Единицы активности ферментов

Тема 3. Ферменты

Лекция 5. Ферменты

Общие представления о катализе (энергетическая диаграмма реакции, переходное состояние, энергия активации). Механизмы катализа. Зависимость активности ферментов от температуры и рН среды. Единицы активности ферментов. Специфичность действия ферментов.

2. Кофакторы и коферменты. Ингибирование активности ферментов: обратимое, необратимое, конкурентное, неконкурентное. Регуляция скоростей синтеза и распада ферментов. Индукция и репрессия синтеза ферментов.

3. Компартментация ферментов. Аллостерическая регуляция. Ингибирование по принципу обратной связи. Ковалентная модификация ферментов: ограниченный протеолиз проферментов, фосфорилирование и дефосфорилирование.

Классификация и номенклатура ферментов. Изоферменты. Органоспецифические ферменты. Энзимодиагностика и энзимотерапия. Ингибиторы ферментов как лекарственные препараты. Наследственные энзимопатии.

Практическое значение анализа изоферментных спектров в крови (ЛДГ, КК и др.). Применение ферментов как аналитических реагентов при лабораторной диагностике.

Краткое содержание	Конспект
1. Общие представления о катализе (энергетическая диаграмма реакции, переходное состояние, энергия активации). Механизмы катализа. Зависимость активности ферментов от температуры и рН среды. Единицы активности ферментов. Специфичность действия ферментов
Ферменты являются белковыми катализаторами биохимических реакций, т.е. они являются реакционно-специфическими катализаторами. Схема процесса катализа: Е + S ↔ ES ↔ EP → E + P Свойства ферментов:1.Специфичность. 2.Каталитическая эффективность. 3. Лабильность ферментов. 4. Способность ферментов к регуляции. 5. Высокий коэффициент полезного действия (100 %). Строение активного центра фермента: А – присоединение субстрата к ферменту в активном центре. Б – положение аминокислотных остатков, формирующих активный центр фермента в первичной структуре белка. В – активный центр фермента условно разделяется на участок связывания и каталитический участок. Участок связывания представлен радикалами аминокислот, функциональные группы которых обеспечивают связывание субстрата. Каталитический участок образован радикалами аминокислотных остатков, функциональные группы которых обеспечивают химические превращения субстрата. Этапы ферментативного катализа:

Энергия активации

Энергией активации называют дополнительное количество кинетической энергии, необходимое молекулам вещества, чтобы они вступили в реакцию.

Разницу энергий между исходным реагентом и конечными продуктами называют изменением свободной энергии реакции(ΔG).

Зависимость скорости ферментативной реакции (V) от концентрации фермента:
Зависимость скорости ферментативной реакции (V) от температуры:
Зависимость скорости ферментативной реакции (V) от рН среды:

Единицы активности ферментов

Количество фермента часто невозможно определить в абсолютных величинах, поэтому на практике пользуются условными величинами, характеризующими активность фермента: одна международная единица активности (МЕ) соответствует такому количеству фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 мин при оптимальных условиях проведения ферментативной реакции.

В 1973 г. была принята новая единица активности ферментов: 1 кат (кат), соответствующий такому количеству катализатора, которое превращает 1 моль субстрата за 1 с. Количество каталов определяю по формуле:

В медицинской и фармацевтической практике для оценки активности ферментов часто используют международные единицы активности – МЕ.

Для оценки количества молекул фермента среди других белков данной ткани определяют удельную активность (уд.ак.) фермента, численно равную количеству единиц активности фермента (nМЕ) в образце ткани, делённому на массу (мг) белка в этой ткани:

Специфичность ферментов: субстратная, каталитическая.

Субстратная специфичность

Субстратная специфичность – это способность каждого фермента взаимодействовать лишь с одним или несколькими определёнными субстратами. Выделяют три вида субстратной специфичности: 1. Абсолютная. 2. Групповая. 3. Стереоспецифичность.

1. Абсолютная субстратная специфичность:

2. Групповая субстратная специфичность:

3. В организме человека наблюдается специфичность ферментов к следующим стереоизомерам: 1) к D-сахарам; 2) цис-транс-изомерам; 3) к L-аминокислотам; 4) к α- и β-гликозидным связям.

Стереоспецифичность к D-сахарам:

Каталитическая специфичность

Фермент катализирует превращение присоединённого субстрата по одному из возможных путей его превращения. Это свойство обеспечивается строением каталитического центра фермента и называется каталитической специфичностью, или специфичностью пути превращения субстрата:

Относительные размеры молекулы фермента (мол. масса 100 000, диаметр 7 нм) и типичной молекулы субстрата (мол. масса 250, длина 0,8 нм). Активный центр занимает лишь незначительную часть поверхности молекулы фермента. Для сравнения показана также молекула воды.

Функциональная значимость отдельных участков активного центра фермента:

I– этап сближения и ориентации субстрата относительно активного центра фермента;

II – образование фермент-субстратного комплекса (ES) в результате индуцированного соответствия;

III – деформация субстрата и образование нестабильного комплекса фермент0продукт (ЕР);

IV – распад комплекса (ЕР) с высвобождением продуктов реакции из активного центра фермента и освобождением фермента.

Изменение свободной энергии в ходе химической реакции, некатализируемой и катализируемой ферментами:

2. Кофакторы и коферменты. Ингибирование активности ферментов: обратимое, необратимое, конкурентное, неконкурентное. Регуляция скоростей синтеза и распада ферментов. Индукция и репрессия синтеза ферментов Большинство ферментов для проявления активности нуждаются в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) и/или в ионах металлов (кофакторах). Белковая часть сложного фермента называется апоферментом (в отсутствии кофермента не обладает каталитической активностью). Кофермент с белковой молекулой называется холоферментом (обладает каталитической активностью). Роль кофакторов:1.Роль металлов в присоединении субстрата в активном центре фермента. 2. Роль металлов в стабилизации третичной и четвертичной структуры фермента. 3. Роль металлов в ферментативном катализе. 4. Роль металлов в регуляции активности ферментов Коферменты Кофермент может быть связан с белковой частью молекулы ковалентными и нековалентными связями. В первом случае он называется простетической группой (ФАД, ФМН, биотин, липоевая кислота). Примером кофермента, связанного с ферментом нековалентной связью, является тиаминдифосфат, НАД⁺, НАДФ⁺. Разнообразие коферментов:Производные витаминов. Гемы, входящие в состав цитохромов, каталазы, пероксидазы, гуанилатциклазы, NO-синтазы и являющиеся простетической группой. Нуклеотиды – доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты. Убихинон, или кофермент Q, участвующий в переносе электронов и протонов в цепи переноса электронов. S-аденозилметионин – донор метильной группы. Глутатион, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях.

Структура (А) и химическое строение (Б) коферментов FMN (ФМН) и FAD (ФАД):

Структура (А) и химическое строение (Б) коферментов NAD+ (НАД) и NADP+ (НАДФ): → Роль коферментов:

Ингибирование ферментативной активности:

1. Обратимое (конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное).

Необратимое.

Схема конкурентного ингибирования активности фермента:

Схема неконкурентного ингибирования активности фермента:

Необратимое ингибирование

Механизм действия ионов ртути как необратимого ингибитора: