Скачать презентацию СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ Скачать презентацию СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

002.ppt

  • Количество слайдов: 83

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ

ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

• ядерная фракция печени и почек содержит незначительное число ферментов (осуществляется синтез некоторых • ядерная фракция печени и почек содержит незначительное число ферментов (осуществляется синтез некоторых белков). • Основное место синтеза белка – фракция рибосом цитоплазмы • ферменты гликолиза сосредоточены преимущественно в растворимой фракции цитоплазмы • цитохромоксидаза и ферменты цикла Кребса локализованы во фракции митохондрий. • ферменты, катализирующие окислительное фосфорилирование и распад жирных кислот – в митохондриях. • Ферменты, катализирующие биосинтез жирных кислот, содержатся в растворимой фракции цитоплазмы.

• ФЕРМЕНТЫ (энзимы) – это высокоспецифичные белки, выполняющие функции биологических катализаторов. • Катализатор • ФЕРМЕНТЫ (энзимы) – это высокоспецифичные белки, выполняющие функции биологических катализаторов. • Катализатор – это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в ходе этой реакции не расходуется.

Условия необходимые для химического взаимодействия молекул, чтобы произошла химическая реакция • 1) Молекулы должны Условия необходимые для химического взаимодействия молекул, чтобы произошла химическая реакция • 1) Молекулы должны сблизиться (столкнуться). Но не всякое столкновение приводит к взаимодействию. • 2) Необходимо, чтобы это столкновение стало эффективным – завершилось бы химическим превращением. Обязательное условие для эффективности столкновения – чтобы запас энергии молекул в момент столкновения был не ниже энергетического уровня реакции.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ РЕАКЦИИ - это запас энергии, которым должны обладать молекулы, чтобы их столкновение ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ РЕАКЦИИ - это запас энергии, которым должны обладать молекулы, чтобы их столкновение стало эффективным (чтобы произошла химическая реакция). Этот запас энергии является постоянной характеристикой (константой) для каждой данной реакции.

СРЕДНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ МОЛЕКУЛ Это энергия, которой обладает большинство молекул системы в данный момент СРЕДНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ МОЛЕКУЛ Это энергия, которой обладает большинство молекул системы в данный момент времени. Эта средняя величина энергетического запаса, которая характеризует совокупность данных молекул в данных конкретных условиях (температура, давление и другие). Энергетический запас молекул – это понятие статистическое (вероятностное). Молекулы постоянно находятся в тепловом движении. Поэтому энергетический запас каждой из них все время изменяется, колеблется около величины, которая и представляет собой СРЕДНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ МОЛЕКУЛ.

• ФЕРМЕНТЫ (энзимы) – это высокоспецифичные белки, выполняющие функции биологических катализаторов. • Катализатор • ФЕРМЕНТЫ (энзимы) – это высокоспецифичные белки, выполняющие функции биологических катализаторов. • Катализатор – это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в ходе этой реакции не расходуется.

РАЗНОСТЬ между СРЕДНИМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ УРОВНЕМ МОЛЕКУЛ и ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ УРОВНЕМ РЕАКЦИИ называется энергетическим барьером или РАЗНОСТЬ между СРЕДНИМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ УРОВНЕМ МОЛЕКУЛ и ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ УРОВНЕМ РЕАКЦИИ называется энергетическим барьером или ЭНЕРГИЕЙ АКТИВАЦИИ.

Ускорение химической реакции Повышение среднего энергетического уровня молекул (повышение температуры, давления и других параметров Ускорение химической реакции Повышение среднего энергетического уровня молекул (повышение температуры, давления и других параметров среды, которое используют на химических заводах и фабриках) НЕВОЗМОЖНО для живых организмов, которые нормально функционируют только при постоянных значениях температуры, давления и других параметров. Невозможен и другой путь - уменьшение энергии активации путем снижения энергетического уровня реакции, поскольку эта величина является постоянной характеристикой данной реакции.

Энергетический барьер или ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ (Еакт. ) РАЗНОСТЬ между СРЕДНИМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ УРОВНЕМ МОЛЕКУЛ Энергетический барьер или ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ (Еакт. ) РАЗНОСТЬ между СРЕДНИМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ УРОВНЕМ МОЛЕКУЛ и ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ УРОВНЕМ РЕАКЦИИ Чем больше эта энергия активации, тем медленнее идет химическая реакция.

Способы ускорения химической реакции Повышение среднего энергетического уровня молекул (повышение температуры, давления и других Способы ускорения химической реакции Повышение среднего энергетического уровня молекул (повышение температуры, давления и других параметров среды, которое используют на химических заводах и фабриках) НЕВОЗМОЖНО Живые организмы нормально функционируют только при постоянных значениях температуры, давления и других параметров. НЕВОЗМОЖНО уменьшение энергии активации путем снижения энергетического уровня реакции; эта величина является постоянной характеристикой данной реакции. только явление катализа (применение катализаторов) может обеспечить ускорение химических реакций в живых организмах.

Варианты образования вещества АВ 1) Еакт2 а и/или Еакт2 б ≥ Еакт1. реакция образования Варианты образования вещества АВ 1) Еакт2 а и/или Еакт2 б ≥ Еакт1. реакция образования "АВ" с участием вещества "К" пойдет медленнее. "К" - ИНГИБИТОР реакции. 2) Еакт2 а и/или Еакт2 б < Еакт1. реакция с участием вещества "К" пойдет быстрее "К" - КАТАЛИЗАТОР химической реакции.

