Биохимия как наука: биомолекулы, метаболические пути. Строение и свойства ферментов. Механизм действия ферментов. Изоферменты, классификация ферментов. Вступление в обмен веществ.

К и нетика ферментативн ы х реакц и й Вли яние концентрац ии субстрат а на скорость реакции

- При фиксированной концентрации фермента начальная скорость реакции линейно пропорциональна концентрации субстрата, если последняя маленькая, но не зависит от концентрации субстрата, если она большая - Скорость реакции возростает линейно при увеличении концентрации субстрата и потом останавливается при насыщении фермента Скорость катализа

Michaelis і Menten – пер вы ми исследовали к и нетику реакц и й (1913) Во время реакц ии молекула фермент а, E, и молекула субстрат а, S, форм ир уют пром е ж уточ н ы й фермент- субстратн ы й (ES) комплекс k 1, k -1, k 2 – констант ы скорости – у каз ыва ют на скоро сть или эф фективн о сть реакц ии E + SESE + P k1k1 k2k2 k -1 k-2k-2

V max [S] v o = K m + [S] Уравнение Michaelis-Menten K m – константа Michaelis; V o – на ча льная скоро сть, [S]; V max – максимальна я скорость

Впи яние концентрац ии фермент а на скоро сть реакц ии При достат оч н о й концентрац ии субстрат а ч е м ви ше концентрац и я фермент а, тим ви ше скорость реакц ии

И нг и б иро ван ие ф ермент о в Разные химические агенты (метаболиты, аналоги субстратов, токсины, лекарственные средства, металлы) могут ингибировать активность ферментов И нг и б и тор – связывается с ферментом и п редупреждает форм иро ван ие комплекса ЕS или е го р асщепление к E + P

Обратимые и нео б р атимые и нг и б и тор ы Обратимые, (образование ЭИ комплекса) быстро диссоциирует Фермент угнетен только когда связан с ингибитором ЭИ комплекс удерживается с помощью слабых нековалентных связей Три типа обратимого ингибирования: Конкурентн ое, Неконкурентн ое, Безконкурентн ое

Конкурентн ое И нг и б и тор за структуро й по хож ий на субстрат, п о это му с вяз ывает ся с т е м же активн ы м центром Фермент не може т р аспознать и нг и б и тор и субстрат При сое д инение и нг и б и тора к активно му центру пред упре ж дает с вяз ы ван ие субстрат а Конкурентн ы й и нг и б и тор с ниж ает скоро сть катал и з а уменьшая количество молекул фермент а, с вяза н н ы х с субстратом И нг и б и тор може т б ы т ь в ы т е снен из активного центр а путе м увеличени я концентрац ии субстрат а Обратимое и нг и б иро ван ие

Конкурентное ингибирование Бензамидин конкурирует с аргинином за связывание с трипсином

Ингибитор присоединяется не к активному центру, а к другому участку фермента Ингибитор и субстрат могут связываться с ферментом в одно и то же время Ингибитор может связываться как с ферментом (ЭИ), так и с фермент-субстратным комплексом (ЭSИ) Ингибитор не может быть вытеснен путем увеличения концентрации субстрата Неконкурентн ое торможение

Безконкурентн ое торможение Ингибитор присоединяется к ЭS но не к свободному Э Встречается только в мультисубстратных реакциях

Не обратимое и нг и б иро ван ие Очень медленная дисоциация ЭИ комплекса Связываются ковалентными связями с ферментом Нео б р атимые и нг и б и тор ы ингибиторы специфические к группам аминокислотных остатков аналоги субстратов суицидные ингибиторы

Ингибиторы специфические к группам аминокислотных остатков – реагируют со специфическими R группами аминокислот

Аналоги субстрат о в –структурно похожи на субстрат фермента -ковалентно модифицируют активный центр

Ингибитор связывается как субстрат и сначала инициирует нормальный каталитический механизм Потом образуются химически реактивные соединения, которые инактивируют фермент ковалентную модификацию Суицидный потому что фермент сам принимае участие в своем инактивировании Су и цидн ые и нг и б и тори

Регуляция Активности Ферментов Аллостерическая регуляция Обратимая ковалентная модификация Изоферменты Протеолитическая активация Методы регуляции активности ферментов

Аллостерические ферменты имеют специальный регуляторный участок (аллостерический центр), который пространственно отдален от активного центра Имеют четвертичную структуру. Аллостерические модуляторы -связываются нековалентно с аллостерическим центром -регулируют активность фермента изменяя его конформацию Аллостерич еские фермент ы

Регуляц и я активност и фермент о в путем ковалентно й модиф и кац ии Ковалентное присоединение молекулы к аминокислотному остатку фермента может модифицировать активность последнегого Типы ковалентной модификации: -фосфорилирование; -ацетилирование; -карбоксилирование и др.

