Содержание
-
Ферменти
-
Ферме́нти або ензи́ми — органічні каталізатори білкової або РНК природи, які утворюються в живих організмах, які здатніприскорювати перебіг хімічних реакцій в організмі.
-
Історична довідка
Термін «фермент» бувзапропонований у 17 століттіхімікомванГельмонтом для описумеханізмівтравлення. У кінці 18 — на початку 19 століттявжебуловідомо, щом'ясоперетравлюєтьсяшлунковим соком, а крохмальперетворюється на цукорпіддієюслини. Протемеханізмцихявищбувщеневідомий. У 19 століттіЛуї Пастер, вивчаючиперетвореннявуглеводів в етиловий спирт піддієюдріжджів, дійшов до висновку, щоцейпроцес (бродіння) каталізуєтьсяякоюсь «життєвою силою», щознаходиться в дріжджовихклітинах.
-
Понад сто років тому терміни «фермент» і «ензим» відображалирізні погляди Луї Пастера з одного боку та МарселенаБертло і ЮстусаЛібіха з іншого в теоретичнійсуперечці про природу спиртового бродіння. Власне«ферментами» (від лат. fermentum — «закваска») називали «організованіферменти» (тобтосамеживімікроорганізми), а термін «ензим» (відгрец. ἐν- — «в-» і ζύμη — «дріжджі», «закваска»), запропонований 1876 року В. Кюне для «неорганізованихферментів», щосекретуютьсяклітинами, наприклад, до шлунку (пепсин) або кишечника (трипсин, амілаза). Два роки по смерті Пастера, 1897 року, ЕдуардБюхнеропублікував роботу «Спиртовебродіння без дріжджовихклітин», в якійекспериментально показав, щоекстрактклітиндріжджівздійснюєспиртовебродіння так само, як і незруйнованідріжджовіклітини. 1907 року за цю роботу вінбувудостоєнийНобелівськоїпремії.
-
Ферментинаявні в усіхживихклітинах і сприяютьперетворенню одних речовин (субстратів) на інші (продукти). Ферментивиступають в ролікаталізаторівпрактично в усіхбіохімічнихреакціях, щовідбуваються в живихорганізмах — ними каталізуєтьсяблизько 4000 окремихбіореакцій
-
Спільне між ферментами та неорганічними каталізаторами
Подібно до всіхкаталізаторів, ферментиприскорюють як пряму, так і зворотнуреакцію, знижуючиенергіюактиваціїпроцесу. Хімічнарівновага при цьому не зсуваєтьсяні в прямий, ні в зворотнийбік.
-
Відмінностіферментів і неорганічнихкаталізаторів
Неорганічнікаталізатори за своєю природою — неорганічніречовини, а ферменти — білки. Ферменти в порівнянні з неорганічнимикаталізаторамиволодіютьспецифічністюдії до субстрату і найбільшвисокоюефективністю
-
Порівнянняферментів і неорганічнихкаталізаторів
3. Ферментиздатніпрацюватилише у фізіологічнихумовах у обмеженомудіапазоні температур (як правило, 37С). Швидкістьдіїнеорганічнихкаталізаторів з кожнимзбільшеннямтемператури на 10 градусівпідвищується в 2-4 рази.
-
4. Синтез та каталітичнаактивністьферментівконтролюєтьсяна генетичномурівні, та за участюіншихсполук (існуютьінгібітори та активаториферментів). Неорганічним катализаторам властиванерегульованаробота
-
5. Ферментиздатнікаталізувативсьоголише один-єдиний тип реакції.
-
Класифікаціяферментів
За типом реакцій, щокаталізують, ферментиподіляються на 6 класівзгідно з ієрархічноюкласифікацієюферментів (КФ абоEC — Enzyme Commission code). КласифікаціюбулозапропонованоМіжнародним союзом біохімії і молекулярноїбіології (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Коженкласміститьпідкласи, так що фермент описуєтьсясукупністючотирьох чисел, розділенихкрапками.
