Комплекс IV (Цитохром c оксидаза) катализирует перенос 4 электронов с 4 молекул цитохрома на O2 и перекачивает при этом 4 протона в межмембранное пространство. Комплекс состоит из цитохромов a и a3, которые, помимо гема, содержат ионы меди. Цитохром с является компонентом дыхательной цепи митохондрий. Его роль заключается в переносе электрона между комплексом III и комплексом IV дыхательной цеп
18. Энзимопатология. (Изучение роли ферментов в развитие патологических процессов). Объект - изучения энзимопатиия. Энзимодиагностика. (Изучение способов диагностики заболеваний путем определения активности ферментов). Энзимотерапия. (Использование ферментов в качестве лекарственных препаратов).
17. Изоферменты, или изоэнзимы — это различные по аминокислотной последовательности изоформы или изотипы одного и того же фермента, существующие в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах. Изоферменты, как и другие изофункциональные белки, выполняют одинаковую функцию, т. е. катализируют одну и ту же реакцию. Однако по ряду свойств изоферменты могут различаться, например по молекулярной активности, по кинетике реакции, по способам регуляции, по стабильности.
16. Действие Ф., в отличие от неорганических катализаторов, строго специфично и зависит от строения субстрата, на который Ф. действует. Прекрасным примером такой зависимости служит катализируемая аргиназой реакция гидролитического расщепления аминокислоты аргинина на орнитин и мочевину: Однако аргиназа не расщепляет метилового эфира аргинина: Дипептид, состоящий из остатков двух молекул аргинина, под действием аргиназы даёт лишь половину теоретического количества мочевины. Очевидно, что, хотя расщепление аргинина происходит в месте, весьма отдалённом от карбоксильной (COOH) группы (показано пунктиром), необходимым условием действия аргиназы является её соединение с карбоксильной группой аргинина. Поэтому замещение водорода в карбоксильной группе на метильный остаток или же связывание карбоксильной группы со второй молекулой аргинина оказывают резкое влияние на действие аргиназы. Примеры специфичности действия Ф. могут быть приведены при рассмотрении их стереохимической специфичности, т. е. действия Ф. на стереоизомеры (см. Изомерия). Так, Ф., окисляющий природные L-аминокислоты, не действует на D-изомеры этих же аминокислот; Ф. дипептидаза, гидролизирующий дипептиды, состоящие из остатков L-аминокислот, не действует на такие же дипептиды, состоящие из остатков D-аминокислот. Специфичность действия Ф. послужила нем. учёному Э. Фишеру основанием для сравнения субстрата и Ф., который катализирует его превращение, с замком и соответствующим ему ключом. Стереохимическая специфичность Ф. теснейшим образом связана с одной из основных особенностей живых организмов - их способностью к синтезу оптически активных органических соединений
15 Зависимость активности ферментативных реакций от рН среды имеет большое значение для организма как один из факторов неспецифической регуляции активности ферментов и метаболизма в целом. Отклонение рН биологической жидкости или клеточного компартмента от оптимума в кислую или щелочную сторону влечет за собой снижение активности ферментов, а, следовательно, изменение метаболизма. Знание оптимумов рН индивидуальных ферментов важно для определения активности ферментов in vitro, а также для коррекции их активности при нарушении кислотно-основного состояния организма.
13. Фермент взаимодействует с субстратом по принципу строгой спецефичности (комплементарности) Это принцип "ключ-замок" или "рука-перчатка". Скорость ферментативной реакции зависит от концетрации как фермента, так и субстрата.