КАТАЛИЗАТОР – это вещество, которое направляет реакцию по такому обходному пути, на котором энергетические КАТАЛИЗАТОР – это вещество, которое направляет реакцию по такому обходному пути, на котором энергетические барьеры ниже.

• энергия, которую надо затратить для • энергия, которую надо затратить для "подъема" молекулы от среднего энергетического уровня реакции, полностью компенсируется при самостоятельном "скатывании" молекулы по склону "вулкана". При дальнейшем самопроизвольном "скатывании" до подошвы "вулкана" (то есть, до среднего энергетического уровня молекул, которые являются продуктами данной реакции). Энергия, которая при этом выделяется, называется • "ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИТОГ РЕАКЦИИ".

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИТОГ РЕАКЦИИ • - это разность между энергетическим уровнем исходных веществ (субстратов) и ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИТОГ РЕАКЦИИ • - это разность между энергетическим уровнем исходных веществ (субстратов) и энергетическим уровнем продуктов реакции. • Энергетический итог реакции не зависит от пути, по которому идет реакция (он одинаков и для реакции с участием катализатора, и для реакции без его участия). Он не зависит и от величины энергии активации – от нее зависит только скорость протекания каждого из путей этой реакции.

УРАВНЕНИЕ АРРЕНИУСА УРАВНЕНИЕ АРРЕНИУСА

• энергия активации в уравнении Аррениуса входит в показатель степени • незначительное изменение • энергия активации в уравнении Аррениуса входит в показатель степени • незначительное изменение энергии активации приводит к большим изменениям скорости реакции.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА КАТАЛИЗАТОРОВ • • • 1. Катализаторы сами НЕ ВЫЗЫВАЮТ химическую реакцию, а ОБЩИЕ СВОЙСТВА КАТАЛИЗАТОРОВ • • • 1. Катализаторы сами НЕ ВЫЗЫВАЮТ химическую реакцию, а только УСКОРЯЮТ реакцию, которая протекает и без них. 2. Не влияют на энергетический итог реакции. 3. В обратимых реакциях катализаторы ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, причем в ОДИНАКОВОЙ степени, из чего следует, что катализаторы: а) НЕ ВЛИЯЮТ на НАПРАВЛЕННОСТЬ обратимой реакции, которая определяется только соотношением концентраций исходных веществ (субстратов) и конечных продуктов; б) НЕ ВЛИЯЮТ на ПОЛОЖЕНИЕ РАВНОВЕСИЯ обратимой реакции, а только ускоряют его достижение.

• Отличительные признаки ферментативного и химического катализа: • 1) Скорость ферментативного катализа намного • Отличительные признаки ферментативного и химического катализа: • 1) Скорость ферментативного катализа намного выше, чем небиологического. • Н 2 О 2 а Н 2 О + 1/2 О 2 равна 75, 3 к. Дж/моль • неорганического катализатора – железа или платины- энергия активации снижается до 54, 1 к. Дж/моль, • Фермент каталаза, разлагающий перекись водорода, снижает энергию активации более, чем в 4 раза и ускоряет реакцию разложения в миллиард раз. • 2) Ферменты обладают высокой специфичностью, направляя превращение вещества в строгое русло.

• 3) Ферментативные процессы не дают побочных реакций, для них характерен 100% выход • 3) Ферментативные процессы не дают побочных реакций, для них характерен 100% выход целевого продукта. 4) Ферменты катализируют реакции в мягких условиях, то есть при обычном давлении, небольшой температуре и значениях р. Н, близких к нейтральным, однако весьма чувствительны к сдвигам р. Н среды и изменению температуры. 5) Ферменты регулируемы. То есть они могут изменять свою активность под воздействием ряда факторов, изменяя количественные выходы продуктов. Этим обеспечивается скоординированность всех метаболических процессов во времени. 6) Скорость ферментативной реакции прямо пропорциональна количеству фермента, поэтому недостаток фермента в организме означает низкую скорость превращения какого-либо соединения, и наоборот, одним из путей приспособления организма является увеличение количества требуемого фермента.

ОСОБЕННОСТИ ФЕРМЕНТОВ КАК БИОЛОГИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ • 1. Высокая эффективность действия. Ферменты могут ускорять реакцию ОСОБЕННОСТИ ФЕРМЕНТОВ КАК БИОЛОГИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ • 1. Высокая эффективность действия. Ферменты могут ускорять реакцию в 108 -1012 раз • 2. Высокая избирательность ферментов к субстратам (субстратная специфичность) и к типу катализируемой реакции (специфичность действия) • 3. Высокая чувствительность ферментов к неспецифическим физико-химическим факторам среды – температуре, р. Н, ионной силе раствора и т. д. • 4. Высокая чувствительность к химическим реагентам; • 5. Высокая и избирательная чувствительность к физикохимическим воздействиям тех или иных химических веществ, которые благодаря этому могут взаимодействовать с ферментом, улучшая или затрудняя его работу

СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ • Субстратом (S) называют вещество, химические превращения которого в продукт (Р) катализирует СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ • Субстратом (S) называют вещество, химические превращения которого в продукт (Р) катализирует фермент (Е). Тот участок поверхности молекулы фермента, который непосредственно взаимодействует с молекулой субстрата, называется • АКТИВНЫМ ЦЕНТРОМ ФЕРМЕНТА.

