Лекция 3 Ферменты часть 2 Витамины Активность

Лекция 3. Ферменты, часть 2. Витамины

Активность фермента – это скорость превращения субстрата в продукт За единицу активности фермента принимается такое количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в продукт (1 мкмоль = 10– 3 моля) в 1 мин при 25°С в оптимальных условиях действия фермента. Удельной активностью называется число единиц ферментативной активности в расчете на 1 мг белка. 2

Кинетика ферментативных реакций k 1 k 3 E + S E + P k 2 Уравнение Михаэлиса-Ментен v скорость при концентрации субстрата [S], Vmax – максимальная скорость, Км – константа Михаэлиса Ментен, k 1, k 2, k 3 константы скоростей

Влияние концентрации субстрата на начальную скорость катализируемой ферментом реакции Из такого графика можно определить величину V только путем аппроксимирования. Точное определение этой величины в данном случае невозможно, так как по мере повышения концентрации субстрата начальная скорость реакции лишь приближаете к V, но никогда ее не достигает. Концентрация субстрата, при которой скорость реакции составляет половину максимальной, численно 4 равна К'м константе Михаэлиса - Ментен.

Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата в двойных обратных координатах (1/V от 1/S)

Влияние кооперативности в ферментативных комплексах Зависимость степени насыщения фермента субстратом от концентрации субстрата при положительной (I) и отрицательной (II) кооперативности, а также в ее отсутствии (III).

Уравнение Хилла где К' – константа ассоциации; n – число субстрат связывающих центров Положительная кооперативность при связывании кислорода молекулой гемоглобина

Конкурентное ингибирование при различных концентрациях ингибитора в двойных обратных координатах: 1. Без ингибитора; 2. Ингибитор [И]1; 3. Ингибитор [И]2 > [И]1

Неконкурентное ингибирование при различных концентрациях ингибитора в двойных обратных координатах: 1. Без ингибитора; 2. Ингибитор [И]1; 3. Ингибитор [И]2 > [И]1

Классификация ферментов КФ или ЕС (Enzyme Classification) Как найти код фермента: На главной странице сайта IUPAC (lnternational Union of Pure and Applied Chemistry) выбираем раздел, посвященный химической номенклатуре. Далее по ссылке - на страницу совместной комиссии IUBMB-IUPAC по биохимической номенклатуре (JCBN). На открывшейся странице выбираем раздел по номенклатуре ферментов.

Классификация ферментов (КФ) Е. С. (Enzyme Classification) • ЕС. 1. – оксидоредуктазы (oxidoreductases). • ЕС. 2. – трансферазы (transferases). • ЕС. 3. – гидролазы (hydrolases). • ЕС. 4. – лиазы (lyases). • ЕС. 5. – изомеразы (isomerases) • ЕС. 6. – лигазы (ligases). 11

Оксидоредуктазы Катализаторы окислительновосстановительных реакций 1. 1. Дегидрогеназы (редуктазы) 1. 2. Оксидазы 1. 3. Монооксидазы 1. 4. Пероксидазы и каталазы 1. 5. Оксигеназы …………………. . 1. 14. Гидроксилазы 12

Примеры дегидрогеназ Е. С. 1. 1. – алкоголь дегидрогеназа NAD+ Е. С. 1. 1. 1. 2. – алкоголь дегидрогеназа NADP+ …………………………. Е. С. 1. 1. 1. 27 – L-лактат дегидрогеназа ………………………… Е. С. 1. 1. 1. 62 – эстрадиол 17 -β-дегидрогеназа 13

Трансферазы Катализируют реакции переноса групп атомов с одной молекулы на другую • • • Е. С. 2. 1. – переносчики одно-углеродной группы Е. С. 2. 2. – переносчики карбонильных функций Е. С. 2. 3. – ацетилтрансферазы Е. С. 2. 4. – гликозилтрансферазы Е. С. 2. 5. – переносчики алкильных (кроме метильных) и арильных групп Е. С. 2. 6. – переносчики азотистых функций Е. С. 2. 7. – переносчики фосфор-содержащих групп Е. С. 2. 8. – переносчики серу-содержащих функций Е. С. 2. 9. – переносчики селен-содержащих групп

Гидролазы Осуществляют разрыв ковалентных связей с присоединением по месту разрыва воды. • Протеазы – гидролизуют белки • Нуклеазы – гидролизуют нуклеиновые кислоты • Специфические эндонуклеазы (так называемые рестриктазы) – разрывают полинуклеотиды по строго определенным последовательностям

