Ферменты ФФК

наука о ферментах, изучающая их строение, свойства, механизмы каталитического действия,

а также пути регуляции ферментативной активности в живых организмах;
(Энзимология выделена в самостоятельную науку в 17 веке)

Ферменты – специфические белки, присутствующие во всех живых клетках и выполняющие роль биологических катализаторов;
(Термин фермент предложен голландским химиком Ван Гельмонтом в 17 веке. Он охарактеризовал фермент как «Агент вызывающий химические процессы в организме и управляющий ими»)

С помощью ферментов реализуется генетическая информация и осуществляются все процессы обмена веществ и энергии в живых организмах;

Слово «фермент» происходит от лат. fеrmеntum - закваска, а «энзим» - от греч. еn - в, внутри и zyme – дрожжи;

В настоящее время известно более 3700 ферментов

Понятие о ферментах

отраслей пищевой промышленности.
Основное направление деятельности - оптовая торговля импортными

высокотехнологичными ферментными препаратами.  Наши клиенты - это производители растительного масла, продукции из мяса, соков, виноделов, кондитерских изделий и хлеба, и многие другие. 

Применение ферментных препаратов и ферментов позволяет существенно снизить стоимость производства продукции, повысить качество и потребительские свойства изделий, чем активно пользуются многие предприятия.
Итак, наша компания предлагает своим потребителям:
ферменты для хлебной промышленности
ферменты для кондитерской промышленности
Ферменты и дрожжи для виноделия
Ферменты для переработки растительных масел
Ферменты для мясной промышленности
Ферменты для переработки ягод и плодов

Ферменты - существенная часть в процессах виноделия и в целях качественного усовершенствования, и экономии стоимости. Пектиназы, содержащие pectinesterase, polygalacturonase и пектин lyase используются, чтобы расколоть так называемый "гладкий пектин области." Они являются особенно подходящими для мацерации кожицы винограда, что приводит к увеличению выхода сока, аромата и красящих веществ. В настоящее время эти пектиназы не могут обеспечить всех требований для изготовления вин. Таким образом, кроме пектиназы с определенными свойствами, также используются целлюлазы и гемицеллюлазы, действия которых улучшает мацерацию в комбинации с пектиназами, выход красящих веществ, фильтрацию, автолиз дрожжевых клеток, создание маннопротеинов.

Примеры использования ферментов
(в промышленности)

в организме;
Выделение и очистка ферментов;
Установление структуры ферментов;
Исследование механизма действия ферментов;
Изучение

кинетических характеристик ферментов;
Изучение особенностей регуляции активности ферментов.

Ферменты - строение, свойства, механизм действия

могут протекать и без них;
2. не изменяют направление реакции;
3. не

сдвигают равновесие обратимой реакции, а лишь ускоряют его наступление;
4. не расходуются в процессе реакции и выходят из реакции в первоначальном виде.

Ферменты - строение, свойства, механизм действия

Сходство ферментов с небиологическими катализаторами заключается в том, что ферменты:

действия ферментов).
2.ферменты обладают высокой специфичностью действия;
3.ферменты катализируют реакции в

очень мягких условиях (обычное давление, нейтральная рН, невысокая t);
4.активность ферментов в клетках строго регулируется как на генетическом уровне, так и посредством определённых низкомолекулярных соединений (субстратов и продуктов реакции, катализируемых этими же ферментами);
5.скорость ферментативной реакции прямопропорциональна количеству фермента.

Ферменты - строение, свойства, механизм действия

Oтличия ферментов от небиологических катализаторов заключаются в том, что:

1\2О2
Энергия активации этой реакции составляет 18000 калорий \моль

Энергией активации называется энергия, необходимая для перевода всех молекул моля

вещества в активированное (переходное) состояние при данной температуре. Другими словами, это энергия, необходимая для запуска химической реакции. Фермент снижает энергию активации путем увеличения числа активированных молекул, которые становятся реакционноспособными на более низком энергетическом уровне

Рис. Энергетический механизм ферментативной и неферментативной химических реакций: S- исходный субстрат; Р- продукт; ΔЕнф - энергия активации неферментативной реакции; ΔЕф - энергия активации ферментативной реакции; ΔG - стандартное изменение свободной энергии.

г. рекомендовала использование двух номенклатур:

Систематическое (рациональное) название фермента составляется в

соответствии с определёнными правилами, по возможности точно указывает действие фермента и тем самым точно его идентифицирует.

Рабочее (тривиальное, рекомендуемое) название фермента используется в повседневной практике, оно должно быть достаточно кратким, но не обязательно очень систематичным. Во многих случаях это исторически сложившиеся наименования (например, амилаза, пепсин и др.).

