Введення в біохімію. Основи біокаталізу. Біохімія ферментів

1.

ЛЕКЦІЯ № 1
ВВЕДЕННЯ В БІОХІМІЮ. ОСНОВИ БІОКАТАЛІЗУ.
БІОХІМІЯ ФЕРМЕНТІВ.
Лектор: зав.кафедри біохімії проф. О.А. Наконечна
Харківський національний медичний університет
1

2.

ПЛАН ЛЕКЦІЇ
1. Введення в біохімію. Історія розвитку біохімії.
2.Поняття про ферменти, білкова природа.
3.Фактори,
. що визначають швидкість хімічних
реакцій.
4.Основні закони біокаталізу.
5.Основні відмінності ферментів від неорганічних
каталізаторів.
6.Основні властивості ферментів.
7.Фактори, що визначають високу активність
ферментів.
8.Активність ферментів, одиниці вимірювання.
9.Будова ферментів.
11.Механізм дії ферментів.
12.Регуляція активності ферментів.
13.Застосування ферментів в медицині.
Харківський національний медичний університет
2

3.

Біохімія
– наука, що вивчає хімічну природу речовин,
що входять до складу клітин живих організмів, їх
перетворення, зв'язок перетворень з діяльністю
органів і тканин, шляхи регуляції;
- наука про хімію життя; вивчає хімічні та
фізико-хімічні прояви життя;
- наука про структуру та поведінку живої
речовини (В.І. Вернадський).
Сформувалася як наука в другій половині ХІХ
ст., термін запропонував нім. хімік Карл Нойберг
у 1903 році.
Харківський національний медичний університет
3

4.

Розділи біохімії:
- статична,
- динамічна,
- біоенергетика,
- функціональна,
-медична та ін.
Харківський національний медичний університет
4

5.

Завдання біохімії
1.Дослідити обмін речовин при патологічних
процесах та дії на організм різноманітних факторів,
нових лікувальних засобів;
2.Удосконалення
методів
профілактики,
діагностики, лікування та прогнозу захворювань.
3. Розробка нових лікарських засобів;
4.Розробка підходу до раціонального харчування,
здорового способу життя.
5.Обгрунтувати
особливості
спадкових
захворювань, розробити способи їх лікування;
6. Розробити засоби захисту довкілля від
антропогенних впливів.
Харківський національний медичний університет
5

6.

Значення для медицини
-фундаментальна наукова дисципліна;
- на молекулярному рівні пояснює всі біохімічні
процеси в нормі та патології;
- основа сучасної діагностики, прогноз перебігу
захворювань та лікування хворих;
- за допомогою біохімії розкрито причини та
механізми розвитку захворювань: цукровий та
нецукровий
діабет,
серпоподібноклітинна
анемія, глікогенози……
Харківський національний медичний університет
6

7.

Видатні вчені - біохіміки
Горбачевський Іван Якович (1985–1942) –
український біохімік, гігієніст і епідеміолог. Уродженець
с. Зарубинці (Тернопільська обл.). Закінчив лікарський
факультет Віденського університету. Синтезував
сечову кислоту, відкрив ксантиноксидазу;
Харківський національний медичний університет
7

8.

Бах Олексій Миколайович – (1857–1946)
– засновник радянської біохімічної
школи, академік. Навчався в
Університеті Св. Володимира (нині
– Київський національний
університет ім. Тараса Шевченка).
Виступив ініціатором створення
Фізико-хімічного інституту ім. Л.
Карпова, а згодом – Інституту
біохімії АН СРСР.
Напрями наукової роботи:
фотосинтез, окислювальні процеси
в клітинах, ферменти, автор
«пероксидної» теорії біологічного
окиснення;
Харківський національний медичний університет
8

9.

Палладін Олександр Володимирович (1885–1972)
- один із засновників вітчизняної наукової біохімічної
школи, академік АН УРСР, заслужений діяч науки
України, Герой Соціалістичної Праці.
Напрями: біохімія нервової системи, м'язової
діяльності, засновник нейрохімії, синтезував вікасол;
Харківський національний медичний університет
9

10.

