Регуляция активности ферментов

1. Регуляция активности ферментов

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ
ФЕРМЕНТОВ

2.

Регуляция активности ферментов может
осуществляться через действия специальных
веществ, которые называются «эффекторами»
или регуляторами ферментов. Регуляторы
ферментов могут присутствовать как в самом
организме, так и поступать из вне. В
зависимости от влияния на скорость реакции
эффекторы делятся на активаторы и
ингибиторы.

3. Активация ферментов

АКТИВАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
Выделяют 3 основных способа активирования
ферментов:
1. Аллостерическая активация
2. Постсинтетическая модификация
3. Ограниченный протеолиз

4. Аллостерическая активация

АЛЛОСТЕРИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ
При данном типе активации эффектор
присоединяется к специальному
регуляторному центру, который называется
аллостерическим.

5.

6.

Аллостерические ферменты построены, как
правило, из двух или большего числа
субъединиц. Одна из субъединиц
каталитическая (содержит каталитический
центр), другая – регуляторная (содержит
аллостерический центр).

7.

Присоединение эффектора к регуляторной
субъединице, приводит к изменению ее
конформации, вследствие чего изменяется
конформация и каталитической субъединицы
(кооперативный эффект), в т.ч. и
каталитического активного центра, в сторону
увеличения его комплиментарности к
субстрату. Таким образом действуют
метаболиты, гормоны, некоторые ионы
металлов и анионы.

8. Постсинтетическая модификация фермента

ПОСТСИНТЕТИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ
ФЕРМЕНТА
При данном способе активирования
специальным ферментом, который
называется «протеинкиназа» к белковой
молекуле активируемого фермента
добавляется фосфатная группа.

9.

О

10.

Добавление фосфатной группы меняет
третичную структуру фермента и его
активного центра в сторону увеличения его
комплиментарности к субстрату.

11.

Протеинкиназа активирует липазу путем
фосфорилирования
Липаза + АТФ протеинкиназа Липаза*OPO3H2 + АДФ
Фосфорилированная липаза может вновь
превращаться в простой белок под действием
фосфопротеинфосфатазы
Липаза * OPO3H2 + H2О фосфопротеинфосфатаза Липаза +
H3PO4

12. Ограниченный протеолиз

ОГРАНИЧЕННЫЙ ПРОТЕОЛИЗ
Механизм активации путем ограниченного
протеолиза наиболее характерен для
протеолитических ферментов
(пептидогидралаз). Синтез протеаз в виде
каталитически неактивных
предшественников защищает ткани, в
которых они синтезируются (например, ткань
поджелудочной железы) от
самопереваривания.

13.

Активация ограниченным протеолизом
заключается в отщеплении части
полипептидной цепи профермента
(зимогена), что приводит к изменению
третичной структуры молекулы фермента и
его активного центра в сторону увеличения
комплиментарности к субстрату.

14.

h

15.

Примером активации путем ограниченного
протеолиза является активация
трипсиногена. Трипсиноген вырабатывается
в клетках поджелудочной железы и является
предшественником протеолитического
фермента трипсина.

16.

Вместе с панкреатическим соком попадет в
12-ти перстную кишку и активируется
ферментом, входящим в состав кишечного
сока – энтерокиназой. Механизм активации
представлен на схеме:

17.

Механизм активации трипсиногена
(ограниченный протеолиз)
А А А А Л
А.Ц.
трипсиноген (неактивный трипсин)
энтерокиназа
(энтеропептидаза)
ГЕКСАПЕПТИД
229 а/к

18.

А.Ц.
активный трипсин
223 а/к

19.

Активный трипсин уже обладает
способностью активировать самого себя и
другие ферменты поджелудочной железы.

20. Клинические аспекты

КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
При патологии иногда возникает ситуация,
когда происходит активация
протеолитических ферментов не в ЖКТ, а в
самой поджелудочной железе. Данная
ситуация трактуется как острый
некротический панкреатит. В основе терапии
лежит применение препаратов – ингибиторов
трипсина, главным из которых является
трасилол (контрикал).

21. ингибирование

ИНГИБИРОВАНИЕ
Ингибиторами ферментов называют
вещества, снижающие их активность. По
механизму реализации эффекта различают
следующие виды ингибирования:

22.

Виды ингибирования:
I. Конкурентное ингибирование
II. Неконкурентное ингибирование
(а) – обратимое; б) необратимое)
III. Бесконкурентное ингибирование
IV. Субстратное ингибирование
V. Аллостерическое ингибирование

23. Конкурентное ингибирование

КОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ
Проявляется в борьбе за активный центр
фермента между субстратом и похожим на
него по химическому строению ингибитором,
который занимая место субстрата в активном
центре к дальнейшим превращениям не
способен.

