Слайд 1Энзимология
Строение и свойства ферментов (ферменты - 1)
Лектор
д.м.н., проф. Грицук
А. И.
зав. кафедрой биохимии Гомельского государственного медицинского университета
ЛФ
Слайд 2Ферменты – биологические катализаторы белковой природы
В природе существует 3 вида
биологических катализаторов :
Ферменты (энзимы) – белковой природы
Рибозимы – РНК с
каталитической активностью
Абзимы – антитела с каталитической активностью
Слайд 3
История энзимологии
В древности использовали ферментативные технологии (хлебопечение, виноделие, обработка шкур
и др)
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»
Слайд 4История энзимологии (прод)
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
Слайд 5Простые и сложные ферменты
Простые ферменты состоят только из молекулы белка
(большинство ферментов ЖКТ)
Сложные ферменты простой фермент (апофермент) + небелкое соединение
(кофермент, кофактор)
- коферменты алифатические (GSH)
- коферменты ароматические (КоQ)
- коферменты- нуклеотиды (NAD, FAD, FMN)
- коферменты ионы Ме (K, Na, Ca, Mg, Mn, Fe …) ~ 25%
- коферменты-производные водорастворимых витаминов B1- ТПФ, В6 –Фосфопиридоксаль и др)
Слайд 6Структурно-функциональная организация ферментов. Схема
Активные центры
Якорные площадки
Субстратный
субстрат
продукт
Центры регуляции + и -
Слайд 7Сходство Е и неферметативных катализаторов
Катализируют энергетически возможные реакции
Энергия химической системы
остается постоянной
В ходе катализа направление реакции не меняется
Не расходуются в
процессе реакции
Слайд 8Отличия Е и неферметативных катализаторов
Каталитическая эффективность - скорость Е реакций
выше –в 108 – 1014 раз, чем некатализируемые реакции
Высокая специфичность
Реакции
протекают в «мягких» условиях при t = 37° C, рН~7.0, постоянном атм давлении
Скорость реакции может регулироваться
Слайд 9Доказательства белковой природы Е
Идентичные свойства ВМС
Чувствительность к рН, t, факторам
денатурации и др.
При парентеральном введении образуют АТ
Гидролиз Е дает свободные
протеиногенные АК
Искусственный синтез Е
Слайд 10Свойства ферментов
Белковая природа определяет многие свойства ферментов
Высокая чувствительность к
pH, у каждого фермента существует свой pH-оптимум
Термолабильность - высокая
чувствительность к действию температуры
Специфичность
Многоуровневая разнообразная регуляция
Слайд 12Механизмы рН зависимости
ионизация и изменение заряда
поверхностных групп молекулы Е, в
т.ч. и его активного центра,
субстратов, т.к. большинство S являются
кислотами
Слайд 14Специфичность Е
Виды специфичности:
Субстратная специфичность
Абсолютная - аргиназа
Относительная (групповая) - ферм ЖКТ
Стереоспецифичность
D- и L-изомеры
2. Каталитическая 4 пути катализа Г6Ф (фосфоглюкомутаза, Г6Ф-аза,
фосфоглюкоизомераза, Г6Ф ДГ)
Слайд 16Этапы взаимодействия Е и S
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
Слайд 17Механизм взаимодействия Е и S
Теория Э Фишера (1894) жесткого стерического
соответствия (ключ-замок)
Теория Д.Кошланда (1957) индуцированного взаимодействия Е и S (рука-перчатка)
Современные
представления – синтез обеих теорий
Слайд 19Теория промежуточных соединений
В 1913 г Л. Михаэлис и М. Ментен
создали общую теорию действия Е
E+S ↔ ES
ES ↔ ES*
ES* ↔ ES**
ES** ↔ EP
EP ↔ E+ P
Реакции протекают внутри ES комплекса
Слайд 22Активность фермента зависит от [S]
Слайд 23График зависимости скорости реакции от[S] Метод «двойных обратных величин» (график
Лайнуивера-Берка)
Слайд 25Зависимость скорости реакции от [E]
Слайд 26Гормональная регуляция активности Е
Слайд 28Каскадный принцип работы АЦ комплекса
Слайд 29Регуляция активности Е путем химической модификации
Ограниченный протеолиз (Пепсиноген→пепсин)
Фосфорилирование
Метилирование
Ацетилирование
Аденилирование
и др.
Слайд 30Виды ингибирования
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
Необратимое обычно необратимое повреждение Е
Слайд 31Регуляция активности Е
Регуляция условиями среды t°, pH, ионной силы и
др.
Изостерическая с помощью S или P
- субстратная активация и
ингибирование
- ретроингибирование (ингибирование продуктом)
Аллостерическая с помощью др веществ не являющихся ни S или P данной реакции
Слайд 32Свойства аллостерических ферментов
Расположены в узловых пунктах метаболизма
Субъединичная структура
Имеется ось
симметрии
Изменения конфирмации в пределах R и T
Сигмоидная ( в отличие
от гиперболической для не аллостерических) форма кривой зависимости скорости реакции от концентрация субстрата
Наличие эффекторов
Двухфазный ответ на конкурентные ингибиторы (увеличение акт при малых [I] и торможение при больших)
Потеря аллостерических свойств при денатурации