Регуляция ферментативных цепей

Регуляция в ферментативных цепях направлена на ключевые ферменты, которые катализируют, как правило, необратимые реакции. К ключевым ферментам относятся:

а) фермент, стоящий в начале цепи;

б) лимитирующий фермент (имеет наименьшую скорость в цепи);

в) ферменты, стоящие на развилке цепи.

Классификация ферментов

1. Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции.

2. Трансферазы– катализируют реакции переноса химических групп.

3. Гидролазы – катализируют расщепление связей с присоединением воды по месту разрыва.

4. Лиазы – катализируют расщепление связей без помощи воды с образованием или расщеплением двойных связей.

5. Изомеразы – катализируют изомерные превращения.

6. Лигазы– катализируют реакции синтеза с затратой АТФ.

Использование ферментов в медицине

1. Энзимопатология– изучает значение нарушений активности ферментов в развитии заболеваний.

2. Энзимодиагностика

а) применение ферментов для определения различных веществ в биологических жидкостях;

б) измерение активности ферментов или изоферментов в крови и моче для диагностики болезней, сопровождающихся разрушением клеток.

3. Энзимотерапия – использование ферментов в качестве лекарств. Например,

а) при нарушении пищеварения;

б) для очистки гнойных ран;

в) для лечения вирусных заболеваний.

Раздел 3. Лабораторно-практические занятия

Занятие №1

1. Тема: Общие свойства ферментов.

2. Форма учебного процесса: лабораторно-практическое занятие.

3. Актуальность занятия:Знание общих свойств ферментов является основой всего курса биохимии, так как в организме все реакции катализируются ферментами.

4. Цель общая:

4.1.1. Изучить общие свойства ферментов;

4.1.2. Овладеть биохимическими методами в изучении каталитических свойств ферментов.

4.2. Конкретные цели:

Знать:

1. Ферменты. Строение ферментов.

2. Отличие ферментов от неорганических катализаторов.

3. Активный центр ферментов. Механизм действия ферментов.

4. Свойства ферментов, обусловленные белковой природой.

Уметь:

1. Пользоваться мерной посудой.

2. Приготовить ферментный препарат амилазы слюны.

3. Провести лабораторную работу, сделать выводы.

Вопросы для самостоятельной подготовки к занятию

Исходный уровень знаний

1. Белки: строение, физико-химические свойства (ИЭТ, растворимость, денатурация, высаливание, электрофорез).

2. Понятие о катализе и катализаторах.

По новой теме

1. Ферменты: определение, простые и сложные ферменты.

2. Кофактор фермента. Химическая природа кофактора.

3. Чем коферменты отличаются от простетических групп? Примеры.

4. Активный центр ферментов. Строение активного центра простых и сложных ферментов.

5. Специфичность ферментов. Чем обусловлена специфичность ферментов?

6. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры, рН, концентрации фермента и субстрата.

7. Механизм действия ферментов.

8. Классификация ферментов.

Учебно-исследовательская работа студентов на занятии

1. Проделать лабораторную работу "Общие свойства ферментов".

2. Сделать выводы по результатам проведенных опытов. Оформить результаты опытов в виде таблицы и графика.

3. Подготовиться к защите лабораторной работы и решению задач (ориентировочные задачи и вопросы приведены ниже).

Лабораторная работа

1. Зависимость активности ферментов и неорганических катализаторов от температуры.

Сравнивают условия действия фермента амилазы и неорганического катализатора НСl. Амилаза гидролизует крахмал до декстринов и мальтозы. Декстрины с йодом дают окраску от сине-фиолетовой до желто-бурой (в зависимости от глубины расщепления). Мальтоза с йодом окраски не дает. НСl при кипячении гидролизует крахмал до мальтозы.

Оборудование:	1.	Штатив с пробирками.
	2.	Мерная коническая пробирка.
	3.	Пипетки на 1 и 2 мл, глазная пипетка.
	4.	Термостат.
	5.	Водяная баня

Реактивы:	1.	1% раствор крахмала..
	2.	Раствор Люголя.
	3.	Дистиллированная вода
	4.	10% раствор НСl.
	5.	Амилаза слюны.

Ход работы. Получение ферментного препарата амилазы слюны: ополаскивают рот водой, затем набирают 10-20 мл дистиллированной воды, выдерживают во рту 2-3 мин и полученный раствор амилазы сливают в стакан.

