простетические группы могут играть роль кофакторов (коферментов) или выполнять другие функции.
Чаще всего ферменты являются олигомерными белками (четвертичной природы).

Слайд 4

Сходство и различие с неорганическими катализаторами
Ферменты –как и неорганические катализаторы :

выходят из реакции в неизмененном виде, катализируют только энергетически-возможные реакции, количество их мало по сравнению с субстратами и продуктами.
Ферменты –как белковые катализаторы: имеют высокую молярную массу, подвергаются денатурации, работают в физиологических условиях, обладают высокой каталитической активностью, специфичностью, являются регулируемыми, зависят от условий среды.

Слайд 5

Субстратная специфичность ферментов
Абсолютная (фермент катализирует реакцию только с одним субстратом):аргиназа, уреаза,

ДНК-полимераза, аденилатциклаза
Относительная или групповая (катализируют реакцию с группой субстратов,с одним типом связи: протеиназы, фосфатазы, липазы.(однако и у них есть определенная сайт-специфичность)
Стереоспецифичность – фермент «узнает» стереоизомеры субстратов (L- и D-аминокислоты, α − и β-сахара).

Слайд 6

Слайд 7

Ферменты
Конститутивные (синтезируются постоянно): ферменты гликолиза, окисления жирных кислот ит.д.
Адаптивные, индуцибельные (синтезируются

в определенных ситуациях, способствуют адаптации метаболизма клетки к условиям среды): аминотрансферазы, ферменты глюконеогенеза, микросомальные оксидазы и трансферазы.

Слайд 8

Организация и структурированность ферментов
Ферменты экскретируемые (работают во внешней среде, вне клеток):

гидролазы пищеварительного тракта
Ферменты секретируемые (работают вне клеток, во внутренней среде организма - в крови, например): липопротеинлипаза, церулоплазмин, антитрипсин.
Ферменты клеточного метаболизма (органоспецифичные): гексокиназа, фосфорилаза, гликогенсинтетаза, аминотрансферазы и т.д.

Слайд 9

Ферменты клеточного метаболизма
Растворимые (в цитозоле, матриксе лизосом, митохондрий): фосфофруктокиназа, кислая фосфатаза,

малатдегидрогеназа)
«Структурированные», ассоциированные с мембранными структурами: нуклеотидаза, сукцинатдегидрогеназа, АТФ-синтаза, цитохромоксидаза
Образующие мультиферментные комплексы (синтетаза жирных кислот,
ПВК-дегидрогеназа.

Слайд 10

СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ
Активный центр (субстратный + каталитический участки)
Аллостерические ферменты имеют еще регуляторный

центр
Активный центр состоит из каталитического и субстратного участков.

Слайд 11

СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ
Каталитический центр «отвечает» за механизм катализа, большие группы ферментов могут

иметь одинаковое строение каталитического центра (НАД-зависимые дегидрогеназы, сериновые протеиназы).
Субстратный (якорный) участок и вся пространственная конформация ферментного белка обусловливает сродство к субстрату.

Слайд 12

Слайд 13

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ УЧАСТОК ФЕРМЕНТОВ
Каталитический центр простых ферментов состоит из реакционоспособных аминокислот:

серин, треонин (ОН), аргинин (гуанидин), аспартат, глутамат (СООН), цистеин (SН). В первичной структуре могут находится на расстоянии друг от друга.
Сложные ферменты содержат небелковые включения: неорганические: катионы Ме; органические: гемовые группировки, производные витаминов.

Слайд 14

Как работают ферменты?
Снижают энергию активации молекул субстрата. Скорость реакции пропорциональна количеству

молекул, свободная энергия которых равна или больше энергии переходного состояния.
S + E ?? SE ?? E*S* ?? E + P
В момент образования субстрат-ферментного комплекса обе его части подвергаются изменению.

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

Механизмы катализа (гипотезы)
Э.Фишер, 1890г. – гипотеза «шаблона», (ключ-замок). Объясняет только абсолютную

специфичность ферментов.
Кошланд – гипотеза индуцированной подгонки (соответствия). Субстрат индуцирует активную конформацию фермента.
Эйлер - гипотеза «дыбы». Фермент, связывая субстрат, создает его «вынужденную», более реакционоспособную конформацию.
Адсорбционная (мультиплетная) гипотеза. Фермент обеспечивает ориентировку в пространстве и во времени двух или более субстратов и каталитически активных групп.