Чаговець Ростислав Всеволодович (1904–1982)
доктор біологічних наук,
професор, академік АН УРСР,
заслужений діяч науки УРСР,
професор, академік – секретар
Відділення біохімії, фізіології і
теоретичної медицини АН УРСР.
Напрями: біохімія м'язів,
вітамінологія;
Харківський національний медичний університет
10

11.

Беліцер Володимир Олександрович (1906–1988)
академік АН УРСР, д.б.н.,
професор. Закінчив фізикоматематичний факультет
університету за спеціальністю
«Фізико-хімічна біологія».
Напрями: роль креатину та
креатинфосфату в м'язовому
скороченні, вивчення процесів
тканинного дихання;
Харківський національний медичний університет
11

12.

Утевський Арон Михайлович (1904–1988)
-д.б.н., професор, чл.кореспондент АН України. Закінчив
Харківський університет у 1924 р. У
1925–1931 рр. працював під
керівництвом О. В. Палладіна. З
1931 р. – завідувач відділу біохімії
Українського інституту
ендокринології та кафедри біохімії
Харківського медичного інституту.
Напрями: роль біогенних амінів,
механізм дії катехоламінів;
Харківський національний медичний університет
12

13.

Сергієнко Микола Григорович (1941-1997)
завідувач кафедри біохімії з
1986 по 1997 рік; доктор
медичних наук, професор,
академік УАННП; проректор з
наукової роботи ХДМУ.
Основні напрями роботи:
патогенез пароксизмальних
станів: мігрень, епілепсія.
Харківський національний медичний університет
13

14.

«Сучасна біологія розмовляє мовою ензимології»
А.Е. Браунштейн
«Ферменти – збудники всіх хімічних перетворень»
І.П. Павлов
Термін. «фермент» вперше запропонував голанд.
вчений Я.Б. Ван Гельмонт у 17 ст. для речовин, що
сприяли перетворенню виноградного соку у вино.
У 1814 році К.Кирхгоф відкрил, що ячмінний солод
викликає бродіння крохмалю.
У 1913 році Ментен та Михаеліс висунули теорію
щодо механизма дії ферментів.
У 1926 році (рік народження ферментології як
науки) Самнер виокремив кристалічну уреазу та доказав
ії білкову природу.
У 1969 році Меррифільд (Нью-Йорк) синтезував
штучну рибонуклеазу.
Харківський національний медичний університет
14

15.

Ферменти (ензими)
високоспеціалізований клас речовин
білкової
природи
(виключення
.
рибозими),
використовуються живими
організмами для протікання численних
хімічних реакцій синтезу, розпаду і
взаємодії.
Речовина, на яку діє фермент (ензим) (Е),
називається субстратом (S), у результаті
реакції утворюється продукт (Р).
S→ P
E
Описано більш ніж 3000 різних ферментів.
–
Харківський національний медичний університет
15

16.

Роль ферментів в організмі:
1. Реалізація спадкової
.
інформаціі.
2.Біоенергетика.
3.Синтез та розпад біомолекул.
4. Процеси травлення і
всмоктування.
Харківський національний медичний університет
16

17.

Фактори, що визначають швидкість хімічних
процесів:
1.Концентрація реагуючих речовин.
.
2.Температура.
3.Тиск.
4. Наявність каталізатора.
Суть хімічних реакцій: взаємодія
речовин, утворення або розрив
певних хімічних зв’язків.
Харківський національний медичний університет
17

18.

Ферменти та небіологічні каталізатори піддаються
загальним законам каталізу.
Каталіз - процес прискорення хімічних реакцій,
викликаний
додаванням
малих
кількостей
каталізатора.
.
Основні закони біокаталіза.
1.Прискорюють лише термодинамічно можливі
реакції.
2.Каталізатори не включаються в продукти реакції,
вони виходять у незмінному стані.
3.Не змінюють стан рівноваги хімічної реакції,
прискорюють як пряму, так і зворотню реакції.
4.Оборотність дії каталізатора, не змінюють
напрямок реакції.
5.Діють
в
малих
концентраціях
і
не
використовуються в процесі каталіза.
6.Підвищують швидкість реакції, знижують енергію
Харківський національний медичний університет
18
активації.