-
КФ 1: Оксидоредуктази — ферменти, щокаталізуютьокисленняабовідновлення. Приклад: каталаза, алкогольдегідрогеназа КФ 2: Трансферази — ферменти, щокаталізуютьперенесенняхімічнихгруп з однієїмолекули субстрата на іншу. Середтрансфераз особливо виділяютькінази, щопереносятьфосфатнугрупу, як правило, з молекули АТФ. КФ 3: Гідролази— ферменти, щокаталізуютьгідролізхімічнихзв'язків. Приклад: естерази, пепсин, трипсин, амілаза, ліпопротеїнліпаза. КФ 4: Ліази — ферменти, щокаталізуютьрозривхімічнихзв'язків без гідролізу з утвореннямподвійногозв'язку в одному з продуктів. КФ 5: Ізомерази — ферменти, щокаталізуютьструктурніабогеометричнізміни в молекулі субстрату. КФ 6: Лігази — ферменти, щокаталізуютьутворенняхімічнихзв'язківміж субстратами за рахунокгідролізу АТФ. Приклад: ДНК-полімераза.
-
-
Будова ферменту
Білок Зазвичай побудований із декількох субодиниць
-
Активний центр — особливачастинамолекули ферменту, щовизначаєйогоспецифічність і каталітичнуактивність. Активний центр безпосередньоздійснюєвзаємодію з молекулою субстрату або з тимиїїчастинами, якіберуть участь в реакції. Активний центр зазвичаймаєвиглядмаленької «кишені» на поверхні ферменту, яка міститьзалишки, щовідповідають за специфічність до субстрату (заряд, гідрофобність, стеричніперешкоди), щоз'єднуються з різнимиділянками субстрата, і каталітичнізалишки, які часто служать донорами або акцепторами протону, абовідповідають за зв'язуваннякофактору (наприкладPLP, TPP або НАД+). Активнийцентр — такожділянказв'язуванняінгібіторів ферменту.
-
Ферментативний каталіз
-
Кінетика ферментативної реакції
де Vmax — максимальна швидкістьреакції, яка спостерігаєтьсятоді, коли фермент повністюнасичений субстратом, Km — константа Міхаеліса — концентрація субстрату, при якійшвидкістьреакціїдорівнюєполовинімаксимальної. Константа Міхаеліса-Ментенмаєрозмірністьмоль/л і часто використовується для кількісноговираженняспорідненості ферменту до субстрату (чимменшаKm, тимбільшаспорідненість), протетакеїїтрактування не завждикоректне.
-
Кофакториферментів
небілкова(неамінокислотна) хімічнасполука, органічнаабонеорганічна, щозв'язується (щільноабовільно) з ферментами і потрібна для виконанняним своєїбіологічноїфункції. Вони можутьрозглядатися як «допоміжнімолекули/іони», якідопомагають в біохімічнихперетворенняхбілка. Певніречовини, такі як вода і поширенііони, хоча і зв'язуютьсябілками, не вважаютьсякофакторами, тому що вони усюдисущі і рідкообмежуютьутворенняактивноїформибілка.
-
Кофакторизазвичайподіляють на двівеликігрупи: коферменти і простетичнігрупи. Коферментидужевільнозв'язуютьсяз ферментами легко вивільняються в процесі нормального каталітичного циклу. Їхньою головною роллюзазвичай є перенесенняхімічнихгрупиміжбілками. На відмінувід них, простетичнігрупизв'язуютьсядужещільно і формуютьпостійнучастинуструктурибілка. Фермент без зв'язаногокофакторуназиваєтьсяапоферментом, а повнийактивнийфермент разом ізприєднанимкофакторомабокількомакофакторами— голоферментом.
