Ответы на зачет / зачет все ответы
.pdf
Фермент не влияет на свободную энергию исходных веществ и продуктов, но он влияет на энергетический профиль, т.е. в присутствии фермента реакция идет через низкий энергетический барьер (ферменты снижают энергию активации реакции). В результате этого скорость ферментативной реакции в десятки раз возрастает по сравнению с не ферментативной реакцией.
В основе современных представлений ферментативного катализа лежат работы Михаэлиса и Ментен, которые делят процесс ферментативного катализа на 4 стадии:
Диффузия субстрата к ферменту и образование ЕS-комплекса происходит быстро и обратимо, при этом реализуется точное пространственное соответствие между активным центром фермента и субстратом.
Преобразование первичного ES-комплекса в активированный происходит медленно, идет расшатывание связей в субстрате. При этом снижается энергия активации реакции.
Отделение продуктов реакции от активного центра фермента и диффузия их в среду. Фермент при этом не входит в состав продуктов.
Механизм гидролиза АХ:
1.Участок поверхности холинэстеразы, непосредственно контактирующий с каждой молекулой медиатора, включает 2 центра: анионный, несущий отрицательный заряд, и эстеразный.
2.Ацетилхолин благодаря положительно заряженному атому азота ориентируется за счет электростатических сил на поверхности холинэстеразы.
3.Анионный центр притягивает к себе катионную головку ацетилхолина и тем самым способствует сближению его эфирной группировки с эстеразным центром фермента. Тут происходит снижение энергии активации реакции.
4.Затем рвется эфирная связь, ацетилхолин разделяется на 2 части: холиновую и уксусную, остаток уксусной кислоты присоединяется к эстеразному центру фермента и образуется так называемая ацетилированная холинэстераза.
5.Этот крайне непрочный комплекс мгновенно подвергается спонтанному гидролизу, что освобождает фермент от остатка медиатора и приводит к образованию уксусной кислоты.
6.С данного момента холинэстераза снова способна выполнять каталитическую функцию, а холин и уксусная кислота становятся исходными продуктами синтеза новых молекул ацетилхолина.
15) Химическая природа ферментов. Функциональные участки молекул ферментов. Простые и сложные ферменты.
Ферменты — это специфические белки, выполняющие в организме роль биологических катализаторов. Ферменты, благодаря своей белковой природе, отличаются от других катализаторов уникальными свойствами:
Высокой специфичностью
Способностью к регуляции
Доказательства белковой природы ферментов:
Денатурируют под действием химических и физических факторов
При гидролизе распадаются на аминокислоты
Обладают амфотерными свойствами
Обладают электрофоретической подвижностью
Не подвергаются диализу через полупроницаемую мембрану
Осаждаются высаливанием
Имеют большую молекулярную массу
Обладают высокой специфичностью
Прямое доказательствосинтез белков-ферментов (1969синтез первого белкаферментарибонуклеазы)
Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками:
-Выделяют простые ферменты, состоящие только из полипептидной цепи: пепсин, трипсин, уреаза, рибонуклеаза, фосфатаза и др.
-Большинство природных ферментов - сложные белки. Их небелковые компоненты называются кофакторами и необходимы для выполнения ферментом его каталитической роли. Кофакторами ферментов являются витамины или соединения, построенные с их участием (коэнзим А, НАД+, ФАД); фосфорные эфиры некоторых моносахаридов, ионы металлов.
Кофермент - небелковый фактор, который легко отделяется от белковой части - апофермента при диссоциации.
Простетическая группа – ковалентно связанный с белковой цепью небелковый компонент, который не отделяется при выделении и очистке фермента.
Весь фермент вместе с простетической группой называют холоферментом. Только объединение апофермента и кофермента обеспечивает активность холофермента. Функциональные участки ферментов
Фермент взаимодействует с субстратом лишь частью молекулы- активным центром.
