- •Тема 1 : ферменты.
- •1. Оксидоредуктазы 4. Лиазы
- •2. Трансферазы 5. Изомеразы
- •3. Гидролазы 6. Лигазы( синтетазы)
- •Ферменты – катализаторы и регуляторы биохимических реакций в клетке, поддерживающие постоянство внутренней среды организма.
- •Ферменты в медицине .
- •Наследственные энзимопатии по типу нарушений метаболизма делят на:
- •1 Класс . Оксидоредуктазы
- •2 Класс. Трансферазы
- •3 Класс. Гидролазы
- •Глюкозо-6-фосфат фосфогидролаза( кф3.1.3.9)
- •4 Класс. Лиазы
- •5 Класс. Изомеразы
- •6 Класс. Лигазы( синтетазы)
- •26.Фермент является представителем класса «оксидоредуктазы». Какое числовое значение надо поставить в коде кф . . . . Для обозначения класса фермента.
- •27. Какой витамин может быть в составе кофермента оксидоредуктазы:
- •28. Больному проводят лечение тромбоза сосудов с помощью фермента фибрино-
- •34. Содержание в плазме крови изофермента креатинкиназы состава мв определяют для диагностики
- •35. Для лечения язвенно-некротических осложнений в хирургии применяют препарат фермента:
- •36. К современным препаратам системной энзимотерапии следует отнести:
Тема 1 : ферменты.
Ферменты- высокоспециализированные белки
Биохимические реакции, необходимые для функционирования организма, строго детерминированы, генетически запрограммированы и создают всю картину обмена веществ и свои особенности метаболизма, характерные для данного вида.
Практически все реакции, избранные природой для осуществления онтогенеза, протекают в организме с участием белков-ферментов.
Информация о первичной структуре белка закодирована в соответствующем ему структурном гене. Выполняется закон:
Ген -> белок-фермент – > одна биохимическая реакция.
В постулате «одна реакция» проявляется специфичность фермента, которая может быть:
А. субстратная абсолютная ( единственное вещество является субстратом этого фермента.
Б. субстратная групповая, относительная (вещества одного класса или сходного строения являются субстратами фермента)
В. стерео (в отношении пространственного строения – геометрических и оптических изомеров)
Г. каталитическая (реализация одного направления реакции из нескольких возможных)
Все множество реакций, происходящих в организме, можно разделить на 6 типов,
в связи с этим предложена классификация ферментов, включающая 6 классов.
1. Оксидоредуктазы 4. Лиазы
2. Трансферазы 5. Изомеразы
3. Гидролазы 6. Лигазы( синтетазы)
* ( соответствие номера класса и название класса следует заучить )
По составу ферменты бывают
а. простые белки
б. сложные белки, состоящие из белковой части ( апофермента) и небелковой части
( кофермента). Совокупное название всего сложного фермента – холофермент.
Химическая природа коферментов - органические молекулы( гем, нуклеотиды ФАД, НАД+, витамины В-1, В-6, В-12, С, биотин, липоевая, фолиевая кислоты и др.) , катионы металлов (цинк, медь, марганец и др.)
Признак специфичности определяет белковая часть фермента, направляя каталитические возможности кофермента на нужный путь. Например, витамин В-6 может быть коферментом в составе трансаминаз ( класс трансферазы) и в составе декарбоксилаз аминокислот ( класс лиазы). Исследование активности трансаминаз АСТ и АЛТ широко применяется в клинической лабораторной диагностике.
Ферменты, обладающие одинаковой специфичностью, но отличающиеся строением первичной структуры белка, называются изоферментами. Изоферменты характеризуются различными физико-химическими свойствами: термолабильность. величина рI, электрофоретическая подвижность, Км
( рI - изоэлектрическая точка, Км – константа Михаэлиса - см. объяснения ниже в тексте)
Изоферменты локализуются в различных органах, появляются на разных этапах жизни (изменения в онтогенезе) или при изменении физиологических условий, осуществляя адаптацию. Как правило, для них характерна четвертичная структура, представленная вариантами сочетаний четного числа двух различных субъединиц.
Хорошо изученный фермент ЛДГ состоит из 4 субъединиц, представленных набором двух различных полипептидов : Н( heart ) и M ( muscle). Поэтому существует 5 изоферментов ЛДГ, отличающихся комбинациями субъединиц:
ЛДГ1 НННН ЛДГ2 Н ННМ ЛДГ 3 ННММ
ЛДГ 4 НМММ ЛДГ5 НМММ
.Знание изоферментного спектра органов широко используется в энзимодиагностике.
Ферменты катализируют
-только энергетически возможные реакции,
-направление реакции в процессе катализа изменяться не может,
- любой катализатор( в т.ч. фермент) в процессе реакции не расходуется.
К особенностям ферментативного катализа относятся:
* высокие скорости реакций
* физиологические условия ( температура в предела 36-38 0 С , значение рН 6,9 – 7,5)
* высокая специфичность
* возможность регуляции скорости реакции
Функции ферментов обеспечиваются их пространственным строением.