19.

Ферменти (ензими)
.
Харківський національний медичний університет
19

20.

Докази білкової природи ферментів.
1.Ферменти
володіють
усіма
фізико-хімічними
властивостями білків (висока молекулярна маса,
амфотерність,
. здатність до електрофорезу та інші).
2.Хімічні і фізичні фактори, що денатурують білки,
викликають інактивацію і денатурацію ферментів (УФ і
рентгенівське опромінення, дія ультразвуку, кислот, лугів,
важких металів).
3.Ферменти можна виділити в кристалічному вигляді.
4. Ферменти розщеплюються протеїназами.
5. При гідролізі розпадаються до амінокислот.
6. Осадження під дією солей (висолювання) протікає без
втрати каталітичних властивостей;
7. Можливість штучного синтезу з амінокислот (вперше
синтезована рибонуклеаза).
Харківський національний медичний університет
20

21.

Основні відмінності ферментів від неорганічних
каталізаторів.
1.Ферменти є білками, мають високу молекулярну масу.
2. Ефективність - швидкість протікання реакцій за участю
.
ферментів на кілька порядків вище.
3.Висока специфічність (чіткий напрямок обміну
речовин).
4. Регуляція активності ферментів (скоординованість всіх
метаболічних процесів, пристосування до дії різних
речовин).
5. Каталізують хімічні реакції в «м'яких умовах»;
6. Кооперативність, жорстка послідовність реакцій.
7. Для ферментативних реакцій - 100% вихід продуктів.
8.Швидкість
реакції
прямопропорційна
кількості
ферменту;
Харківський національний медичний університет
21

22.

Основні властивості ферментів.
1.Термолабільність - залежність дії
.
ферментів
від температури.
2. Залежність дії ферментів від рН
середовища.
3. Специфічність (зумовлена конформаційною й електростатичною
комплементарністю).
Харківський національний медичний університет
22

23.

Залежність швидкості ферментативної реакції від
температури
.
Харківський національний медичний університет
23

24.

Залежність дії ферментів від рН
Для кожного Е оптимальне значення рН
(Vmax);.
Фактори, що впливають: денатурація Е
при змінах значення рН;
зміна величини заряду S, E.
Зміна рН призведе до зміни ступеня
іонізації
функціональних
груп,
конформаційні зміни у Е, зміна його
активності.
Харківський національний медичний університет
24

25.

Залежність швидкості ферментативної реакції від
рН
.
Харківський національний медичний університет
25

26.

СПЕЦИФІЧНІСТЬ
Обумовлена білковою природою;
І.Субстратна специфічність - здатність
зв'язуватись
з певним S завдяки
.
унікальній структурі АЦ.
1.Абсолютна (аргіназа, уреаза);
2.Відносна (групова);
3.Стереохімічна (оксидаза L-, D- АМК);
ІІ. Специфічність шляху перетворення.
Один S здатний перетворюватись у
різні
Р.
Наприклад,
гістидин
–
кетокислота або гістамін.
Харківський національний медичний університет
26

27.

Специфічність
Стереохімічна
субстратна
перетворення фумарата)
(фумаратгідратаза-
.
Перетворення фумарата у малат
CH2OH
H
O
H
H
+
HO
OH
H
H
OH
D-глюкоза
OH
АТФ
гексокіназа
H
HO
CH2-O-PO3H2
O
H
H
OH
H
H
OH
+ АДФ
OH
D-глюкозо-6-фосфат
Харківський національний медичний університет
27

28.

