Энзимология Строение и свойства ферментов ферменты — 1

Энзимология Строение и свойства ферментов (ферменты - 1) д. м. н. , проф. Грицук А. И. n ЛФ 2/11/2018 1

Ферменты – биологические катализаторы белковой природы В природе существует 3 вида биологических катализаторов : Ферменты (энзимы) – белковой природы n Рибозимы – РНК с каталитической активностью n Абзимы – антитела с каталитической активностью n 2/11/2018 2

История энзимологии n В древности использовали ферментативные технологии (хлебопечение, виноделие, обработка шкур и др) n XVIII в Р. Реомюр, Л. Спалланцани описание пищеварения у птиц 1814 г. К. Кирхгоф показал каталитический хар-р гидролиза крахмала при прорастании зерна Середина XIX в спор Ю. Либиха и Л. Пастера «организованные» и «неорганизованные» ферменты 1878 г. Ф. Кюне ввел термин «энзим» n n n 2/11/2018 3

История энзимологии (прод) n n n 1871 г. М. М. Манассеина, а затем Э. Бюхнер показали, что экстракт клеток способен к катализу 1894 г. Э. Фишер создал модель «ключ-замок» 1913 г. Л. Михаэлис и М. Ментен создали теорию ферм катализа 1929 г. Дж Самнер доказал белковую природу ферментов 1963 г. изучена первичная структура РНК-азы 1968 г. М. Меррифилд синтез искусственной РНК-азы 2/11/2018 4

Простые и сложные ферменты Простые ферменты состоят только из молекулы белка (большинство ферментов ЖКТ) n Сложные ферменты простой фермент (апофермент) + небелкое соединение (кофермент, кофактор) n - коферменты алифатические (GSH) - коферменты циклические (Ко. Q) - коферменты- нуклеотиды (NAD, FMN) - коферменты ионы Ме (K, Na, Ca, Mg, Mn, Fe …) ~ 25% - коферменты-производные водорастворимых витаминов B 1 - ТПФ, В 6 –Фосфопиридоксаль и др) 2/11/2018 5

Структурно-функциональная организация ферментов. Схема Активные центры Субстратный продукт субстрат Якорные площадки Центры регуляции + и 2/11/2018 6

Сходство Е и неферметативных катализаторов n Катализируют энергетически возможные реакции n Энергия химической системы остается постоянной n В ходе катализа направление реакции не меняется n Не расходуются в процессе реакции 2/11/2018 7

Отличия Е и неферметативных катализаторов n Каталитическая эффективность - скорость Е реакций выше –в 108 – 1014 раз, чем некатализируемые реакции n Высокая специфичность n Реакции протекают в «мягких» условиях при t = 37° C, р. Н~7. 0, постоянном атм давлении n Скорость реакции регулируется 2/11/2018 8

Доказательства белковой природы Е n Идентичные свойства ВМС n Чувствительность к р. Н, t, факторам денатурации и др. n При парентеральном введении образуют АТ n Гидролиз Е дает свободные протеиногенные АК n Искусственный синтез Е 2/11/2018 9

Свойства ферментов Белковая природа определяет многие свойства ферментов Высокая чувствительность к p. H, у каждого фермента существует свой p. H-оптимум n Термолабильность - высокая чувствительность к действию температуры n Специфичность n Многоуровневая разнообразная регуляция n 2/11/2018 10

Оптимум р. Н разных ферментов 2/11/2018 11

Механизмы р. Н зависимости ионизация и изменение заряда n поверхностных групп молекулы Е, в т. ч. и его активного центра, n субстратов, т. к. большинство S являются кислотами 1. 2/11/2018 12

р. Нзависимое изменение заряда белка 2/11/2018 13

Термолабильность 2/11/2018 14

Специфичность Е Виды специфичности: 1. Субстратная специфичность n Абсолютная - аргиназа n Относительная (групповая) - ферм ЖКТ n Стереоспецифичность D- и L-изомеры 2. Каталитическая 4 пути катализа Г 6 Ф (фосфоглюкомутаза, Г 6 Ф-аза, фосфоглюкоизомераза, Г 6 Ф ДГ) 2/11/2018 15

Специфичность химотрипсина 2/11/2018 16

Этапы взаимодействия Е и S 1. 2. 3. 4. Сближение и ориентация S по отношению к каталитической группе Е Напряжение и деформация чувствительной к действию Е связи, из-за индуцированного соответствия S и Е (образование ЕS компл) Общий кислотно-основной катализ Ковалентный катализ 2/11/2018 17

Механизм взаимодействия Е и S n Теория Э Фишера (1894) жесткого стерического соответствия (ключ-замок) n Теория Д. Кошланда (1957) индуцированного взаимодействия Е и S (рука-перчатка) n Современные представления – синтез обеих теорий 2/11/2018 18

Динамика белковой молекулы 2/11/2018 19

Схема Е-S взаимодействия 2/11/2018 20

Теория промежуточных соединений n В 1913 г Л. Михаэлис и М. Ментен создали общую теорию действия Е 1. 2. 3. 4. 5. E+S ↔ ES ES ↔ ES** ↔ EP EP ↔ E+ P Реакции протекают внутри ES комплекса 2/11/2018 21

Кинетика ферментативной реакции 2/11/2018 22

Зависимость активности Е от [S] 2/11/2018 23

Активность фермента зависит от [S] 2/11/2018 24

График зависимости скорости реакции от[S] Метод «двойных обратных величин» (график Лайнуивера-Берка) 2/11/2018 25

Энергетика реакций 2/11/2018 26

Зависимость скорости реакции от [E] 2/11/2018 27

Гормональная регуляция активности Е 2/11/2018 28

Структура АЦ комплекса 2/11/2018 29

Каскадный принцип работы АЦ комплекса 2/11/2018 30

Регуляция активности Е путем химической модификации n Ограниченный протеолиз (Пепсиноген→пепсин) n Фосфорилирование n Метилирование n Ацетилирование n Аденилирование nи 2/11/2018 др. 31

Виды ингибирования n Обратимое - Обратимые изменения активности фермента путем ковалентной модификации 1. конкурентное (структурное сходство I с S) IE - путем связывания активного центра - путем изменения конформации фермента Принципы конкурентного торможения находят применение в медицине в химиотерапии и при лечении отравлений 2. неконкурентное ISE Неконкурентные ингибиторы не могут связаться со свободным ферментом , а только с ES комплексом 3. бесконкурентное n Необратимое обычно необратимое повреждение Е 2/11/2018 32

Регуляция активности Е n Регуляция условиями среды t°, p. H, ионной силы и др. n Изостерическая с помощью S или P - субстратная активация и ингибирование - ретроингибирование (ингибирование продуктом) n Аллостерическая с помощью др веществ не являющихся ни S или P данной реакции 2/11/2018 33

Ретроингибирование 2/11/2018 34

Свойства аллостерических ферментов n n n n Расположены в узловых пунктах метаболизма Субъединичная структура Имеется ось симметрии Изменения конформации в пределах R и T Сигмоидная форма кривой зависимости скорости реакции от концентрация субстрата (в отличие от гиперболической для не аллостерических) Наличие эффекторов + и – Двухфазный ответ на конкурентные ингибиторы (увеличение акт при малых [I] и торможение при больших) Потеря аллостерических свойств при денатурации 2/11/2018 35

Аллостерическая регуляция 2/11/2018 36

Благодарю за внимание 2/11/2018 37