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

К и нетика ферментативных реакций Влияние концентрации субстрата на скорость реакции

- При фиксированной концентрации фермента начальная скорость реакции линейно пропорциональна концентрации субстрата - Скорость реакции возрастает линейно при увеличении концентрации субстрата и потом останавливается при насыщении фермента субстратом Скорость катализа

Michaelis і Menten – первыми исследовали кинетику реакций (1913) Во время реакции молекула фермента, E, и молекула субстрата, S, формируют промежуточный фермент- субстратный (ES) комплекс k 1, k -1, k 2 – константы скорости – указывают на скорость или эффективность реакции 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 – начальная скорость, [S]; V max – максимальна я скорость

В л и яние концентрации фермент а на скорость реакции При достаточной концентрации субстрата чем выше концентрация фермента, тем выше скорость реакции

И нг и б иро ван ие ферментов Разные химические агенты (метаболиты, аналоги субстратов, токсины, лекарственные средства, металлы) могут ингибировать активность ферментов Ингибитор – связывается с ферментом и предупреждает формирование комплекса ЕS или его расщепление к E + P

Обратимые и необратимые ингибиторы Обратимые (образование FS комплекса) быстро диссоциирует Фермент угнетен только когда связан с ингибитором FS комплекс удерживается с помощью слабых нековалентных связей Три типа обратимого ингибирования: Конкурентное, Неконкурентное, Безконкурентное

Конкурентное торможение Ингибитор за структурой похожий на субстрат, поэтому связывается с тем же активным центром Фермент не может распознать ингибитор и субстрат Присоединение ингибитора к активному центру предупреждает связывание субстрата Конкурентный ингибитор снижает скорость катализа уменьшая количество молекул фермента, связанных с субстратом Ингибитор может быть вытеснен из активного центра путем увеличения концентрации субстрата Обратимое ингибирование

Конкурентн ое торможение Бензам и дин конкурирует с арг и н и ном за с вяз ы ван ие 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 комплексу но не к свободному Э Встречается только в мультисубстратных реакциях

Не обратимое ингибирование Очень медленная диссоциация ЭИ комплекса Связываются ковалентными связями с ферментом Нео б р атимые ингибиторы ингибиторы специфические к группам аминокислотных остатков аналоги субстратов суицидные ингибиторы

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

Характеристика активных центр о в Специфичность (абсолютная, относительная, стереоспецифичность) Маленький трёхмерный участок фермента. Субстрат взаимодействует только с 3-5 аминокислотными остатками. Остатки могут быть далеко один от другого в последовательности аминокислот. Связывает субстрат с помощью нековалентных слабых связей. Различают контактный и каталитический участок Сложный фермент в активном центре содержит кофактор или простетическую группу

Активный центр лизоцима состоит из шести аминокислотных остатков

Активн ые центр ы содержат функциональную групп у (-OH, -NH, -COO и т.д.) Субстрат связывается с помощью множественных слабых нековалентных связей

Теор ии механизма действия фермент о в Теор и я Ф и шера (ключ-замок) Активн ы й центр фермент а (замок) способный прийнят ь только субстрат специфической форм ы (ключ)

Теор и я Кошланда ( индуцированной адаптации ) Процесс присоединения субстрата индуцирует специфические конформации изменения в активном центре

Свойства ферментов Специфичность действия 1. Абсолютная – один фермент действует только на один субстрат (уреаза расщепляет только мочевину; аргиназа расщепляет только аргинин) 2. Относительная – один фермент действует на разные субстраты с одинаковым типом связи (пепсин расщепляет пептидный тип связи в молекуле белка, который состоит их различных а/к) 3. Стереоспецифичность – некоторые ферменты катализируют превращение только субстратов, которые находятся в геометрической конфигурации, цис- или транс-

За висимость активности от рН К аждый фермент проявляет максимальную активность при оптимальном pH Для большинства ферментов оптимум pH = ~7 (но есть исключения)

-Ферменты инактивируются при температуре выше o C -Большинство ферментов имеют температурный оптимум при 37 o Термолаб и льн о сть зависимость активности фермента от температуры

Клас си ф и кац и я фермент о в Общие названия Образуются добавлением суффикса –аза к названию субстрата Например: - тирозиназа – окисляет тирозин; - мальтаза – гидролизирует мальтозу Общие название не описывает химическую реакцию Тривиальные названия Например: пепсин, каталаза, трипсин. Не дають информации об субстрате, продукте или химизме реакции.

Принцип ы международной классификации Шесть классов соответственно к типу реакции Каждый фермент имеет классификационный номер,который состоит с четырех цифр: EC: Первая цифра – класс фермента; вторая– подкласс; третья – под подкласс; четвёртая –номер фермента в под подклассе.

Ш есть класс ов фермент ов 1. Оксидоредуктаз ы Катализируют окислительно-восстановительные реакции -Оксидаз ы -Пероксидз ы -Дег и дрогеназ ы

2. Трансфераз ы Катализируют перемещение атомов или групп атомов

3. Г и дролаз ы Катализируют гидролитические реакции (расщепление с участием воды) - эстераз ы - пептидаз ы - гликозид азы

4. Л и аз ы Катализируют расщепление субстратов без участия воды с образованием двойной связи

5. И зомераз ы Катал изируют реакции изомеризации

6. Лигазы (синтетазы) Катализуют реакции синтеза Нуждаются в энергии АТФ