24. Особенности конкурентного ингибирования

ОСОБЕННОСТИ КОНКУРЕНТНОГО
ИНГИБИРОВАНИЯ
1.
2.
Схожее строение субстрата и конкурентного
ингибитора.
Конкурентное ингибирование всегда
обратимо, поскольку ингибитор может
вытесняться избытком субстрата, т.е.
увеличением константы Михаэлиса.

25.

1 – до действия конкурентного ингибитора
2 – после действия конкурентного ингибитора
V
1
2
Km Km
{S}

26.

3. Образование тройного комплекса энзим (Е),
субстрат (S) и ингибитор (I) невозможно.
Пример: ингибирование
сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой.

27.

-OOC
CH2
CH2
-OOC
Е + сукцинат
-OOC
СУКЦИНАТ дг
ФАД
ФАДН2
+
CH
HC
-OOC
Фумарат

28.

-OOC
CH2
-OOC
E + малонат

29.

В целом действие конкурентного ингибитора
можно представить схемой:
E+I
EI

30. НЕКОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ

При данном виде ингибирования по
химическому строению ингибитор и субстрат
не имеют ничего общего, однако, ингибитор
обладает большой степенью сродства к
отдельным функциональным группам
активного центра фермента. В результате
образование ковалентной связи между
ферментом и ингибитором каталитическое
превращение субстрата невозможно.

31.

Иногда неконкурентный ингибитор
присоединяется в другом месте молекулы
энзима инактивируя ее. В зависимости от
прочности связывания ингибирование
выделяют обратимое (диссоциация
комплекса протекает достаточно легко) и
необратимое (когда самопроизвольная
диссоциация комплекса невозможна).

32. Особенности неконкурентного ингибирования

ОСОБЕННОСТИ НЕКОНКУРЕНТНОГО
ИНГИБИРОВАНИЯ
1.
2.
Химическое строение субстрата и
ингибитора не имеет ничего общего.
Неконкурентное ингибирование не
снимается избытком субстрата:

33.

1 – до действия неконкурентного ингибитора
2 – после действия неконкурентного ингибитора
V
1
2
Km = Km
{S}

34.

3. Может быть необратимым
4. Возможно образование тройного комплекса:
E+S+I
ESI

35.

Необратимое ингибирование
рассматривается на примере действия
диизопропилфторфосфата (ДФФ) и
йодацетамида

36.

ДФФ относится к группе веществ,
объединенных под названием ФОС (ФОВ),
куда входят боевые ОВ, инсектициды,
сильнодействующие лекарственный
препараты. Установлено, что органические
эфиры фосфорной кислоты имеют высокую
степень сродства к аминокислоте серину,
входящего в состав активного центра
фермента и образует с ним прочную
ковалентную связь.

37.

В связи с этим ферменты, имеющие в
активном центре серин, подвергаются
необратимому ингибированию
(ацетилхолинэстераза(АХЭ), химотрипсин).
Биологический эффект ФОС, в первую
очередь, связывают с их действием на АХЭ.

38.

При ингибировании АХЭ ацетилхолин
накапливается в организме, что приводит к
непрерывной передаче нервных импульсов
и, соответственно, непрерывному
сокращению мышечной ткани с развитием
судорог и в дальнейшем паралича.

39.

АХЭ
CH2
OH
+
F
H3C
CH3
CH– O – P – O – CH
H3C
ДФФ
CH3
О
HF

40.

АХЭ
CH2
О
H3C
CH3
CH– O –P – O – CH
H3C
CH3
О

41.

Другой необратимый ингибитор йодацетамид
обладает высокой степенью сродства к
ферментам имеющим в активном центре
тиольные группы (например фермент
гликолиза) – глицеральдегид-3фосфатдегидрогеназа.

42.

глицеральдегид – 3 – фосфат ДГ
CH2
SH
+
I
H –C – H
C=O
NH2
йодацетамид
HI

43.

глицеральдегид – 3 – фосфат ДГ
CH2
S
H–C–H
C=O
NH2

44.

При связывании йодацетамида с SH группой
фермента происходит образование прочного
диалкилсульфида в активном центре
фермента и его необратимому
ингибированию, что сопровождается
остановкой гликолиза.

45.

