Особенности ферментативного катализа. Механизм, стадии ферментативного катализа
Ферменты: определение понятия, химическая природа, физико-химические свойства и биологическая роль ферментов.
Ферменты - это белки, которые действуют как катализаторы в биологических системах.
Химическая природа: белки.
Физико-химические свойства:
1) являются амфотерными соединениями;
2) вступают в те же качественные реакции, что и белки (биуретовую, ксантопротеиновую, фолина и др.);
3) подобно белкам растворяются в воде с образованием коллоидных растворов;
4) обладают электрофоретической активностью;
5) гидролизуются до аминокислот;
6) склонны к денатурации под влиянием тех же факторов: температуры, изменениях рН, действием солей тяжелых металлов, действием физических факторов (ультразвук, ионизирующее излучение и др.);
7) имеют несколько уровней организации макромолекул, что подтверждено данными рентгеноструктурного анализа, ЯМР, ЭПР
Биологическая роль:Ферменты катализируют контролируемое протекание всех метаболических процессов в организме.
Изоферменты. Строение, биологическая роль, диагностическое значение определения, изменение в онтогенезе и при патологии органа, диагностическое значение.
Изоферменты – это множественные формы одного фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но отличающие по физическим и химическим свойствам.
Строение: Четвертичная структура, образованная четным количеством субъединиц (2, 4, 6 и т.д.). Изоформы фермента образуются в результате различных комбинаций субъединиц.
Биологическая роль:Существование изоформ повышает адаптационную возможность тканей, органов, организма в целом к меняющимся условиям.
Диагностическое значение определения:По изменению изоферментного состава оценивают метаболическое состояние органов и тканей.
Изменение в онтогенезе: На примере ЛДГ (окисляет лактат до ПВК). В процессе индивидуального развития организма в тканях происходит изменение содержания кислорода и изоформ ЛДГ. У зародыша преобладают ЛДГ4, ЛДГ5. После рождения в некоторых тканях происходит увеличение содержания ЛДГ1, ЛДГ2.
Изменения при патологии органа:На примере ЛДГ. ЛДГ1,2 работают в миокарде. Если в миокард не будет поступать кислород, там увеличится количество анаэробных субъединиц – ЛДГ4,5, что свидетельствует о патологии органа.
Диагностическое значение:
ЛДГ – при увеличении активности ЛДГ в плазме крови можно предположить повреждение одной из тканей организма (сердце, мышцы, печень). (В норме 170-520 ЕД/л)
КК – (катализируют превращение кретина в креатинфосфат); определяют активность КК в плазме крови. В норме – 90 МЕ/л. Повышение ММ – травма мышц, ВВ – в крови не определяется даже при инсультах, т.к. не может проникнуть в кровь.
Особенности ферментативного катализа. Механизм, стадии ферментативного катализа.
Особенности:
| Сходство ферментов и неорганических катализаторов | Отличие ферментов от неорганических катализаторов |
| 1. Ускоряют только термодинамически возможные реакции | 1. Для ферментов характерна высокая специфичность: • субстратная специфичность: ▪ абсолютная (1 фермент - 1 субстрат), ▪ групповая (1 фермент – несколько похожих субстратов) ▪ стереоспецифичность (ферменты работают с субстратами только определенного стереоряда L или D). • каталитическая специфичность (ферменты катализируют реакции преимущественно одного из типов химических реакций – гидролиза, окисления-восстановления и др) |
| 2. Не изменяют состояние равновесия реакций, а только ускоряют его достижение. | 2. Высокая эффективность действия: ферменты ускоряют реакции в108-1014 раз. |
| 3. В реакциях не расходуются | 3. Ферменты действуют только в мягких условиях (t = 36-37ºС, рН ~ 7,4, атмосферное давление), т.к. они обладают конформационной лабильностью – способностью к изменению конформации молекулы под действием денатурирующих агентов (рН, Т, химические вещества). |
| 4. Действуют в малых количествах | 4. В организме действие ферментов регулируется специфически (катализаторы только неспецифически) |
| 5. Чувствительны к активаторам и ингибиторам | 5. Широкий диапазон действия (большинство процессов в организме катализируют ферменты). |
Механизм ферментативного катализа:Химические реакции протекают согласно закону сохранения энергии и закону энтропии: общая энергия химической системы и ее окружения – постоянна. Для снижения энергии активации необходимо увеличить скорость реакции. Для этого в организме имеются ферменты.
1) Сближение и ориентация – активный центр фермента связывается с субстратом
2) Напряжение и деформация субстрата - «эффект дыбы», растягивание субстрата, индукция соответствия S и Е.
3) Кислотно-основной катализ – присутствие в активном центре фермента СООН – групп и NН – гр., способных присоединять и отдавать протоны.
4) Ковалентный катализ – образование ковалентной связи между ферментом и субстратом.
Стадии ферментативного катализа:
Формирование фермент-субстратного комплекса.
1) АВ + Е – связывание субстрата с ферментом
2) (А:В)Е – образование фермент-субстратного комплекса -> активация фермент – субстратного комплекса
3) (А+В)Е – образование фермент-продуктного комполекса
4) А+В+Е – образование продуктов реакции -> отделение продуктов реакции от фермент – субстратного комплекса