Предмет и задачи биохимии. Ферменты, энзимы. (Лекция 2)

1. ФЕРМЕНТЫ (ЭНЗИМЫ) №1

1.Структурно-функциональная организация,
свойства, значение.
2. Активность фермента; определение
понятия. Единицы активности.
3. Кинетика ферментативных реакций.

2. Значение ферментов для организма

• А. Ферменты - биокатализаторы –
увеличивают скорость химических реакций
• Б. Обусловливают превращение веществ по
строго контролируемым метаболическим
путям. Эта строгая последовательность
реакций обусловлена специфичностью
ферментов к своим субстратам ( лигандам)
• Метаболический путь – это совокупность
последовательных реакций в клетке, в
которых превращается конкретное
вещество (субстрат)

3. Значение знаний о ферментах в медицине

• Раздел биохимии, изучающий ферменты – энзимология.
• Индивидуальность клетки во многом определяется набором
ферментов, синтез которых генетически запрограммирован.
• Энзимопатии – патологии, обусловленные
нарушением синтеза или активности ферментов,
что приводит к изменениям в организме, которые
являются причиной молекулярных болезней .
Возможные причины: генетически обусловленные
–врожденные; приобретенные.
• Энзимодиагностика. Диагностика , основанная на
определении активности в крови ферментов
(органоспецифичные), которые являются
маркерами повреждения клеток из которых они
выходят в кровь при повреждении, вызванных
воспалением или др. факторами.
• Энзимотерапия. Лечение больного с помощью
фармпрепаратов - ферментов

4. Химическая природа, функционально-структурная организация ферментов

• Все Ферменты только белки – простые или
сложные!!!
ФЕРМЕНТЫ
ПРОСТЫЕ БЕЛКИПРОТЕИНЫ
СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ - ПРОТЕИДЫ
КОФАКТОР
КОФАКТОР
ИОНЫ МЕТАЛЛОВ
АПОФЕРМЕНТ
АПОФЕРМЕНТ
КОФЕРМЕНТОРГАНИЧЕСКОЕ НИЗКОМОЛЕКУЛ. В-ВО
НУКЛЕОТИДЫ
ПРОИЗВОДНЫЕ
ТЕТРАПИРОЛЫ
ВИТАМИНОВ

5. Особенности структурно-функциональной организации

• Активный центр – участок ( совокупность
остатков аминокислот) в трехмерной молекуле
белка, с которым связывается комплементарный
субстрат.
• Апофермент обусловливает специфичность
(связывание с комплементарным субстратом);
• Кофактор–способствует взаимодействию
фермента с субстратом (в активном центре) и
часто определяет непосредственно тип
химической реакции.
• Аллостерический участок (allos-иной) –участок
апофермента для связывания с эффектором
(вне активного центра)

6. Активный центр

• Формируется на уровне третичной структуры
белка. Выделяют субстратсвязывающий
участок и катализирующий.
• Субстратсвязывающий участок представляет
совокупность функциональных групп ам-т
(ОН,NН,СООН, SН). В состоянии покоя (вне
субстрата)группы могут располагаться вдали
друг от друга в трехмерной молекуле фермента. В
присутствии комплементарного субстрата –
функциональные группы субстрата и фермента
точечно взаимодействуют, образуя слабые связи
и в результате меняется пространственная
структура фермента и активный центр становится
комплементарным по пространственной форме.
Субстрат индуцирует комплементарность
активного центра
Каталитический- совокупность функциональных группы ам-т,
которые осуществляют химическое превращение субстрата.
В некоторых молекулах эти участки не имеют четкого
пространственного разделения и могут перекрываться.

7. Взаимодействие активного центра фермента с субстратом

8. Активный центр

• Активный центр – это структура
конформационно лабильная.
Это обеспечивает уникальное свойство
фермента -регуляция активности
фермента.!!!!!

9. Основные признаки катализаторов, общие для ферментов и неорганических катализаторов

• Катализируют только энергетически возможные
реакции;
• Увеличивают скорость реакции за счет снижения
энергии активации, т.е. увеличивают долю
реакционноактивных молекул при низком
энергетическом уровне
• Не смещают химическое равновесие обратимых
реакции, а ускоряют его наступление;
• Не расходуются в процессе реакции.