Активный центр (для катализа)— это уникальная комбинация аминокислотных остатков в молекуле фермента, обеспечивающая непосредственное его взаимодействие с молекулой субстрата и прямое участие в акте катализа.
Активный центр состоит из:
Контактного участка, |
Катализирующего участка, |
Который узнает и связывает субстрат, |
Обеспечивающего катализ |
обеспечивает специфичность. Его также |
|
называют якорной площадкой или |
|
связывающим центром. |
|
Активный центр формируется на третичной и четвертичной структуре фермента.
Аллостерический центр (для регуляции) — это участок молекулы фермента, с которым связывается определенные, обычно низкомолекулярные соединенияэффекторы (модификаторы), молекулы которых отличаются по строению от субстратов. В результате изменяется третичная, а часто и четвертичная структура белковой молекулы. Как следствие изменяется конфигурация активного центра и каталитическая активность фермента. Это т.н. аллостерическая регуляция активности ферментов. Ферменты, активность
каталитического центра которых подвергается изменению под влиянием аллостерических эффекторов, называют аллостерическими.
Участки химической(постсинтетической) модификации (для регуляции)
Участок, обеспечивающий ориентацию фермента относительно субстрата
Участки межмолекулярного взаимодействия (для объединения в комплексы и ансамбли)
Участок иммунных взаимодействий (для взаимодействий антиген-антитело)
16)Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры, рН, концентрации фермента и субстрата. Константа Михаэлиса.
Влияние концентрации субстрата [S] на скорость ферментативной реакции
Как видно из графика, при низкой концентрации субстрата [S] зависимость скорости реакции V от концентрации субстрата линейна. При высокой концентрации субстрата скорость реакции максимальна VMAX и не зависит от скорости субстрата, т.е. наблюдается эффект насыщения субстратом.
Уравнение Михаэлиса-Ментен:
Km-это константа Михаэлиса, она численно равна концентрации субстрата, при которой скорость ферментативной реакции равна половине максимальной. Имеет практическое применение для выявления действия эффекторов (активаторов и ингибиторов) на активность ферментов (обратно пропорциональна активности ферментов).
Также для оценки скорости реакции от концентрации фермента используют график Лайнуивера-Берка, который представляет собой прямо пропорциональную зависимость.
Зависимость ферментативной реакции от концентрации фермента. Здесь прямая зависимость: чем больше фермента, тем быстрее ферментативная реакция
Зависимость ферментативной реакции от температуры.
В некотором ограниченном интервале скорость реакции повышается с ростом температуры, т.к. увеличивается кинетическая энергия молекул. При оптимальной температуре (370С) скорость ферментативной реакции максимальна. При дальнейшем повышении температуры наступает денатурация фермента, и реакция останавливается.
Зависимость от рН. Эта зависимость определяется денатурацией фермента при слишком низких или слишком высоких концентрациях рН, изменением величины заряда фермента или субстрата. Так как в активном центре фермента есть группы, способные к ионизации, то изменение рН влечет изменение степени ионизации функциональных групп, что может вызвать конформационные изменения в ферменте.
Но есть ферменты, работающие при высоких или низких рН.
17. Специфичность ферментов. Виды специфичности. Влияние температуры, рН, концентрации фермента и субстрата на скорость ферментативной реакции.
Ферменты обладают высокой специфичностью действия. По этому свойству они часто существенно отличаются от неорганических катализаторов.
В зависимости от механизма действия различают ферменты с относительной или групповой специфичностью с абсолютной специфичностью.
Скорость каждой химической реакции повышается при повышении температуры. Этот факт лежит в основе правила Вант-Гоффа, которое гласит, что при повышении температуры на 10° скорость реакции примерно удваивается. Это правило приложимо также к ферментативным реакциям, однако лишь в определенных температурных границах, т.к. при увеличении температуры свыше 40-50° происходит разрушение катализатора (ферментного белка) вследствие тепловой денатурации. Выше определенного температурного оптимума скорость реакции падает вследствие тепловой лабильности фермента.