В 3 пробирки наливают по 2 мл 1% раствора крахмала, в первую добавляют 1 мл амилазы, во вторую и третью – по 1 мл 10% НСl. Первую и вторую помещают в термостат при 37^ОС на 10 мин, третью – в хорошо кипящую баню. Через 10 мин все пробирки вынимают и охлаждают холодной водой. Добавляют в них по 6 капель раствора Люголя, сравнивают окраску и делают выводы.

2. Зависимость активности амилазы от температуры.

Оборудование:	1.	Штатив с пробирками.
	2.	Мерная коническая пробирка.
	3.	Пипетки на 1 и 2 мл, глазная пипетка.
	4.	Термостат.
	5.	Водяная баня
	6.	Лед.

Реактивы:	1.	1% раствор крахмала..
	2.	Раствор Люголя.
	3.	Дистиллированная вода
	4.	0,1 Н раствор Н₂SO₄.
	5.	Амилаза слюны.

Ход работы. В 4 пронумерованные пробирки наливают по 0,5 мл амилазы. Пробирку №1 ставят в лед, №2 – в термостат при 37⁰С, №3 – оставляют при комнатной температуре, №4 – в кипящую водяную баню. Через 5 минут, когда содержимое пробирок примет нужную температуру, в пробирку №1 добавляют 2 мл 1% раствора крахмала, охлажденного до температуры тающего льда, во 2-ю, 3-ю и 4-ю пробирки добавляют по 2 мл крахмала комнатной температуры. Во все пробирки сразу же добавляют по 2 капли раствора Люголя и помещают в те же самые условия. После исчезновения окраски в пробирке №2 все их вынимают и добавляют в каждую по 1 мл 0,1Н серной кислоты для прекращения действия фермента. Активность амилазы оценивают по конечной окраске содержимого пробирок. Чем выше активность фермента, тем слабее окраска. По полученным результатам построить график зависимости активности амилазы от температуры.

Проверка качества усвоения знаний (конечный уровень)

а) Вопросы для защиты лабораторной работы:

1. Какую реакцию катализирует амилаза слюны?

2. Назовите субстраты амилазы?

3. Расскажите о строении субстратов амилазы.

4. Назовите продукты амилазной реакции.

5. Объясните результаты 1-го опыта.

6. С помощью какой качественной реакции можно обнаружить крахмал?

7. Какой специфичностью обладает амилаза слюны?

8. Обладают ли специфичностью неорганические катализаторы?

9. Объясните результаты 2-го опыта.

10. Что такое денатурация?

11. Подвергаются ли денатурации ферменты? (да, нет; почему?)

12. Для чего необходима инкубация фермента с субстратом?

13. Как можно измерить активность амилазы?

14. Какова зависимость скорости амилазной реакции от концентрации крахмала?

15. К какому классу ферментов относится амилаза слюны?

16. Назовите другие классы ферментов.

Б) Ситуационные задачи

1. Может ли обратимая реакция катализироваться центром фермента, отличным от центра, катализирующего прямую реакцию?

2. Фермент трипсин способен разрывать пептидные связи белков. Почему обработка трипсином приводит к инактивации многих ферментов?

3. Какие пептидазы обладают большей специфичностью: пищеварительного тракта или каскада свертывания крови?

Рекомендуемая литература

1. Курс лекций по биохимии

2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. "Биологическая химия", 1990, стр. 92-116

3. Николаев А.Я. "Биологическая химия", 1989, стр. 53-83, 89-90.

Занятие № 2

1. Тема: Регуляция активности ферментов.

2. Форма учебного процесса: лабораторно-практическое занятие.

3. Актуальность занятия:Так как многие лекарства изменяют активность ферментов, будущему врачу необходимо знать механизмы регуляции ферментов в организме.

4. Цель общая:

4.1.1. Изучить механизмы изменения активности ферментов;

4.1.2. Научиться проводить лабораторную работу и объяснять результаты опытов.

4.2. Конкретные цели:

Знать:

1. Механизмы изменения активности ферментов в клетке.

2. Значение ферментов в медицине.

Уметь:

1. Провести лабораторную работу.

2. Сделать выводы на основании проведенных опытов.

3. Оформить полученные результаты в виде таблицы и графика.

Вопросы для самостоятельной подготовки к занятию