timin_o_a_lektsii_po_obschey_biokhimii (1) (832543), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Для характеристики величины энергетическогобарьера Аррениус ввел понятиеэнергии активации. Преодоление энергии активации в химической реакции достигается либо увеличением энергии взаимодействующих молекул, например, нагреванием, облучением, повышением давления, либо снижением требуемых для реакции затрат энергии (т.е. энергии активации) при помощи катализаторов.По своей функции ферменты являются биологическими катализаторами. Сущностьдействия ферментов, так же как неорганических катализаторов, заключается:o в активации молекул реагирующих веществ,o в разбиении реакции на несколько стадий, энергетический барьер каждой из которыхниже такового общей реакции.Однако энергетически невозможные реакции ферменты катализировать не будут, ониускоряют только те реакции, которые могут идти в данных условиях.ЭТ АПЫФЕ Р М Е НТ АТ И В НО Г О К АТ АЛ И З АВ ферментативной реакции можно выделить следующие этапы:1.
Присоединение субстрата (S) к ферменту (E) с образованием фермент-субстратного комплекса (E-S).2. Преобразование фермент-субстратногокомплекса в один или несколько переходных комплексов (E-X) за одну илинесколько стадий.3. Превращение переходного комплекса вкомплекс фермент-продукт (E-P).4. Отделение конечных продуктов от фермента.М ЕХ АНИЗ МЫК АТ АЛИЗ А1. Кислотно-основной катализ – в активном центре фермента находятся группы специфичных аминокислотных остатков, которые являются хорошими донорами или акцепто-Ферменты56рами протонов. Такие группы представляют собой мощные катализаторы многих органических реакций.ДонорыАкцепторы2.
Ковалентный катализ – ферменты реагируютсо своими субстратами, образуя при помощи кова-СООН-СОО–+лентных связей очень нестабильные фермент-NH3-NH2субстратные комплексы, из которых в ходе внутримо-SH-S–лекулярных перестроек образуются продукты реакции.-OH-O–ТИПЫФЕ Р МЕ НТ АТ И В НЫ Х Р Е АК Ц И Й1. Тип "пинг-понг" – фермент сначала взаимодействует с субстратом А, отбирая у него какие-либо химические группы и превращая его в соответствующий продукт PA. Затем кферменту присоединяется субстрат В, получающий эти химические группы.
Примером являются реакции переноса аминогрупп от аминокислот на кетокислоты (см "Трансаминирование").2. Тип последовательных реакций – к ферменту последовательно присоединяютсясубстраты А и В, образуя "тройной комплекс", после чего осуществляется катализ. Продуктыреакции PA и PB также последовательно отщепляются от фермента.3. Тип случайных взаимодействий – субстраты А и В присоединяются к ферменту влюбом порядке, неупорядоченно, и после катализа так же отщепляются.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2018г)57СХОДСТВОИ ОТ ЛИЧИЯ ФЕ Р МЕ НТ ОВ ИНЕ О Р Г АН И Ч Е С К ИХ К АТ АЛ И З АТ О Р О ВСходствоОтличия1. Катализируют только энергетическивозможные реакции.2. Не изменяют направления реакции.3. Ускоряют наступление равновесия реакции, но не сдвигают его.4. Не расходуются в процессе реакции.1. Скорость ферментативной реакциинамного выше.2.
Высокая специфичность.3. Мягкие условия работы (внутриклеточные).4. Возможность регулирования скорости реакции.5. Скорость ферментативной реакции пропорциональна количеству фермента.СТРОЕНИЕ ФЕРМ ЕНТОВДавно выяснено, что все ферменты являются белками и обладают всеми свойствамибелков. Подобно белкам они делятся на простые и сложные.Простые ферменты состоят только из аминокислот – например, пепсин, трипсин, лизоцим.Сложные ферменты (холоферменты) имеют в своем составе белковую часть, состоящую из аминокислот – апофермент, и небелковую часть – кофактор.
Кофактор, в свою очередь, может называться коферментом или простетической группой. Примером могут бытьсукцинатдегидрогеназа (содержит ФАД), аминотрансферазы (содержат пиридоксальфосфат),пероксидаза (содержит гем).У сложных ферментов в активном центре обязательно расположены функциональныегруппы кофактора. Кофактор участвует в связывании субстрата или в его превращении. Дляосуществления катализа необходим полноценный комплекс апобелка и кофактора, по отдельности катализ они осуществить не могут.Ферменты582. Аллостерический центр (allos – чужой) – центр регуляции активности фермента, который пространственно отделен от активного центра и имеется не у всех ферментов.
