Біохімія ферменти. опис, класифікація, номенклатура, Notatki z Biologia

Pobierz Біохімія ферменти. опис, класифікація, номенклатура i więcej Notatki w PDF z Biologia tylko na Docsity! Ферменти – біокаталізатори білкової природи. Каталізатори – сполуки які збільшують швидкість реакції. Властивості ферментів:  Збільшують швидкість реакції, але не входять до складу продуктів реакції.  Не змінюють константу рівноваги реакції. (каталізують і пряму і зворотну реакцію).  Підвищують швидкість реакції, знижуючи енергію активації. (енергія активації – енергія яку повинна віддати/(яку потрібно витратити) вхідна речовина щоб активуватися, розпочалася реакція і утворився продукт).  Прискорюють лише термодинамічно можливі реакції.  Дуже чутливі до зміни фізико-хімічних властивостей середовища (рН, температури, концентрації субстрату, ферменту), можуть денатурувати.  При гідролізі розпадаються на амінокислоти.  Проявляють амфотерні властивості. (взаємодіють з основами і кислотами)  Активність ферментів може суттєво змінюватись під впливом певних хімічних сполук (активатори, інгібітори). (Каталітична активність ферментів регулюється – активувати або пригнічувати)  Мають високу специфічність. (здатність каталізувати тільки певну реакція)  Мають високу молекулярну масу.  Наділені електрофоретичною рухливістю – зумовлено наявністю позитивного і негативного заряду.  Виділяються в незмінному вигляді (ферменти не є учасниками реакцій)  Ферментативні процеси не дають побічних реакцій (важливо для підтримки гомеостазу)  Ферменти зберігають свою активність навіть після видалення з організму Специфічність ферментів є 2 типів: специфічність шляху перетворення (до кожного шляху перетворення є специфічний фермент – гістидин + амоніак = кетокислота, гістидин + цо2 = гістамін. Субстратна специфічність: абсолютна специфічність (фермент каталізує тільки один субстрат 1 з 1), відносна специфічність (фермент каталізує групу однотипних субстратів), стереоспецифічність (фермент каталізує лише певний стереоізомер). Номенклатура ферментів – тривіальні назви (ті які давалися під час відкриття, не дають інформацію – пепсин, трипсин, амілаза (амілюм - розщеплює крохмаль). Робоча назва ((назва субстрату + тип реакції, закінчення «аза») – лактатдегідрогеназа). Систематична назва ((назва першого субстрату + назва другого субстрату (акцептора) + клас фермента) – лецитинхолестерилацилтрансфераза). Код ферменту (складається з 4 цифр, 1 цифра – клас, 2 – підклас, 3 – підпідклас, 4 – індивідуальний номер). Клас ферменту – за типом реакції що каталізується. Підклас – на яку групу в субстраті діє фермент. Підпідклас – яка речовина є другим субстратом, до якої групи речовин належить субстрат якщо він один. Індивідуальний номер ферменту – у кожного ферменту є окремий номер. Класифікація ферментів (7). Ст. 85 Оксидоредуктази – каталізують окисно відновні реакції. Ферменти редуктази, оксидази, дегідрогенази, пероксидази, монооксигенази. Трансферази –каналізують реакції перенесення хімічних груп від одного субстрату до іншого (переносять функціональний фрагмент) (аміно група – амінотрансфераза). Гідролази – каталізують розрив зв’язків з приєднанням води. Ліаза – каталізують розрив зв’язків без приєднання води. Ізомерази – каталізують перетворення в межах однієї молекули. (реакції ізомеризації) Лігази – каталізують реакції синтезу. Утворення зв’язків у реакції сполучення двох молекул (з використанням атф). Транслокази – каталізують перенесення молекул. Ферменти за структурою: прості ферменти (білкова частина + поліпептидні ланцюги – пепсин, ліпаза, амілаза) і складні ферменти (має 2 частину – білкову частину – апофермент і не білкову частину – кофактор). Кофактори виконують