Фосфорил ирование

Реакц и я дефосфорил ирования Ка к правило, фосфорил ированные фермент ы б о л ее активн ые Фермент ы, ответственные за фосфорил ирование - проте и нк и наз ы Фермент ы, ответственные за дефосфорил ирование – фосфатаз ы

множесственные формы фермента, которые отличаются аминокислотной последовательностью, но катализируют ту же реакцию Изоферменты могут отличаться: кинетикой, регуляторными свойствами, коэнзимом, распространением в клетках и тканях Изоферменты кодируются разными генами И зофермент ы

И зофермент ы – важ ны для д и агностики р а з личных болезней Есть 5 и зофермент о в ЛДГ: H 4 – в сер д ц е HM 3 H 2 M 2 H 3 M M 4 – в печ ени, м ышцах – tetramer (4 суб е диниц ы ) – состоит и з дв у х тип о в пол и пептидн ы х цепей, М и Н При мер : лактатдег и дрогеназа (ЛДГ) Лактат + НАД + п и руват + НАДН + H +

Протеол и тич еская активац и я Много фермент о в синтез ируются к ак неактивн ые п редшественники (зимоген ы ) и актив ир уются протеол и тич еским р асщеплением При меры специф и ч еского протеол и з а Фермент ы пере травл ивания –синтез ируются к ак зимоген ы в желудке и поджелудочной железе Фермент ы свертывания крові –каскад протеол и тич еской активац ии Некоторые б е лков ые гормон ы –про и нсул и н в и нсул и н путем у дален и я пептид а

Полиферментные комплексы - р а зн ые фермент ы, которые катал и з ир уют посл е дов ательные реакц ии одного процес са и прост ранственно р а зм е щ аются в одном м е с те -продукт одн ой реакц ии переносится прямо на активн ы й центр следующего фермент а -знач ительно увеличивается скорость реакц ии Пол и функц и ональн ые фермент ы – в за висимости от у словий один фермент може т и м еть р а з личные активност и Пол и ферментн ые комплекс ы и пол и функц и ональн ые фермент ы

Вступление к обмену веществ. Специфические и общие пути превращения углеводов, липидов и белков (окислительное декарбоксилирование ПВК, цикл трикарбоновых кислот).

Метаболизм – химические реакции, которые проходят в организме Метаболиты – маленькие промежуточные молекулы, которые образуются в процессе деградации и синтеза полимеров

(a) Линейными (b) Циклическими (c) Спиральными (синтез жирных кислот) Последовательность реакций, которые имеют цель (например, расщепление глюкозы, синтез жирных кислот) називается метаболичным путем Метаболические пути могут быть:

Катаболические реакции – деградация больших молекул с образованиемм меньших и энергии Анаболические реакции – синтез макромолекул для жизнедеятельности клеток, роста и репродукции Метаболизм разделяется на – катаболизм и анаболизм Катаболизм характеризируется реакциями окисления и освобождения энергии, которая трансформируется в АТФ Анаболизм характеризируется реакциями восстановления и утилизацией энергии, аккумулированной в АТФ

Регуляция метаболических путей Уровни регуляции метаболизма 1.Нервная система 2.Эндокринная система 3.Взаимодействие между органами 4.Клеточный (мембранный) уровень 5.Молекулярный уровень

Стадии метаболизма Катаболизм Стадия I (специфическая). Деградация макромолекул (белков, углеводов, липидов) к мономерам Стад и я II (специфическая). Аминокислоты, жирные кислоты и глюкоза окисляются к общему метаболиту – ацетил коэнзиму А Стад и я III (неспецифическая). Ацетл СoA окисляется в цикле лимонной кислоты к CO 2 и воде

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ П И РУВАТА

Глюкоза Пируват Гликолиз Глицерол Амино- кислоты Ацетил CoA

Транспорт пирувата в митохондрию

Пируватдегидрогеназный комплекс - поли- ферментный комплкс, который состоит с 3 ферментов, 5 коферментов Превращение пирувата к ацетил СоА Пируватдегидрогеназны й комплекс - молекулярная масса от 4 до 10 млн дальтон Электронная микрофотография пируватдегидрогеназного комплекса E. coli.

Ферменты: E1 = пируватдегидрогеназа E2 = дигидролипоил ацетилтрансфераза E3 = дигидролипоил дегидрогеназа Коферменты: ТПФ (тиамин пирофосфат), липоамид, HS-КoA, ФАД, НАД+. ТПФ является производным витамина B 1 (тиамин); НАД –B 5 (никотинамид); ФАД –B 2 (рибофлавин), HS-CoA –B 3 (пантотеновая кислота), липоамид – липоевая кислота

Общая реакция пируватдегидрогеназного комплекса

Цикл трикарбо- новых кислот

Названия: Цикл трикарбоновых кислот Цикл лимонной кислоты Цикл Кребса У эукариотов все реакции цикла Кребса проходят в матриксе митохондрий Ганс Адольф Кребс Биохимик; родился в Германии. Работал в Британии. Его открытие в 1937 р, цикл Кребса, было критическим для понимания клеточного метаболизма. Нобелевская премия в 1953 г.

Общие представления о цикле Кребса

Цикл лимонной кислоты. Ферменты: 1 цитратсинтаза; 2 аконитаза; 3 изоцитратдегидрогеназа; 4 а-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс; 5 сукцинаттиокиназа; 6 сукцинатдегидрогеназа; 7 фумаратгидратаза; 8 малатдегидрогеназа.

Интеграция метаболизма. Цикл является амфиболичным (катаболичным и анаболичным одновременно). Функции цикла трикарбоновых кислот Образование энергии в форме ГТФ (ATФ). Образование восстановительных эквивалентов в форме НАДН и ФАДH 2