Кинетика и регуляция действия ферментов

1. Кинетика и регуляция действия ферментов

2.

3.

Обратимое ингибирование
Конкурентное
Неконкурентное
Смешанное
Бесконкурентное

4.

Конкурентное ингибирование
Конкурентный ингибитор сходен по строению с субстратом.
Конкурентный ингибитор взаимодействует с активным центром фермента и
препятствует взаимодействию активного центра с субстратом.
Действие конкурентного ингибитора зависит от его концентрации: чем
выше концентрация ингибитора, тем ниже скорость ферментативной
реакции.

5.

Влияние конкурентного ингибитора на
кинетические свойства фермента
Конкурентный ингибитор вызывает увеличение константы
Михаэлиса, но не влияет на максимальную скорость
реакции.

6.

Неконкурентное ингибирование
• Неконкурентный ингибитор не сходен по строению с субстратом.
• Неконкурентный ингибитор может взаимодействовать, не с активным
центром фермента, а с другими участками в молекуле фермента.
• Действие неконкурентного ингибитора нельзя снять, увеличив
концентрацию субстрата.

7.

Влияние неконкурентного ингибитора на
кинетические свойства фермента
Ингибитор реагирует с функционально важной группой
фермента, не препятствуя связыванию субстрата. В этом
случае Км остается неизменной, но уменьшается
концентрация функционально активного фермента и,
следовательно, максимальная скорость реакции.

8.

Обратимое ингибирование
Конкурентное
Неконкурентное
Смешанное
Бесконкурентное

9. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

Регуляция скорости ферментативных реакций
осуществляется на двух независимых уровнях:
I. Изменением количества молекул фермента;
II. Изменением каталитической активности
молекул фермента.
1) Неспецифическая регуляция.
2) Специфическая регуляция.

10.

11. Специфическая регуляция

Основные способы регуляции каталитической
активности молекул ферментов:
1) аллостерическая регуляция;
2) ковалентная модификация.

12.

Аллостерическая регуляция
Аллостерические ферменты имеют определенные
особенности строения:
- обычно являются
олигомерными белками,
состоящими из нескольких
субъединиц (протомеров);
Рисунок Аллостерический
фермент состоит из двух
субъединиц:
А - каталитической,
включающей активный центр, и
Б - регуляторной, в состав
которой входит
аллостерический центр.
- имеют аллостерический центр,
пространственно удаленный от
каталитического активного
центра;
- эффекторы присоединяются к
ферменту нековалентно в
аллостерических (регуляторных)
центрах.

13.

14.

15.

16.

Ковалентная модификация
- заключается в обратимом присоединении или
отщеплении определенной группы, благодаря чему
изменяется активность фермента. Чаще всего такой
группой является фосфорная кислота.
Присоединение фосфорной кислоты к белку
осуществляют ферменты протеинкиназы, отщепление –
протеинфосфатазы

17. Тема №3 Метаболизм

18.

• Метаболизм – совокупность биохимических
процессов, протекающих в живом организме.
• Катаболизм – фаза метаболизма, которая
характеризуется распадом сложных молекул,
запасенных живым организмом, до
неорганических веществ.
• Анаболизм – синтез биологических
макромолекул из низкомолекулярных
предшественников.

19.

АТФ, трансмембранный потенциал и NAD(P)H в
клетке выполняют роль связующего звена между
катаболическими и анаболическими процессами.

20. Аккумуляция энергии в клетке

Аденозинтрифосфат ( АТФ) – это нуклеотид,
содержащий аденин, рибозу и три остатка
фосфорной кислоты. В реакциях, протекающих
внутри клетки, АТФ участвует в виде комплекса с
магнием.

21. Аккумуляция энергии в клетке

Молекула АТР содержит две
макроэргические связи. Макроэргическая
связь означает, что перенос группы,
которая присоединена этой связью на
подходящий акцептор, сопровождается
выделением большого количества
энергии.

22. Аккумуляция энергии в клетке

∆μ̃Н (Dμ̃Na) – трансмембранный
потенциал (трансмембранная разность
электрохимических потенциалов)

23.

24. Аккумуляция энергии в клетке

ФАД

25. Cхема катаболических процессов

26. Cхема катаболических процессов

Жиры
Полисахариды
Белки

27. Cхема катаболических процессов

Жиры
Полисахариды
Белки
Гидролиз
Жирные кислоты, глицерин Моносахариды
Аминокислоты

28. Cхема катаболических процессов

Жиры
Полисахариды
Белки
Гидролиз
Жирные кислоты, глицерин Моносахариды
Аминокислоты
Глюкоза
Гликолиз
ГА-3Ф
Пируват
Ацетил-СоА
ЦТК
NADH
FADH2
ЭТЦ

29. Cхема катаболических процессов

Жиры
Полисахариды
Белки
Гидролиз
Жирные кислоты, глицерин Моносахариды
Аминокислоты
Глюкоза
ГА-3Ф
Пируват
Ацетил-СоА
ЦТК
NADH
FADH2
ЭТЦ

30.