Гидролазы Е. С. 3. 1. – действуют на сложноэфирные связи, эстеразы Е. С. 3. 2. – гликозилазы Е. С. 3. 3. – действуют на простоэфирные связи Е. С. 3. 4. – действуют на пептидные связи (пептидазы) Е. С. 3. 5. – действуют на C – N связи, кроме пептидных Е. С. 3. 6. – действуют на ангидриды кислот Е. С. 3. 7. – действуют на углерод-углеродные связи Е. С. 3. 8. – действуют на связи с галогеном Е. С. 3. 9. – действуют на связи P – N Е. С. 3. 10. – действуют на S – N связи Е. С. 3. 11. – действуют на C – P связи Е. С. 3. 12. – действуют на S – S связи Е. С. 3. 13. – действуют на C – S связи. 16

Лиазы Катализ реакций разрыва связей в субстрате без присоединения воды или окисления. • Е. С. 4. 1. – углерод-углеродные лиазы • Е. С. 4. 2. – углерод-кислородные лиазы • Е. С. 4. 3. – углерод-азотные лиазы • Е. С. 4. 4. – углерод-серы лиазы • Е. С. 4. 5. – углерод-галоген лиазы • Е. С. 4. 6. – фосфор-кислородные лиазы • Е. С. 4. 99. – другие лиазы.

Изомеразы Осуществляют внутримолекулярные перестройки. Е. С. 5. 1. – рацемазы и эпимеразы Е. С. 5. 2. – цис-трас-изомеразы Е. С. 5. 3. – внутримолекулярные оксидоредуктазы Е. С. 5. 4. – внутримолекулярные трансферазы (мутазы) • Е. С. 5. 5. – внутримолекулярные лиазы • Е. С. 5. 99. – другие изомеразы. • •

Лигазы или синтетазы Соединяют 2 части с использованием энергии АТФ. Реакции ферментов этого класса, как правило, необратимы. • Е. С. 6. 1. – образуют углерод-кислородные связи • Е. С. 6. 2. – образуют углерод-сера связи • Е. С. 6. 3. – образуют углерод-азотные связи • Е. С. 6. 4. – образуют углерод-углеродные связи • Е. С. 6. 5. – образуют фосфат эфирные связи.

Ферменты в клинической диагностике Функциональные ферменты плазмы: липопротеинлипаза, псевдохолинэстераза, а также проферменты компонентов систем свертывания крови и растворения кровяного сгустка. Они синтезируются в печени, и их концентрация в крови либо такая же, как в тканях, либо более высокая. Нефункциональные ферменты плазмы не выполняют в крови никаких известных физиологических функций. Их субстраты в плаз ме обычно не обнаруживаются, и в норме их концентрация в крови человека почти в миллион раз ниже, чем в тканях. Появление этих белков в плазме в по вышенных концентрациях указывает на повышенную скорость деструкции тканей.

Фермент Заболевание Аспартатаминотрансфераза Инфаркт миокарда Аланинаминотрансфераза Вирусный гепатит Амилаза Острый панкреатит Церулоплазмин Гепатолентикулярная дегенерация Креатинфосфокиназа Заболевание мышц и инфаркт миокарда γ Глутамилтранспептидаза Различные заболевания печени Лактатдегидрогеназа Инфаркт миокарда Липаза Острый панкреатит Кислая фосфатаза Метастазирующая карци нома предстательной железы Щелочная фосфатаза Различные заболевания костей, закупорка прото ков печени

Витамины • Сегодня известно 13 витаминов. Это водорастворимые витамины: B 1, B 2, В 3, В 5, B 6, В 9, B 12, C, Н • и жирорастворимые витамины: A, D, E, K. • К ним надо добавить несколько соединений, получивших название витаминоподобных: липоевую кислоту, холин, инозит, биофлавоноиды.

• Витаминами называют группу низкомолекулярных органических соединений различной химической природы, необходимых для осуществления жизненно важных биохимических процессов in vivo. • Природные соединения, не являющиеся витаминами, но легко превращающиеся в них в организме человека, называются провитаминами.

Тиамин, B 1 Тиаминпирофосфатактивная форма тиамина (кокарбоксилаза) • Пируватдекарбоксилаза (цикл Кребса). Декарбоксилируемое вещество присоединяется на место помеченного красным водорода и претерпевает декарбоксилирование, а далее переносится на дегидролипоевую кислоту. • Транскетолаза (пентозофосфатный путь).

Прямое декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Рибофлавин, B 2 В состав молекулы входит спирт рибитол и гетероциклический флавин.