функції стабілізаторів молекули субстрату, активного центру ферменту і конформації білкової молекули ферменту, а саме третинної і четвертинної структур. Кофактор — це простетична група, якщо:  кофактор міцно зв’язаний з апоферментом;  кофактор не відділяється від апоферменту при виділенні ферменту;  приклад: іони металів. Кофактор — це кофермент, якщо: приєднається а потім легко від’єднатися. приклади: піруватдегідрогеназний комплекс; α-кетоглутаратдегідрогеназний комплекс; синтаза вищих жирних кислот). Внутрішньоклітинна локалізація ферментів За допомогою методу диференційного центрифугування виявлена внутрішньоклітинна локалізація ферментів. У ядрі клітини зосереджені ферменти, що каталізують обмін нуклеїнових кислот (ДНК-полімераза, РНК-полімераза, хеліказа, праймаза, ДНК-лігаза). У мітохондріях містяться ферменти ЦТК, катаболізму амінокислот, β- окиснення жирних кислот, окисного декарбоксилювання пірувату, тканинного дихання. У лізосомах локалізовані ферменти, що каталізують гідролітичне розщеплення різних органічних речовин: протеїнази (катепсини), естерази, нуклеази, кислі фосфатази, β-глюкуронідаза. У гіалоплазмі (цитоплазмі) знаходяться ферменти пентозофосфатного шляху, анаеробного гліколізу, синтезу жирних кислот. Механізм дії ферментів Молекули субстрату, що знаходяться в середовищі у певній концентрації, адсорбуються на поверхні ферменту, особливо біля його активного центру, при цьому концентрація молекул субстрату на ферменті багаторазово збільшується. У формуванні ферментсубстратного комплексу беруть участь водневі зв’язки, електростатичні та гідрофобні взаємодії, ковалентні та координаційні зв’язки. Індукована відповідність субстрату та ферменту створюється зміною конформації білкової молекули, геометричною й електронно-топографічною перебудовою молекули субстрату. Основною умовою ферментативної реакції є те, що для здійснення свого впливу фермент повинен з’єднатися з субстратом. Після утворення ферментсубстратного комплексу субстрат перетворюється на продукт реакції та вивільняється, а фермент повертається у вихідний стан. Швидкість реакції вимірюється кількістю продукту, що утворюється під впливом ферменту (або кількістю субстрату, що прореагував) за одиницю часу. Шляхи визначення ферментативної активності:  а) за кількістю субстрату, перетвореного за одиницю часу (пепсин, трипсин);  б) за кількістю продукту реакції, утвореного за одиницю часу (ліпаза);  в) за часом, необхідним для перетворення певної кількості субстрату (амілаза). Етапи механізму дії ферментів пришвидшення реакцій. І — зближення й орієнтація субстрату відносно активного центру ферменту; ІІ — утворення фермент-субстратного комплексу (ЕS) у результаті індукованої відповідності; ІІІ — деформація субстрату й утворення нестабільного комплексу фермент- продукт (ЕР); ІV — розпад комплексу ЕР з вивільненням продуктів реакції із активного центру ферменту та звільнення ферменту. Залежність активності ферменту від температури – максимальна каталітична активність ферменту 40 градусів, якщо збільшується температура то фермент починає денатурувати і каталітична дія падає (ЧЕРЕЗ БІЛКОВУ ПРИРОДУ ФЕРМЕНТІВ). У окремих ферментів при температурах, близьких до 0 °С, настає денатурація. Однак деякі ферменти не підпорядковуються цим закономірностям. Наприклад, фермент каталаза найактивніший при температурах, що наближаються до 0 °С. Існують і термостабільні ферменти — так, аденілаткіназа витримує короткочасно температуру 100 °С без інактивації. Мікроорганізми, що живуть у гарячих джерелах, містять білки, у тому числі й ферменти, що відрізняються високою термостабільністю. Штучне охолодження організму (гібернація) використовується в клініці для проведення