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Химизм катализа
Кислотно-основной: молекулы ферментов в активном центре содержат функциональные группы, служащие

донорами или акцепторами протонов и электронов. (т.е. «кислотами» и «основаниями»)
Ковалентный: в активном центре фермент связывает субстрат ковалентной связью, образуя нестабильный комплекс, быстрее вступающий в реакцию.

Слайд 21

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА
L.Michaelis, M.Menten,1913г.
k1 k3
S + E ES E

+ P
k2 k4
[E] мала и постоянна, ей пренебрегают, [P] на первых этапах реакции мала и реакция идет в сторону образования продукта и пропорциональна [S]. Далее, при увеличении [S], скорость реакции имеет бесконечно малое увеличение (плато на графике).
Фермент полностью «насыщен» субстратом и скорость реакции пропорциональна [ES] и определяется скоростью распада этого комплекса.

Слайд 22

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА
Л. Михаэлис и М. Ментен решают уравнение относительно [ES],

когда реакция находится в стационарном состоянии и скорости образования и распада ES равны.
Уравнение Михаэлиса и Ментен отражает количественное соотношение начальной скорости V0 , Vmax и [S].
Km – равна [S], при которой V = ½ Vmax
Km отражает сродство фермента к субстрату. Чем выше Km, тем ниже сродство.

Слайд 23

Слайд 24

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА
[E] [S]
[ES] =
[S] + (k3 + k2)

/ k1
k3 + k2
= Km
k1
Vmax [S]
V0 =
[S] + Km

Слайд 25

Слайд 26

Классификация ферментов
JUBMB ввел международную классификацию ферментов . Шифр каждого фермента состоит

из 4 цифр:
1. Класс фермента (тип катализируемой реакции)
2.Подкласс – природа связи в субстрате
3. Под-подкласс – природа субстрата или к-либо другой признак
4.№ фермента
Кислая фосфатаза (КФ: 3.1.3.2)
Катепсин Д (КФ: 3.4.23.5)
Алкоголь:НАД – оксидоредуктаза (КФ: 1.1.2.34)

Слайд 27

Классификация ферментов. 1.ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ
1.1 Дегидрогеназы
SH2 + S* = S + S*H2 (ЛДГ,МДГ,АДГ)
1.2 Оксидазы
SH2

+O2 = S + H2O2 (глюкозооксидаза)
1.3 Цитохромы
O2 + 4H+ + 4e = 2 H2O (перенос e на O2 )
Fe2+? Fe3+? Cu2+? Cu+ (перенос e от S к S*)
1.4 Пероксидаза, каталаза)
SH2 + H2O2 ? S + 2 H2O
2H2O2 ? H2O + O2
1.5 Оксигеназы
S + O2 ? S-OH ( фенилаланингидроксилаза)

Слайд 28

Классификация ферментов 2.ТРАНСФЕРАЗЫ
2.1. Аминотрансферазы
2.2. Фосфотрансферазы
2.3. Метилтрансферазы
2.4. Глюкуронилтрансферазы
2.5. Сульфотрансферазы
2.7. РНК- и ДНК- полимеразы

Слайд 29

Классификация ферментов 3. ГИДРОЛАЗЫ
3.1.Эстеразы
3.2 Гликозидазы
3.3. Пептидазы
3.4. Тиолазы
3.5. Рибонуклеазы
3.6. Амидазы
3.7. Дезаминазы

Слайд 30

Классификация ферментов 4. ЛИАЗЫ
Отщепление каких-либо групп негидролитическим и неокислительным путем или присоединение

групп (чаще всего воды) к субстрату по двойным связям; расщепление С-С связей:
альдолазы, декарбоксилазы, гидратазы, дегидратазы.

Слайд 31

Классификация ферментов 5. ИЗОМЕРАЗЫ
Внутримолекулярные превращения:
внутримолекулярный перенос групп; перенос связей.
Изомеразы,
Мутазы,
Рацемазы.

