Лекция_Ферменты

ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1. Химическая природа и структурная организация ферментов;
2. Сходства и отличия ферментов и неорганических катализаторов;
3. Коферменты, классификация, функции;
4. Классификация и номенклатура ферментов;
5. Свойства ферментов;
6. Механизм действия ферментов;
7. Ингибирование ферментативной активности;
8. Регуляция активности ферментов.

Ферменты – биокатализаторы белковой природы.
Рибозимы - биокатализаторы, по химической природе РНК.
Рибозимы катализируют разрыв фосфодиэфирных связей нуклеиновых кислот.

Строение активного центра фермента
Е
S
Каталитический участок
Контактный
участок

ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ФЕРМЕНТОВ И НЕБИОЛОГИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ:
Повышают скорость реакции;
В реакциях не расходуются;
Для обратимых процессов и прямая, и обратная реакция катализируется одним и тем же ферментом.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ФЕРМЕНТОВ:
1 .Ферменты обладают более высокой эффективностью действия (повышают скорость реакции в большее число раз, чем неорганические катализаторы).
2.Ферменты чувствительны к температуре (термолабильны)
3.Ферменты чувствительны к значениям рН среды.
4.Специфичность действия.
5.Ферменты - это катализаторы с регулируемой активностью.

Ферменты
Простые ферменты
Сложные ферменты (холоферменты)
Апофермент
Простетическая группа
Кофактор
(МЕ)
Витаминные
Невитаминные
Коферменты

Коферменты:
Витаминные:
тиаминовые ;
флавиновые;
пантотеновые;
никотинамидные;
пиридоксиновые.
Невитаминные:
нуклеотиды;
производные порфирина;
глутатион.

Тиаминовые коферменты
Производные витамина B1 (тиамина);
Участвуют в реакциях декарбоксилирования кетокислот (входят в состав пируватдегидрогеназного и α-кетоглутаратдегидрогеназного комплексов);
Являются коферментами транскетолаз (распад глюкозы);
Основной представитель тиаминдифосфат (ТДФ).

Флавиновые коферменты
Производные витамина B2 (рибофлавина);
ФМН – флавинмононуклеотид;
ФАД – флавинадениндинуклеотид;
Могут быть в окисленной и восстановленной формах;
Коферменты дегидрогеназ.

Пантотеновые коферменты
Производные пантотеновой кислоты);
Основной представитель – кофермент А;
Участвует:
в переносе кислотных остатков;
Синтезе холестерола и кетоновых тел;
Активации жирных кислот;
Обезвреживании ксенобиотиков.

Никотинамидные коферменты
Производные витамина РР (никотинамид);
НАД (никотинамидадениндинуклеотид);
НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат);
Коферменты могут быть в окисленной и восстановленной формах;
НАД и НАДФ связаны с ферментами дегидрогеназами, которые в окислительно-восстановительных реакциях.

Пиридоксиновые коферменты
Производные витамина В6 (пиридоксин);
Кофермент – пиридоксальфосфат;
Участвует в :
Реакциях переаминирования (трансаминирование). Связан с ферментами аминотрансферазами;
Реакциях декарбоксилирования аминокислот.

Номенклатура ферментов
Тривиальная - пепсин
Рабочая - лактатдегидрогеназа
Систематическая - L-лактат:НАД - оксидоредуктаза

Шифр
1-номер класса
2-номер подкласса
3-номер подподкласса
4-индивидуальный номер фермента в подподклассе
1.1.1.27 - ЛДГ

Классификация ферментов
В основе лежит тип катализируемой реакции
1. Оксидоредуктазы
2. Трансферазы
3. Гидролазы
4. Лиазы
5. Изомеразы
6. Синтетазы
7. Транслоказы

Оксидоредуктазы
Катализируют окислительно - восстановительные реакции
Подклассы:
дегидрогеназы;
оксидазы;
оксигеназы.

Трансферазы
ускоряют реакции транспорта групп атомов от одного субстрата к другому.
Подклассы (в зависимости от переносимых групп):
аминотрансферазы;
метилтрансферазы;
фосфотрансферазы (киназы);
ацилтрансферазы;
гликозилтрансферазы

Реакция трансаминирования

Гидролазы
катализируют реакции разрыва связей в молекулах субстратов при участии воды. При этом элементы воды присоединяются к свободным единичным валентностям, образовавшимся после разрыва связей.
Подклассы:
эстеразы;
гликозидазы;
пептидазы;
фосфатазы.

Действие эстеразы:

Действие гликозидазы

Лиазы
ускоряют отщепление негидролитическим путем групп: СООН, NH2, SH2;
присоединение воды по двойной связи.

Реакция декарбоксилирования

Реакция гидратации

Изомеразы
катализируют реакции изомеризации.
Выделяют:
«истинные изомеразы»;
мутазы

Реакция изомеризации

Лигазы (синтетазы)
участвуют в реакциях соединения двух и более простых веществ с образованием нового вещества. Эти реакции требуют затрат энергии.

Свойства ферментов:
Высок ая каталитическая активность;
специфичность действия;
термолабильность;
чувствительность к изменению рН среды;
регулируемая активность.

Специфичность действия
Субстратная
абсолютная;
групповая;
стереоспецифичность.
Каталитическая
обеспечивается каталитическим участком;
происходит выбор пути превращения субстрата

Пример абсолютной субстратной специфичности

Каталитическая специфичность

Термолабильность

Зависимость скорости реакции от рН среды

Кинетика ферментативной реакции
1 этап
3 этап
2 этап

Молекулярные эффекты:
Эффект концентрирования;
Эффект ориентации;
Эффект индуцированного соответствия;
Эффект натяжения связей субстрата;
Эффект кислотно-основного катализа;
Эффект ковалентного катализа.

Ингибирование ферментативной активности
снижение каталитической активности в присутствии определенных веществ – ингибиторов.
Виды ингибирования:
По механизму (конкурентное, неконкурентное);
По обратимости (обратимое, необратимое);
По специфичности (специфическое, неспецифическое).

Конкурентное ингибирование

Неконкурентное ингибирование

Способы регуляции активности ферментов:
Аллостерическая регуляция;
Регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий;
Фосфорилирование / дефосфорилирование;
Частичный протеолиз.

Аллостерическая регуляция