Ионы тяжелых металлов также являются
неконкурентными ингибиторами
избирательно связываясь с тиольными
группами белков (ртуть, кадмий, свинец,
мышьяк, медь и др.).

46.

Снять действие неконкурентных ингибиторов
можно только специальными веществами
которые называются реактиваторы.
Например препарат унитиол связывает и
вытесняет из связи с белками ионы тяжелых
металлов образуя с ними малотоксичные
комплексы.

47. Бесконкурентное ингибирование

БЕСКОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ
Механизм похож на неконкурентное.
Особенностью данного вида ингибирования
является присоединение ингибитора только к
комплексу фермент-субстрат, с образованием
тройного комплекса ESI, не способного к
дальнейшим превращениям.
Бесконкурентный ингибитор никогда не
присоединяется к ферменту в отсутствии
субстрата. Редкий вид ингибирования.

48. Субстратное ингибирование

СУБСТРАТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ
Ингибирование фермента избытком
субстрата. В основе лежит связывание
энзима с двумя и более молекулами
субстрата одновременно. Образовавшийся
комплекс ES2 к дальнейшим превращениям
не способен.

49. Аллостерическое ингибирование

АЛЛОСТЕРИЧЕСКОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ
Последовательность событий при действии
ингибитора аналогична активированию, но
эффект противоположный.

50. Полиферментные системы

ПОЛИФЕРМЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ
Работа большенства ферментов в клетке не
индивидуальна, а связана с формированием
полиферментных систем или конвейеров.
При такой работе ферменты расположены на
близком расстоянии и продукт одного
фермента является субстратом для
следующего. В результате субстрат проходит
небольшое расстояние от одного энзима к
другому, что обеспечивает высокую скорость
последовательных реакций.

51. Виды полиферментных систем

ВИДЫ ПОЛИФЕРМЕНТНЫХ СИСТЕМ
В зависимости от организации процесса
выделяют следующие виды полиферментных
систем:
1. Функциональные – ферменты
расположены свободно (пример: гликолиз).
2. Структурно-функциональные – ферменты
фиксированы в единый комплекс (пример:
пируватдегидрогеназный комплекс).
3. Смешанные – присутствуют оба элемента
организации (пример: цикл Кребса).

52. ретроингибирование

РЕТРОИНГИБИРОВАНИЕ
Ретроингибирование – процесс при котором
один из конечных продуктов полиферментной
системы является ингибитором фермента
лежащего в начале цепи реакций.

53.

Пример: УТФ в организме образуется в ходе
8 реакций. Одновременно УТФ является
аллостерическим ингибитором энзима
лежащего в основе полиферментной системы
карбамоилфосфатсинтетазы II.

54.

CO2 + Глутамин + 2 АТФ
синтетаза
глутамат+2АДФ+Н3РО4
карбамоилфосфат
(7 реакций)
УТФ

55.

Ретроингибирование регулирует работу
полиферментной системы и предотвращает
избыточное накопление конечного продукта.

56.

Ингибиторы ферментов как лекарственные препараты
Препарат
Механизм действия и применение
Трасилол (контрикал)
Аналог природного пептида ингибирующего трипсин.
Применение: острый панкреатит и панкреонекроз.
Хронический рецидивирующий панкреатит.
Метотрексат
Близок по строению к фолиевой кислоте и является ее
антагонистом – антиметаболитом. Конкурентный
ингибитор фолатредуктазы. Применение:
противоопухолевый препарат.
5 – Фторурацил
Структурный аналог пиримидина. Конкурентный
ингибитор тимидинсинтетазы. Противоопухолевый
препарат.
Прозерин
Конкурентный ингибитор АХЭ. Средство улучшающее
нервно – мышечную проводимость.
Армин
Относится к группе ФОС. Является необратимым
ингибитором АХЭ. Используется в виде глазных капель,
как средство для снижения внутриглазного давления.
Сульфаниламиды (стрептоцид,
сульфадимизин, сульфален и
др.)
Близки по строению к пара – аминобензойной кислоте.
Захватываются вместо нее микробной клеткой и
ингибируют синтез фолиевой кислоты. Применение:
антибактериальные препараты.

57.

I.
II.
III.
IV.
Уровень регуляции б/х процессов через
ферментные системы
Изменение каталитической активности
ферментов вследствие изменения свойств
окружающей их среды – t, pH и др.
Изменение каталитической активности
вследствие воздействия активаторов и
ингибиторов
Изменение интенсивности синтеза молекул
фермента под влиянием метаболитов
Нейрогуморальные влияния на активность
ферментов