АКТИВНЫЙ ЦЕНТР ФЕРМЕНТА • Активный центр фермента образован из остатков аминокислот, находящихся в составе АКТИВНЫЙ ЦЕНТР ФЕРМЕНТА • Активный центр фермента образован из остатков аминокислот, находящихся в составе различных участков полипептидной цепи или различных полипептидных цепей, пространственно сближенных. Образуется на уровне третичной структуры белкафермента. • В его пределах различают АДСОРБЦИОННЫЙ УЧАСТОК (центр) и КАТАЛИТИЧЕСКИЙ УЧАСТОК (центр). • вне активного центра фермента встречаются особые функциональные участки; каждый из них обозначают термином АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЙ ЦЕНТР.

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР • - это та область (зона) активного центра фермента, которая непосредственно Формируется КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР • - это та область (зона) активного центра фермента, которая непосредственно Формируется он за счет радикалов двух, иногда трех аминокислот, расположенных в разных местах полипептидной цепи фермента, но пространственно сближенных между собой за счет изгибов этой цепи. • Каталитический центр «серин-гистидиновых» ферментов формируется за счет радикалов аминокислот серина и гистидина. Если фермент является сложным белком, то в формировании каталитического центра нередко участвует простетическая группа молекулы фермента (кофермент). Коферментную функцию выполняют все водорастворимые витамины и жирорастворимый витамин K.

АДСОРБЦИОННЫЙ ЦЕНТР • - участок активного центра молекулы фермента, на котором происходит сорбция (связывание) АДСОРБЦИОННЫЙ ЦЕНТР • - участок активного центра молекулы фермента, на котором происходит сорбция (связывание) молекулы субстрата. • Он формируется одним, двумя, чаще тремя радикалами аминокислот, которые обычно расположены рядом с каталитическим центром. Главная его функция - связывание молекулы субстрата и передача этой молекулы каталитическому центру в наиболее удобном положении (для каталитического центра). • Эта сорбция происходит ТОЛЬКО ЗА СЧЕТ СЛАБЫХ ТИПОВ СВЯЗЕЙ и потому ЯВЛЯЕТСЯ ОБРАТИМОЙ. По мере формирования этих связей происходит конформационная перестройка адсорбционного центра, которая приводит к более тесному сближению субстрата и активного центра фермента, более точному соответствию между их пространственными конфигурациями. Такое соответствие - не заранее "готовое", а формирующееся в ходе взаимодействия - американский ученый Кошленд положил в основу теории ИНДУЦИРОВАННОГО СООТВЕТСТВИЯ (или «НАВЕДЕННОГО» СООТВЕТСТВИЯ), которая преодолела ограниченность существовавшей ранее теории КЛЮЧА И ЗАМКА (жесткого соответствия структуры субстрата структуре адсорбционного центра).

• Структура адсорбционного центра определяет • субстратную специфичность фермента (требования фермента к молекуле • Структура адсорбционного центра определяет • субстратную специфичность фермента (требования фермента к молекуле химического вещества, чтобы она могла стать для него подходящим субстратом). • Некоторые вещества, (похожие на субстрат), могут тоже связываться с адсорбционным центром фермента. • Если в их молекуле химической связи, на которую может воздействовать каталитический центр данного фермента, то химических превращений этого вещества не произойдет.

• Занимая активный центр фермента, такие молекулы блокируют его работу, то есть являются • Занимая активный центр фермента, такие молекулы блокируют его работу, то есть являются ОБРАТИМЫМИ ИНГИБИТОРАМИ данного фермента (обратимыми, потому что связаны с ферментом слабыми типами связей). • Повышая концентрацию субстрата, их можно ВЫТЕСНИТЬ из адсорбционного центра. • Такие ингибиторы называют КОНКУРЕНТНЫМИ. (Они конкурируют с истинным субстратом данного фермента за обладание его адсорбционным центром).

АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЕ ЦЕНТРЫ • - участки молекулы фермента вне его активного центра, которые способны связываться АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЕ ЦЕНТРЫ • - участки молекулы фермента вне его активного центра, которые способны связываться СЛАБЫМИ ТИПАМИ СВЯЗЕЙ (обратимо) с тем или иным веществом (лигандом). Связывание приводит к такой конформационной перестройке молекулы фермента, которая распространяется и на активный центр, облегчая, либо затрудняя (замедляя) его работу. • Эти вещества называются АЛЛОСТЕРИЧЕСКИМИ АКТИВАТОРАМИ или АЛЛОСТЕРИЧЕСКИМИ ИНГИБИТОРАМИ данного фермента. • Термин "аллостерический" (то есть "имеющий иную пространственную структуру") появился в связи с тем, что эти эффекторы по своей пространственной конфигурации совсем не похожи на молекулу субстрата данного фермента (и потому не могут связываться с активным центром фермента). Было сделано заключение, что и аллостерический центр не похож по своей структуре на активный центр фермента. •

• Аллостерические центры найдены не у всех ферментов. • Они есть у тех • Аллостерические центры найдены не у всех ферментов. • Они есть у тех ферментов, работа которых может изменяться под действием гормонов, медиаторов и других биологически активных веществ. • Некоторые искусственно синтезированные лекарства обладают биологической активностью потому, что их молекулы комплементарны аллостерическому центру некоторых ферментов организма.

СПЕЦИФИЧНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ • Различают два главных вида специфичности ферментов: • СУБСТРАТНУЮ СПЕЦИФИЧНОСТЬ • СПЕЦИФИЧНОСТЬ СПЕЦИФИЧНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ • Различают два главных вида специфичности ферментов: • СУБСТРАТНУЮ СПЕЦИФИЧНОСТЬ • СПЕЦИФИЧНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ.

СУБСТРАТНАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ • - способность фермента катализировать превращения только одного определенного субстрата или же СУБСТРАТНАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ • - способность фермента катализировать превращения только одного определенного субстрата или же группы сходных по строению субстратов. Определяется структурой адсорбционного участка активного центра фермента. • Различают 3 типа субстратной специфичности: • 1) АБСОЛЮТНАЯ субстратная специфичность - это способность фермента катализировать превращение только одного, строго определенного субстрата. • 2) ОТНОСИТЕЛЬНАЯ субстратная специфичность - способность фермента катализировать превращения нескольких, сходных по строению, субстратов. • 3) СТЕРЕОСПЕЦИФИЧНОСТЬ - способность фермента катализировать превращения определенных стереоизомеров. • фермент оксидаза L-аминокислот способен окислять все аминокислоты, но относящиеся только к L-ряду ( обладает относительной субстратной специфичностью и стереоспецифичностью одновременно).

СПЕЦИФИЧНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ • Специфичность действия – это способность фермента катализировать только определенный тип химической СПЕЦИФИЧНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ • Специфичность действия – это способность фермента катализировать только определенный тип химической реакции. • В соответствии со специфичностью действия все ферменты делятся на 6 классов. • Классы ферментов обозначаются латинскими цифрами. Название каждого класса ферментов соответствует этой цифре.

Ферменты-простые белки встречаются примерно в половине случаев. Если молекула фермента состоит из белковой части Ферменты-простые белки встречаются примерно в половине случаев. Если молекула фермента состоит из белковой части (полипептидная нить) и небелковой части, то это сложные ферменты. Белковая часть, называемая апоферментом, самостоятельно (т. е. без наличия небелковой части) часто нефункциональна. Небелковая часть сложного фермента, называемая КОФЕРМЕНТОМ (если сравнительно независима от белковой части молекулы) или ПРОСТЕТИЧЕСКОЙ ГРУППОЙ (если сравнительно прочно и постоянно связана с белковой частью) в комбинации с белковой частью составляет ХОЛОФЕРМЕНТ, т. е. функционально действенный энзим. Соединение в ХОЛОФЕРМЕНТ осуществляется любыми типами связей, кроме ковалентных.

ФУНКЦИИ КОФЕРМЕНТОВ(КФ) И ПРОСТЕТИЧЕСКИХ ГРУПП (ПГ) • 1. Участие в акте катализа 2. Осуществление ФУНКЦИИ КОФЕРМЕНТОВ(КФ) И ПРОСТЕТИЧЕСКИХ ГРУПП (ПГ) • 1. Участие в акте катализа 2. Осуществление контакта между энзимом и субстратом 3. Стабилизация апофермента • Апофермент, в свою очередь, усиливает каталитическую активность небелковой части (КФ и ПГ). Например, одна и та же NAD+ является КФ многих дегидрогеназ, отличие – в апоферментной части. • АКТИВНЫЙ ЦЕНТР- часть молекулы Ф. где происходит связывание и превращение субстрата. У Ф. , имеющих четвертичную структуру, число АЦ может быть равно числу Субъединиц. • Сам АЦ функционально неоднороден и имеет КАТАЛИТИЧЕСКУЮ ЗОНУ и СВЯЗЫВАЮЩУЮ З. Связывание субстрата- многоточечное. • СПЕЦИФИЧНОСТЬ Ф. бывает ОТНОСИТЕЛЬНАЯ (катализ превращений небольшой группы близких по свойствам СУБСТРАТОВ) и АБСОЛЮТНАЯ – катализ превращения только одного вещества.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ КФ И ПГ. • . нуклеотидного типа строения 2. витамины СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ КФ И ПГ. • . нуклеотидного типа строения 2. витамины и их производные 3. металлы и металлсодержащие КФ и ПГ 4. другие

НИКОТИНАМИДНЫЕ КОФЕРМЕНТЫ NAD+ и NADP+ НИКОТИНАМИДНЫЕ КОФЕРМЕНТЫ NAD+ и NADP+

Механизм действия • NAD+, NADP+- содержащие дегидрогеназы катализируют перенос гидрид-иона (Н-) от субстрата к Механизм действия • NAD+, NADP+- содержащие дегидрогеназы катализируют перенос гидрид-иона (Н-) от субстрата к никотинамидной части кофермента: Восстановленная при этом часть кофермента отличается от окисленной только по производному никотиновой кислоты: Восстановленные формы NADH и NADPH отсоединяются от апофермента и отделяются от дегидрогеназы. Затем они переносят гидрид ион на другую молекулу фермента (чаще всего- FMN, FAD-зависимого). • Катализируют обратимые реакции окисления спиртов, оксикислот, аминов и др. Хорошо изучены LDH- лактатдегидрогеназа, MDH- малатдегидрогеназа, ADH- алкогольдегидрогеназа. Для дегидрогеназ характерно наличие четвертичной структуры (ADH, MDH- димеры, LDH-тетрамер). • Спектральные различия- NAD+, NADP+- 260 nm, NADH, NADPH - 260, 340 nm).

