Лекция 18 Ферменты: строение, свойства, функции Разработал: Перфильева Г.В. Красноярск, 2013 ГБОУ ВПО КрасГМУ имени профессора В.Ф. Войно – Ясенецкого Минздрав РФ Фармацевтический колледж

План лекции: 1. Общая характеристика ферментов. 2. Строение ферментов. 3. Механизм ферментативного катализа. 4. Свойства ферментов. 5. Номенклатура ферментов. 6. Классификация ферментов. 7. изоферменты 8. Кинетика ферментативных реакций. 9. Единицы измерения ферментативной активности

Ферменты – биологическими катализаторами белковой природы.

Строение ферментов Ферменты имеют четыре уровня организации молекул. Первичная структура представляет собой последовательное соединение аминокислот и обусловлена наследственными особенностями организма, именно она в значительной степени характеризует индивидуальные свойства ферментов. Вторичная структура ферментов организованна в виде альфа – спирали. Третичная структура имеет вид глобулы и участвует в формировании активного и других центров. Четвертичная структура представляет собой объединение нескольких субъединиц, каждая из которых характеризуется тремя уровнями организации молекул различающихся друг от друга, как в качественном, так и в количественном соотношении.

Четвертичная структура фермента Третичная структура

Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой частей. Белковая часть фермента называется - апоферментом, небелковая – коферментом. Кофермент с апоферментом образуют холофермент. Небелковые компоненты принимают непосредственное участие в химических реакциях путем взаимодействия с субстратом

Коферменты: Нуклеозидтрифосфаты. Минеральные вещества (цинк, медь, магний). Активные формы витаминов (В 1 входит в состав фермента – декарбоксилаза, В 2 – входит в дегидрогеназа, В 6 – входит в трансферазы).

Функции коферментов: Участие в акте катализа; Осуществление контакта между ферментом и субстратом; Стабилизация апофермента

Функциональные центры: Активный центр – зона молекулы фермента, которая специфически взаимодействует с субстратом. Представлен функциональными группами нескольких остатков аминокислот, именно в нем происходит присоединение и химическое превращение субстрата. Аллостерический центр или регуляторный – это зона фермента ответственная за присоединение активаторов и ингибиторов. Данный центр участвует в регуляции активности фермента.

Механизм ферментативного катализа: Катализ – это процесс ускорения химической реакции под влиянием катализаторов, которые активно участвуют в ней, но к концу реакции остаются химически неизмененными. Катализатор ускоряет установление химического равновесия между исходными веществами и продуктами реакции. Энергия, необходимая для начала химической реакции, называется энергией активации.

E + S ES E + P Фермент – это биокатализатор, который путем образования фермент – субстратного комплекса разбивает реакцию на отельные этапы с более низкой энергией активации и тем самым резко повышает скорость реакции.

Общие свойства ферментов и белков 1. Все ферменты - белки. 2. Ферменты обладают высокой молекулярной массой. 3. Они хорошо растворимы в воде, при растворении образуют коллоидные растворы. 4. Все ферменты - термолабильны, т.е. оптимум действия 35 – 45 о С 5. По химическим свойствам являются амфотерными электролитами 6. Все ферменты способны к денатурации по воздействием сильных кислот, щелочей, спиртов, солей тяжелых металлов

Индивидуальные свойства ферментов 1. Ферменты высокоспецифичны по отношению к субстратам. 2. Ферменты для своего действия требуют строго определенного значения рН (пепсин 1.5 – 2.5). 3. Ферменты обладают высокой каталитической активностью (ускоряют скорость реакции в 10 6 – раз). 4. Некоторые ферменты обладают обратимостью действия 5. Ферменты обладают высокой специфичностью действия

Зависимость от среды раствора. Ферменты наиболее эффективно действуют на субстрат при строго определенной среде раствора, при определенных значениях так называемого рН. Фермент желудочного сока пепсин наиболее активен при рН 1,52 (сильнокислая среда), каталаза крови при рН 7 (нейтральная среда) и т. д.

