Ферменты – 1

1. КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ И КЛИНИЧЕСКОЙ БИОХИМИИ

ЛЕКЦИЯ
ФЕРМЕНТЫ – 1
КРАСНОДАР
2016

2. Ферменты –

это биокатализаторы белковой
природы, изменяющие
скорость химических реакций
в живых клетках

3. Свойства ферментов как белков

Имеют высокую молекулярную массу
Образуют коллоидные растворы
Термолабильны
Обладают высокой вязкостью,
оптическими свойствами
• Могут обратимо и необратимо
осаждаться и т.д.

4. Свойства ферментов как катализаторов

• Катализируют только термодинамически
возможные реакции
• Не потребляются в ходе реакции и не входят в
состав конечных продуктов
• В случае обратимости реакции ускоряют и прямую
и обратную реакции
• Ведут реакцию «в обход энергетического барьера»
• Чувствительны к изменению параметров
проведения реакции (температуре, рН,
концентрации катализатора и реагирующих
веществ)
• Чувствительны к действию эффекторов –
активаторов и ингибиторов

5. Собственные свойства ферментов

• Высокая биологическая активность
• Ферментная специфичность
• действия
• субстратная
• Иная зависимость от факторов,
влияющих на скорость реакции
• Наличие механизмов регуляции
активности

6. Ферменты

Однокомпонентные
Двухкомпонентые
(только
аминокислоты) Апофермент (ак) Кофактор
Кофермент
Витаминные
Простетическая
группа (Ме2+)
Невитаминного
происхождения

7. Строение активного центра фермента

субстрат
участок
связывания
каталитический
участок
активный центр
фермент

8. Активный центр –

участок молекулы фермента, в
котором происходит узнавание,
связывание и химическое
превращение молекулы субстрата.
У однокомпонентного фермента
активный центр образован
радикалами аминокислот, у
двухкомпонентного – и радикалами
аминокислот, и кофактором

9. Активный центр фермента

10. Образование фермент-субстратного комплекса согласно модели «жесткой матрицы» Фишера

Образование ферментсубстратного комплекса
согласно модели «жесткой
матрицы» Фишера
E
S
ES

11. Схематическое представление конформационных изменений в молекуле фермента при связывании субстрата согласно модели

«индуцированного
соответствия» Кошланда

12. Общее уравнение ферментативной реакции:

k1
E + S k ES
2
k3
EP
E+P

13. Стадии ферментативного катализа

I
II
III

14. Эффекты активного центра

1. Эффект напряжения («дыбы»)
2. Эффект концентрации
3. Эффект ориентации

15. Специфичность фермента (каталитическая специфичность, или специфичность действия) –

способность фермента
катализировать превращение
субстрата по одному из возможных
путей превращения
- СО2
Е3 декарбоксилиза
- NH3
Е1
оксидаза
ак
- NH2
Е2 трансаминаза

16.

Специфичность фермента
(субстратная специфичность) –
способность фермента узнавать,
связывать и катализировать
превращение только определённых
субстратов, м.б.
• абсолютная,
• относительная,
• стереоспецифичность.

17. Абсолютная специфичность

NH2
С NH
NH
(СН2)3
СН NH2
COOH
аргинин
Н2О
аргиназа
NH2
NH2
(СН2)3
СН NH2
+
С O
NH2
COOH
орнитин
мочевина

18. Абсолютная специфичность

NH2
С O
NH2
Н2О
уреаза
СО2 + 2 NH3

19. Относительная специфичность

СН2 O CО R1
СН O CО R2 + Н2О
СН2 O СО R3
триацилглицерол
(нейтральный жир)
R1-COOH R3-COOH
...
липаза
СН2 OH
СН O CО R2
СН2 OH
моноацилглицерол

20. Стереоспецифичность

H
COOH
С
С
HOOC
H
фумарат
H
H
С
С
HOOC
COOH
малеинат
Н 2О
фумараза
H
COOH
СН
СН
HOOC
OH
малат

21. Общее уравнение ферментативной реакции:

E+S
k1
k2
ES
k3
EP
E+P

22. Константа Михаэлиса

23. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата

24.

25. График зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата

V
Vmax
Vmax
2
Km
S

26. Зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации фермента

V
E

27. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры

opt to ≈ 40oC

28.

Зависимость скорости
ферментативной реакции от рН среды
колоколообразная
зависимость
V
pH opt
pH

29. Зависимость скорости ферментативной реакции от рН среды

V
платообразная
зависимость
pH opt
pH

30.