ФЛАВИНОВЫЕ ПРОСТЕТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ ФЛАВИНОВЫЕ ПРОСТЕТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ

ФЛАВИНОВЫЕ ПРОСТЕТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ ФЛАВИНОВЫЕ ПРОСТЕТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ

FMN, FAD- более сильные окислители. Сами передают гидрид ион непосредственно на кислород: FADH 2, FMN, FAD- более сильные окислители. Сами передают гидрид ион непосредственно на кислород: FADH 2, FMNH 2 + O 2 а FAD, FMN + H 2 O 2 • Изоаллоксазиновое кольцо флавиновых ПГ имеет следующие спектральные свойства: окисленная форма – 280, 350 -380, 450 нм, восстановленная- 280, 350 -380 (с меньшими e). • FMN и FAD катализируют переходы: спиртыальдегиды, амины-имины, насыщ. карбонильныеa, b – ненасыщ. карбонильные, NADH, NADPHNAD+, NADP+.

НУКЛЕОЗИДТРИФОСФАТЫ И НУКЛЕОЗИДДИФОСФАТ-САХАРА (НДФС) • АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ – коферменты фосфотрансфераз (перенос ФОСФАТА, НУКЛЕОЗИДТРИФОСФАТЫ И НУКЛЕОЗИДДИФОСФАТ-САХАРА (НДФС) • АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ – коферменты фосфотрансфераз (перенос ФОСФАТА, ПИРОФОСФАТА, АМФ ИЛИ АДЕНОЗИНОВОЙ ЧАСТИ).

Перенос нуклеозида аденозин на метионин с молеклы АТФ Перенос нуклеозида аденозин на метионин с молеклы АТФ

НУКЛЕОЗИДДИФОСФАТСАХАРА (НДФС) УРИДИНДИФОСФАТ-ГЛЮКОЗА (УДФ-ГЛЮКОЗА) кофермент переноса остатка углевода НУКЛЕОЗИДДИФОСФАТСАХАРА (НДФС) УРИДИНДИФОСФАТ-ГЛЮКОЗА (УДФ-ГЛЮКОЗА) кофермент переноса остатка углевода

КОФЕРМЕНТ АЦЕТИЛИРОВАНИЯ (КОЭНЗИМ А, или просто Ко. А) УЧАСТВУЕТ В РЕАКЦИЯХ АКТИВАЦИИ И ПЕРЕНОСА КОФЕРМЕНТ АЦЕТИЛИРОВАНИЯ (КОЭНЗИМ А, или просто Ко. А) УЧАСТВУЕТ В РЕАКЦИЯХ АКТИВАЦИИ И ПЕРЕНОСА АЦЕТИЛЬНЫХ И АЦИЛЬНЫХ ГРУПП (присоединяется к S- в составе Ко. А, с образованием ацетил-Ко. А или ацил-Ко. А.

• Всего в клетке насчитывают около 10000 ферментов, которые катализируют около 2000 реакций. • Всего в клетке насчитывают около 10000 ферментов, которые катализируют около 2000 реакций. Известно 1800 ферментов из них 150 выделены в кристаллическом виде. • По классификации ферментов (КФ- русскоязычная, ЕС-англоязычная) каждый фермент (энзим) имеет свой определенный номер, состоящий из четырех групп цифр, разделенных точками. • Первая цифра обозначает отнесение фермента к классу, вторая – к подклассу, • Третья – к подподклассу • Четвертая – номер фермента. • Например, шифр алкогольдегидрогеназы ADH по классификации – ЕС 1. 1, малатдегидрогеназы – ЕС 1. 1. 1. 37. • Разделение ферментов на классы строгое !

Классификация ферментов: четырехчисловая система, первое число – класс (один из шести): 1. Оксидоредуктазы (катализаторы Классификация ферментов: четырехчисловая система, первое число – класс (один из шести): 1. Оксидоредуктазы (катализаторы окислительновосстановительных реакций) 2. Трансферазы (реакции переноса групп с одной молекулы на другую) 3. Гидролазы (реакции с участием молекул воды) 4. Лиазы (Синтазы) (реакции соединения или расщепления молекул, присоединения-отсоединения воды, аммиака, СО 2 и т. д. ) 5. Изомеразы (изменение строения внутри одной молекулы) 6. Лигазы (Синтетазы) (то же, что 4, но с участием энергии АТФ)

• Внутри каждого класса происходит разделение на подклассы, EC 1. 1 Действующие на • Внутри каждого класса происходит разделение на подклассы, EC 1. 1 Действующие на CH-OH группы донора EC 1. 2 Действующие на альдегидные или оксо- группы донора EC 1. 3 Действующие на CH-СH группы донора EC 1. 4 Действующие на CH-NH 2 группы донора EC 1. 5 Действующие на CH-NH группы донора EC 1. 6 Действующие на NADH или NADPH Внутри каждого подкласса происходит разделение на подподклассы: EC 1. 1. 1 Акцептор NAD или NADP EC 1. 1. 2 Акцептор- цитохром EC 1. 1. 3 Акцептор- кислород EC 1. 1. 4 Акцептор- сульфид EC 1. 1. 5 Акцептор- хинон или подобная группировка EC 1. 1. 99 Другой акцептор

• Последнее число- номер конкретного энзима: EC 1. 1 alcohol dehydrogenase EC 1. • Последнее число- номер конкретного энзима: EC 1. 1 alcohol dehydrogenase EC 1. 1. 1. 2 alcohol dehydrogenase (NADP+) EC 1. 1. 1. 3 homoserine dehydrogenase EC 1. 1. 1. 4 (R, R)-butanediol dehydrogenase EC 1. 1. 1. 5 acetoin dehydrogenase. . . и т. д.