крахмал до олигосахаридов, относится к ферментам пищеварения. В истории амилаза

стала первым открытым ферментом, когда французский химик Ансельм Пайя описал в 1833 году диастазу, фермент, расщепляющий крахмал до мальтозы.

Оксидоредуктазы
Подкласс: 1.1. Действующие на СН-ОН-группу доноров
Подподкласс: 1.1.1. с НАД+ или

НАДФ+ в качестве акцептора
Классификациорнный номер: КФ1.1.1.1.
Кофактор: Никотинамидадениндинуклеотид

Трансферазы
Подкласс: 2.7. Переносящие фософорсодержащие группы
Подоподкласс: 2.7.1. Со спиртовой группой в

качестве акцептора
Классификациорнный номер: КФ 2.7.1.1.
Кофактор: Магний

3. Гидролазы
Подкласс: 3.1. Действующие на сложные эфиры
Подоподкласс: 3.1.1. Гидролазы

карбоновых кислот
Классификациорнный номер: КФ 3.1.1.3.
Кофактор: у данного класса отсутствуют

(Фумаратгидротаза)
Класс: 4. Лиазы
Подкласс: 4.2. Углерод-кислород-лиазы
Подоподкласс: 4.2.1. Гидро-лиазы
Классификациорнный номер: КФ

4.2.1.2.

Изомеразы
Подкласс: 5.3. Внутримолекулярные оксидоредуктазы
Подоподкласс: 5.3.1. Катализирующие взаимопревращения альдоз и

кетоз
Классификациорнный номер: КФ 5.3.1.1.

Лигазы
Подкласс: 6.4. Образующие связи углерод-углерод
Подоподкласс: 6.4.1 Образующие связи углерод-углерод (т.к.

1 п\п\кл)
Классификациорнный номер: КФ 6.4.1.1.
Кофактор: Биотин, Магний, Цинк

Энергией активации называется энергия, необходимая для перевода всех молекул моля

вещества в активированное (переходное) состояние при данной температуре. Другими словами, это энергия, необходимая для запуска химической реакции. Фермент снижает энергию активации путем увеличения числа активированных молекул, которые становятся реакционноспособными на более низком энергетическом уровне

Рис. Энергетический механизм ферментативной и неферментативной химических реакций: S- исходный субстрат; Р- продукт; ΔЕнф - энергия активации неферментативной реакции; ΔЕф - энергия активации ферментативной реакции; ΔG - стандартное изменение свободной энергии.

Механизм действия ферментов

активным центром фермента, т.е. образование фермент-субстратного комплекса (ES).
II. Преобразование первичного

комплекса в один или несколько активированных фермент-субстратных комплексов (ES*, ES**…);
III. Отделение продуктов (Р) реакции от активного центра и диффузия его в окружающую среду.

Стадии ферментативного катализа

их характеристика:






Под АКТИВНЫМ ЦЕНТРОМ подразумевают уникальную комбинацию аминокислотных остатков в

молекуле фермента, обеспечивающую непосредственное связывание ее с молекулой субстрата и прямое участие в акте катализа

Аминокислотные остатки (АО), формирующие активный центр, могут находиться в различных участках ППЦ, однако, непременно должны быть сближены в пространстве. Такое сближение достигается благодаря трёхмерной структуре молекулы белка.

Фишера «ключ-замок»

греч. allos- другой, иной и steros- пространственный, структурный) - участок

молекулы фермента, с которым связываются определенные, обычно низкомолекулярные, вещества (эффекторы, или модификаторы), молекулы которых отличаются по структуре от субстратов.

Действие аллостерического активатора

также имеют 4 уровня организации своей молекулы!

Первичная структура определяет особенности

строения и работу фермента, придаёт индивидуальность.

Вторичная структура определяет прочность и устойчивость фермента; представлена в основном скрученными альфа-спиралями.

Третичная структура участвует в образовании активных и аллостерических центров.

Четвертичная структура формируется из нескольких ППЦ, собранных вместе. Эти цепи могут различаться между собой и образовывать изоферменты, то есть формы одного и того же фермента, которые катализируют одну реакцию, но отличаются по составу.

- Производные витаминов

- Невитаминные кофакторы

действия
Важнейшие коферменты и простетические группы ферментов –
производные витаминов

В5 (РР, никотиновая кислота, никотинамид, антипелларгический)
Никотиновая кислота
Никотинамид
Никотиновая кислота является β-пиридинкарбоновой

кислотой, а никотинамид её амидом.
Источником витамина РР являются печень, почки, сердце, мясо животных, рыба, из продуктов растительного происхождения – пшеничные и рисовые отруби, бобовые. Никотинамид может образовываться из триптофана при его увеличении в пище.
Суточная потребность в этом витамине составляет 15-25 мг для взрослых и для детей 15 мг.
Биологическая роль никотиновой кислоты и её производного никотинамида связаны с коферментной функцией НАД и НАДФ различных дегидрогеназ куда она входит как составляющее звено