На поверхности белка фермента выделяют особый активный центр, в составе которого есть 2 различных по функциям участка :
субстратный ( служит для связывания субстрата). Формируется с участием радикалов аминокислот, которые оказываются сближенными благодаря образованию третичной пространственной структуры , изменение которой нарушает функции субстратного центра.
каталитический( в нем проходит превращение субстрата в продукт реакции). Именно в каталитическом участке сложного белка-фермента находится кофермент, а в случае простого белка фермента каталитический центр вновь формируется радикалами аминокислот.
Субстратный и каталитический участки находятся в кооперативном взаимодействии. Достаточно часто в составе фермента присутствуют различные ионы, располагающиеся вне активного центра, но необходимые для полноценного функционирования фермента - их называют кофакторы.
У особых регуляторных ферментов есть дополнительный участок – аллостерический центр, который связывает особые вещества модуляторы, или эффекторы, способные изменять активность фермента. Лекарственные препараты могут действовать как аллостерические активаторы или ингибиторы .
Термин аллостерический ( пространственно иной- греч) ввел Ж. Моно- французский биохимик и микробиолог лауреат Нобелевской премии ( 1965 )
Ошибки в аминокислотной последовательности первичной структуры белка наиболее опасны в тех случаях, когда аминокислоты участвуют в образовании функционально важных участков фермента.- возникают дефектные ферменты( одна из причин наследственной энзимопатии).
Скорость ферментативной реакции зависит от факторов:
* температуры
* величины рН среды
* концентрации энзима ( зависимость линейная)
* концентрации субстрата ( зависимость описывается гиперболой, при достаточном увеличении концентрации субстрата скорость перестает расти , достигает максимальной и сохраняется постоянной при дальнейшем увеличении концентрации субстрата., в отдельных случаях может и понижаться.)
В обоих случаях ( температура., рН ) наблюдается максимальное значение скорости реакции при определенных оптимальных значениях этих величин. При отклонении от оптимального значения в обе стороны скорость реакции снижается.
Снижение температуры, как правило, вызывает обратимую денатурацию белка-фермента вследствие повышения энергетического барьера реакции. Повышение температуры выше Т ( опт) сопровождается необратимой денатурацией белка, поскольку белки термолабильны. Уместно напомнить, что термин денатурация белка означает потерю нативных ( природных) свойств белка.
Изменение величины рН сопровождается нарушением конформации третичной структуры белка, которая формирует активный или аллостерический центры : изменяется заряд белка., меняется характер ионного взаимодействия, число водородных связей.
Знание вышеперечисленные зависимостей позволяет научно объяснить :
1. необходимость поддержания кислотно-основного гомеостаза организма, который нужен для обеспечения функций белков- ферментов, белков-рецепторов.
2 при осуществлении энзимотерапии: выбор дозы, условия применения лекарственного препарата, содержащего ферменты.
Локализация и компартментализация ферментов в клетке и тканях.
Ферменты по локализации делят на 3 группы:
I – общие ферменты (универсальные)
II - органоспецифические
III - органеллоспецифические
Общие ферменты обнаруживаются практически во всех клетках, обеспечивают жизнедеятельность клетки, катализируя реакции биосинтеза белка и нуклеиновых кислот, образование биомембран и основных клеточных органелл, энергообмен. Общие ферменты разных тканей и органов, тем не менее, отличаются по активности.
Органоспецифичные ферменты свойственны только определенному органу или ткани. Например: Для печени – аргиназа. Для почек и костной ткани – щелочная фосфатаза. Для предстательной железы – КФ (кислая фосфатаза). Для поджелудочной железы – α-амилаза, липаза. Для миокарда – КФК (креатинфосфокиназа), ЛДГ, АсТ и т.д.
Внутри клеток ферменты также распределены неравномерно. Одни ферменты находятся в коллоидно-растворенном состоянии в цитозоле, другие вмонтированы в клеточных органеллах (структурированное состояние).
Органеллоспецифические ферменты. Разным органеллам присущ специфический набор ферментов, который определяет их функции.
Органеллоспецифические ферменты это маркеры внутриклеточных образований, органелл:
-Клеточная мембрана: ЩФ (щелочная фосфатаза), АЦ (аденилатциклаза), К-Nа-АТФаза
-Цитоплазма: ферменты гликолиза, пентозного цикла.
-ЭПР: ферменты обеспечивающие гидроксилирование (микросомальное окисление).
-Рибосомы: ферменты обеспечивающие синтез белка.
- Лизосомы: содержат гидролитические ферменты, КФ (кислая фосфатаза).
- Митохондрии: ферменты окислительного фосфорилирования, ЦТК (цитохромоксидаза, сукцинатдегидрогеназа), β-окисления жирных кислот.
-Ядро клетки: ферменты обеспечивающие синтез РНК, ДНК ( РНК-полимераза, НАД-синтетаза).