Различная степень диссоциации белковых молекул при разных значениях рН, по-видимому, вследствие изменения свойств активного ж связывающего субстрат центров ферментной молекул приводит к их различной эффективности в зависимости от величины рН. Для каждого фермента существует оптимум рН, который может быть выражен более или менее отчетливо.
В 1913 Г. Михаэлис и Ментен выяснили, что скорость реакции не пропорциональна концентрации субстрата. При увеличении концентрации субстрата скорость ферментативной реакции сначала увеличивается, а затем стремится к некоей постоянной величине. Кривая изменения скорости асимптоматически приближается к опре-деленному предельному значению, соответствующему максимальной скорости. Субстрат S взаимодействует о ферментом E , образуя ферментсубстратный комплекс ( ES ).
Ферментативные реакции протекают обычно в условиях избытка субстрата. В этих условиях скорость реакции пропорциональна количеству фермента, находящегося в среде. Эта пропорциональность сохраняется до определенного предела, за которым скорость снижается из-за недостатка субстрата.
18. Активаторы и ингибиторы ферментов, механизм их действия. Виды ингибирования.
Химические соединения, влияющие на ход ферментативной реакции - эффекторы. Они могут быть активаторами или ингибиторами.
Активаторы - вещества, повышающие скорость реакции.
1) Активация ионами
Классическим примером активации ферментов ионами может служить активация ионами Мg++, которые необходимы для протекания реакций, связанных с переносом остатка фосфорной кислоты, в частности реакций, идущих с участием АДФ и АТФ.
Ингибиторами принято называть вещества, вызывающие частичное или полное торможение реакций, катализируемых ферментом.
Ингибиторы взаимодействуют с ферментами различными путями, они могут:
-Блокировать активный центр фермента
-Менять четвертичную структуру фермента
-Блокировать часть фермента, соединяющуюся с коферментом, активатором
-Нарушать взаимодействие фермента с субстратом
-Соединяться с коферментом, активатором
-Вызывать денатурацию фермента (неспецифические ингибиторы)
-Связываться с аллостерическим центром
Поскольку ферменты являются белками, любые агенты, вызывающие денатурацию белка (нагревание, кислоты, щёлочи, соли тяжёлых металлов) приводят к инактивации фермента. Однако такое инактивирование относительно неспецифично. Оно не связано с механизмом действия ферментов. Гораздо большую группу составляют так называемые специфические ингибиторы, которые оказывают своё действие на один какойлибо фермент или группу родственных ферментов.
Если молекула ингибитора вызывает стойкие изменения или модификацию функциональных групп фермента, то такой тип ингибирования называется необратимым.
Обратимое ингибировании в свою очередь разделяют на конкурентное и неконкурентное, в зависимости от того, удается или не удается преодолеть торможение ферментативной реакции путем увеличения концентрации субстрата. Во втором случае повышение концентрации субстрата не изменяет степень ингибирования фермента.
Конкурентное ингибирование может быть вызвано веществами имеющими структуру, похожую на субстрат, но немного отличающуюся от структуры истинного субстрата. Классическим примером подобного типа ингибирования является торможение активности сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой. Этот фермент катализирует окисление путем дегидрировалия янтарной кислоты
Неконкурентное ингибирование вызывается веществами, не имевшими структурного сходства с субстратами и часто связывающимися не с активным центром, а в другом месте молекулы фермента. Степень торможения во многих случаях определяется продолжительностью действия ингибитора на фермент.
При данном типе ингибирования благодаря образованию активной ковалентной связи фермент часто подвергается полной инактивации, и тогда торможение становится необратимым. Примерами неконкурентного ингибирования (инактивации) является действие йодацетата, диизопропилфторфосфата, динитрофенилфосфата, синильной кислоты.
Смешанный тип торможения
Ингибитор взаимодействует с ферментом в различных участках молекулы.
19. Регуляция активности ферментов (быстрая, медленная). Привести примеры.