Ферменты. Строение. Свойства. Функции

1. Тема № 6. Ферменты. Строение. Свойства. Функции.

2. Строение ферментов:

• Ферменты (энзимы) – это глобулярные
белки, обладающие каталитической активностью.
Они ускоряют химические превращения биомолекул
в организме. Известно более 3000 ферментов.
Строение ферментов:
Ферменты
Простые =
Сложные =
Однокомпонентные
-состоят только из полипептидных цепей (напр., пепсин)
двухкомпонентные ферменты,
-состоят из апофермента и
кофактора
Апофермент (белковая часть)
Содержит участок, избирательно
связывающий кофермент "кофермент-связывающий домен"
Кофактор (небелковая часть)
-производные витаминов:
тиаминпирофосфат (В1),
ФАД (В2), КоА (В3), НАД+ (В5),
пиридоксальфосфат (В6);
-порфириновые системы
-АТФ
-тРНК (в составе аминоацетилтРНК-синтетазы)
-ионы металлов (Mg, Zn, Fe и др.)

3. В составе как простого, так и сложного фермента выделяют 2 функциональных участка:

1. Активный центр (АЦ) 2. Аллостерический центр фермента – это
– это участок молекулы
фермента,
с
которым
взаимодействует субстрат.
Он расположен в «кармане»
белковой глобулы.
При денатурации фермента
АЦ перестаёт существовать
и фермент теряет каталитическую активность.
регуляторный участок, расположенный на
некотором расстоянии от активного центра на
поверхности белковой глобулы. При
взаимодействии с ним молекулы субстрата
происходит изменение формы активного центра.
Это обеспечивает более тесный контакт субстрата
с ферментом.
аллостерический
центр
активный центр

4.

Стадии ферментативного катализа:
1. Присоединение
молекулы субстрата (S)
к ферменту (E) и образование ферментсубстратного комплекса:
E+S
ES
2. Химические
превращения ферментсубстратных комплексов
(разрыв старых и образование новых связей):
ES'
EP
3. Отделение от фермента
конечных продуктов (P)
реакции:
E+P
точки узнавания
Главным условием протекания ферментативной реакции является
возможность образования переходного состояния –
фермент-субстратного (ES) комплекса. Существует две основные теории
механизма образования ES-комплекса:
1.Теория Фишера (теория соответствия).
«Фермент подходит к субстрату, как ключ к замку». Это высказывание поясняет
необходимость точного соответствия конфигураций АЦ фермента и субстрата.
2. Теория Кошланда (теория наведения). Соответствия между конфигурациями
АЦ фермента и субстрата изначально не существует, а наводится в ходе их
взаимодействия, т.е. АЦ фермента подстраивается к конфигурации субстрата
«как перчатка к руке».

5. Специфические свойства ферментов:

1. Высокая активность ферментов.
Активность фермента характеризуется количеством молекул субстрата,
которые подвергаются действию одной молекулы фермента в минуту.
Например: пепсин – 1 тыс. молекул/ мин, амилаза – 19 тыс. молекул/ мин,
каталаза – 5 млн. молекул/ мин.
Активность фермента зависит от температуры, pH среды, действия
денатурирующих агентов, ионизирующих излучений и др.
2. Специфичность действия
Ферменты узко специфичны, т.е. действуют на строго определённые
субстраты.
Различают:
А) Абсолютную специфичность. Напр., фермент аргиназа расщепляет только
аргинин по схеме: аргинин + H2O = орнитин + мочевина
Б) Относительную специфичность – способность фермента катализировать
превращения сходных по строению субстратов (пептидазы гидролизуют
разные белки, липазы – разные жиры и т.п.)
3. Регулируемость
Активность ферментов может изменяться под действием других биомолекул
или синтетических веществ (гормонов, других ферментов, неорганических
ионов, лекарственных препаратов).
Активаторы – вещества, увеличивающие активность ферментов
Ингибиторы – вещества, уменьшающие активность ферментов или
выключающие их

6. Номенклатура ферментов:

Название фермента складывается из трёх частей:
Название субстрата,
на который действует фермент
типа реакции,
аза
+ Название
+
который ускоряет данный фермент
Например:
Алкогольдегидрогеназа – фермент, ускоряющий реакцию отщепления
водорода от молекул спирта:
Гистидиндекарбоксилаза – фермент, ускоряющий реакцию
декарбоксилирования гистидина:
H2N CH2 Гистамин - биогенный амин,
H2N CH COOH
ответственный за аллергические
CH
CH2
2
реакции, возникающие при попадаCO2
нии в организм антигенов (чужеродгис
ных частиц). Поэтому для устранения
N
N
симптомов аллергии назначают
NH антигистаминные препараты
NH