Слайд 32

Классификация ферментов 6. ЛИГАЗЫ (СИНТЕТАЗЫ)
Соединение 2-х молекул с использованием знергии гидролиза макроэргической

связи АТФ (синтетаза, лигаза). Если источник энергии – в связях самого субстрата – синтаза.
Карбоксилазы,
Амино-тРНК-синтетазы,
ДНК- лигазы

Слайд 33

Определение активности ферментов
Содержание (количество) фермента определить невозможно. Определяют активность фермента =

скорость реакции. Для этого необходимо:
Знать общую стехиометрию реакции.
Создать оптимальные условия для работы фермента.
Знать Км для субстрата, чтобы подобрать оптимальное соотношение S и E.
Иметь надежную аналитическую методику для определения [S], [P], или параметров SE – комплекса.

Слайд 34

Единицы ферментативной активности
Общая активность : количество молей субстрата (или продукта) за

единицу времени.(моль/час, ммоль/мин, мкмоль/сек).
Удельная активность: активность фермента, рассчитанная на массу ткани, литр жидкости, клетку, грамм общего белка.

Слайд 35

Единицы ферментативной активности
1МЕ соответствует количеству фермента, катализирующего превращение 1 мкмоля субстрата

за 1 мин
1 катал (кат) соответствует количеству фермента, катализирующего превращение 1 моля субстрата за 1 сек
1 кат = 1 моль S/с = 60 мольS/мин =
60х106 мкмоль/мин = 6х107МЕ
1МЕ =1мкмоль/мин = 16,7 нкат.

Слайд 36

Регуляция активности ферментов
Скорость ферментативных реакций (активность ферментов) зависит от:
[ E ],

[S ], [ P ]
условий среды (рН, t0,Р и.др.)
наличия кофакторов, активаторов или ингибиторов

Слайд 37

Регуляция активности ферментов
Количество фермента находится под генетическим контролем, определяется скоростью синтеза

и распада ферментных молекул.
Конститутивные и адаптивные ферменты.
Синтез адаптивных ферментов индуцируется самими субстратами или гормонами (стероиды, тиреоиды).
Каталитическая активность уже существующих молекул изменяется под влиянием условий среды , активаторов и ингибиторов разного механизма действия.
.

Слайд 38

Регуляция активности ферментов
Зависимость от рН среды –специфическое свойство биокатализаторов. Каждый фермент

имеет opt значение рН среды, когда при соответствующей степени ионизации функциональных групп он имеет наиболее функционально активную конформацию.

Слайд 39

Регуляция активности ферментов
Зависимость активности ферментов от t0 среды подчиняется законам термодинамики.

Для ферментов коэффициент Q10 = 1,7 -2,0.
При повышении температуры увеличивается подвижность молекул, V реакции возрастает, пока не наступает тепловая денатурация.
Тепловое движение внутри молекулы, изменение связей и конформации объясняет наличие индивидуальной оптимальной температуры для активности фермента.
Термолабильность белков очень различна, хотя большинство денатурируют при температуре 40 -600С.

Слайд 40

Регуляция активности ферментов
Зависимость скорости реакции от [S] различна для «Михаэлисовских» ферментов

и аллостерических.
Для всех ферментов характерно состояние «насыщения» активных центров субстратом [ES].
Соотношение [s] и [E] должно быть оптимальным, [S] не должна лимитировать скорость реакции, но:
Избыток субстрата может не только не увеличивать скорость реакции, но даже подавлять ее.

Слайд 41

Регуляция активности ферментов
Зависимость скорости реакции от [P]:
На начальных этапах реакции, когда

[P] мала, равновесие реакции сдвинуто вправо.
Часто, когда Р накапливается достаточно, он становится ингибитором активности фермента (ретро-ингибирование).

