Ферменты строение и катализ. Тема 6

Ферменты – биологические катализаторы. Почти все ферменты – белки. Однако известно

Ферменты (от лат. fermentum) или энзимы (от греч. ζύμη, ἔνζυμον — закваска) 
англ. Enzymes /ɛnzaɪmz/

Общие свойства ферментов
Ферменты не сдвигают равновесие реакции
2. Ферменты снижают энергию

Свойства ферментов как
катализаторов:

Высокая каталитическая активность.
Высокая специфичность.
3. Лабильность – чувствительность

Высокая каталитическая активность.
Ферменты ускоряют реакции, по крайней мере, в миллион раз

2. Высокая специфичность.

Реакционная специфичность - это способность фермента ускорять только определенный тип каталитических

Субстратная специфичность - это способность каждого фермента взаимодействовать лишь с одним

Абсолютная специфичность – это способность фермента катализировать реакцию только с одним

Пример действия липазы А

Стереоспецифичность – способность фермента катализировать реакцию только с определенным стереоизомером субстрата.
1.

3. Лабильность – чувствительность к условиям среды

4. Активность ферментов может регулироваться.

Активность ферментов в клетке непостоянна во времени. Она чутко реагирует на

4. Ограниченный (частичный) протеолиз проферментов.
Т.к. синтез некоторых ферментов осуществляется в

Аллостерическая регуляция.
Аллостерические ферменты построены из двух и более субъединиц: одни субъединицы

В качестве отрицательного регулятора может выступать конечный метаболит биохимического процесса, продукт

Фермент фосфофруктокиназа, регулируется промежуточными и конечными продуктами этого распада. При этом

Локализация ферментов в клетке

Хотя активность обоих ферментов значительно возрастает при заболеваниях сердечной мышцы и печени, при поражении клеток миокарда

Строение ферментов и общие принципы их функционирования

Первым этапом катализа является образование фермент-субстратного комплекса. При этом субстрат связывается

Общие свойства активных центров:

На активный центр приходится относительно малая часть от

Лизоцим – первичная структура.
Аминокислотные остатки активного центра - красные

Основные модели, объясняющие специфичность взаимодействия фермента и субстрата:

Модель ключ – замок.
2.

Субстрат

Фермент

Активный центр

Фермент-субстратный комплекс

2. Гипотеза Кошланда (модель "индуцированного
соответствия", "рука-перчатка") – подразумевает
гибкость активного

2. Модель индуцированного соответствия.

Фермент

Фермент-
субстратный
комплекс

Активный центр приспосабливается к форме субстрата

Субстрат

Активный центр

Взаимодействие субстрата и фермента согласно модели «индуцированного соответствия»:
1. При связывании

Кинетика ферментативных реакций

Vmax

Константу kкат называют еще «числом оборотов» поскольку она соответствует числу молекул субстрата,

В 1973 г. была принята новая единица активности ферментов: 1 катал

- субстрат
- фермент

Номер пробирки →
Концентрация субстрата в мкМ →
Скорость реакции (V0) мкМ/мин →

Скорость

А – субстрат,
[А] – концентрация свободного субстрата
E – фермент
[E] –

Основная предпосылка:
Образование фермент-субстратного комплекса – необходимый промежуточный этап катализа.
Скорость реакции

Уравнение Михаэлиса-Ментен

если Vmax = kkat ● [E]t

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата

[А]

V,
кат

Vmax

Vmax / 2

KM

При [А]<

При

Константа Михаэлиса (Km)численно равна той концентрации субстрата [A], при которой V

Ферменты

Простые или однокомпонентные
(только белок)

Сложные или двухкомпонентные
(белок и небелковая часть)

Белковая часть
Апофермент

Небелковая неорганическая

Небелковая часть сложного фермента

Неорганическая
Кофактор

Органическая
Кофермент

Пиридоксальфосфат (B6)
Биотин (H)
Тиаминпирофосфат (B1)
ФМН, ФАД (B2)

Кофермент можно рассматривать как второй субстрат или косубстрат.

Лактат-
дегидрогеназа

Коферменты участвуют в метаболизме как переносчики различных химических групп (в том

Лизоцим гидролизует гликозильную связь между NAM и NAG (R – лактильный

2. Протеолитическая реакция
как пример каталитической активности фермента

Например: Трипсин

Трипсин (КФ 3.4.21.4) — фермент класса гидролаз, расщепляющий пептиды и белки.

Пептидная связь

Пептидная связь

Пептидная связь

Фермент ускоряет реакцию за счет снижения энергии активации

Энергия
молекул

Число молекул с
данной энергией

Распределение молекул реагирующего вещества по энергии

EA

Механизм катализа заключается в связывании субстрата, при этом фермент заставляет

Рассмотрим реакцию разложения угольной
кислоты (не ферментативной реакцией)
Н2СО3 → Н2О + СО2
Угольная

При достижении энергетического барьера в молекуле происходят изменения, вызывающие перераспределение химических

Координата реакции

Свободная
энергия

Реагенты

Продукты

Переходное
состояние

Без фермента

В присутствии фермента

Благодаря сродству к переходному состоянию

Метаболический путь - это сеть ферментативных реакций, в которой продукт одной