7. Классификация ферментов:

№
1.
2.
Классы
ферментов
Какие реакции
катализируют
Оксидоредуктазы
Окислительновосстановительные
реакции
Трансферазы
Перенос функциональных
групп
(напр. переаминироание)
Примеры
Коферменты
дегидрогеназы
НАД+(произв. вит. В5),
ФАД (произв. вит. В2)
цитохромоксидаза
Порфириновая система
Аминотрансферазы
(= трансаминазы)
пиридоксальфосфат
(фосфорилированный
витамин В6)
ацилтрансферазы
Кофермент А (КоА)
(вит. B3 – пантотенат)
Фосфотрансферазы (=
киназы)
АТФ
Эстеразы, гликозидазы,
пептидазы
Простые белки, т.е. не
содержат коферментов
Гидролазы
Реакции гидролиза
(расщепление под
действием воды)
4.
Лиазы
Все реакции расщепления
не гидролитич. характера и
присоединения по кратным
связям
Декарбоксилазы
Тиаминфосфат или
пиридоксальфосфат
(фосфорилированные
витамины В1 или В6)
5.
Изомеразы
Изомерные
превращения
мутаротазы
Простые белки, т.е. не
содержат коферментов
Лигазы
(синтетазы)
Реакции синтеза,
сопровождающиеся
расщеплением АТФ или её
аналогов
Карбоксилазы,
ацетил-КоА-синтетаза
АТФ
3.
6.

8. Значение ферментов в практике:

Получение лекарств (биотехнология)
• Изготовление продуктов питания
(хлеб, сыр, вино, квас)
Выделка и обработка шкур
В сельском хозяйстве ферменты добавляют в корма, повышая их
эффективность.
• В медицине для диагностики заболеваний
(повышенный уровень трансаминаз указывает
на заболевания печени и т.п.) и в качестве
заместительной терапии, т.к. многие заболевания
связаны с ферментной недостаточностью (аферментозом).

9. Тема № 7. Витамины. Гормоны.

10.

Витамины – это низкомолекулярные органические соединения
разной химической природы, присутствующие в пище и
обеспечивающие нормальное протекание физиологических процессов
путём участия в регуляции обмена веществ.
Функции: витамины влияют на обменные процессы т.к. выполняют
роль кофакторов ферментов.
Это значит, что без витаминов ферменты не работают!
Дефицит или избыток витаминов является причиной нарушения
работы ферментов. Это проявляется в виде нарушений обмена
веществ и разных болезней.
Отсутствие витаминов – авитаминоз. Это обычно несовместимое с
жизнью состояние (См. признаки болезней Цинга, бери-бери, куриная
слепота).
Чаще встречается избыток жирорастворимых витаминов в организме –
гипервитаминоз, или недостаток витаминов в организме –
гиповитаминоз. Гиповитаминозы обычно связаны с недостаточным
поступлением витаминов в организм вследствие неполноценного
питания, или из-за нарушения их всасывания (транспорта).
Источники витаминов: плоды, семена, листовые овощи (салат),
водоросли (ламинария), рыба, мясо, витаминные препараты

11. По степени полярности молекулы витамины принято делить на 2 группы:

Жирорастворимые
(A, D, E, K)
Все жирорастворимые витамины
(кроме группы D) представляют
собой полимеры изопрена.
Общее действие: являются
антиоксидантами (замедляют
старение).
Водорастворимые
(C, P и все витамины группы B)
Витамины группы В (В1, В2, В6, В12)
Общее действие: благоприятно
влияют на нервную систему человека
и животных.
Витамины С и Р - антиокислители

12. Жирорастворимые витамины

Витамины группы А
- содержатся в молочных продуктах, животном
жире, яйцах, рыбьем жире, шпинате и моркови
Это витамин роста. При его недостатке
происходят нарушения в костной ткани,
страдают зубы и волосы. При авитаминозе
поражаются лёгкие, кишечник, возникает
куриная слепота.
Витамины группы D препятствуют
развитию рахита. Синтезируются из веществпредшественников в коже под действием
солнечного света.
Витамин Е (токоферол) влияет на функцию
половых желез. При его недостатке может
наступать бесплодие. Содержится во всех
растительных маслах, в проростках пшеницы
и кукурузы.
Витамин К (филлохинон) обеспечивает
процесс свёртывания крови (гемостаз).
Используется в медицине в качестве
кровеостанавливающего средства (викасол).
Содержится в крапиве, капусте, шпинате.