Флавинадениндинуклеотид Активность FAD заключается в переносе двух атомов водорода с одного субстрата на другой. При этом атомы временно присоединяются к атомам азота, отмеченными красным.

Флавинмононуклеотид

Присоединение 2 х атомов водорода к флавиновому ядру FAD, FMN

• • Зависимые ферменты: Аэробные дегидрогеназы или флавопротеины (образуют H 2 O 2 ) – оксидаза L-аминокислот (FMN) – альдегидрогеназа (FAD) (ацетальдегид, метаболизм спирта) – глюкозооксидаза (FAD) (получается из грибов, используется для определения глюкозы) Анаэробные дегидрогеназы – NADH-дегидрогеназа (FMN) (комплекс I дыхательной цепи на внутренней мембране митохондрий) – сукцинатдегидрогеназа (FAD) (комплекс II дыхательной цепи на внутренней мембране митохондрий) – Ацил-Со. А-дегидрогеназа (FAD) (β-окисление жирных кислот) – глицерол-3 -фосфатдегидрогеназа (FMN) (глицеролфосфатный NADH-переносящий челнок, глюконеогенез из глицерина, синтез глицерина) – дигидролипоилдегидрогеназа (FAD) (пируват/акетоглутаратдегидрогеназный комплекс) – сфинганинредуктаза (FMN) (синтез сфингозина из пальмитоил-Ко. А и серина) – тиоредоксинредуктаза (FMN) (синтез дезоксирибонуклеотидов) – скваленэпоксидаза (FAD) (синтез холестерина)

Никотиновая кислота, ниацин - смесь никотиновой кислоты и никотинамида, B 3 Никотинамид входит в состав двух коферментов: никотинаминадениндинуклеотида (NAD) и никотинамид адениндинуклеотидфосфата (NADP). Работа их состоит в переносе водород а источника энергии.

Никотинамидадениндинуклеотид NAD Сюда присоединяется фосфат в молекуле NADP

Обратимый перенос протона и двух электронов на молекулу NAD+ с субстрата А

Некоторые NAD+ - зависимые ферменты : – лактатдегидрогеназа (цикл Кори) – дигидролипоатдегидрогеназа (пируват/акетоглутаратдегидрогеназный комплекс) – изоцитратдегидрогеназа, малатдегидрогеназа (цикл Кребса) – НАДН-оксидаза (образование Н 2 О 2 в лейкоцитах) – НАДН-дегидрогеназа (комплекс I дыхательной цепи на внутренней мембране митохондрий) – β-оксиацил-Ко. Адегидрогеназа (β-окисление ЖК) – глутаматдегидрогеназа (прямое и непрямое дезаминирование - после трансаминиования) – (метаболизм этилового спирта) Алкогольдегидрогеназа

Пантотеновая кислота, B 5 Входит в состав кофермента А (Со. А). Со. А необходим для получения энергии при метаболизме углеводов и жирных кислот, нужен для нормального синтеза красных кровяных клеток, компонентов мозга, холестерина и кортикостероидов, которые необходимы для противостояния стрессу. В иммунной системе пантотеновая кислота помогает стимулирует продуцирование антител.

Кофермент А, Co. A

Основные зависимые ферменты: • пальмитилсинтетаза (синтез жирных кислот. Пантотеновая кислота входит в состав фермента, а также кофермента Ко. А) • дигидролипоилтрансфераза (обмен пирувата и а-кетоглутарата) • ацил-Ко. Адегидрогеназа, д 2 -еноил-Ко. А-гидратаза, • б-оксиацил-Ко. Адегидрогеназа, тиолаза (б-окисление жирных кислот) • цитратсинтетаза, сукцинаттиокиназа (цикл Кребса) • цитратлиаза (транспорт Ацетил-Ко. А в цитоплазму для синтеза жирных кислот) • ацетаттиокиназа (метаболизм этилового спирта и треонина) • пропионал-Ко. Акарбоксилаза, метилмалонил-Ко. Арацемаза, метилмалонил-Ко. Амутаза (метаболизм жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, метионина, изолейцина и валина) • ацетил-Ко. Акарбоксилаза (синтез жирных кислот) • ацил-Ко. Асинтетаза (мобилизация жирных кислот и синтез жиров) • гидроксиметилглутарилсинтетаза, гидроксиметилглутариллиаза (синтез кетоновых) • ацетоацетил-Ко. Асинтетаза или сукцинил-Ко. А-ацетоацетат-Ко. Атрансфераза (мобилизация кетоновых тел)

