Две основные теории специфичности ферментов

1. Различают две основные теории специфичности ферментов:

• «жесткого соответствия»
• «индуцированного соответствия»

2. 1-ая теория предложена Э. Фишером

предусматривает наличие
абсолютного совпадения А и S
(«ключ-замок»): S является как
бы «ключом», соответствующим
«замку» – А

3. «Ключ к замку»

4.

5. 2-ую теорию предложил Кошленд

• По данной теории молекула
фермента является гибкой,
конформация фермента и
активного центра могут
изменяться при присоединении
субстрата, т.е. взаимодействие
происходит как бы «перчатка на
руке»

6. «Рука в перчатке»

7.

Модуль «Ферменты»
Лекция 2
Механизм действия
ферментов.
Кинетика ферментативных
реакций .

8.

Рассмотрим механизм действия
ферментов:
• с точки зрения изменения
энергетики химических реакций
• с точки зрения событий в
активном центре

9. Изменение энергии в ходе химической реакции

10.

• Ферменты, как истинные
катализаторы значительно
повышают V определенных
химических реакций, которые в
их отсутствии протекают очень
медленно.

11. Диаграмма изменения свободной энергии реакции без и с Е

12.

13.

V реакции зависит от
энергетического барьера,
который реагирующим
веществам нужно преодолеть.
E + S = ES → E + P
E – фермент, S – субстрат,
P – продукт реакции.

14.

При образовании [E-S] комплекса
происходит перераспределение
электронной плотности в S и
ослабление разрываемой связи
→
под действием фермента (Е)
энергетический барьер (Ea)
снижается и → реакция
протекает очень быстро.

15. Механизм катализа на примере ацетихолинэстеразы

16.

17.

Для выражения активности
ферментов используют:
международную единицу,
катал, удельную активность,
молярную активность

18. Единицы ферментативной активности

Международная единица – это
такое количество Е, которое
катализирует 1 мкмоль S или
образование 1 мкмоль P за 1 мин
при оптимальных условиях (t,
pH, [S]), обозначается буквой Е
1Е = 1 мкМ/мин

19. В системе СИ выражение активности фермента в каталах

1 катал (кат) – это такая
каталитическая активность
фермента, при которой 1 моль S
превращается в P за 1 сек
1 кат = 1 М/сек

20.

• 1 кат = 1 М/сек = 60 М /мин =
60∙106 мкМ/мин = 6∙107 Е
• 1 Е = 1 мкМ/мин = 1/60 мкМ/сек
= 1/60 мккат (·103) ≈ 16,67 нкат

21.

Удельная активность –
ферментативная активность
на единицу массы белка:
Е/мг или
кат/кг

22.

Молярная активность
(число оборотов фермента) –
количество молекул S, которое
превращается в P одной
молекулой фермента за 1 сек
(при полном насыщении
фермента субстратом)

23. Ферментативная кинетика

Основы кинетики
ферментативных
реакций были
заложены в
работах
Л.Михаэлиса
и М. Ментен

24. Ферментативная кинетика

k1
k3
E + S ↔ ES → E +P
k2
По закону действующих масс:
V1 = k1 [E]·[S]
V2 = k2 [ES]
V3 = k3 [ES]

25.

В момент наступления
равновесия:
V1 = V2 + V3
k1·[E]·[S] = k2·[ES] + k3·[ES]
k1·[E]·[S] = (k2 + k3)·[ES]
[E]·[S]/[ES] = (k2 + k3)/[k1] = Кm
Кm - константа Михаэлиса

26.

Кm – основная характеристика
ферментативной реакции,
характеризует сродство E к S.
Чем > Кm, тем < сродство E к S
Кm измеряется в молях (10-5-10-6 М)

27.

Бриггс и Холдейн вывели
математическое выражение
зависимости V реакции от [S]:
V = Vmax · [S] / (Кm+ [S])
Это уравнение Михаэлиса-Ментен
(Бриггса-Холдейна)

28. Графическая зависимость V от [S]

29. Возможно 3 варианта решения уравнения Михаэлиса:

• 1. [S] > Кm →
V = Vmax·[S]/ [S] = Vmax
• 2. Кm > [S] →
V = Vmax·[S]/ Кm = К1 [S]
т.е. V прямо пропорциональна [S]
• 3. [S] = Кm →
V = Vmax·[S]/([S] + [S]) = Vmax/2

30.

31.

Физический смысл Кm
заключается в том, что Кm
численно равна [S], при которой
V ферментативной реакции
равна 1/2 Vmax

32.

Г. Лайнуивер и Д. Берк
преобразовали уравнение
Михаэлиса-Ментен, выразив обе
части уравнения в виде
обратных величин:
1/V = Кm/(Vmax·[S]) +
[S]/(Vmax·[S])
или:
1/V = Кm/Vmax·1/[S]) + 1/Vmax
Уравнение Лайнуивера-Берка

33. Графическое выражение уравнения Лайнуивера-Берка

34. Зависимость скорости реакции от концентрации фермента

35. Зависимость скорости реакции от температуры

36. Правило Вант-Гоффа справедливо лишь до 50-60о С

37. Зависимость скорости ферментативной реакции от рН

38.

pH среды влияет на скорость
диссоциации различных
функциональных группировок,
входящих в активный центр
фермента (COOH, NH2)

39.

• При изменении pH изменяется
количество ионных связей в
молекуле, а, значит, и
конформация активного центра,
что отражается на V реакции.
• Обычно оптимальное значение
pH находится в ИЭТ.

40. Оптимумы рН для некоторых ферментов

41. Ингибиторы ферментов

Ингибиторы – вещества, снижающие
активность фермента.
Ингибирование
неспецифическое
обратимое
конкурентное
специфическое
необратимое
неконкурентное

42. Неспецифическое

Обусловлено денатурацией
фермента под влиянием
физических и химических
факторов: to, кислот, щелочей,
ионизирующего излучения и т.д.
Неспецифические ингибиторы (I)
могут действовать на все
ферменты.

43. Специфическое

Избирательный процесс, при
котором I действует только на
определенный фермент в низкой
концентрации
Необратимое
I образует с E комплекс за счет
прочных ковалентных связей,
который не диссоциирует.
Активность E после этого не
восстанавливается.

44. Пример – препарат аспирин

45.

Обратимое
I связывается с E
нековалентными связями → [IE]
легко распадается, активность E
при этом восстанавливается

46. Конкурентное (изостерическое)

I - структурный аналог S
I связывается с активным
центром E → между I и S
возникает конкуренция за
активный центр

47. Пример конкурентного ингибирования – торможение сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой

48.

Для устранения действия
конкурентного I необходимо
увеличить концентрацию S
или удалить I

49. Конкурентное ингибирование графически выражается с помощью кривой Михаэлиса (а) и прямой Лайнуивера-Берка (б):

50.

На принципе конкурентного
ингибирования основано
действие многих ЛВ, например,
группа ацетилхолинэстеразных
препаратов, являющихся
конкурентными I АХЭ по
отношению к его S
ацетилхолину: прозерин,
физостигмин, севин и др.

51. Присоединение конкурентного I прозерина в акт.ц. АХЭ