Катаболизм глюкозы
Гликолиз
– универсальный процесс окисления
глюкозы.
Известен почти у всех живых организмов.
У эукариот протекает в цитозоле.
Гликолиз обеспечивает окисление С6
глюкозы до двух С3 молекул.

31.

Регуляция гликолиза
Основное значение гликолиза - синтез АТФ,
поэтому его скорость коррелирует с
затратами энергии в организме.
Большинство реакций гликолиза обратимы,
за исключением трех, катализируемых
гексокиназой, фосфофруктокиназой,
пируваткиназой.
Регуляторные факторы, изменяющие скорость
гликолиза, направлены на необратимые
реакции.

32.

Регуляция гликолиза
Основное значение гликолиза - синтез АТФ,
поэтому его скорость коррелирует с
затратами энергии в организме.
Большинство реакций гликолиза обратимы,
за исключением трех, катализируемых
гексокиназой, фосфофруктокиназой,
пируваткиназой.
Регуляторные факторы, изменяющие скорость
гликолиза, направлены на необратимые
реакции.
Показателем потребления АТФ является
накопление АДФ и АМФ - продуктов распада АТФ.
Отношение уровня АТФ к АДФ и АМФ
характеризует энергетический статус клетки, а его
составляющие служат аллостерическими
регуляторами скорости гликолиза.

33.

Гликолиз
Процесс включает два этапа:
Подготовительный этап
Окислительный этап

34.

Подготовительный этап гликолиза
- Смысл подготовительного этапа состоит в
активации глюкозы за счет двойного
фосфорилирования (затрачивается 2
АТФ), перевода в фуранозную форму и
распада на две С3 молекулы:
глицеральдегид-3-фосфат и
диоксиацетонфосфат.
- Имеются 2 необратимые реакции
(регуляторные): гексокиназная и
фосфофруктокиназная.

35.

Подготовительный этап гликолиза
Глюкоза
(АДФ
АТФ)
Гексокиназа (1)
Глюкозо-6-фосфат
Фосфоглюкоизомераза (2)
Фруктозо-6-фосфат
(АДФ
АТФ)
Фосфофруктокиназа (3)
Фруктозо-1,6-бисфосфат
Альдолаза (4)
Глицеральдегид-3- фосфат
Дигидроксиацетонфосфат
Триозофосфатизомераза (5)

36. 1 реакция - фосфорилирование глюкозы

Подготовительный этап гликолиза
1 реакция - фосфорилирование глюкозы
CH2ОН
H
HО
O
H
ОH H
H
ОH
Глюкоза
АТФ
АДФ
H
ОH
H
Гексокиназа
HО
CH2О
Р
O
H
H
ОH H
H
ОH
ОH
Глюкозо-6-фосфат

37. 2 реакция - изомеризация глюкозо-6-фосфата

Подготовительный этап гликолиза
2 реакция - изомеризация глюкозо6-фосфата
HО
CH2О
Р
CH2О
O
H
O
ОH
ОH
ОH
Глюкозо-6-фосфат
Фосфоглюкоизомераза
Р
CH2ОH
HО
ОH
HО
Фруктозо-6-фосфат

38. 3 реакция - фосфорилирование фруктозо-6-фосфата

Подготовительный этап гликолиза
3 реакция - фосфорилирование фруктозо6-фосфата
CH2О
Р
CH2ОH
O
АТФ
АДФ
CH2О
HО
Фруктозо-6-фосфат
CH2 ОР
O
Mg
HО
ОH
Р
HО
Фосфофруктокиназа
ОH
HО
Фруктозо-1,6-бисфосфат

39.

40.

41.

Подготовительный этап гликолиза
Глюкоза
(АДФ
АТФ)
Гексокиназа (1)
Глюкозо-6-фосфат
Фосфоглюкоизомераза (2)
Фруктозо-6-фосфат
(АДФ
АТФ)
Фосфофруктокиназа (3)
Фруктозо-1,6-бисфосфат
Альдолаза (4)
Глицеральдегид-3- фосфат
Дигидроксиацетонфосфат
Триозофосфатизомераза (5)

42.

Окислительный этап гликолиза
На следующем этапе происходит
окисление глицеральдегид-3фосфата до пирувата (в аэробных
условиях) с образованием 4-х
молекул АТФ и 2-х молекул
НAДH.
Имеется 1 необратимая реакция
– пируваткиназная.

43.

44.

45.

46.

Субстратное фосфорилирование
— реакция синтеза АТФ (ГТФ) путём
прямого переноса фосфата на АДФ
(ГДФ) с высокоэнергетического
промежуточного соединения.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

Молочнокислое и спиртовое
брожения – пути реокисления
НАДН

56.

57.

58.

Кофермент А (CОА
SН)

59. Схема образования АТФ в клетке

60. Цикл Кребса

1 - цитратсинтаза
2 - аконитаза
3 – аконитаза
4 – изоцитратдегидрогеназа
5 – 2-оксоглутаратдегидрогеназа
6 – сукцинил-СоА-синтетаза
7 - сукцинатдегидрогеназа
8 - фумараза
9 - малатдегидрогеназа