Витамин B 6 Пиридоксин

Основные зависимые ферменты: • аминотрансферазы • синтез сфингозина (активация серина для взаимодействия с пальмитиновой кислотой) • кинурениназа (катаболизм триптофана) • ДОФА декарбоксилаза (синтез дофамина и далее других катехоломинов) • аминолевулинатсинтетаза (синтез гема)

Фолиевая кислота, B 9

Основные зависимые ферменты: • серингидроксиметилтрансфераза (перенос метиленового фрагмента с серина с образованием глицина) • глицинсинтаза (перенос метиленового фрагмента с глицина) • формилтрансфераза (синтез пуринов) • тимидилатсинтетаза (синтез тимидина)

Цианокобаламин, B 12 Участвует в обмене белков и нуклеиновых кислот, синтезе метионина и ацетата

Основные зависимые ферменты: • метилмалонил-Ко. А-мутаза (дезоксиаденозилкобаламин) (метаболизм жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, метионина, изолейцина и валина) • синтез метионина из гомоцистеина (метилкобаламин) (восстановление аденозилметионина)

Аскорбиновая кислота, С Основные эффекты аскорбиновой кислоты связаны с ее участием в окислительно восстановительных процессах. Последнее осуществляется в результате окисления кислоты аскорбиновой в дегидроаскорбиновую кислоту с потерей двух атомов водорода. Процесс обратимый.

• Основные зависимые ферменты: • микросомальное гидроксилирование пролина и лизина в составе коллагена • гидроксилирование холестерина • п-гидроксифенилпируватгидроксилаза (катаболизм тирозина до фумарата и ацетоацетата) • фолатредуктаза (образование тетрагидрофолиевой кислоты в печени)

Биотин, Н Биотин функционирует как компонент специфических мультисубъединичных ферментов, катализирующих реакции карбоксилирования. Растворим в спирте, в воде плохо

• Основные зависимые ферменты: • пируваткарбоксилаза (первый фермент глюконеогенеза из пирувата) • ацетил-Ко. А-карбоксилаза (синтез жирных кислот) • пропионил-Ко. А-карбоксилаза (метаболизм жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, метионина, изолейцина и валина) • б-метилкротонил-Ко. А-карбоксилаза (катаболизм лейцина и некоторых изопреноидных соединений)

Ретинол, А Играет важную роль в окислительновосстановительных процессах (за счет большого количества ненасыщенных связей). Имеются данные, что витамин А участвует в синтезе мукополисахаридов, белков, липидов.

Фотохимический акт зрения Палочки сетчатки содержат светочувствительный пигмент родопсин, состоящий из ретиналя и белка опсина. На свету этот комплекс распадается на ретиналь и опсин, а ретиналь в дальнейшем восстанавливается в ретинол. В темноте происходит ресинтез ретиналя и родопсина, что способствует повышению чувствительности палочек к фотонам.

Кальциферол, D

Роль веществ группы D (прогормонов) однотипна и проявляется в основном в отношении метаболизма Ca 2+ и фосфатов: • Повышает проницаемость эпителия кишечника для кальция и фосфатов, что способствует их всасыванию. • Модулирует действие паратгормона на реабсорбцию кальция в почках • Стимулирует активность остеобластов

Токоферол, Е ("toko - потомство и лат. "ferre – приносить) Витамин Е – это 7 токоферолов, обозначаемые греческими буквами. В пищевых продуктах обнаружены α, β, γ-токоферолы. Наиболее активен α-токоферол. Витамин Е необходим для репродукции, он, также, участвует в регуляции окислительно-восстановительных процессов. Основная функция - антиоксидантная. Витамин Е тормозит перикисное окисление ненасыщенных жирных кислот.

Филлохинон, менахинон, К Активность витаминов данной группы заключается в антигемморагическом действии (повышение свертываемости крови). Благоприятствует синтезу АТФ, креатинфосфата, ряда ферментов.

Механизм действия витамина К Активация витамин-зависимой карбоксилазы глутаминовых остатков в следующих факторах свертывания крови: • II - протромбин • VII - проконвертин • IX - фактор Кристмаса • X - фактор Стюарта-Провера

Таблица «Витамины» Название, буквенное и тривиальное Структурная формула, растворимость, мол. масса Основные биохимически е процессы и/или зависимые ферменты Источник получения (с пищей и/или иной), необходимое количество человеку, собаке, кошке, КРС, птицам Проблемы при недостатке и избытке Метод количественного определения