Специфічність
Абсолютна субстратна (уреаза - сечовина)
.
Групова субстратна (АДГ- етанол, ін. аліфатичні
спирти)
C2H5 OH + НАД+
алкогольдегідрогеназа
етанол
CH3 OH
метанол
CH3 C
O
+ НАДН + H+
H
ацетальдегід
+
НАД+
алкогольдегідрогеназа
O
H
C
H
формальдегід
+
Харківський національний медичний університет
НАДН + Н+
28

29.

Відносна (групова) специфічність – здатність
Е каталізувати однотипні перетворення групи
субстратів, схожих за будовою. Ліпаза ліполіз,пепсин-протеоліз; фосфатази (лужна та
.
кисла).
Відносна субстратна специфічність –
перетворення субстратів, які належать до різних
хімічних речовин - цитохром Р-450;
Харківський національний медичний університет
29

30. КРОК-1

Фермент
оксидаза
D-амінокислот
каталізує
дезамінування тільки Dамінокислот. Яка властивість ферментів
виявляється при цьому?
А. Абсолютна специфічність
В.Залежність від рН
С. Відносна специфічність
Д.Стереохімічна специфічність
Е.Термолабільність

31. КРОК 1

Аналіз сироватки крові пацієнта з гострим гепатитом
показує підвищений рівень аланінамінотрансферази
(АлАТ) та аспартатамінотрансферази (АсАТ). Які зміни
на клітинному рівні можуть призвести до таких
показників?
А. Пошкодження генетичного апарату клітин
В. Порушення енергопостачання клітин
С. Порушення міжклітинних взаємодій
D. Руйнування клітин
Е. Порушення клітинних ферментних систем

32.

Фактори, що визначають високу активність
ферментів
1. Концентраційний ефект - субстрат
концентрується на ферменті, за рахунок
чого швидкість збільшується в 10 разів.
2. Орієнтаційний ефект - молекули
взаємодіють, речовини орієнтуються таким
чином, що стикаються певними ділянками,
за
рахунок
чого
швидкість
реакції
збільшується в 10 разів.
3.Поліфункціональність каталізу.
Харківський національний медичний університет
32

33.

Номенклатура ферментів прийнята V Міжнародним
конгресом біохіміків (1961).
1898р П.Дюкло - перша спроба назвати ферменти.
1. Робоча номенклатура. Назва ферменту утворюється з
хімічної назви субстрату з додаванням суфіксу -аза або з
назви хімічного перетворення субстрату з додаванням
суфіксу -аза. Наприклад: lipos (жир), фермент, що каталізує
- ліпаза. Лактатдегідрогеназа (ЛДГ)- це робоча назва
фермента.
Тривіальна (історично сформована) назва. Приклад: пепсин,
трипсин, реннін, хімотрипсин.
2.Систематична номенклатура. Назва ферменту включає:
хімічна назва субстрату; тип хімічної реакції (відповідно до
міжнародної класифікації ферментів); суфікс -аза. ЛДГ:
лактат: НАД-оксидоредуктаза;
Харківський національний медичний університет

34.

Згідно систематичної номенклатури кожному ферменту був
дан код (шифр), що складається з 4-х цифр, які позначають:
1-клас,
2-підклас,
3-підпідклас,
4-порядковий номер ферменту в підпідкласі.
Наприклад: 1.1.1.27 - лактатдегідрогеназа, яка відноситьсядо 1 класу - Оксидоредуктази.

35.

Класифікація ферментів
Основа -тип реакції, що каталізує.
1.Оксидоредуктази: каталізують окисно-відновні реакції
(дегідрогенази, оксидази, пероксидази, редуктази,
цитохроми, монооксигенази, діоксигенази). Близько
480 ферментів та 17 підкласів.
2.Трансферази: каталізують реакції перенесення хімічних груп від одного субстрату до іншого
(метилтрансферази,
сульфотрансферази,
амінотрансферази, фосфотрансферази). Відомо 8 підкласів.
3.Гідролази: каталізують реакції гідролізу, тобто розрив
зв'язків у субстратах за участю води (естерази,
пептидази, амілази, ліпази). Відомо близько 460
ферментів, 11 підкласів.
35

36.

