АКТИВАЦИЯ И ИНГИБИРОВАНИЕ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРМЕНТА И СУБСТРАТА НА СКОРОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ РЕАКЦИИ

14.50M

Category:

biology

ФЕРМЕНТЫ Презент

1. ФЕРМЕНТЫ

2.

• ФЕРМЕНТЫ – это биологические
катализаторы белковой природы,
ускоряющие все химические реакции,
протекающие в живом организме.
• В организме ферменты синтезируются в
активной форме и в неактивной форме.
• Неактивная форма – профермент.

3.

4.

5. 6. Классификация фермента (шифр)

• Каждому ферменту присвоен
четырехзначный классификационный
номер, включающий класс, подкласс,
подподкласс и порядковый номер в
подподклассе.
• КФ: Х.Х.Х.Х

7.

8. 9. КЛАССЫ ФЕРМЕНТОВ

1. оксидоредуктазы – ферменты, ускоряющие
окислительновосстановительные реакции.
2. трансферазы – ферменты, ускоряющие реакции переноса
функциональных групп.
3. гидролазы – ферменты, ускоряющие реакции гидролитического
распада.
4. лиазы (синтазы) – ферменты, ускоряющие негидролитическое
отщепление от субстратов определенных групп атомов с образованием
двойной связи или присоединение групп атомов по двойной связи.
5. изомеразы – ферменты, ускоряющие пространственные или
структурные перестройки в пределах одной молекулы.
6. лигазы (синтетазы) – ферменты, ускоряющие реакции синтеза,
сопряженные с распадом макроэргов.
7. транслоказы – ферменты, ускоряющие различные модификации
веществ, сопровождающиеся переносом веществ через мембраны.

10.

• В настоящее время классификация
ферментов обновляется специальной
международной комиссией. В 2020 году
было классифицировано 3500 ферментов

11. 12. Оксидоредуктазы

• Ферменты
этого класса катализируют окислительновосстановительные реакции, лежащие в
основе биологического окисления.
• оксидоредуктазы, которые переносят протоны
и электроны непосредственно на атомы
кислорода, называются аэробными
дегидрогеназами, или оксидазами.
Оксидоредуктазы, переносящие протоны и
электроны на органические соединения,
называют анаэробными дегидрогеназами,
или редуктазами.

13.

• Коферментами этого класса
являются НАД, НАДФ, ФАД, ФМН,
убихинон, глутатион, липоевая кислота.
• Класс насчитывает 22 подкласса.

14.

• 1.1. ферменты, действующие на СН-ОН группу
донора (алкогольдегидрогеназа,
лактатдегидрогеназа,
малатдегидрогеназа).
• 1.2. ферменты, окисляющие альдегидную или
кетонную группу (глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа).
• 1.3. ферменты, обеспечивающие перенос 2
протонов с образованием ненасыщенных
связей (сукцинатдегидрогеназа).

15.

• 1.4. ферменты, действующие на СН-NН2
группу донора (ферменты
окислительного дезаминирования
аминокислот). Подклассы подразделяются
на подподклассы в зависимости от природы
акцептора электронов.
• На подподклассы деление происходит в
зависимости от акцептора протонов и
электронов

16.

• Пример

17. Трансферазы

• В этот класс входят ферменты, ускоряющие
перенос функциональных групп от одного
соединения к другому
• В качестве кофакторов трансфераз выступают:
тетрагидрофолиевая кислота, витамин В6,
коэнзим А и др. В настоящее время известно
порядка 500 трансфераз, которые
подразделяют на 10 подклассов в зависимости
от природы переносимых групп.

18.

• Например, 2.1. ферменты, переносящие
одноуглеродные остатки: метильные,
оксиметильные, формильные,
карбоксильные (метилтрансфераза).
• 2.2. ферменты, переносящие альдегидные
и кетонные группы (транскетолаза,
трансальдолаза);

19.

• 2.3. ферменты, ускоряющие перенос
остатков карбоновых кислот на
аминокислоты, амины, спирты и другие
соединения (ацилтрансферазы);
• 2.4. ферменты, ускоряющие перенос
гликозильных остатков
(сахарозоизомераза,
крахмалфосфорилаза,
гликогенфосфорилаза) и др

20.

21.

