Эффектор

фермент а₁ фермент в₁

фермент а₂ фермент в₂

фермент а фермент в

Каскадные реакции – это цепь реакций с использованием вспомогательных ферментов, которые регулируются модифицирующими эффекторами в ответ на гормональный сигнал. Такие формы регуляции важны для активационного контроля мультиэнзимных комплексов. «Мультиферментные комплексы» – это комплексы энзимов, которые включают несколько ферментов в одной структурной единице. Ферменты этого комплекса катализируют все этапы распада одного вещества до его конечных продуктов или образование вещества из исходных соединений. Примером может служить дыхательная цепь ферментов в мембране митохондрий или комплекс ферментов синтеза жирных кислот в цитозоле; рибосомы являясь структурными элементами клеток, включают набор ферментов для трансляции. С помощью химической модификации можно регулировать функции мультиэнзимных комплексов.

Лекция № 12. Тема «ферменты».

1. Классификация и номенклатура ферментов.

2. Условия проведения ферментативной реакции и определения активности ферментов в лабораторной практике.

3. Локализация ферментов в клетке.

4. Энзимопатии.

5. Энзимодиагностика. Биологическое и клиническое значение ферментов.

6. Метаболическая терапия, использование в ней ферментов (заместительная терапия, иммобилизованные ферменты).

Международный биохимический союз разработал единые требования к названиям ферментов и единую классификацию. В основе классификации лежит химическая характеристика реакций, катализируемых ферментами или химическая природа субстрата, подвергающегося превращению. Выделяют 6 классов.

1. Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции (дегидрогеназы, оксигеназы, оксидазы). Например, ЛДГ обеспечивает окисление и восстановление молочной кислоты; ксантиноксидаза катализирует синтез мочевой кислоты.

2. Трансферазы – катализируют перенос групп между субстратами (аминотрансферазы: АсТ, АлТ и др.).

3. Гидролазы – катализируют реакции расщепления при участии воды (пепсин, трипсин).

4. Лиазы – катализируют реакции отщепления групп с образованием двойных связей или присоединением групп по месту двойных связей. Например, декарбоксилазы – катализируют отщепление СО₂.

5. Изомеразы – катализируют реакции внутримолекулярной перестройки. Например, глюкозофосфатизомераза обеспечивает прямую и обратную реакцию между фруктозо-6-фосфатом и глюкозо-6-фосфатом.

6. Лигазы (синтетазы) – участвуют во всех реакциях синтеза (трансляция белка – синтетаза ДНК-аза, РНК-аза и др.).

Название фермента составляется по названиям субстрата, кофермента, типа реакции:

Глюкозо-6-фосфат – фосфогидролаза

субстрат продукт тип окончание

реакции реакции «аза»

(Н₃РО₄)

Старые названия, прочно укоренившиеся в литературе: пепсин, амилаза, трипсин и др.

Международный союз биохимиков опубликовал каталог ферментов, в котором отдельные ферменты расположены по классам и подклассам, с указанием шифра. Например, ЛДГ, навое название НАД⁺ - оксидоредуктаза (к.ф.1.1.1.27).

В диагностике заболеваний определению активности ферментов придается большое значение. Оптимальные условия проведения ферментативной реакции:

1. установление рН-оптимума фермента путем использования соответствующего буферного раствора с гарантией поддержания рН на постоянном уровне во время реакции;

2. удаление из зоны реакции ингибирующих веществ;

3. поддержание постоянной температуры во время проведения реакции;

4. добавление в достаточном количестве коферментов;

5. обеспечение избытка субстрата.

Избыток субстрата гарантирует измерение максимальной скорости реакции и устраняет падение активности фермента из-за потребления субстрата. Условия проведения реакции должны строго соблюдаться. Помимо определения активности ферментов с диагностической целью, имеет значение и определение количества субстратов с помощью препаративно изолированных ферментов. Для этого к определенному субстрату добавляют избыток фермента в оптимальных для реакции условиях. Затем полученный продукт определяют специальными методами.

Например, использование фермента в реакциях превращения глюкозы основано на свойстве субстратной специфичности и исключает участие в химической реакции других сахаров. В этом случае определяется концентрация только глюкозы. Ферментативными методами определяют концентрацию ТАГ, мочевины, холестерина и др. субстратов.

Ферменты неравномерно распределены внутри клеток. Они связаны с определенными структурами и местами в клетке, которые выполняют определенную роль в обмене веществ и тесно взаимосвязаны друг с другом. Многие ферменты тесно связаны со структурными белками в данном отсеке клетки. В некоторых случаях едва ли возможно различить белок фермента и структурный белок. Такая жесткая фиксация ферментов со структурными образованиями клетки характерна не для одного, а для целой группы ферментов, которые катализируют цепь метаболических превращений. Ферменты и структурные белки тесно связаны в митохондриях. Во внутренней мембране локализованы функциональные единицы – комплексы ферментов дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования. Они обеспечивают получение и накопление энергии. Комплексы реакций окисления жирных кислот и цикла Кребса протекают также в митохондриях. Таким образом, в митохондриях сосредоточен целый ряд мультиферментных комплексов. Тесный контакт ферментов и субстратов в мультиферментных комплексах благоприятствует быстрому протеканию реакций.

Первичные лизосомы, пузырьковые образования, содержимое которых состоит из ферментов, катализирующих распад клеточных составных частей. Неконтролируемое действие этих ферментов после разрушения первичных лизосом может привести к растворению клетки. В нормальных условиях действие лизосомных ферментов контролируется. При повреждении клеток и после их гибели ферменты выходят из первичных лизосом и вызывают растворение клетки (аутоцитоз). Мембраны ЭПС содержат ферменты для синтеза ТАГ и сложных липидов.

Гиалоплазма (цитозоль) – жидкое содержимое клеток, которое омывает все органеллы и заключено в мембрану. Там происходит синтез и распад углеводов, синтез жирных кислот, ряд подготовительных реакций для получения энергии в митохондриях.

Пространственное разделение различных реакций обмена внутри клеток обусловливает необходимость транспорта в ней промежуточных метаболитов. Так, например, окислительный распад углеводов до СО₂ и Н₂О идет частично в цитозоле, частично в митохондриях. Наоборот, строительный материал для синтеза жирных кислот должен доставляться из митохондрий в цитозоль. Неконтролируемый переход веществ через мембрану митохондрий невозможен. Для таких целей существуют многочисленные транспортные механизмы, в которых важную роль выполняют переносчики – вещества, которые являясь частью мембраны или будучи не связанными с ней веществом, обеспечивают управление проницаемостью мембран для определенных субстратов. Примером такого переноса является поставка в митохондрию жирных кислот с участием карнитина. В обмене веществ все метаболические пути в каких-либо пунктах соприкасаются или перекрещиваются. Примером такой взаимосвязи между различными отделами клеток могут служить процессы синтеза белков.