Общие свойства ферментов и катализаторов небиологической природы

Специфические свойства ферментов

Ферменты-белки и рибозимы работают в мягких условиях
(Т

Номенклатура и классификация ферментов

Номенклатура ферментов

Тривиальная

Рациональная

Систематическая

Исторически сложившиеся названия ферментов
(пепсин, трипсин)

Названия ферментов строятся исходя из названия

Оксидоредуктазы
Трансферазы
Гидролазы
Лиазы
Изомеразы
Лигазы

Международная классификация ферментов по типу катализируемой реакции

Международная классификация ферментов

2.6.1.1 – L-аспартат: 2-оксоглутарат - аминотрансфераза

Пространственная модель фермента

Класс

Подкласс

Подподкласс

Индивидуальный номер

1.1.1.27 – Лактатдегидрогеназа (ЛДГ)

Реакция:

Пространственная модель фермента

Международная классификация ферментов

Химическая природа ферментов

Ферменты - белки

Ферменты – рибонуклеиновые кислоты (рибозимы)

Функции: расщепление и

Ферменты

Простые

Сложные

Белковые вещества

Кофактор
(ацетил-КоА)

Ацетилтрансфераза

Кофакторы ферментов

Кофакторы алифатического ряда

Липоевая кислота

Глутатион

Долихолфосфат

Кофакторы ферментов

Кофакторы ароматического ряда

Коэнзим Q

Кофакторы ферментов

Кофакторы гетероциклического ряда
3.1. Кофакторы – производные витаминов

Тетрагидрофолат (В9)
Тиаминпирофосфат

Кофакторы ферментов

Кофакторы – нуклеотиды
4.1. Кофакторы – нуклеотиды, в состав которых входят

Кофакторы ферментов

Коферменты

Простетические группы

Кофермент слабо связан с апоферментом
НАД+, АТФ, ТГФК

Проферменты

Активный центр тромбина
(зеленый)

Изоферменты

- ферменты, катализирующие одни и те же химические реакции, но различающиеся

Реакция с участием фермента

E – фермент
S – субстрат
P

Рентгеноструктурный анализ и реконструкция пространственной модели фермента

Рентгеновский дифрактометр

Пространственная модель лактатдегидрогеназы

Функциональные центры ферментов

Активный центр
субстратный центр
каталитический центр
Регуляторные центры
аллостерический центр
центр ковалентной модификации
центр

Активный центр

Субстрат

Активный центр химотрипсина со связанным субстратом.

Активный центр – участок

Специфическое связывание субстрата
Осуществление химической реакции
Высвобождение продуктов реакции

Взаимодействие фермента

Модель «ключ – замок»

Пространственная структура субстрата точно соответствует пространственной структуре активного

Специфическое связывание субстрата

Фермент пируваткиназа переносит фосфатную группу с молекулы субстрата фосфоэнол-пирувата

А/к остатки в активном центре химотрипсина:
Гис57
Гис40
Сер195
Асп102

Участки активного центра:

Субстратный центр – связывание субстрата-лиганда (темно-голубой)
Каталитический центр (розовый) –

Функциональные группы, играющие важную роль в связывании субстрата и катализе

Сер –

Формы активного центра

Карман

щель

Фермент-субстратные взаимодействия

Фермент
(сахараза)

Активный центр

Субстрат
(сахароза)

Фруктоза

Глюкоза

Фермент-субстратный комплекс

Свободные фермент и субстрат

Субстрат связывается с ферментом

Субстрат превращается

Лактатдегидрогеназа состоит из 4 субъединиц, каждая из которых имеет одинаковый активный

Регуляторные центры ферментов

Аллостерический центр

Центр ковалентной модификации

Центр белок-белкового взаимодействия

Регуляторные центры ответственны

Аллостерический центр

Аллостерический центр связывает низкомолеку-лярный лиганд, который изменяет конформацию и тем

Аллостерические модуляторы

Аллостерический активатор – повышает каталитическую активность фермента.
Аллостерический ингибитор – снижает

Ковалентная модификация

Фосфорилирование – наиболее часто встречающийся
способ регуляции активности фермента

Центр белок-белкового взаимодейсвия

Регуляторный центр, в котором белок-регулятор (красный, A) взаимодействует

Контактные площадки.

Участки, ответственные за взаимодействие фермента с другими белками

Механизм действия ферментов

Евнутр

Направление реакции

Энергетический профиль катализируемой реакции

Энергетический
профиль прямой
реакции

Евнутр

Энергетический барьер

Ферменты – наиболее эффективные катализаторы

Энергия активации

Каталитическая активность ферментов

Единица количества фермента (Е)

Скорость ферментативной реакции

Катал (СИ)

Молекулярная активность (число оборотов)

Молекулярная активность – это число молекул субстрата, превращаемых

Модель Э. Фишера «ключ – замок»

Пространственная структура субстрата точно соответствует пространственной

Теория индуцированного соответствия Кошланда

Пространственная структура активного центра лишь приблизительно комплементарна структуре

Аргиназа катализирует только одну реакцию – расщепление аргинина на орнитин и

Трипсин гидролитически расщепляет пептидную связь, образованную с C-концевой аминокислотой (Лиз или

Стереоспецифичность

L-ряда

D-ряда

Пространственная структура оксидазы аминокислот

Зависимость активности ферментов от температуры

Зависимость активности ферментов от pH среды

Пепсин

Глюкоза-6-фосфатаза

Аргиназа

pH optim. = 1 – 2

pH optim. = 7 – 8

pH

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата

В

Уравнение Михаэлиса-Ментен

Km (константа Михаэлиса) характеризует сродство фермента к субстрату; она численно

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата

Механизмы действия активаторов

Активатор может вытеснять ингибитор или отщеплять его от фермента.

Активатор

Ингибирование ферментов

обратимое

необратимое

конкурентное

неконкурентное

Примеры ингибиторов: ионы тяжелых металлов, многие лекарственные препараты, соединения различной

Необратимое ингибирование

Необратимый ингибитор ковалентно связывается с функциональной группой в активном центре

Конкурентное ингибирование

Конкурентный ингибитор «соревнуется» с субстратом за активный центр фермента.

Конкурентное ингибирование

Конкурентные ингибиторы сукцинатдегидрогеназы:

малонат

оксалоацетат

Неконкурентное ингибирование

ES комплекс

EI комплекс

ESI комплекс

Фермент

Субстрат (S)

Ингибитор (I)

Регуляция активности ферментов в клетках

Срочное регулирование

Длительное регулирование

образование ферментов из их

Активация проферментов путем протеолитического гидролиза

Химотрипсиноген

Химотрипсин

Неактивный профермент

Активный фермент

Участок ППЦ

Аллостерическое модулирование работы ферментов

Ковалентная модифицикация работы ферментов

Гликогенсинтетаза активная
(дефосфорилированная
форма фермента)

Гликогенсинтетаза неактивная
(фосфорилированная
форма фермента)

Белок-белковые взаимодействия

кальмодулин

Са-кальмодулиновый комплекс

Белок-модулятор кальмодулин регулирует активность ряда
внутриклеточных ферментов:

Фосфодиэстеразы
клеток головного