10. Уникальные свойства биокатализаторов- ферментов, отличающие их от неорганических

Уникальные свойства биокатализаторовферментов, отличающие их от неорганических
Эти уникальные свойства обусловлены белковой природой, их
трехмерной пространственной конформацией
1. Специфичность действия.
Свойство обусловлено наличием
комплементарного активного центра.
2. Способность менять свою активность
(вследствие конформационной лабильности) под
воздействием внешних факторов температуры и
рН (термолабильность, рН-зависимость), под
воздействием эффекторов ( ингибиторы,
активаторы – химические соединения –
промежуточные, конечные метаболиты, гормоны).
Активность ферментов строго контролируется, что
позволяет каждому метаболическому пути менять
свою скорость в зависимости от ситуации, в
которой находится организм !!!
3. Высокая каталитическая эффективность

11. Механизм действия ферментов

За счет чего скорость ферментативной реакции выше?
За счет снижения энергии активации (снижения
энергетического барьера). При этом количество
реакционноспособных молекул увеличивается!!!
энергия
2
Ферментативная реакция в 3
стадии:
1
1 E+S
ES*
S
Ход реакции
2 ES*
EP
3 EP
E +P
В комплексе субстрат подвергается превращению при
минимальном уровне энергии !!!!

12. Номенклатура ферментов

• Принято два типа названий ферментов:
- рабочее или рекомендуемое название складывается из названия основного субстрата+ типа
катализируемой реакции + «аза»
лактат + дегидрирование + аза = лактатдегидрогеназа
- Систематическое – сложнее –
название складывается из названия субстратов + класс химических реакций
+ «аза»
Лактат : НАД – оксидоредуктаза
1
2
тип реакции
- Тривиальные – пепсин, липаза, амилаза

13. Классификация ферментов

Принцип классификации – тип химической реакции
Всего 6 классов ( 6 типов реакций)
Классы делятся на подклассы, подподклассы, в
которых уточняется природа субстрата,
связи и т.д.
1.Оксидоредуктазы.
2. Трансферазы.
3. Гидролазы.
4. Лиазы
5. Изомеразы.
6. Синтазы (лигазы)

14. Активность фермента; определение активности фермента

• Мера активности фермента – скорость
ферментативной реакции.
• Определить активность фермента ( скорость реакции)
можно по:
А. количеству продуктов реакции, образовавшихся
в ед. времени
Б. количеству превращенного субстрата в ед.
времени (остаточной концентрации субстрата)
Активность фермента выражается в ед.
активности:
а) стандартная (международная) единица
активности –кол-во фермента, которое катализирует
превращение 1мкМ субстрата в мин(t 25)
б) удельная активность –число единиц активности на
1 мг белка-носителя ферментативной активности

15. Кинетика ферментативных реакций

• Ферментативная кинетика изучает зависимость скорости
ферментативной реакции от различных факторов.
Все они способствуют изменению конфигурации
молекулы, а значит – активного центра
Скорость зависит от: 1. Температуры
( температурный оптимум)

16. Кинетика ферментативных реакций

2. скорость зависит от рН растворителя
(рН-оптимум)

17. Ферментативная кинетика

3.От концентрации фермента ( при постоянной
избыточной концентрации субстрата)
V
[E]

18. Кинетика ферментативной реакций

4. Скорость реакции от концентрации субстрата
( при постоянной концентрации фермента)
Кm (константа Михаэлиса), Vmax (максимальная скорость) –
кинетические параметры, характеризующие эффективность
ферментов

19. Кинетические параметры

• Константа Михаэлиса - количественно
выражается концентрацией субстрата, при
которой скорость реакции равна половине
максимальной скорости
Расчет - на графике зависимости Vреакции от [ S ].
Характеризует – сродство фермента к субстрату.
(Кm – меньше, сродство – больше).
. Максимальная скорость ( Vmax) – скорость, при
которой все молекулы фермента связаны с
субстратом

20. Влияние эффекторов на активность (скорость реакции) ферментов

• Эффекторы – вещества, которые связываясь с
молекулой фермента, ингибируют( ингибиторы) или
усиливают (активаторы) активность фермента.
• Эффекторы:
а. метаболиты, гормоны, образующиеся в организме,
регулируют метаболизм, направляя его в нужное
русло.
б. лекарственные препараты
В. яды.