Механизм действия ферментов В 1902 г. Генри выдвинул предположение, что действие ферментов заключается в образовании комплекса с молекулой субстрата, которое представляет собой обратимый процесс. Комплекс фермент-субстрат соответствует промежуточному соединению или переходному состоянию в теории промежуточных соединений. Затем этот комплекс распадается и регенерирует фермент. Этот процесс описывается уравнением E + S = ES = E + P где E-фермент, S-субстрат, ES-комплекс, a P-продукт реакции. Это уравнение впервые предложили Михаэлис и Ментен в 1913 г., и поэтому оно получило название уравнения Михаэлиса - Мептен. Согласно существующим воззрениям, молекула субстрата связывается с областью на поверхности фермента, которая называется активным центром. Активность этого центра повышается в присутствии витаминов и некоторых минеральных веществ. За активность ферментов особенно ответственны различные микроэлементы, в частности d-переходиые металлы, как, например, медь, марганец, железо и никель. Активность некоторых ферментов очень зависит от наличия коферментов. Кофер-ментами являются относительно небольшие органические молекулы, которые связываются с активными центрами фермента. Роль таких коферментов часто выполняют витамины группы В
12. Ферменты обладают более высокой специфичностью действия по сравнению с неорганическими катализаторами. Различают специфичность по отношению к типу химической реакции, катализируемой ферментом, и специфичность по отношению к субстрату. Эти два вида специфичности характерны для каждого фермента.
Специфичность по отношению к субстрату – это предпочтительность фермента к субстрату определенной структуры в сравнении с другими субстратами. Различают 4 вида субстратной специфичности ферментов:
1. Абсолютная специфичность – способность фермента катализировать превращение только одного субстрата. Например – глюкокиназа фосфорилирует только глюкозу, аргиназа расщепляет только аргинин, уреаза – мочевину.
2. Относительная специфичность – фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих один тип связи. Например – липаза расщепляет сложноэфирную связь в триацилглицеролах.
3. Относительная групповая специфичность – фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих один тип связи, но требуется наличие определенных функциональных групп, входящих в состав субстратов. Например, все протеолитические ферменты расщепляют пептидную связь, но пепсин – образованную аминогруппами ароматических аминокислот, химотрипсин – образованную карбоксильными группами этих же аминокислот, трипсин – пептидную связь, образованную карбоксильной группой лизина, аргинина.
4. Стереохимическая специфичность – фермент катализирует превращение только одного стереоизомера. Например, бактериальная аспартатдекарбоксилаза катализирует декарбоксилирование только L-аспартата и не действует на D-аспарагиновую кислоту.
11. Активный центр — особая часть молекулы фермента, определяющая её специфичность и каталитическую активность
8. Ультрацентрифугирование — метод разделения и исследования высокомолекулярных соединений, вирусов и субклеточных частиц с помощью ультрацентрифуги.
Метод, заключающийся в том, что белки в центрифужной пробирке помещают в ротор ультрацентрифуги. При вращении ротора скорость оседания белков пропорциональна их молекулярной массе: более тяжелые белки образуют фракции, расположенные ближе ко дну кюветы, более легкие — к поверхности.
Идея ультрацентрифугирования была предложена А.В. Думанским в 1913, однако разработка современной теории седиментационного анализа стала возможной только после того, как Т. Сведберг в 1926 сконструировал высокоскоростную ультрацентрифугу
7. Электрофорез белков — способ разделения смеси белков на фракции или индивидуальные белки. Электрофорез белков применяют как для анализа компонентов смеси белков, так и для получения гомогенного белка. Наиболее распространенным вариантом электрофоретического анализа белков, является электрофорез белков в полиакриламидном геле по Лэммли Электрофорез белков подразделяется также на одномерный и двумерный (2D-) электрофорез, препаративный и аналитический, а также электрофорез нативных белков и электрофорез в присутствии детергента (в денатурирующих условиях). Разновидностью метода электрофореза являются изоэлектрическое фокусирование и изотахофорез. В случае использования иммунологических методов для выявления разделённых белков говорят про иммуноэлектрофорез виды приминение: Электрофорез в свободных средах (без поддерживающей среды) ,Электрофорез с подвижной границей Зональный электрофорез без поддерживающей среды Капиллярный электрофорез Зональный электрофорез в поддерживающей среде с капиллярной структурой Электрофорез на фильтровальной бумаге Электрофорез белков на ацетат-целлюлозной мембране Электрофорез в колонках и блоках гранулированной поддерживающей среды Электрофорез белков в ПААГ Электрофроез белков в крахмальном геле Электрофорез белков в агарозном геле
6.Хроматография - это метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении веществ между двумя фазами: подвижной и неподвижной.