Класифікація ферментів
4. Ліази: каталізують реакції розщеплення ковалентних
зв'язків між атомами С-С,
C-O, С-N, С-S
негідролітичним шляхом (декарбоксилази, альдолази,
дегідратази). Відомо 4 підкласи, близько 230
ферментів.
5. Ізомерази: каталізують реакції взаємоперетворення
ізомерів
внутрішньомолекулярні
перебудови
(епімерази, рацемази, ізомерази). 5 підкласів, близько
80 ферментів.
6. Лігази (синтетази) каталізують реакції синтезу молекул
за
рахунок
енергії
АТФ
(АТФ
синтаза,
піруваткарбоксилаза, аспарагінсинтетаза). 5 підкласів,36
близько 80 ферментів.

37.

КРОК-1
Біогенні
аміни
утворюються
за
допомогою декарбоксилаз. До якого
класу відносяться ці ферменти?
А. Ліази
В.Гідролази
С.Ізомерази
Д.Трансферази
Е.Оксидоредуктази

38.

Одиниці активності ферментів.
1) За одиницю активності ферменту (U-unit, англ.)
приймають таку кількість ферменту, яка каталізує
перетворення 1 мкмоль S (субстрату) за 1 хв. (1U = 1
мкмольS / хв.)
2) У системі СІ активність виражають в каталах: 1 катал кількість ферменту, що каталізує перетворення 1 моля S
за 1 сек. (1кат. = 1 моль S / с).
3) Питома активність визначається кількістю одиниць
ферментативної активності, яке припадає на 1 мг білка в
біологічному об'єкті (U / мг білка)
У медичній ензимології активність ферменту виражають в
одиницях (U) на 1 л біологічної рідини (сироватки крові,
сечі): U / л
38

39.

.
Харківський національний медичний університет
39

40.

ХОЛОФЕРМЕНТ =
АПОФЕРМЕНТ+
ПРОСТЕТИЧНА ГРУПА (міцно та
постійно зв’язана з апоферментом)

41.

КОФЕРМЕНТ
-небілкова
частина
ферменту
.
зв’язана
з апоферментом не
постійно,
знаходиться
в
дисоційованому стані;
-приєднується тільки під час
каталітичного процесу;
-бере участь у перетворенні
субстрату;
Харківський національний медичний університет
41

42.

КОФЕРМЕНТИ
1.Вітамінні;
2.Невітамінні:
А)нуклеотидні
(УДФ- глюкоза, нуклеозидмонофосфати,
.
нуклеозиддифосфати); -уридинові, цитидинові,
тимідинові, аденозинові, гуанозинові;
Б)пептидні коферменти - глутатіон;
В)метали або металовмісні комплекси (цинк-АДГ, мідь,
залізо – цитохромоксидаза, ксантиноксидаза –Мо ).
Г) металопорфіринові (подібні гему), містять залізо,
входять до складу цитохромів, каталази, пероксидази;
Д) фосфати моносахаридів (глюкозо-1,6-дифосфат, 2,3дифосфогліцерат кофермент фосфогліцеромутази);
Харківський національний медичний університет
42

43.

ВІТАМІННІ КОФЕРМЕНТИ
1. Тіамінові (ТМФ, ТДФ, ТТФ);
2.Флавінові (ФАД, ФМН);
3.Пантотенові (КоА-ацилювання, дифосфо-КоА
пантотеїн-4-фосфат - АПБ синтезу ЖК);
4.Нікотинамідні (НАД, НАДФ);
5.Піридоксинові (ПАЛФ, ПАМФ);
6.Фолієві, птеридинові (ТГФК);
7. Кобамідні (метилкобаламін, дезоксиаденозилкобаламін);
8. Біотинові (карбоксибіотин);
9. Ліпоєві (АЛК)- ПДГК;
10. Хінонові (убіхінон);
11. Карнітинові (карнітин);
Харківський національний медичний університет
43

44.