Слайд 42

Регуляция активности ферментов
Профермент – активный фермент:
Лимитированный протеолиз
Ковалентная модификация (фосфорилирование, ацетилирование, аденилирование

и т.д.)
Белок – белковые взаимодействия

Слайд 43

Регуляция активности ферментов
Лимитированный (ограниченный) протеолиз:
Профермент синтезируется в виде крупной молекулы –предшественника
Подвергается

гидролизу специфическими ферментами, «разрезающими» пептид, удаляющими N- или С-концевые пептиды или внутренние участки.
Возникает новая пространственная структура, меняются взаимодействия между радикалами, формируется активный центр фермента.
Химотрипсиноген ? химотрипсин

Слайд 44

Слайд 45

Регуляция активности ферментов
Ковалентная модификация:
Е – ОН ? Е – О-РО3 (протеинфосфотранфераза

фосфорилирует ферментный белок по ОН группам серина или треонина, переносит Н2РО32- с АТФ)
Е –РО3+ Н2О ? Е – ОН (фосфатаза гидролизует фосфорный эфир), фермент возвращается в исходное состояние
Фосфорилирование может приводить как к активации, так и инактивации ферментов
Гликогенфосфорилаза и гликоген синтетаза реагирую на эту модификацию противоположно, как и многие другие ферменты.

Слайд 46

Слайд 47

Регуляция активности ферментов
Белок –белковые взаимодействия:
Ассоциация – диссоциация белковых субъединиц:
G –

белковый комплекс, фосфопротеинкиназа

Слайд 48

Регуляция активности ферментов
Действие активаторов и ингибиторов:
Ингибиторы по прочности связывания с ферментом

м.б. необратимыми (комплекс с ингибитором практически не диссоциирует) и обратимыми (активность фермента м.б. восстановлена после удаления ингибитора или снижения его концентрации)

Слайд 49

Слайд 50

Регуляция активности ферментов
Ингибиторы по механизму действия:
Конкурентные (ингибитор- структурный аналог субстрата,

связывается в активном центре фермента)
Неконкурентные (ингибитор связывается не в активном центре, сродство к субстрату сохраняется)
Бесконкурентные (ингибитор связывается с фермент – субстратным комплексом)

Слайд 51

Слайд 52

Конкурентное и неконкурентное ингибирование активности ферментов
Кинетика конкурентного и неконкурентного ингибирования различна:
Конкурентный

ингибитор снижает сродство фермента для истинного субстрата, Км возрастает до величины (1 + [i]/Ki) х Км,
Vmax м.б. восстановлена при снижении [i] или увеличении [S].

Слайд 53

Слайд 54

Конкурентное и неконкурентное ингибирование активности ферментов
Неконкурентный ингибитор снижает скорость реакции до

величины Vmax / (1 + [i]/ Кi). Кi – константа диссоциации ES комплекса.
Скорость реакции не м. б. восстановлена увеличением [S].

Слайд 55

Слайд 56

Слайд 57

Изоферменты –молекулярные формы ферментов
Разные молекулярные формы одного фермента (катализируют одну и

ту же реакцию) в разных метаболических условиях.
Различаются по массе, заряду, чувствительности к условиям среды, сродству к субстратам.
Осуществляют тонкую генетическую регуляцию метаболизма в разных тканях, клетках, органеллах клеток, клеток разного возраста и разной степени дифференцировки.
ЛДГ (5 изоформ), КФК (3 изоформы), гексокиназа (5 изоформ); S- и P- типы α-амилазы; МДГ цитоплазматическая и митохондриальная.

Слайд 58

Компартментализация
Важный момент регуляции скорости метаболических путей в эукариотической клетке.
Участие мембран заключается

и в интеграции и в разграничении различных процессов. (примеры)
Состояние субклеточных мембран определяет скорость доставки из одного компартмента в другой метаболитов, продуктов и субстратов реакции (примеры).
Состояние мембран влияет на активность интегрированных в них ферментов.

Слайд 59

Аллостерические ферменты
«ИНЫЕ»! Не подчиняются кинетике Михаэлиса – Ментен.
Кроме каталитического центра имеют

еще один, другой – регуляторный, для нековалентного обратимого связывания эффекторов.
Чаще всего – это олигомерные белки. Каталитический и регуляторные центры м. б. в одной или разных субъединицах.
Кооперативный эффект.