Специфичность действия ферментов: Относительная специфичность наблюдается, когда фермент катализирует реакции одного типа с более чем одним структуроподобным субстратом.. Такие ферменты действуют на определенный тип химической связи, в данном случае на пептидную связь. Действие этих ферментов распространяется на большое число субстратов (пепсин расщепляет все белки с животного происхождения) Абсолютная специфичность проявляется тогда, когда фермент действует лишь на одно-единственное вещество и катализирует лишь определенное превращение данного вещества. (сахараза расщепляет только сахарозу) Обратимость действия: Некоторые ферменты могут катализировать как прямую реакцию, так и обратную (ЛДГ).

Номенклатура ферментов Систематическая номенклатура: Название фермента является сложным и состоит из 4 частей: 1. Название субстрата, т. е. вещества на которое действует фермент 2. Название типа катализируемой реакции. 3. Название одного из продуктов реакции. 4. К названию фермента добавляется окончание –аза. Глюкозо – 6 фосфатфосфогидролаза Субстрат – глюкозо - 6 – фосфат. Продукт реакции - фосфорная кислота. Тип реакции – гидролиз. Окончание – «аза».

Классификация ферментов 1. Оксидоредуктазы – (ЛДГ катализирует восстановление пирувата до лактата). 2. Трансферазы – (аминотрансферазы катализируют перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту). 3. Гидролазы – (практически все ферменты ЖКТ относятся к классу гидролаз – пепсин, трипсин, амилаза, липаза). 4. Лиазы – (декарбоксилаза – фермент отщепляющий карбоксильную группу). 5. Изомеразы – (глюкозо-6-фосфатизомераза, катализирует превращение глюкозо-6-фосфат в фруктозо-6-6фосфат). 6. Лигазы

Классы ферментов Катализируемая реакцияПримеры ферментов или их групп (даны тривиальные названия) оксидоредуктазы Перенос атомов водорода или электронов от одного вещества к другому Дегидрогеназа, оксидаза трансферазы Перенос определенной группы атомов – метильной, ацильной, фосфатной или аминогруппы – от одного вещества к другому Трансаминаза, киназа гидролазы Реакции гидролизаЛипаза, амилаза, пептидаза лиазы Негидролитическое присоединение к субстрату или отщепление от него группы атомов. При этом могут разрываться связи С- С, С –N, C- O или C - S Деркарбоксилаза, фумараза, альдолаза изомеразы Внутримолекулярная перестройка Изомераза, мутаза лигазы Соединение двух молекул в результате образования новых связей Синтетаза

Изоферменты – это ферменты, катализирующие одну и ту же реакцию, но отличающиеся друг от друга по составу, свойствам, местом локализации. ЛДГ – олигомер, состоящий из 4 протомеров одного или двух типов, обозначаемых: Н и М. ЛДГ существует в 5 изоформах ЛДГ-1-(4Н), локализован в мышце сердца, почках. ЛДГ-2-(3Н1М), эритроциты, тромбоциты, сердце, почки. ЛДГ-3-(2Н2М), в поджелудочной железе, селезенка, надпочечник. ЛДГ-4-(1Н3М), тромбоциты, легкие. ЛДГ-5-(4М), локализован в клетках печени, скелетной мускулатуре.

Кинетика ферментативных реакций Кинетика изучает изменение скорости ферментативной реакции во времени в зависимости отряда факторов: Концентрация фермента; Концентрация субстрата; Температура; рН среды; Активаторы; Ингибиторы;

Активность – это изменение концентрации субстрата под влиянием фермента в единицу времени. Международная единица активности (МЕ или U) – количество фермента, катализирующие превращение 1 мкмоля субстрата за 1 мин. В системе СИ используют «катал», который определяется как 1 моль/с.

Домашнее задание Пустовалова Л.М. Основы биохимии для медицинских колледжей. стр