Лекция № 11. Тема «ферменты».

1. Кинетика ферментативных реакций:

- активность фермента, способы её выражения, клиническое значение её определения;

- влияние рН, температуры, концентрации субстрата и количества фермента на активность фермента;

- графический способ выражения. Константа Михаэлиса.

2. Регуляция активности ферментов:

- эффекторы;

- ключевые реакции;

- индукция.

Роль гормонов как биологических регуляторов активности ферментов.

3. Типы торможения. Аллостерическая регуляция. Принцип обратной свзи.

4. Химическая модификация ферментов. Вспомогательные ферменты. Каскадные реакции.

Химическая реакция – это результат столкновения молекул, который зависит от величины энергии молекул и от прочности той связи между атомами в молекуле, которая должна быть разорвана. Молекул с очень низкой и очень высокой энергией мало, большинство молекул обладает средним запасом энергии. Они определяют скорость реакции.

Способы выражения химической реакции:

1. увеличить среднюю энергию молекул;

2. снизить энергетический барьер реакции.

Энергетический барьер реакции – это значение энергии, когда все молекулы взаимодействуют.

Энергия активации – количество энергии, необходимое для того чтобы все молекулы смогли провзаимодействовать (преодолеть энергетический барьер).

В общем виде уравнение химической реакции в присутствии фермента можно записать:

Е + S ↔ ЕS ↔ ЕZ → ЕР → Е + Р, где

Е – фермент,

S – субстрат,

Р – продукт,

Z – промежуточный комплекс.

Ферментативная реакция протекает в три стадии:

I стадия: Е + S ↔ ЕS – образование фермент-субстратного комплекса, протекает очень быстро. Субстрат присоединяется к якорному участку активного центра.

Причины ускорения реакции на I стадии: 1) происходит сближение и правильная ориентация молекул субстрата в области активного центра фермента; 2) это приводит к увеличению эффективной концентрации молекул субстрата.

II стадия: на стадии фермент-субстратного комплекса происходит химическая реакция через переходное состояние ЕS ↔ ЕZ, где Z – это уже не субстрат, но еще и не продукт. Именно эта стадия лежит в основе субстратной специфичности фермента. На этой стадии происходит ускорение реакции вследствие уменьшения энергии активации.

Причины снижения энергии активации: 1) фермент передает часть своей энергии субстрату в ходе взаимной подгонки конформации субстрата и фермента. Субстрат в ходе взаимодействия с активным центром фермента деформируется, что облегчает разрыв его связей; 2) уменьшается энергетический барьер в реакции путем разбивки её на ряд промежуточных стадий, каждая из которых имеет низкий энергетический барьер.

III стадия: ЕР → Е + Р происходит очень быстро, выделяется продукт реакции, а фермент выделяется в неизменном количестве и качестве.

Кинетика изучает механизм ферментативных реакций. Изучение ферментативной кинетики дает возможность составить представление о механизмах регуляции физиологических реакций. Знание кинетики ферментативных реакций важно для проведения ферментативной реакции в клинической лаборатории, для диагностики заболевания, контроля проводимого лечения.

Активность ферментов отражает скорость ферментативной реакции. В общем виде под активностью понимают количество фермента или биологического материала, содержащего фермент, которое при определенных условиях катализирует в единицу времени определенное количество субстрата. Активность – это изменение субстрата под влиянием фермента в единицу времени. Под изменением субстрата понимают снижающееся в единицу времени количество субстрата или же увеличивающееся количество продукта. Понятие «активность фермента» идентично понятию «скорость ферментативной реакции». Ферментативная активность выражается в единицах активности. Интернациональная единица активности обозначается «И» (unit – единица) и определяется как 1 мкмоль субстрата в 1 минуту. В системе СИ используют «катал» (kat, кат) в качестве единицы ферментативной активности. Катал определяется как 1 моль/сек. Размерность ее слишком велика, на практике пользуются меньшими кратными значениями, начиная с нанокатала (10^¯9 кат). В сравнении с международной единицей: 1 И = 16,67 нкат.

В лабораторной практике пользуются понятием удельная активность. При этом число стандартных единиц пересчитывают на какую-либо единицу сравнения (мг, объем). Активность ферментов можно регулировать. При изучении действия ферментов в пробирке (in vitro) было отмечено, что оптимальные условия его работы тесно вязаны с различными факторами – рН, температурой, концентрацией субстратов и др.