Слайд 60

Аллостерические ферменты
Эффекторами чаще всего служат метаболиты данного ферментативного процесса. Неспецифическими регуляторами

часто служат нуклеотиды: NAD, FAD, ATP, ADP.
Чаще всего исходные продукты служат (+) эффекторами, продукты – (-) эффекторами.
Субстраты могут быть одновременно и эффекторами (гомотропный тип регуляции), в каталитическом центре он подвергается превращениям, в другом – является регулятором (НАД –НАДН).

Слайд 61

Слайд 62

Аллостерические ферменты
Как правило, аллостерические ферменты катализируют ключевые (лимитирующие скорость) реакции метаболических

путей.
Аллостерические ферменты катализируют начальные этапы или находятся в местах разветвления метаболических путей.

Слайд 63

Слайд 64

Кофакторы и коферменты
Холофермент = кофермент (кофактор) +
+ апофермент.
Коферменты (кофакторы) –

низкомолекулярные, термостабильные простетические группы ферментных белков.

Слайд 65

Кофакторы) (неорганической природы)
Ионы металлов:
Стабилизируют субстрат (Е – S – Me), Mg2+-

АТФ.
Стабилизируют активный центр фермента (Е–Me–S ), металлоэнзимы.
Стабилизируют пространственную (третичную или четвертичную) структуру ферментов. Zn2+- AДГ
Участвуют в катализе (по электрофильному механизму),Me с переменной валентностью.
Участвуют в окислительно-восстановительных реакциях (перенос электронов, гидроксилирование)
Регулируют активность ферментов (Сa 2+ - протеинкиназа С).

Слайд 66

Слайд 67

Слайд 68

Слайд 69

Слайд 70

Слайд 71

Слайд 72

Коферменты
Производные витаминов (фосфорилированные: пиридоксальфосфат, тиаминпирофосфат или аденилированные: НАД, ФМН, ФАД)
Гем

(ы)
Нуклеотиды (АТР, ГТР)
Убихинон (КоQ)
ФАФS
S – аденозилметионин
Глутатион

Слайд 73

ВИТАМИНЫ
Низкомолекулярные органические вещества различного строения, которые животные должны получать извне полностью

или частично (микронутриенты).
Не являются источниками энергии!
Не служат пластическим материалом!

Слайд 74

Из истории витаминологии
Научные основы витаминологии – начало 19 века:
Н.И. Лунин, Ф.

Мажанди, К. Танаки
Для нормального роста и развития животных недостаточно макронутриентов: белков, жиров и сахаров.
К.Функ, 1911 г. – выделил вещество, излечивающего от бери-бери (тиамин, В1).
Н. Зелинский, 1921 г. – роль витаминов, как кофакторов ферментов. Существование провитаминов, антивитаминов

Слайд 75

История витаминологии
А.Виндаус, 1928 г. – открытие витамина Д и холестерола.
У.Хеворс и

П. Каррер,1937 г. – витамины С, А, каротиноиды; В2, флавины
В. Дю Винью, 1955 г. –витамин Н.
А. Тодд, 1957 г. –нуклеотидсодержащие ферменты.
Д.Ходжкин,1964 г. – строение витамина В12..

Слайд 76

Номенклатура витаминов
Буквенные символы (А, В,С…)
Химические названия (тиамин,рибофлавин, никотинамид….)
Биологическая классификация (антирахитический,

антигеморрагический, антиневритный…)
Жиро – (А,Д,Е,К) и водорастворимые (В,Р, РР,Н,С)
Витаминоподобные факторы (холин, липоевая кислота, оротовая кислота)

Слайд 77

Биохимические функции витаминов
1. Обеспечивают активность ферментов (кофакторная ф –ция): В1,В2.,В6 ,РР,

Н, К, фолиевая кислота, липоевая кислота.
2. Обладают гормоноподобным действием: А, Д, К.
3. Являются антиоксидантами: А, Е,С, Р, липоевая кислота.