Подвижная фаза представляет собой поток жидкости или газа, проходящий через неподвижную фазу и переносящий вещество. Неподвижная фаза - как правило твердое вещество с развитой поверхностью или, реже, жидкость, способные обратимо взаимодействовать с веществом. При этом чем лучше вещество сорбируется (поглощается) неподвижной фазой, тем меньше скорость его движения.
Процесс разделения основывается на различном сродстве исследуемых соединений к подвижной и неподвижной фазам: вещества движутся к "финишу" с различными скоростями и, т.о., разделяются.
5. Диализ - (dialysis) - метод разделения частиц различных размеров в жидкой смеси с помощью тонкой полупроницаемой мембраны, поры которой слишком малы для прохождения больших частиц (например, белков), но достаточно велики для прохождения растворенного кристаллического вещества. Растворенная смесь отделяется от дистиллированной воды с помощью этой мембраны; растворенные частицы проходят -сквозь мембрану в воду, в то время как крупные нерастворенные частицы остаются. Принцип диализа используется в аппарате "искусственная почка" (см. Гемодиализ). При перитонеальном диализе (peritoneal dialysis) в качестве аутогенной полупроницаемой мембраны используется брюшина; этот вид диализа выполняется в том случае, если проведение гемодиализа в силу каких-либо причин невозможно.;
4. Линдстрём-Ланг предложил выделять 4 уровня структурной организации белков: первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры
Первичная структура — последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Первичную структуру белка, как правило, описывают, используя однобуквенные или трёхбуквенные обозначения для аминокислотных остатков.
Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями. Ниже приведены самые распространённые типы вторичной структуры белков[
третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи. Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль. В стабилизации третичной структуры принимают участие: гидрофильно-гидрофобные взаимодействия, ионные и ковалнтные сваязи
Четвертичная структура (или субъединичная, доменная) — взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса. Белковые молекулы, входящие в состав белка с четвертичной структурой, образуются на рибосомах по отдельности и лишь после окончания синтеза образуют общую надмолекулярную структуру. В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки. В стабилизации четвертичной структуры принимают участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации третичной. Надмолекулярные белковые комплексы могут состоять из десятков молекул.
3. Ферменты называют катализаторами белковой природы, так как они в миллионы раз ускоряют течение отдельных химических реакций. Благодаря этой способности ферменты играют важнейшую роль в обмене веществ, во взаимодействии организма с внешней средой. Таким образом, первым свойством ферментов, отличающим их от химических катализаторов, является колоссальное ускорение течения реакций.
Вторым свойством ферментов является строгая специфичность их действия. Например, мальтаза разлагает мальтозу и не действует на близкий дисахарид сахарозу. Действие ферментов направлено на совершенно определенные химические связи.
Третьим свойством ферментов является их большая зависимость (лабильность) от ряда внешних воздействий — температуры, рН среды, окислительно-восстановительных условий, примесей некоторых веществ и др.
1 .Классификация и номенклатура ферментов. В. Классы ферментов На сегодняшний день известно примерно 2000 различных ферментов. Разработанная система классификации учитывает реакционную и субстратную специфичности ферментов. Все ферменты включены в «Каталог ферментов» под своим классификационным номером (КФ), состоящим из четырех цифр. Первая цифра указывает на принадлежность к одному из шести главных классов. Следующие две определяют подкласс и подподкласс, а последняя цифра — номер фермента в данном подподклассе. Например, лактатдегидрогеназа (см. сс. 102-105) имеет номер КФ 1.1.1.27 (класс 1, оксидоредуктазы; подкласс 1.1, донор электрона — СН-ОН; подподкласс 1.1.1, акцептор — НАДФ+.) В каждом из шести главных классов объединены ферменты, обладающие одинаковой реакционной специфичностью. Оксидоредуктазы (класс 1) катализируют окислительно-восстановительные реакции. Трансферазы (класс 2) переносят ту или иную функциональную группу от одного субстрата на другой. Для оксидоредуктаз и трансфераз необходим общий кофермент (см. сс. 108 и сл.). Гидролазы (класс 3) также участвуют в переносе групп, однако акцептором здесь всегда является молекула воды. Лиазы (класс 4, называемые иногда «синтазами») катализируют расщепление или образование химических соединений, при этом образуются или исчезают двойные связи. Изомеразы (класс 5) перемещают группы в пределах молекулы без изменение общей формулы субстрата. Лигазы («синтазы», класс 6) катализируют энергозависимые реакции присоединения и поэтому их действие Сопряжено с гидролизом нуклеозидтрифосфата (чаще всего АТФ). Как правило, кроме названия фермента принято указывать его классификационный номер. В списке ферментов, приведенном в конце книги (см. сс. 408 и сл.), все ферменты приведены с классификационными номерами.