Простетична група ферменту
Якщо кофактор міцно зв'язаний
з апоферментом і не
відокремлюється при виділенні
ферменту (наприклад, іони
металів).
Харківський національний медичний університет
44

45. Активний центр - ділянка білка, що включає унікальну комбінацію амінокислотних залишків (16-19), що розташовані в просторі

Активний
центр
ділянка
білка,
що включає унікальну комбінацію амінокислотних залишків
(16-19), що розташовані в просторі певним чином і
забезпечує зв'язування субстрату і каталіз. Формується на
рівні третинної структури білка.
Активний
центр
Тривимірна структура хімотрипсину

46.

Активний центр
- частина Е, яка з’єднується із S;
специфічна
спорідненість;
.
Ділянки: 1) каталітична (перетворення S);
2)якірна , контактна (зв’язує Е з S).
Ац: сер, цис, гіс, тир, ліз;
Функціональні групи: СООН,фенольні,ОН-,
індольні, імідазольні (гіс)...
Ац складних Е: кофермент, апофермент;
Е можуть мати 1-3 та більше АЦ (кількість
протомерів).
Харківський національний медичний університет
46

47.

Алостеричні центри
- розташовані в іншій частині Е;
унікальна
комбінація АМК радикалів; не приєднується
.
субстрат;
Місце
впливу
регуляторних
чинників
(ефекторів, модуляторів); Ефектори: продукти
ферментативних реакцій,гормони, медіатори,
метали…За умов дії ефекторів змінюється
конформація Ац, активність Е.
Харківський національний медичний університет
47

48. Механізм дії ферментів

Початок 20 ст. У. Бейліс і О. Варбург -
адсорбційна гіпотеза; Л. Міхаеліс, М.
Ментен - поняття ЕS-комплексу (1913
р.);
Е.Фішер – гіпотеза “шаблона”, “ключазамка” (1894 р.); жорстка структура;

49.

Д.Кошленд – гіпотеза індукованої адаптації Е
до S, «рука - рукавичка» (1958 р.); S індукує
конформаційні зміни АЦ Е.
Топохімічной відповідності;

50.

Механізм дії ферментів
Прискорення реакції
- за
рахунок
зниження Е активації;
.
Енергія активації – енергія, що
необхідна
для
переходу
реагуючих
речовин
з
вихідного
стану
до
перехідного.
Збільшується
кількість
активованих
комплексів.
Харківський національний медичний університет
50

51.

Енергія активації реакції
Вільна енергія
Перехідний стан
Основний
стан
Основний
стан
Координата реакції

52.

Стадії ферментативного процесу
Е+S
k1
k2
ES
k3
Е+P
фермент
Есубстрат
S ЕS - фермент-субстратний комплекс
Р - продукт
За умови, що : 1. [Еo] 〉〉 [S]
2. [ES]=const
Залежність швидкості реакції описується
рівнянням Михаеліса-Ментен

53.

Залежність швидкості ферментативної
реакції від концентрації субстрату

54.

Стадії ферментативного каталізу
1. Дифузія S до E, утворення ЕS комплексу.
Просторова,
геометрична, електростатична
.
комплементарність між Ац Е і S.
2.Перетворення ЕS комплексу в активований
ЕS*. Розхитування зв'язків S, знижується Е акт.
3. Відокремлення Р реакції від Ац Е, дифузія в
середовище. Е не входить до кінцевих Р
реакції.
Харківський національний медичний університет
54

55.

Молекулярні ефекти
1.Орієнтації реагентів - взаємна орієнтація
АЦ Е і S,
. впорядковане розміщення S
(триточкова фіксація);
2.Напруження та деформації S;
3.Кислотно-основного каталізу (в Ац як
кислі, так і основні групи);
4.Ковалентного каталізу (функціональні
групи в Ац утворюють ковалентні зв'язки із
S);
Харківський національний медичний університет
55

56.