13. Водорастворимые витамины

Витамины группы B – азотсодержащие гетероциклические
соединения, отвечающие за процессы роста (B1, B2), нормальное развитие
кожи (B6), кроветворную способность (B12).
Витамин В1 (тиамин) влияет на процессы
обмена углеводов и поэтому необходим там,
где интенсивно протекает углеводный обмен
(сердце, мышцы, нервная система). При
гиповитаминозе наступает атрофия мышц
и смерть (болезнь Бери-Бери).
Витамин В2 (рибофлавин) участвует в
окислительных реакциях. Содержится в
неочищенных зёрнах злаков, семенах
бобовых растений, желтке, луке, капусте, яблоках.
Организму нужно 2-3 мг витамина В2 в сутки.

14. Водорастворимые витамины

• Витамин В3 (пантотеновая кислота) входит
в состав КоА, который занимает центральное
место в обмене веществ.
• Витамин В5 или РР (пэ-пэ)- никотиновая
кислота и никотинамид.В организм человека
попадает с растительной пищей и входит в
состав ферментов, катализирующих
окислительно-восстановительные реакции.
Особенно активно участвует в углеводном обмене.
При его недостатке нарушается углеводный
обмен, что ведёт к заболеванию пеллагрой
(расстройство ЖКТ, воспаление кожных покровов
и слизистых оболочек и поражение нервной системы.
Витамин РР содержится в горохе, дыне, пшенице,
гречихе, рыбе, мясе.

15. Водорастворимые витамины

• Витамин В6 (пиридоксин) входит в состав
коферментов аминотрансфераз (помогает
переносить аминогруппы), обслуживая
белковый обмен. Дефицит витамина В6 был
обнаружен у туберкулезных больных, которых
лечили изониазидом: это лекарство инактивирует
пиридоксальфосфат. Вообще же эта форма
витаминной недостаточности встречается редко.
Витамин В12 (цианкобаламин)
Витамин В12 влияет на кровообразование,
активирует процессы свертывания крови,
участвует в синтезе различных аминокислот,
нуклеиновых кислот, активирует процессы обмена. При недостаточном
потреблении витамина В12 возникает анемия, нарушаются функции нервной
системы.

16. Водорастворимые витамины

Витамин C (аскорбиновая кислота)
относится к группе производных L-гулоновой
кислоты. Обладает антиоксидантным,
антианемическим, антиинфекционным и др.
полезными свойствами. (Наиболее известно –
противоцинготное действие).

17. Гормоны

Гормонами называют регуляторы биохимических процессов организма,
таких как метаболизм, рост, размножение.
Гормоны вырабатываются железами внутренней секреции (эндокринными) и
действуют в ничтожно малых количествах.
Известно более 40 гормонов, объединяемых в три группы:
Гормоны – производные
аминокислот
Белково-пептидные
гормоны
Стероидные гормоны
делят на две подгруппы:
Гормоны щитовидной
железы – тироксин,
трийодтиронин (регулируют
солевой обмен).
Гормоны надпочечников –
адреналин и норадреналин
Вазопрессин,
глюкагон,
инсулин,
паратгормон,
кальцитонин,
СТГ (гормон роста),
опиоидные пептиды
(эндорфины
и
энкефалины).
1) Гормоны коры надпочечников – кортизон и кортизол
(регулируют метаболизм белков,
углеводов и липидов, а в
медицине
применяются
в
качестве
противовоспалительных
препаратов.
2) Половые гормоны: мужские анрогены
(тестостерон)
и
женские
–
эстрогены
(эстрадиол)
и
прогестины
(гормоны беременности)
OH
HO
HO
CH CH2 NH R
R = H - норадреналин;
R = CH3 - адреналин

18. Применение гормонов

-
широко используются в медицине
как лекарственные препараты.
Например, синтетически получают:
инсулин (назначают при сахарном
диабете),
-
кортизон (для лечения воспалений),
-
адреналин (от гипотонии),
-
половые гормоны (входят в состав
противозачаточных
средств - эстрогены (женские),
андрогены (мужские), прогестины
(гормоны беременности).
-
анаболические стероиды (в спорте
для наращивания мышечной массы)