Связывание с аллостерическим центром какой-либо молекулы (называемой активатором или ингибитором, а также эффектором, модулятором, регулятором) вызывает изменение конфигурации белка-фермента и, как следствие, скорости ферментативной реакции. В качестве такогорегулятора может выступать продукт данной или одной из последующих реакций, субстратреакции или иное вещество (см "Регуляция активности ферментов").Аллостерические ферменты являются полимерными белками, их активный и регуляторный центры находятся в разных субъединицах.И З ОФЕ Р МЕН ТЫИзоферменты – это молекулярные формы одного и того же фермента, возникшие в результате небольших генетических различий в первичной структуре фермента, но катализирующие одну и ту же реакцию.Изоферменты отличаются сродством к субстрату, максимальной скорости катализируемой реакции, разной чувствительности к регуляторам (ингибиторы и активаторы), условиям работы (оптимум pH и температуры).Как правило, изоферменты имеют четвертичную структуру, т.е.
состоят из двух илиболее субъединиц. Например, димерный фермент креатинкиназа представлен тремя изоферментными формами, составленными из двух типов субъединиц: M (англ. muscle – мышца) и B (англ. brain – мозг). Креатинкиназа-1 состоит из субъединиц типа B, локализуется вголовном мозге, креатинкиназа-2 – по одной М и В субъединице активна в миокарде, креатинкиназа-3 – две М-субъединицы, специфична для скелетной мышцы.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)59Еще одним примером изоферментов является группа гексокиназ, которые присоединяют фосфатную группу к глюкозе и вовлекают глюкозу в реакции клеточного метаболизма.Из четырех изоферментов выделяется гексокиназа IV (глюкокиназа) которая отличается отостальных изоферментов низким сродством к глюкозе и нечувствительностью к ингибированию продуктом реакции.Также существует пять изоферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ) – фермента, участвующего в обмене глюкозы.
Отличия между ними заключаются в разном соотношении субъединиц Н (англ. heart – сердце) и М (англ. muscle – мышца). Лактатдегидрогеназы типов 1(Н4) и 2 (H3M1) присутствуют в тканях с аэробным обменом (миокард, мозг, корковый слойпочек), обладают высоким сродством к молочной кислоте (лактату) и превращают его в пируват. ЛДГ-4 (H1M3) и ЛДГ-5 (М4) находятся в тканях, склонных к анаэробному обмену (печень, скелетные мышцы, кожа, мозговой слой почек), обладают низким сродством к лактатуи катализируют превращение пирувата в лактат.
В тканях с промежуточным типом обмена(селезенка, поджелудочная железа, надпочечники, лимфатические узлы) преобладает ЛДГ-3(H2M2).М УЛЬТИ ФЕ Р МЕ Н ТН ЫЕК ОМП ЛЕК С ЫВ мультиферментном комплексе несколькоферментов (например, Е1, Е2, Е3) прочно связаны между собой в единый комплекс и осуществляют ряд последовательных реакций, в которых продукт реакции непосредственно передается на следующий фермент и является толькоего субстратом. Благодаря таким комплексамзначительно ускоряется скорость превращениямолекул.К ним относятся, например, пируватдегидрогеназный комплекс, превращающий пируват в ацетил-SКоА, -кетоглутарат–дегидрогеназный комплекс, превращающий-кетоглутарат в сукцинил-SКоА, комплекс под названием "синтаза жирных кислот" (илипальмитатсинтаза), синтезирующий пальмитиновую кислоту.Ферменты60ПРИНЦИПЫ КОЛИЧЕ СТВЕН НОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯАК Т И В Н О С Т И Ф Е Р М Е Н Т О В1.
Активность фермента выражается в скорости накопления продукта или скорости убылисубстрата в пересчете на количество материала, содержащего фермент.Активность фермента Количество продукта или субстратаКоличество времени Масса или объем пробыВ практике обычно используют:o единицы количества вещества – моль (и производные ммоль, мкмоль), грамм (кг, мг),o единицы времени – минута, час, секунда,o единицы массы или объема – грамм (кг, мг), литр (мл).Активно используются и другие производные – катал (моль/с), международная единица активности (МЕ, Unit) соответствует мкмоль/мин.Таким образом, активность фермента может выражаться, например, в ммоль/сл,г/часл, МЕ/л, кат/мл и т.д.2.
Создание стандартных условий, чтобы можно было сравнивать результаты, полученныев разных лабораториях – оптимальная рН, и фиксированная температура, например, 25°Сили 37°С, соблюдение времени инкубации субстрата с ферментом.3. Избыток субстрата, чтобы работали все имеющиеся в растворе молекулы фермента.СВОЙСТВ А ФЕРМ ЕНТОВ1. Зависимость активности фермента от температуры – описывается колоколообразнойкривой с максимумом скорости при значениях оптимальной температуры для данногофермента.Закон о повышении скорости реакции в 2-4раза при повышении температуры на 10°С справедлив и для ферментативных реакций, но только в пределах до 55-60°С, т.е.
в значениях до денатурации белков. Наряду с этим, как исключение, имеются ферменты некоторых микроорганизмов, существующих в воде горячих источников и гейзеров.При понижении температуры активность ферментов понижается, но не исчезает совсем. Иллюстрацией может служить зимняя спячка некоторых животных (суслики, ежи),температура тела которых понижается до 3-5°С. Это свойство ферментов также используетсяв хирургической практике при проведении операций на грудной полости, когда больногоподвергают охлаждению до 22°С.biokhimija.ruТимин О.А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