Классификация названий • рабочие и систематические. • Рабочие названия образуются из объединения названия субстрата, Классификация названий • рабочие и систематические. • Рабочие названия образуются из объединения названия субстрата, типа реакции и окончания "-аза". Например: ЛАКТАТ + ДЕГИДРОГЕНизация + АЗА = ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА. • Систематическое название фермента формируется следующим образом: (название субстратов (через дробь), название типа химического превращения + аза). Та же лактатдегидрогеназа будет иметь систематическое название "L-лактат: NAD+ оксидоредуктаза".

• • Номенклатура и классификация ферментов Название фермента формируется из следующих частей: название • • Номенклатура и классификация ферментов Название фермента формируется из следующих частей: название субстрата с которым он взаимодействует характер катализируемой реакции наименование класса ферментов (но это необязательно) суффикс -азапируват - декарбоксил - аза, сукцинат - дегидроген - аза

• I класс Оксидоредуктазы катализируют реакции окисления-восстановления • II класс - ТРАНСФЕРАЗЫ Катализируют • I класс Оксидоредуктазы катализируют реакции окисления-восстановления • II класс - ТРАНСФЕРАЗЫ Катализируют реакции переноса химических групп с молекулы одного вещества на молекулу другого вещества. • III класс - ГИДРОЛАЗЫ Катализируют реакции разрушения химических связей с участием воды. • IV класс - ЛИАЗЫ Катализируют реакции разрушения химических связей без участия воды. • V класс - ИЗОМЕРАЗЫ Катализируют реакции изомерных превращений. • VI класс - ЛИГАЗЫ (СИНТАЗЫ, СИНТЕТАЗЫ) Катализируют реакции синтеза.

Оксидоредуктазы. • Катализируют окислительно-восстановительные реакции. Делятся на 17 подклассов. Все ферменты содержат небелковую часть Оксидоредуктазы. • Катализируют окислительно-восстановительные реакции. Делятся на 17 подклассов. Все ферменты содержат небелковую часть в виде гема или производных витаминов В 2, В 5. Субстрат, подвергающийся окислению выступает как донор водорода. • 2. 1. Дегидрогеназы отщепляют от одного субстрата водород и переносят на другие субстраты. Коферменты НАД, НАДФ, ФАД, ФМН. Они акцептируют на себе отщепленный ферментом водород превращаясь при этом в восстановленную форму (НАДН, НАДФН, ФАДН) и переносят к другому фермент-субстратному комплексу, где его и отдают.

• 1) ДЕГИДРОГЕНАЗЫ. • 1) ДЕГИДРОГЕНАЗЫ.

Дегидрогеназы • Лактатдегидрогеназа (LDH, EC 1. 1. 1. 27) катализирует превращение молочной кислоты (лактат) Дегидрогеназы • Лактатдегидрогеназа (LDH, EC 1. 1. 1. 27) катализирует превращение молочной кислоты (лактат) в пировиноградную (пируват): СН 3 СН(ОН)СООН + NAD+ а CH 3 COCООH + NADH + H+

• 2. 2. Оксидазы – катализируют перенос водорода на кислород с образованием воды • 2. 2. Оксидазы – катализируют перенос водорода на кислород с образованием воды или Н 2 О 2. Ф. Цитохромокисдаза дыхательной цепи. RH + NAD H + O 2 = ROH + NAD + H 2 O • 2. 3. Монооксидазы – цитохром Р 450. По своему строению одновременно гемо- и флавопротеид. Он гидроксилирует липофильные ксенобиотики (по вышеописанному механизму). 2. 3. Пероксидазы и каталазы – катализируют разложение перекиси водорода, которая образуется в ходе метаболических реакций. • 2. 4. Оксигеназы – катализируют реакции присоединения кислорода к субстрату

ОКСИГЕНАЗЫ. • a) Монооксигеназы – включают один атом кислорода в окисляемое вещество. ОКСИГЕНАЗЫ. • a) Монооксигеназы – включают один атом кислорода в окисляемое вещество.

б)Диоксигеназы • - включают 2 атома кислорода в окисляемое вещество. Часто это сопровождается разрывом б)Диоксигеназы • - включают 2 атома кислорода в окисляемое вещество. Часто это сопровождается разрывом циклической структуры. По месту разрыва связи присоединяются атомы кислорода.