КАТАЛИЗЕ
Структура NAD+ и NADР+




Витамин В5 или РР

КАТАЛИЗЕ




Рабочей частью молекулы NAD и NADР является никотинамидное кольцо

КАТАЛИЗЕ
Все коферменты и простетические группы делят на 2 группы:
Производные

витаминов
- Невитаминные кофакторы

К невитаминным кофакторам относят следующие соединения:

- НS-глутатион,
АТР,
липоевая кислота,
производные нуклеозидов (уридинфосфат, цитидинфосфат, фосфоаденозинфосфосульфат),
порфиринсодержащие вещества,
тРНК, которые в составе ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз принимают активное участие в транспорте аминокислот к рибосоме, где осуществляется синтез белка

2.7. Переносящие фософорсодержащие группы
Подоподкласс: 2.7.1. Со спиртовой группой в качестве

акцептора
Классификациорнный номер: КФ 2.7.1.1.
Кофактор: Магний

служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла. Например, для большинства

киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТР, а комплекс Мg2+-АТР. В этом случае ион Mg2+ не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТР и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что упрощает его присоединение к активному центру фермента

100 тыс и выше) и способность образовывать коллоидные растворы;
Белки –

амфотерные электролиты;
Белки – гидрофильные вещества;
Осаждение белков может быть обратимое и необратимое;
Специфичность действия (абсолютная или относительная);
Обратимость действия, то есть ускоряют как прямую, так и обратную реакции (как в сторону синтеза, так и в сторону распада веществ).

биохимических реакций повышается в 2 раза при повышении температуры на

10°С и, наоборот, снижается в 2 раза при понижении темпера туры на 10°С.
Однако вследствие белковой природы фермента тепловая денатурация при повышении температуры будет снижать эффективную концентрацию фермента с соответствующим снижением скорости реакции.
Так, при температуре выше 50°С на скорость реакции большое влияние начинает оказывать тепловая денатурация белка-фермента, приводящая к полному прекращению ферментативного процесса.

- При температуре 100°С почти все ферменты утрачивают свою активность: Исключение составляет, очевидно, только один фермент мышечной ткани - миокиназа, которая выдерживает нагревание до 100°С).

Оптимальной для действия большинства ферментов теплокровных животных является температура 40°С;
При низких температурах (0°С и ниже) ферменты, как правило, не разрушаются, хотя активность их падает почти до нуля

пределах узкой зоны концентрации водородных ионов (рН), соответствующей для животных

тканей фиологическим значениям рН среды 6,0–8,0.
При графическом изображении на кривой колоколообразной формы имеется определенная точка, в которой фермент проявляет максимальную активность; эту точку называют оптимумом рН среды для действия данного фермента.

Влияние различных факторов на активность ферментов

в пределах физиологических значений.
- Исключение составляет пепсин, рН-оптимум которого 2,0

(при рН 6,0 он неактивен и нестабилен). Объясняется это, во-первых, структурной организацией молекулы фермента и, во-вторых, тем, что пепсин является компонентом желудочного сока, содержащего свободную соляную кислоту, которая создает оптимальную кислую среду для действия этого фермента.
- С другой стороны, рН-оптимум аргиназы лежит в сильнощелочной зоне (около 10,0); такой среды нет в клетках печени, следовательно, in vivo аргиназа функционирует, по-видимому, не в своей оптимальной зоне рН среды.

основные свойства и несут «+» заряд. В щелочной среде проявляются кислотные

свойства и несут «-» заряд.

Биполярный ион аминокислоты (цвиттерион)

на скорость ферментативной реакции













В случае постоянной концентрации фермента скорость реакции

постепенно увеличивается, достигая определенного максимума, при котором дальнейшее увеличение количества субстрата практически не оказывает влияния на скорость ферментативной реакции.

Влияние различных факторов на активность ферментов

Рис. График зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата при постоянной концентрации фермента

субстрата и скоростью ферментативной реакции:














где
v – наблюдаемая скорость реакции

при данной концентрации субстрата [S];
Kм– константа Михаэлиса;
Vmax– максимальная скорость реакции при полном насыщении фермента субстратом.

активность ферментов

количестве ферментов судят по скорости катализируемой реакции в определенных, согласованных

условиях измерения.

- О скорости ферментативной реакции судят или по скорости убыли субстрата, или по скорости образования продукта реакции.

- За единицу активности любого фермента (Е или U) принимается то количество его, которое в оптимальных условиях катализирует превращение 1 микромоля субстрата или образование 1 микромоля продукта в минуту (мкмоль/мин) .

- 1 катал есть каталитическая активность, способная осуществлять реакцию со скоростью, равной 1 молю в 1 с (1 моль/с).

Определение количественного содержания ферментов