-
У обмініречовинкоферментинайчастішезалученідо реакційпередачігрупи, наприклад кофермент A і аденозинтрифосфат (АТФ), та окислювально-відновлювальнихреакцій, наприклад кофермент Q10 і нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД+). Коферментипостійноспоживаються і переробляютьсяв процесіобмінуречовин, одніферментизазвичайдодають кофермент до ферментів, а іншіусуваютьїх. Молекуликоферментівчасто є вітамінамиабоутворюються з них. Багатокоферментівмістятьнуклеотиди(часто аденозинмонофосфат) як частинусвоїх структур, наприклад АТФ і НАД+
-
Механізми, якіконтролюютьшвидкістьметаболічнихпроцесів
Абсолютна кількістьприсутнього в клітиніферменту(регулюєтьсяшвидкістюйого синтезу і розпаду) Явищетак званоїкомпартменталізації - просторовероз'єднання за допомогою мембран ферментівзісвоїми субстратами, щодозволяєпротікатипроцесамізпротилежноюспрямованістю. Частковий протеоліз Активуваннячиінгібуванняферментів
-
Активатори ферментів
Речовини, якіпідвищуютьактивністьферментів. До активаторів належать кофактори, іониметалів, різноманітнімодифікатори, субстрат у певнихконцентраціях.
-
Активаціядеякихферментівможездійснюватися шляхом приєднання до алостеричного центру ферменту якої-небудьспецифічноїмодифікуючоїгрупи, щосприяєзмініконформаціїферменту і його активного центру
-
Інгібітори
Речовини, якізнижуютьактивністьферментів Бувають оборотні і необоротні: якщомолекула інгібіторавикликаєстійкізміниабомодифікаціюфункціональнихгруп ферменту, то такий тип гальмуванняназиваєтьсянеоборотним. Оборотніінгібіторивзаємодіютьіз ферментом без утворенняковалентнихзв'язків.
-
За механізмомдіїінгібіториферментіврозподіляються на основнітипи: конкурентні, неконкурентні, безконкурентні, субстратніабометаболітні, алостеричні.
-
Конкурентніінгібітори
за будовоюподібні до субстрату, вони конкуруютьіз ним за зв'язування з активним центром ферменту. Характерною рисою конкурентного гальмування є те, щоефективністьінгібіторазалежитьвідспіввідношенняконцентрацій субстрату й інгібітора
-
Неконкурентнегальмування
Гальмування, пов'язанеізвпливомінгібітора на каталітичнеперетворення, але не на зв'язування субстрату з ферментом, тому конкурентнихвідносинміж субстратом і інгібіторомнемає, і ступіньгальмуваннязалежитьтількивідконцентраціїостаннього. Неконкурентнийінгібіторабозв'язуєтьсябезпосередньо з каталітичнимигрупами активного центру ферменту, або, зв'язуючисьіз ферментом поза активним центром, змінюєконформацію активного центру і, таким чином, впливає на структуру каталітичноїділянки, заважаючивзаємодіїіз нею субстрату.
-
Прикладом необоротного неконкурентного гальмуванняможе бути діяфосфорорганічнихпрепаратів, подібних до хлорофосу. Фосфорорганічнісполуки (ФОС) блокуютьнеоборотно в каталітичнійділянціферменту ацетилхолінестерази (АХЕ) залишокамінокислотисерину, внаслідокчого фермент стаєнеактивним, відзначаєтьсянакопиченняацетилхоліну, щопризводить до отруєнняорганізму.
-
Безконкурентнегальмування
Спостерігаєтьсяв тому випадку, коли інгібітороборотновзаємодіє з ферментом тількипісляутворенняфермент-субстратного комплексу, тобтобезконкурентнийінгібітор не поєднується з ферментом у відсутності субстрату. Окрім того, інгібіторполегшуєприєднання субстрату, а потім, зв'язуючись, гальмує фермент. Цебільшрідкісний вид гальмування.
-
Алостеричнарегуляціяактивностіферментів
Деякіферменти (регуляторні) крім активного центру маютьалостеричнийцентр для зв'язуванняалостеричнихефекторів(модифікаторів), якіпіслявзаємодії з алостеричним центром роблять фермент абоактивним, абонеактивним Алостеричнарегуляціяхарактерна, головним чином, для ферментів, якімаютьчетвертинну структуру
-
Алостеричніефектори
Негативніефекторигальмуютьперетворення субстрату, тобто, з'єднуючись з алостеричним центром, змінюютьконформацію ферменту і цимперешкоджаютьформуванню активного центру на ферменті
-
Позитивніалостеричніефекторисприяютьформуванню активного центру і таким чином прискорюютьферментативнуреакцію.
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.