• Гидролазы
• Гидролазы – ферменты, осуществляющие
разрыв внутримолекулярных связей в
субстрате путем присоединения элементов
Н2О, подразделяются на 13 подклассов.
Наиболее важные
• 3.1. эстеразы, ускоряющие реакции гидролиза
сложных эфиров (липазы).
• 3.2. гликозидазы, ускоряющие реакции
гидролиза гликозидов, в том числе углеводов
(мальтаза, сахараза, амилазы).

22.

• 3.3. пептид-гидролазы, ускоряющие реакции
гидролиза (пепсин) белков, пептидов и других
соединений, содержащих пептидные связи.
• 3.4. амидазы, действующие на связи типа С-N,
не являющиеся пептидными (уреаза,
аспарагиназа, глутаминаза)
• Сохранены тривиальные названия, например,
пепсин, трипсин. Коферменты отсутствуют.
• Гидролазы широко представлены ферментами
желудочно-кишечного тракта (пепсин,
трипсин, липаза, амилаза и другие).

23. 24. Лиазы

• Ферменты, ускоряющие реакции
негидролитического распада органических
соединений по связям С-С, С-N, СО и др. При этом
образуются двойные связи, выделяются СО2, Н2О,
NH3.
• Лиазы являются сложными ферментами.
Коферментами
служат пиридоксальфосфат, тиаминдифосфат,
участвует магний, кобальт.
• Ферменты делятся на подклассы в зависимости от
природы атакуемой связи.

25.

• Класс подразделяется на 7 подклассов,
среди которых наиболее важны
следующие: 4.1. лиазы, расщепляющие
связь С-С (декарбоксилазы, альдегидлиазы).
• 4.2. лиазы, расщепляющие связь С-О
(фумарат-гидратаза (фумараза)
• 4.3. лиазы, расщепляющие связь С-N
(аспартат-аммиак-лиаза) и т.д.

26. 27. Изомеразы

• ферменты, катализирующие изомерные превращения
в пределах одной молекулы. Изомеразы – сложные
ферменты. К их коферментам
относятся пиридоксальфосфат, дезоксиаденозилкоб
аламин, глутатион, фосфаты
моносахаридов (глюкозо-1,6-дифосфат) и др.
• Выделяют подклассы изомераз в зависимости от типа
реакции.
• Изомеразы, участвующие во
внутримолекулярном переносе функциональных
групп, имеют тривиальные названия – мутазы,

28.

• Изомеразы, участвующие в реакциях
инверсии у хиральных центров, имеют
тривиальные названия – рацемазы .

29. Лигазы (синтетазы)

• ферменты, катализирующие присоединение друг
к другу двух молекул с использованием энергии
высокоэнергетических связей АТФ (или других
макроэргов).
• Лигазы – сложные ферменты. Они
содержат нуклеотидные (УТФ), биотиновые (вита
мин Н), фолиевые коферменты. Выделяют 6
подклассов.

30.

• 6.1. Ферменты, образующие С-О связь
(амино-ацил-тРНК-синтетазы).
• 6.2. Ферменты, образующие С-S связь
(ацетил-КоА-синтетаза).
• 6.3. Ферменты, образующие С-N связь
(аспарагин-синтетаза,
глутаминсинтетаза).
• 6.4. Ферменты, образующие С-С связь
(пируваткарбоксилаза) и т.д.

31.

Глутаминсинтетаза

32. Транслоказы

• В 2018 был выделен новый класс ферментов,
объединивший мембранные ферменты.
• К классу транслоказ относятся ферменты,
ускоряющие реакции переноса ионов через
мембраны.
• название: «переносимая группа – донор :
акцептор - транслоказа». Деление на 6
подклассов в зависимости от переносимого
соединения.

33.

• Предлагаются следующие подклассы
• EC 7.1 — ферменты, катализирующие
транслокации (переносы) протонов
• EC 7.2 — ферменты, катализирующие
транслокации неорганических катионов
• EC 7.3 — ферменты, катализирующие
транслокации неорганических анионов
• EC 7.4 — ферменты, катализирующие
транслокации аминокислот и пептидов

34.