Ізоензими
це
множинні
форми
ферментів,
що
каталізують одну і ту ж саму реакцію, але
відрізняються
один від одного за фізико- хімічними
.
властивостями, зокрема за спорідненістю до
субстрату, максимальній швидкості реакції
(активності), електрофоретичної рухливості або
регуляторним власти-востям.
Функції: регуляторна в обміні речовин, зміна
метаболізму в різних тканинах.
ЛДГ1 та 2: серце, мозок, нирки, підшлункова
залоза, еритроцити;
ЛДГ3: легені, селезінка, лімфовузли;
ЛДГ5:печінка, м’язи;
КФК МВ – міокард; ММ – м’язи; ВВ – мозок.
Харківський національний медичний університет
56

57.

Олігомерні ферменти
.
- ферменти, молекули яких складаються з
двох і більш субодиниць, що володіють
однаковою
або
різною
первинною,
вторинною або третинною структурою.
Субодиниці
нерідко
називають
протомери,
а
об'єднану
олігомерну
молекулу - мультимер
Харківський національний медичний університет
57

58.

59. КРОК 1

Із сироватки крові людини виділили п’ять
ізоферментних форм лактатдегідрогенази
і
вивчили їх властивості. Яка властивість доводить,
що виділені ізоферментні форми того самого
ферменту?
А. Однакові фізико-хімічні властивості
В. Однакова молекулярна маса
С. Однакова електрофоретична рухливість
D. Каталізують ту саму реакцію
Е. Однакова тканинна локалізація
Харківський національний медичний університет

60. Поліферментні системи

Формуються з окремих ферментів (множинних
форм);
Види організації :
1) Функціональна (система виконує певну функцію за
допомогою метаболітів); наприклад, гліколіз,
ферменти в розчиненому стані;
2)Структурно-функціональна (ПДГ-комплекс,
синтетаза жирних кислот), міцні, важко
розпадаються на окремі Е), дихальний ланцюг;
3) Змішана - комбінація, цикл Кребса;

61.

Як можна оцінити активність ферменту?
Швидкість витрачання S;
Швидкість утворення Р;
Фактори: t, pH,
[E],[S],наявність активаторів,
інгібіторів.
Харківський національний медичний університет
61

62.

Регуляція швидкості ферментативних
реакцій
Через зміну каталітичної активності
Е і через
зміну кількості молекул Е;
.
Перший шлях регуляції
ферментативних реакцій є дуже
швидким (секунди або хвилини).
Найчастіше цей шлях регуляції
здійснюється завдяки наявності
спеціальних регуляторних
ферментів.
Харківський національний медичний університет
62

63.

Регуляція v ферментативних реакцій
1.Закон діючих мас: при підвищенні [S] підвищується v
ферментативної реакції.
2.Алостерична регуляція. З алостеричними центрами
.
взаємодіють ефектори, модулятори:
2.1. За принципом зворотного зв'язку
(ретроінгібування).
2.2. Випереджальна регуляція або активація
попередником.
Активатори ферментів - впливають на АЦ Е,
кофактор, субстрат; 1) активація профермента;
2) приєднання специф.модифікаційної групи до Е;
3) активація дисоціацією комплексу «білок-активний
Е»;
Харківський національний медичний університет
63

64.

3. Активація кофакторами.
Наявність кофактора – умова активності складних Е.
Механізми:
. іони Ме –формування і стабілізація АЦ;
Іони Ме –простетична група;
Іони Ме –полегшення зв'язування S з АЦ Е;
Утворення Ме S – комплексу.
4.Обмежений протеоліз –перетворення проферменту
в фермент шляхом відщеплення поліпептиду.
5. Асоціація або дисоціація протомерів.
6. Ковалентна модифікація – постсинтетична
модифікація – фосфорилювання (протеїнкіназа) та
дефосфорилювання.
Харківський національний медичний університет
64

65.