хірургічних операцій. Охолодження тіла сповільнює швидкість ферментативних реакцій, що дозволяє знизити витрату речовин і довше зберегти життєздатність клітин організму. Підвищення температури тіла (гарячковий стан — наприклад при інфекціях) прискорює біохімічні реакції, що каталізують ферменти. Збільшення температури тіла на кожний градус підвищує швидкість реакції приблизно на 20 %. При високих температурах близько 39–40 °С марне використання ендогенних субстратів у клітинах хворого організму обов’язково потрібно поповнювати їхнім надходженням з їжею або ліками. Крім того, при температурі близько 40 °С частина досить термолабільних ферментів може денатуруватися, що порушує природний хід біохімічних процесів. Залежність швидкості реакції від пШ – індивідуальне, але при збільшенні падає. Від 6-8. Ферментативні реакції дуже чутливі до рН середовища. Це пов’язане з трьома факторами: 1) при екстремальних значеннях рН необоротно змінюється структура ферменту, оскільки в цих умовах може відбуватися денатурація білка, а в деяких випадках — і зміна характеру зв’язку між апоферментом і коферментом; 2) зміна рН у більшості випадків порушує характер іонізації субстрату; 3) значення рН впливає на іонізацію кислих і основних груп амінокислотних залишків активного центру, які беруть участь у зв’язуванні субстрату (у контактній ділянці) або в його перетворенні (у каталітичній ділянці). Тому специфічний вплив рН може спричинити: зміну спорідненості субстрату до ферменту; зміну каталітичної активності ферменту; обидва порушення разом. Існує залежність швидкості ферментативної реакції від рН середовища, для кожного ферменту існує свій оптимум рН, при якому швидкість реакції, що він каталізує, максимальна. Відхилення рН у ту чи іншу сторону веде до зниження швидкості ферментативної реакції. Більша частина ферментів клітин має оптимум рН, близький до нейтрального, тобто співпадаючий з фізіологічними значеннями рН. Залежність швидкості реакції від концентрації ферменту – вона є пропорційною – чим більше ферменту тим більше швидкість реакції. Залежність швидкості реакції від кількості ферменту має лінійний характер, що відрізняє фермент від небіологічних каталізаторів. Із цього треба зробити висновок, що чим більше молекул даного ферменту в клітині організму порівняно з іншими, тим вища в ній швидкість реакції, що каталізує цей фермент. Якщо ж якого-небудь ферменту недостатньо (порушений синтез), то швидкість реакції, що він каталізує, обмежує хід пов’язаних із нею біохімічних процесів. Збільшення кількості молекул ферменту, що досягається шляхом природної стимуляції їхнього утворення або за допомогою препаратів, дозволяє або відновлювати порушену швидкість реакцій, або пристосувати необхідні біохімічні реакції до нових умов життєдіяльності. Залежність швидкості реакції від концентрації субстрату – Швидкість реакції не пропорційна концентрації субстрату. При збільшенні концентрації субстрату швидкість спочатку збільшується, а потім наближається до деякої постійної величини, а крива зміни швидкості — до певного граничного значення, що відповідає максимальній швидкості.  іони металів беруть участь у формуванні і стабілізації активного центру;  іони металів виступають у якості простетичних груп;  іони металів полегшують зв’язування субстрату з активним центром ферменту;  метал сполучається із субстратом, утворюючи металосубстратний комплекс (справжній субстрат). 2) Алостерична активація — при приєднанні до алостеричного центру аостеричного активатора активний центр стає більш комплементарним до субстрату. Алостеричне інгібування — при додаванні інгібітора до алостеричного центру активний центр стає менш комплементарним до субстрату. 