Слайд 78

Слайд 79

Слайд 80

Слайд 81

Слайд 82

Слайд 83

Метаболизм витаминов
Обмен очень интенсивный. Не накапливаются! (Исключение – жирорастворимые витамины, частично

депонируются в печени и жировой ткани).
Кофакторную функцию выполняют чаще всего в виде фосфорилированных или аденилированных производных (образуются в печени).
Инактивируются и выводятся после образования растворимых продуктов: глюкуронидов, сульфатов или окисленных форм.

Слайд 84

Источники витаминов:
Пищевые: желток яиц, печень, икра, проростки злаков, дрожжи.
Микрофлора кишечника.
КАК СОХРАНИТЬ

ВИТАМИНЫ В ПРОДУКТАХ?
КАК УБЕРЕЧЬ МИКРОФЛОРУ?

Слайд 85

Причины гиповитаминозов:
Первичный (экзогенный) гипо- или авитаминоз: алиментарная недостаточность. Голодание, «однобокая» диета,

потребление «рафинированных» продуктов.
Вторичные (эндогенные) авитаминозы, гиповитаминозы:
Недостаток белкового или минерального обмена, нарушение гормональной регуляции (паратгормон участвует в синтезе активной формы витамина Д, тиреоидные гормоны стимулируют каротиндеоксигеназу)

Слайд 86

Причины гиповитаминозов:
Нарушение всасывания в ЖКТ жирорастворимых витаминов (снижение желчеобразования); В12 (недостаток

фактора Касла).
Нарушение микрофлоры кишечника, производящей витамины В, Н, К, РР.
Нарушение превращения провитаминов в активные формы, энзимопатии, недостаточность печени или почек.
Поступление в организм пищевых или лекарственных антивитаминов.(овидин, изониазид (РР), сульфаниламиды (п-АБК), салициловая к –та (К).
Увеличенные потери витаминов (снижение ретинол-связывающего белка), повышенная активность тиаминазы, аскорбатоксидазы.
Увеличенные потребности в витаминах (беременность, лактация, физические нагрузки и т.д.).
«Обкрадывание» организма паразитами.

Слайд 87

Взаимодействие витаминов
Витамин влияет на метаболизм другого витамина (Токоферол препятствует переокислению витамина

А; полиеновые кислоты (витамин F) увеличивают потребность в витамине Е, витамины В12 и С способствуют образованию коферментной формы фолиевой кислоты.
Несколько витаминов участвуют в одной метаболической цепи: А, В2, В6, РР обеспечивают фотохимический акт зрения; фолиевая кислота, В12,С, участвуют в регуляции пролиферации клеток крови; витамины С и Р регулируют проницаемость стенок капилляров.
Клиническая картина многих гиповитаминозов сходна! Чаще всего страдают активно пролиферирующие ткани (эпителий кожи, ЖКТ, кроветворная ткань) ткани, с интенсивным энергетическим обменом (нервная).

Слайд 88

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ. А (ретинол, ретиналь), антиксерофтальмический.
Источник: продукты животного происхождения (печень рыб);растительные

продукты содержат каротин –предшественник витамина А, при окислении каротиндиоксигеназой образуется 2 молекулы ретиналя.
Участвует в регуляции роста и дифференцировке эмбриональных и др. пролиферирующих тканей.
Участвует в образовании и функционировании зрительных пигментов сетчатки глаза.

Слайд 89

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ. Д (кальциферол), антирахитический.
Источники: эндогенный синтез (УФ), продукты животного происхождения, дрожжи

содержат эргостерин.
Увеличивает содержание Са2+в крови, индуцируя синтез Са2+ -АТФ-азы и Са2+- связывающего белка в кишечнике и почках.

Слайд 90

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ. Е (токоферол), антистерильный
Источники: растительные масла.
Обеспечивает стабильность клеточных мембран,

являясь антиоксидантом и снижая переокисление липидных компонентов.
Повышает биологическую функцию витамина А, защищая его от окисления.

Слайд 91

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ. К (филлохиноны), антигеморрагический
Источники: зелень, печень, дрожжи, синтез микрофлорой.
Является кофактором

карбоксилазы глутамата , активируя 4 –е фактора свертывания крови.