6.1. Фосфорилювання - дефосфорилювання: каталізуються
протеїнкіназами, які приєднують залишок фосфорної кислоти
від АТФ до ОН-груп серину, треоніну, тирозину в молекулі
ферменту, що призводить до активації або зниження
активності ферменту.
6.2. АДФ-рибозилювання: деякі ферменти активуються або
пригнічуються шляхом приєднання АДФ-рибозильного
залишку (від коферменту НАД). Приклад: аденілатциклаза,
ферменти апоптозу і т.д.
6.3.Ізопренілілування і пальмітилювання білків.
Приєднання ізопренових залишків і залишків пальмітинової
кислоти. Таким чином регулюється активність ферментів та
інших білків, які беруть участь в диференціації і програмованої
смерті клітин.
Харківський національний медичний університет
65

66.

6.4. Окислювальна модифікація ферментів.
АФК здатні окисляти SH-групи залишків Цис в білках,
перетворюючи їх в дисульфідні групи.
Таким
шляхом
регулюються
протеїнкінази
і
протеїнфосфатази.
Одні ферменти проявляють активність тоді, коли залишки
цис знаходяться в тіольній формі, інші, навпаки, активні
тоді, коли залишки цистеїну знаходяться в дисульфідній
формі.
Харківський національний медичний університет
66

67.

6. Компартменталізація.
Наприклад:
мембрани
лізосом
виокремлюють
транспорт лізосомальних гідролаз в інші відділи
клітин.

68. Інгібування ферментів

1. Незворотні інгібітори – сполуки, які
специфічно зв'язують функціональні групи Е,
утворення міцних ковалентих зв 'язків,
втрата каталітичної активності.
ціаніди – залізо –цитохромоксидаза, IV
комплекс, солі важких металів Ag, Cu та
інші). Зарин, зоман – І холінестерази.
2. Оборотні інгібітори – сполуки, які
утворюють нековалентні зв'язки та можуть
дисоціювати від Е, після чого Е відновлює
активність.
Харківський національний медичний університет

69. Оборотне інгібування

1)
Оборотне інгібування
Конкурентне – інгібітор (І) близький за
структурою до S, зворотно звʹязується з АЦ Е;
(СДГ- оксалоацетат, малонат; алопуринол- І
ксантиноксидази);
2) Неконкурентне - І структурно не схожий з S,
впливає
на каталітичне перетворення,
зв'язується з каталітичними групами АЦ ;
3) Безконкурентне - приєднання І до ЕS
комплексу; блокують SH-групи кат. центру Е.
4) Субстратне - надлишком S;
5)Алостерічне інгібування;
Харківський національний медичний університет

70. Фактори, що впливають на активність ферментів

Конкурентне інгібування

71.

72.

Другий шлях регуляції ферментативних реакцій є
шляхом тривалої адаптації метаболічних процесів в
організмі (години, доби), включення генетичного апарату.
Є конститутивні ферменти, що синтезуються з
постійною швидкістю та адаптативні (індуцибельні)
ферменти, синтез яких починаеться при потраплянні до
організму субстратів фермента або інших регуляторів,
необхідних для разблокіровки відповідних генів.
До індуцибельних ферментів відносять ферменти
метаболізму ксенобіотиків, синтез яких починається при
потраплянні в організм токсичних сполук, або ферменти
глюконеогенезу, синтез яких підсилюється при збільшенні
потреб організма в глюкозі.
Харківський національний медичний університет
72

73.

Застосування в медицині
1.Ензимопатологія (вивчення ферментних порушень
(ензимопатій) в патогенезе захворювань - галактоземія,
фенілкетонурія, алкаптонурія…).
2.Ензимодіагностика (діагноз, эфективність лікування):
ЛДГ, КФК, ГлуДГ, ГГТ, АсАТ, АлАТ, амілаза, фосфатази...
3.Ензимотерапія:
-застосування пепсина, трипсина;
-препарати цитохрома с – отрута СО;
-протеолітичні ферменти - рани, опіки;
-вірусні захворювання-нуклеази;
-стрептокіназа – лікування тромбозів;
-аспарагіназа-лікування лейкоза;
-використання коферментів;
-використання інгібіторів протеїназ – трасилол;
-лікування спаїчної хвороби – лідаза, гіалуронідаза.
73
Харківський національний медичний університет

74.

Дякую за увагу !!!!!!
74