3) Протеолітична активація ферментів Частковий (обмежений) протеоліз — перетворення неактивного ферменту в активний шляхом відщеплення поліпептидного фрагменту, який «маскує» активний центр ферменту, (щоб до нього не приєднувався субстрат). Таким чином активуються наступні ферменти:  протеолітичні ферменти, які беруть участь у перетравленні білків у ШКТ (пепсин, трипсин, хімотрипсин);  ферменти згортання крові (протеази);  ферменти фібринолізу (протеази);  ферменти ренін-ангіотензивної системи. 4) Ковалентна модифікація ферментів Відбувається шляхом перетворення амінокислотних радикалів. Дуже часто відбувається фосфорилювання/дефосфорилювання. Приклади:  глікогенфосфорилаза (каталізує розпад глікогену) активна у фосфорильованій формі, у дефосфорильованій — неактивна;  глікогенсинтаза (каталізує синтез глікогену) активна у дефосфорильованій формі, а у фосфорильованій — неактивна. 5) Асоціація та дисоціація протомерів Активація ферментів відбувається шляхом приєднання та відщеплення регуляторних субодиниць або білків регуляторів. Прикладами таких білків-ефекторів є:  кальмодулін (КМ) — Са-чутливий протеїн;  протеїназні інгібітори;  антигемофільний глобулін А. Шляхи регуляції ферментативних ферментів: 1) через зміну каталітичної активності ферменту – механізм швидкого реагування (швидше змінити активність ферменту ніж збільшити його кількість). 2) через зміну кількості ферменту – механізм повільного реагування – у мікроорганізмів. Протеолітичні ферменти – розщеплюють пептидні зв’язки, такі ферменти синтезуються з декількома надлишковими амінокислотними ланками (більше амінокислот ніж зазвичай в активній формі). Ці амінокислоти закривавають активний центр не даючи йому працювати. Активація відбувається саме тоді коли амінокислотні ланки відщеплюються, тоді формується активний центр ферменту і фермент працює. Приклад – трипсин – фермент який працює в шлунку розщеплюючи білки а синтезується в підшлунковій залозі, тому трипсин синтезується спочатку в неактивній формі (+6 амінокислотних ланок) потім фермент потрапляє у шлунок і там є фермент антерокіназа яка віщеплює зайві 6 амінокислотних залишків – формується активний центр фермента і він починає працювати. ПРОСТЕТИЧНА ГРУПА відрізняється від коферменту міцністю зв’язку з апоферментом. Коферменти пов’язані слабо водневими зв’язками з апоферментом, легко відривається, може існувати самостійно або працювати з різними ферментами. (кофермент зв’язується з апоферментом лише на період каталітичного акту). Простетична група пов’язана з апоферментом міцними ковалентними зв’язками і вона не відокремлюється від білкової частини і не працює самостійно. Perynaujia aKTHEHOCTi (pepMeHT| - uacTKOBHi riąponis npodepmenriB: TpaBneimia ÓlrkiB BiqóyBacrTLca 3a AonoMoroło TriqpoJa3, AKi Ha3HBAIOTbCR npoTeOJiTHuHHMH _ÓQepMeHTaMH (npoTeazamn aóo nenTuqa3aui). BOEM YTBOpIOłOTbca y HeakTHBHiŃ popmi (upohpepmMeHTu) Ta aKTHBYFOTECA IIIAXOM UACTKOBOTO IpoTeOJi3y, TOÓTO IIAXOM riąponizy OĄH0TO NeNTUĄHOTO 3B'A3Ky 3 HaCTYTHHM BiĄLNETUIEHHAM iHriÓy:040ro N- KIHNEBOTO NenTuiy. lie CYNpoBOJRKYETECA 3MIHOK KOHQ)OpMaLiI (pepMeHTy Ta Po R JiOTO aKTHBHOTO NEHTDY: neakruBunii (pepNenr akruBumii (pepMeHT (upohepmenr a60 z3uMoreH) ) > ZYROKEMAMÓY =" ccc" AKTHBHH QepMeHT, IĄ0 YTBODHBCA BHACJIĘĄ0K UACTKOBOTO npoTeOJlizy, MOE MiaTA Ha BJIacHkii npodypepMeHT Ta repeBOĄHTH KOTo y aKTUBHHIA CTAH, TOÓTO 3NIJiCHIOBATH ayTokaTarli3 (CaM cee aKTUBYE). Micuje cuHTezy npodepMeHTiB (CHH30BA OÓCJIOHKA UITYHKY, TiALUTYHKOBA 3a103a) i Mmicne ixHboi aKTHBaNii (NOPO>XHHHa IIUIYHKY, TODPOXXHHHA TOHKOI KULIK) rpocTopoBo BiqokpeM.eHi. Lie HeoÓXiĄHO NIA ZAXHCTy CEKpETODHHX KJITHH HINYHKYy Ta niquWrytKOBOI JA1O3M BIĄ AyTONCPETpABNCINIA.