2 Изоэлектрическое состояние и изоэлектрическая точка. Изоэлектрическая точка (pI) (ИЭТ)— кислотность среды (pH), при кот определ молекула или пов-ть не несёт электр заряда. Хар-ка состояния р-ра амфотерного электролита (амфолита) -соед., способного присоединять или отщеплять протоны, превращаясь либо в положит, либо в отриц заряженные ионы, при к-ром суммарный электрич. заряд амфолита равен нулю. Соответствует рН р-ра, при к-ром одинаковы концентрации положительно и отрицательно заряженных форм (напр., для аминокислот) или числа ионизированных кислотных и основных групп (напр., для макромолекул белков и др. полиамфолитов). Растворимость амфотерных молекул, как правило, явл min при pH равной или близкой к изоэлектрической точке pI. Часто они в своей изоэлектрической точке выпадают в осадок. Многие биолог молекулы, такие как аминокислоты и белки, явл по своей природе амфотерными, т.к содержат и кислотные, и осно?вные функциональные группы. Общ заряд белка опр-ся боковыми группами аминокислот, кот м.б полож- или отриц-заряженными, нейтральными или полярными. Общ заряд белка при pH ниже изоэлектрической точки явл положительным. Наоборот, при pH выше изоэлектрической точ Классификация аминокислот. Почти все ?-амино ?-карбоксил.группы участв в образовании пептидных связей белковой молекулы, теряя при этом свои специф для свобод аминокислот кисл-основ св-ва. Поэтому все разнообразные особенности структуры и ф-ции белковых молекул связаны с хим.природой и физ-хим св-вами радикалов аминок-т. Классификация разработана на основе хим строения радикалов R. --По полярности радикалов (R-групп): Т.е. по способности их взаимодействия с водой при физиологич.знач pH 1.Гидрофобные (неполярные R) – глицин, валин, лейцин, пропин 2.Гидрофильные (полярные) – сирин,цистеин, метионин,аспаргин 3.Ароматические – фенилаланин, тирозин,триптофан 4.Отриц.заряженные – аспарагиновая, глутаминовая к-та 5.Положит.заряж – лизин, аргинин, гистидин Есть еще производные аминок-т: оксипропин, оксилизин --Часто класс основана на природе заряда аминоксилот: нейтральные-R нейтрал, содерж 1 амино- и 1-карбоксил группы. Основная или кислая аминокислота – избыток амино или карбоксил групп. --По способности организма синтезировать из предшественников: Незаменимые (валин, изолейцин, лейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан, аргинин, гистидин). Заменимые (глицин, аланин, пролин, серин, цистеин, аспартат, аспарагин, глутамат, глутамин, тирозин) ки общий заряд белка — отрицательный.
Строение и ф-ции аминок-т. Аминок-ты -класс орг соединений, объединяющих в себе св-тва кислот и аминов, т. е. содержащих наряду с карбоксильной группой —COOH аминогруппу —NH2. В зависимости от положения аминогруппы относ карбокс группы различают a-, b-, g- и др. Благодаря им белки наделены рядом уник ф-й, не свойственных биополимерам и обладают хим. Индивидуальностью. Оксилизин, оксипропин содеж в белке соед.тк – коллагене, а дийодтирозин явл основой структуры гормонов щитовидной железы. Протромбин – белок свёртывания крови. Ряд ?-аминок-т выполн важ ф-ции в обмене в-в, хотя и не входят в состав белков, в частности орнитин, гомосерин и др. Участвуют в обмене азотистых в-в всех орг, т.к. замнимают исходное соединение при биосинтезе гормонов, витаминов, медиаторов, пигментов, алкалоидов, пуриновый и пиримидиновых оснований и др.