Слайд 92

Водорастворимые витамины. В1 (тиамин), антиневритный
Кофакторная форма – ТДФ (тиаминдифосфат)
Работает в составе дегидрогеназных

комплексов, обеспечивая декарбоксилирование кетокислот.
В составе транскетолаз и трансальдолаз, обеспечивая межмолекулярные перестройки сахаров.
Гиповитаминоз – «бери-бери» (полиневрит, сердечно-сосудистая недостаточность, нарушение ЖКТ)
Источники: хлеб грубых сортов, мясо, дрожжи

Слайд 93

Слайд 94

Водорастворимые витамины. В2 (рибофлавин), витамин роста
Образует кофакторы ФМН, ФАД. Работает в составе анаэробных

дегидрогеназ различных субстратов, передает водород в дыхательной цепи на КоQ.
Гиповитаминоз - снижение интенсивности клеточного дыхания (биологического окисления).
Источники: молоко, печень, яйца, злаки.

Слайд 95

Слайд 96

Слайд 97

Водорастворимые витамины. В3 (пантотеновая кислота), универсальный витамин.
Входит в состав КоА, активатора и

переносчика ацетильных и ацильных остатков ( метаболизм жирных кислот: β−–окисление и биосинтез, доставка «топлива» в ЦТК ).
Гиповитаминоз не описан.
Источники: дрожжи, печень, яйца, мясо, молоко. ррр

Слайд 98

Водорастворимые витамины. В5, РР (никотинамид), антипеллагрический.
Образует кофакторы НАД, НАДФ.
Входит в состав

анаэробных дегидрогеназ, обратимо фиксирует гидрит - ион.
Гиповитаминоз : синдром 3 Д (дерматит, диарея, деменция)
Источники: мясо, печень, синтез микрофлорой кишечника, образуется из триптофана.

Слайд 99

Слайд 100

Слайд 101

Водорастворимые витамины. В6(пиридоксаль), антидерматитный
Образует кофактор пиридоксальфосфат.
Входит в состав трансфераз и декарбоксилаз аминокислот,

моно- и диаминооксидаз, синтазы аминолевулиновой к-ты…
Гиповитаминоз: дерматиты, повышенная возбудимость, анемия.
Источники: зерновые, бобовые, мясо, рыба. Синтез кишечной микрофлорой.

Слайд 102

Ферменты. ИСТОРИЯ

Содержание

Ферменты. История.Манассеина в споре с Бюхнером c доказывает, что ферменты могут

ФерментыПрактически все реакции в клетке идут при участии ферментов.Ферменты –катализаторы белковой

Сходство и различие с неорганическими катализаторамиФерменты –как и неорганические катализаторы :

Субстратная специфичность ферментовАбсолютная (фермент катализирует реакцию только с одним субстратом):аргиназа, уреаза,

ФерментыКонститутивные (синтезируются постоянно): ферменты гликолиза, окисления жирных кислот ит.д.Адаптивные, индуцибельные (синтезируются

Организация и структурированность ферментовФерменты экскретируемые (работают во внешней среде, вне клеток):

Ферменты клеточного метаболизмаРастворимые (в цитозоле, матриксе лизосом, митохондрий): фосфофруктокиназа, кислая фосфатаза,

СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВАктивный центр (субстратный + каталитический участки)Аллостерические ферменты имеют еще регуляторный

СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВКаталитический центр «отвечает» за механизм катализа, большие группы ферментов могут

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ УЧАСТОК ФЕРМЕНТОВ Каталитический центр простых ферментов состоит из реакционоспособных аминокислот:

Как работают ферменты?Снижают энергию активации молекул субстрата. Скорость реакции пропорциональна количеству

Механизмы катализа (гипотезы)Э.Фишер, 1890г. – гипотеза «шаблона», (ключ-замок). Объясняет только абсолютную

Химизм катализаКислотно-основной: молекулы ферментов в активном центре содержат функциональные группы, служащие

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗАL.Michaelis, M.Menten,1913г. k1 k3 S + E ES E

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗАЛ. Михаэлис и М. Ментен решают уравнение относительно [ES],

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА [E] [S][ES] = [S] + (k3 + k2)

Классификация ферментовJUBMB ввел международную классификацию ферментов . Шифр каждого фермента состоит