• EC 7.5 — ферменты, катализирующие
транслокации углеводов и их производных
EC 7.6 — ферменты, катализирующие
транслокации других соединений.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

Механизм действия ферментов состоит в
образовании комплекса между ферментом и
субстратом за счет образования
нековалентных связей (ионных,водородных,
гидрофобных). Для образования ферментсубстратного комплекса необходимо, чтобы
пространственная форма активного центра
фермента была сходна с формой
подходящего к нему субстрата. Этот
комплекс вступает в химическую реакцию,
после чего он распадается, приводя к
образованию фермента и продуктов реакции:

42.

S (субстрат) + E (фермент) → SE(фермент-субстратный комплекс) →
→SE*(активированный фермент-субстратный комплекс) →
EP(комплекс фермент-продукт) → E + P
Время существования SE совпадает с временем продолжительности
переходного состояния.
Образование SE – способ уменьшения Еа в условиях, при которых нельзя
повышать температуру более 37-380. Стадия образования SE протекает
достаточно быстро.
Стадия превращения SE в SE* лимитирующая, на этой стадии происходит
превращение S → P
Стадия диссоциации EP-комплекса, высвобождение Е и выход Р протекает
быстро

43.

44.

45. 46. Активный центр фермента

• Активный центр – это часть молекулы
фермента, на которой происходит
связывание и превращение субстратов.
• АЦ формируется при скручивании белковой
молекулы в третичную структуру.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53. 54. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

55. 56. Свойства ферментов

• Ферменты обладают всеми свойствами
белков.
• Также обладают уникальными свойствами.
• СПЕЦИФИЧНОСТЬ
• ТЕРМОЛАБИЛЬНОСТЬ
• рН-ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

57.

• Специфичность
• А. Субстратная
• Б. Специфичность действия

58.

59.

Термолабильность – это неустойчивость ферментов к
действию высоких температур. Это свойство объясняется
денатурацией фермента при температурах выше 50оС. При
денатурации разрушаются все структуры (кроме первичной)
белковой части фермента, полипептидная цепь
разворачивается и, следовательно, изменяется
пространственная структура фермента и он не может
контактировать с субстратом и проявлять свою специфичность.

60.

• Линейное увеличение скорости
ферментативной реакции от температуры
наблюдается в области 5-25 о С. При
дальнейшем повышении температуры
скорость увеличивается до определенного
максимального значения, а затем
происходит ее снижение вследствие
тепловой денатурации фермента. Для
большинства ферментов температурный
оптимум лежит в области 37-40 о С.

61.

62.

63.

• Ферменты проявляют наибольшую
активность при разном рН среды,
например пепсин – при рН 1,5, липаза – при
рН 8 и т.д.

64.

• рН, при котором наблюдается максимальная
активность фермента, называется рНоптимумом. Он зависит от степени ионизации
функциональных полярных групп активного
центра фермента. При отклонении рН от
оптимального значения активность фермента
снижается. Это снижение объясняется
подавлением ионизации групп активного
центра фермента и в результате изменением
его пространственной структуры.

65. 66. АКТИВАЦИЯ И ИНГИБИРОВАНИЕ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

67. Активаторы ферментов

• Вещества, повышающие активность
ферментов.
• Активаторами могут быть: ионы металлов:
натрия, магния, калия, кальция, цинка и др.,
а также разные химические соединения:
белки; желчные кислоты, другие ферменты
и пр.

68.

69.

70.

71.

72. 73. Кинетика ферментативной реакции

• Активность фермента – количество фермента, катализирующее
превращение 1 моля субстрата за 1 сек.
• За единицу активности фермента принимают 1 катал: 1 катал =
1 моль/сек
• Активность часто выражают в условных единицах: для
амилазы, разрушающей крахмал – в молях глюкозы /сек; для
пепсина, разрушающего белок – в молях аминокислоты
тирозина/сек (тирозиновые единицы – ТЕ) и т.д.
• Удельная активность фермента – это число единиц
ферментативной активности на 1 мг белка.
• Активность фермента определяют при температуре 37 о С,
оптимуме рН и концентрации субстрата, превышающей
концентрацию насыщения

74. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРМЕНТА И СУБСТРАТА НА СКОРОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ РЕАКЦИИ

• При постоянной концентрации фермента
скорость реакции при повышении
концентрации субстрата увеличивается до
достижения определенного максимума. Это
состояние насыщения субстрата
ферментом. Дальнейшее увеличение
концентрации субстрата не приводит к
изменению скорости реакции