2. Трансферазы - катализируют перенос различных радикалов от молекулы донора к молекуле акцептору. Аа 2. Трансферазы - катализируют перенос различных радикалов от молекулы донора к молекуле акцептору. Аа + Е + В = Еа + А + В = Е + Ва + А • 2. 1. Метилтрансферазы (СН 3 -). • 2. 2. Карбоксил- и карбамоилтрансферазы. • 2. 3. Ацилтрансферазы – Кофермент А (перенос ацильной группы -R-С=О). Пример: синтез нейромедиатора ацетилхолина • 2. 4. Гексозилтрансферазы - катализируют перенос гликозильных остатков. Пример: отщепление молекулы глюкозы от гликогена под действием фосфорилазы.

• 2. 5. Аминотрансферазы – перенос аминогрупп R 1 - CO - R • 2. 5. Аминотрансферазы – перенос аминогрупп R 1 - CO - R 2 + R 1 - CH-NH 3 - R 2 = R 1 - CH-NH 3 - R 2 + R 1 - CO - R 2 Играют важную роль в превращении АК. Общим коферментом является пиридоксальфосфат. Пример: аланинаминотрансфераза (Ал. АТ): пируват + глутамат = аланин + альфа-кетоглутарат • 2. 6. Фосфотрансфереза (киназа) - катализируют перенос остатка фосфорной кислоты. В большинстве случает донором фосфата является АТФ. В процессе расщепления глюкозы в основном принимают участие ферменты этого класса. • Пример: Гексо (глюко)киназа.

2. ТРАНСФЕРАЗЫ • (Рабочее название - холинацетилтрансфераза, ЕС 2. 3. 1. 6, • систематическое 2. ТРАНСФЕРАЗЫ • (Рабочее название - холинацетилтрансфераза, ЕС 2. 3. 1. 6, • систематическое название: ацетил-Ко. А: холин О-ацетилтрансфераза) СH 3 CO-S-Ko. A + HO-СН 2 -N+(CН 3)3 а Ко. АSH + СН 3 СОO-СН 2 -N+(CН 3)3

3. Класс ГИДРОЛАЗЫ (фосфатазы, эстеразы, фосфолипазы) разрыв связей с присоединением воды пищеварительные ферменты, однокомпонентные 3. Класс ГИДРОЛАЗЫ (фосфатазы, эстеразы, фосфолипазы) разрыв связей с присоединением воды пищеварительные ферменты, однокомпонентные (не содержат небелковой части) • 3. 1. Дипептидаза расщепляет дипептид на две аминокислоты при участии воды: H 2 N-CH(R)-CO-NH-CH(R')-COOH + H 2 O а H 2 N-CH(R)-COOH + NH 2 -CH(R')-COOH

3. Гидролазы • 3. 2. Гликозидазы – расщепляют гликозидные связи в молекулах поли- и 3. Гидролазы • 3. 2. Гликозидазы – расщепляют гликозидные связи в молекулах поли- и олигосахаридов. • Пример: амилаза, сахараза, мальтаза. • 3. 3. Пептидазы – катализируют гидролиз пептидных связей. • Пример: карбоксипептидаза, химотрипсин, трипсин. • 3. 4. Амидазы – расщепляют амидные связи (СО-NH 2). • Пример: аргиназа (цикл мочевины). • 3. 5. Эстеразы – расщепляют эфирные связи. Это большой подкласс ферментов, катализирующих гидролиз тиоловых эфиров, фосфоэфиров. Пример: липаза.

ГИДРОЛАЗЫ – эстеразы, • 3. 6. Холинэстераза (ЕС 3. 1. 1. 7, ацетилхолин ГИДРОЛАЗЫ – эстеразы, • 3. 6. Холинэстераза (ЕС 3. 1. 1. 7, ацетилхолин ацетилгидролаза) катализирует реакцию гидролиза сложного эфира холина и уксусной кислоты (ацетилхолина): • CH 3 COO-CH 2 -N+(CH 3)3 + H 2 O а CH 3 COOH + HO-CH 2 -N+(CH 3)3

4. Лиазы (альдолазы, гидратазыдегидратазы, синтазы, декарбоксилазы) • - катализируют реакции расщепления молекул без присоединения 4. Лиазы (альдолазы, гидратазыдегидратазы, синтазы, декарбоксилазы) • - катализируют реакции расщепления молекул без присоединения воды. Имеют небелковую часть в виде тиаминпирофосфата (В 1) и пиридоксальфосфата (В 6). • карбоксилаза (плюс СО 2) • дегидратаза (минус Н 2 О)

• 4. 1. Лиазы связи С-С. декарбоксилазы • Пример: пируватдекарбоксилаза. • 4. 2. • 4. 1. Лиазы связи С-С. декарбоксилазы • Пример: пируватдекарбоксилаза. • 4. 2. Лиазы связи (гидратазы-дегидратазы) С-О. • Пример: енолаза. • 4. 3. Лиазы связи С-N. • 4. 4. Лиазы связи С-S.