Зависимость скорости
ферментативной реакции от рН среды
V
пикообразная
зависимость
pH opt
pH

31. Оптимальное значение рН

пепсин
большинство
ферментов
аргиназа

32. Эффекторы

активаторы
обратимые
ингибиторы
необратимые

33. Активаторы

•Неорганические
вещества
•Низкомолекулярные
органические
вещества
•Белки

34. Основные механизмы действия активаторов

•Площадка для
взаимодействия
фермента и субстрата
•Повышение сродства
фермента и субстрата
•Отщепление ингибитора

35. Механизмы ингибирования

•Конкурентное
•Неконкурентное
•Бесконкурентное
•Субстратное
•Аллостерическое

36. Конкурентное ингибирование

37. Конкурентное ингибирование

E+S
ES
E+I
EP
EI
E+P

38. Фолиевая кислота (В9)

OH
N
N
СН2 NH
СО NH СН (СН2)2 COOH
COOH
H2N
N
N
и её антивитамины
H2N
SО2 NH R
Сульфаниламид

39. Неконкурентное ингибирование

40. Неконкурентное ингибирование

+
фермент
фермент

41. Неконкурентное ингибирование

E+S
ES
E+I
EP
EI
E+P

42. Бесконкурентное ингибирование

E+S
ES
ES + I
EP
ESI
E+P

43. Субстратное ингибирование

44. Аллостерическое ингибирование

аллостерический
центр

45. Ферменты

Однокомпонентные
Двухкомпонентые
(только
аминокислоты) Апофермент (ак) Кофактор
Кофермент
Витаминные
Простетическая
группа (Ме2+)
Невитаминного
происхождения

46. Металлы, содержащиеся в ферментах

Алкогольдегидрогеназа,
карбоангидраза
Аргиназа, аминопептидаза
Дипептидаза
Zn
Mn
Co
Фосфатаза, фосфокиназа
Mg
Тирозиназа
Cu
Сукцинатдегидрогеназа
Fe
Ксантиноксидаза
Mo

47. Классификация коферментов

По химическому строению
1. Алифатические (липоевая
кислота);
2. Ароматические (коэнзим Q);
3. Гетероциклические (ТПФ, ПФ);
4. Нуклеотиды (НАД, НАДФ, ФАД,
ФМН)

48. Липоевая кислота

CH2
СН2
СН
S
S
(СН2)4
COOH

49. КоQ (коэнзим Q, убихинон)

Н3СО
O
CH3
CH3
Н3СО
O
(СН2
СН
С
СН2)n
Н

50. Тиаминпирофосфат (ТПФ)

CH2
N
H3C
N
NH2
+
N
CH3
S
O
O
CH2 CH2 O P O P OH
OH
OH

51. Флавинмононуклеотид (ФМН)

OH
CH2
H3C
H3C
N
CH
N
OH
CH
O
NH
N
O
OH
CH
O
CH2 O P OH
OH

52. По выполняемым функциям

1. Переносчики протонов и
электронов (НАД, ФАД, Ко Q);
2. Переносчики групп (ТПФ,
ПФ, КоА);
3. Коферменты синтеза и
изомеризации

53. По механизму действия

1. Коферменты с высоким
потенциалом переноса энергии
(переносчики энергии);
2. Коферменты, участвующие в
окислительно-восстановительных
реакциях;
3. Коферменты, формирующие
активный центр фермента.

54. Классификация ферментов

1. Оксидоредуктазы
А Н2 + В
А + В Н2
2. Трансферазы
А Х + В
А+ В Х
3. Гидролазы
А В + Н2О
А Н + В ОН

55.

4. Лиазы
А В + а-в
5. Изомеразы
цис
транс, D
А
а
В
в
L
6. Лигазы (синтетазы)
А + В + АТФ
А В + НР + АДФ

56.

класс
подкласс
1.оксидоредуктазы
катализируемая
реакция
Гидрогенизация и
дегидрогенизация
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
СН OH
H
С O
СН
СН
СН NH2
H
СН NН
H
1.6 НАДН, НАДФН

57.

класс
подкласс
2.трансферазы
катализируемая реакция
перенос функциональных
групп
2.1
Одноуглеродных групп
2.2
Альдегидной или кетогруппы
2.3
Ацила
2.4
Гликозила
2.5
2.6
Алкильной (но не метила) или
арильной группы
Азотсодержащей группы
2.7
Фосфатсодержащей группы
2.8
Серосодержащей группы

58.

класс
подкласс
3.гидролазы
катализируемая реакция
гидролитические реакции
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
Сложных эфиров
Гликозидов
Простых эфиров
Пептидов
Других С—N-связей
Ангидридов кислот

59. Шифр ферментов

60.

O
СН2О
СН2ОН
O
O
+ АТФ
OH
HO
HO
ЕС 2. 7. 1. 1
класс 2 –
трансфераза
O
+ АДФ
OH
гексокиназа
OH
OH
глюкоза
P OH
OH
OH
глюкозо-6-фосфат
подподкласс 1 –
акцептором фосфата
является ОН-группа
подкласс 7 –
перенос фосфата
D-гексозо-6-фосфотрансфераза

61. Изоферменты ЛДГ

ЛДГ5 ЛДГ4 ЛДГ3 ЛДГ2 ЛДГ1
Сердце
Почки
Печень
Мышцы

62. Изоферменты креатинкиназы

в в
МОЗГ
КК1
в м
СЕРДЦЕ
КК2
м м
МЫШЦЫ
КК3

63. Единицы измерения количества и активности фермента

1МЕ =
1 мкмоль превращенного S
1 мин

64. nМЕ – количество единиц активности

nМЕ =
Кол-во превращенного S (мкмоль)
Время (мин)

65. Катал

1 моль превращенного S
1 катал =
1 секунда

66. Связь международной единицы ферментативной активности с каталом