Классификация ферментов. 1.ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ1.1 ДегидрогеназыSH2 + S* = S + S*H2 (ЛДГ,МДГ,АДГ)1.2 ОксидазыSH2

Классификация ферментов 3. ГИДРОЛАЗЫ3.1.Эстеразы3.2 Гликозидазы3.3. Пептидазы3.4. Тиолазы3.5. Рибонуклеазы3.6. Амидазы3.7. Дезаминазы

Классификация ферментов 4. ЛИАЗЫОтщепление каких-либо групп негидролитическим и неокислительным путем или присоединение

Классификация ферментов 5. ИЗОМЕРАЗЫВнутримолекулярные превращения: внутримолекулярный перенос групп; перенос связей.Изомеразы,Мутазы,Рацемазы.

Классификация ферментов 6. ЛИГАЗЫ (СИНТЕТАЗЫ)Соединение 2-х молекул с использованием знергии гидролиза макроэргической

Определение активности ферментовСодержание (количество) фермента определить невозможно. Определяют активность фермента =

Единицы ферментативной активностиОбщая активность : количество молей субстрата (или продукта) за

Единицы ферментативной активности1МЕ соответствует количеству фермента, катализирующего превращение 1 мкмоля субстрата

Регуляция активности ферментовСкорость ферментативных реакций (активность ферментов) зависит от:[ E ],

Регуляция активности ферментовКоличество фермента находится под генетическим контролем, определяется скоростью синтеза

Регуляция активности ферментовЗависимость от рН среды –специфическое свойство биокатализаторов. Каждый фермент

Регуляция активности ферментовЗависимость активности ферментов от t0 среды подчиняется законам термодинамики.

Регуляция активности ферментовЗависимость скорости реакции от [S] различна для «Михаэлисовских» ферментов

Регуляция активности ферментовЗависимость скорости реакции от [P]:На начальных этапах реакции, когда

Регуляция активности ферментовЛимитированный (ограниченный) протеолиз:Профермент синтезируется в виде крупной молекулы –предшественникаПодвергается

Регуляция активности ферментовКовалентная модификация:Е – ОН ? Е – О-РО3 (протеинфосфотранфераза

Регуляция активности ферментовБелок –белковые взаимодействия:Ассоциация – диссоциация белковых субъединиц: G –

Регуляция активности ферментовДействие активаторов и ингибиторов:Ингибиторы по прочности связывания с ферментом

Регуляция активности ферментовИнгибиторы по механизму действия: Конкурентные (ингибитор- структурный аналог субстрата,

Конкурентное и неконкурентное ингибирование активности ферментовКинетика конкурентного и неконкурентного ингибирования различна:Конкурентный

Конкурентное и неконкурентное ингибирование активности ферментовНеконкурентный ингибитор снижает скорость реакции до

Изоферменты –молекулярные формы ферментовРазные молекулярные формы одного фермента (катализируют одну и

КомпартментализацияВажный момент регуляции скорости метаболических путей в эукариотической клетке.Участие мембран заключается

Аллостерические ферменты«ИНЫЕ»! Не подчиняются кинетике Михаэлиса – Ментен.Кроме каталитического центра имеют

Аллостерические ферментыЭффекторами чаще всего служат метаболиты данного ферментативного процесса. Неспецифическими регуляторами

Аллостерические ферментыКак правило, аллостерические ферменты катализируют ключевые (лимитирующие скорость) реакции метаболических

Кофакторы и коферментыХолофермент = кофермент (кофактор) + + апофермент.Коферменты (кофакторы) –

Кофакторы) (неорганической природы)Ионы металлов:Стабилизируют субстрат (Е – S – Me), Mg2+-

Коферменты Производные витаминов (фосфорилированные: пиридоксальфосфат, тиаминпирофосфат или аденилированные: НАД, ФМН, ФАД)Гем

ВИТАМИНЫНизкомолекулярные органические вещества различного строения, которые животные должны получать извне полностью

Из истории витаминологииНаучные основы витаминологии – начало 19 века:Н.И. Лунин, Ф.

История витаминологииА.Виндаус, 1928 г. – открытие витамина Д и холестерола.У.Хеворс и