4. ЛИАЗЫ пируватдекарбоксилаза (ЕС 4. 1. 1. 1, 2 кетокислоты карбоксилиаза) катализирует расщепление пирувата 4. ЛИАЗЫ пируватдекарбоксилаза (ЕС 4. 1. 1. 1, 2 кетокислоты карбоксилиаза) катализирует расщепление пирувата до уксусного альдегида с отщеплением СО 2: CH 3 COCООH а CH 3 COH + СО 2

ЛИАЗЫ - Цитрат-дегидратаза (ЕС 4. 2. 1. 4, цитрат гидролиаза) ЛИАЗЫ - Цитрат-дегидратаза (ЕС 4. 2. 1. 4, цитрат гидролиаза)

синтаза (соединение двух мелких в один крупный) Цитрат-синтаза (бывший ЕС 4. 1. 3. 7) синтаза (соединение двух мелких в один крупный) Цитрат-синтаза (бывший ЕС 4. 1. 3. 7)

• в настоящее время цитрат-синтаза отнесена к энзимам трансферазами (энзимы 2 -го класса), • в настоящее время цитрат-синтаза отнесена к энзимам трансферазами (энзимы 2 -го класса), имеет номер ЕС 2. 3. 3. 1 и систематическое название ацетил-Ко. А: оксалоацетат Сацетилтрансфераза (acetyl-Co. A: oxaloacetate Cacetyltransferase [thioester-hydrolysing, (pro-S)carboxymethyl forming]).

ИЗОМЕРАЗЫ (рацемазы, эпимеразы, мутазы) (внутримолекулярные перестройки). Глюкозо-6 -фосфат-изомераза (ЕС 5. 3. 1. 9, D-глюкозо-6 ИЗОМЕРАЗЫ (рацемазы, эпимеразы, мутазы) (внутримолекулярные перестройки). Глюкозо-6 -фосфат-изомераза (ЕС 5. 3. 1. 9, D-глюкозо-6 -фосфат кето-изомераза), например, превращает глюкозо-6 -фосфат во фруктозо-6 -фосфат и наоборот:

6. ЛИГАЗЫ • (синтетазы, соединяют 2 части с использованием энергии АТФ). Реакции ферментов этого 6. ЛИГАЗЫ • (синтетазы, соединяют 2 части с использованием энергии АТФ). Реакции ферментов этого класса, как правило, необратимы. Так, аспартат-синтетаза (ЕС 6. 3. 1. 1, Lаспартат: аммиак-лигаза (АМФ-образующая) при участии молекулы АТФ синтезирует аспарагин из аспарагиновой кислоты и аммиака:

• К подклассу 6. 1 относят ферменты, катализирующие образование связей С-О (в том • К подклассу 6. 1 относят ферменты, катализирующие образование связей С-О (в том числе Аминоацил-т-РНК-синтетазы), к подклассу 6. 2 - образование связей C-S, 6. 3 - связей C-N, 6. 4 - связей С-С и 6. 5 - связей Р-О. • Например, к подклассу 6. 4 относится фермент пируваткарбоксилаза (ЕС 6. 4. 1. 1, пируват: СО 2 -лигаза (АДФ-образующая), при участии которой происходит превращение пирувата в оксалоацетат: • СО 2 + СН 3 -СО-СООН + АТФ а HOOC-CH 2 -CO -COOH + АДФ + Н 3 РО 4

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА • ферментативная реакция протекает через ряд промежуточных стадий. • Различают ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА • ферментативная реакция протекает через ряд промежуточных стадий. • Различают три основных этапа ферментативного катализа:

1 этап. ОРИЕНТИРОВАННАЯ СОРБЦИЯ СУБСТРАТА НА АКТИВНОМ ЦЕНТРЕ ФЕРМЕНТА С ОБРАЗОВАНИЕМ ОБРАТИМОГО E-S КОМПЛЕКСА 1 этап. ОРИЕНТИРОВАННАЯ СОРБЦИЯ СУБСТРАТА НА АКТИВНОМ ЦЕНТРЕ ФЕРМЕНТА С ОБРАЗОВАНИЕМ ОБРАТИМОГО E-S КОМПЛЕКСА (ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО). • взаимодействие адсорбционного центра фермента с молекулой субстрата. • При этом и субстрат подвергается конформационной перестройке. • Все это происходит за счет возникновения слабых типов связей между субстратом и адсорбционным центром фермента. • В результате этого молекула субстрата подается на каталитический центр в наиболее удобном для него положении. • Этап является легко обратимым ( участвуют только слабые типы связей). • Кинетическая характеристика 1 -го этапа ферментативного катализа – константа Михаэлиса (Км).

2 этап. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ СУБСТРАТА В СОСТАВЕ ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО КОМПЛЕКСА С ОБРАЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ФЕРМЕНТА 2 этап. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ СУБСТРАТА В СОСТАВЕ ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО КОМПЛЕКСА С ОБРАЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ФЕРМЕНТА С ХИМИЧЕСКИ ПРЕОБРАЗОВАННЫМ СУБСТРАТОМ • Разрываются одни ковалентные связи и возникают новые. Этот этап протекает значительно медленнее, чем 1 -й и 3 -й этапы. • Именно скорость второго этапа определяет скорость всей ферментативной реакции в целом. • Скорость ферментативного процесса в целом характеризуется величиной k+2, которая является почти всегда самой маленькой из всех частных констант скоростей. Кинетическая характеристика 2 -го этапа - максимальная скорость (Vmax).

3 этап. ДЕСОРБЦИЯ ГОТОВОГО ПРОДУКТА ИЗ ЕГО КОМПЛЕКСА С ФЕРМЕНТОМ. • Этот этап протекает 3 этап. ДЕСОРБЦИЯ ГОТОВОГО ПРОДУКТА ИЗ ЕГО КОМПЛЕКСА С ФЕРМЕНТОМ. • Этот этап протекает легче, чем 2 -й. Он, как и 2 -й этап, тоже необратим. Исключение – обратимые ферментативные реакции.