Биохимия в таблицах, схемах и графиках

Кm – это такая концентрация субстрата, которая необходима для связывания половины имеющегося фермента и достижения половины максимальной скорости.

Км - КОНСТАНТА МИХАЭЛИСА. Она численно равна той концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину от максимального значения. Эта реакция описывается уравнением Михаэлиса-Ментон:

Км и Vmax - это две кинетические константы, с помощью которых можно характеризовать эффективность работы фермента, в том числе и in

vivo.

ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ ОТ рН

Активность фермента

1 .0
0 .5		1	2	3
0 .0	2	4	6	8	1 0	1 2
0

p H

Зависимость активности ферментов (для удобства сравнения приведены активности, нормированные к единице) от рН. 1 — Пепсин, 2

— рибонуклеаза и 3 — аргиназа.

21

ИНГИБИРОВАНИЕ ФЕРМЕНТОВ

Конкурентное ингибирование

E + S	k1			k2			+ P
		ES				E
	k–1
E	+ I				EI

Здесь I — ингибитор, EI — фермент-игибиторный комплекс.

Неконкурентное ингибирование

E +		k1						k2		+ P
	S			ES					E
		k–1
	E		+ I					EI
	ES		+ I					ESI

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ РЕГУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

Способность к регуляции делает ферменты важными участниками и своеобразными организаторами клеточных процессов в организме

22

человека. Активность фермента может регулироваться путем взаимодействия с определенными веществами, изменяющими конформацию активного центра.

23

ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ В МЕДИЦИНЕ

Основные	Ферменты	Примеры использования
разделы
	Лактатдегидрогеназа	Инфаркт миокарда
	(изофермент ЛДГ-1)
	Аспартатаминотрансфераза	Инфаркт миокарда
	(АСТ)
Диагностика	Аланинаминотрансфераза	Заболевание	печени
	(АЛТ)	(например, инфекционный
		гепатит),	инфаркт
		миокарда
	Креатинкиназа (КК)
	Изофермент ММ –	Прогрессирующая
	Мышечный тип,	дистрофия
	изофермент МВ –
	сердечный тип	Инфаркт миокарда
	α -Амилаза	Заболевание
		поджелудочной железы
	Пепсин	Нарушение переваривания
		белков в желудке,
		нарушение синтеза или
	24

		секреции пепсина
Лечение	Трипсин, химотрипсин	Лечение гнойных ран
	Стрептокиназа, урокиназа	Предотвращение
		тромбообразования при
		пересадке органов и
		других операциях
	Гиалуронидаза	Рассасывание рубцов
	Нуклеазы (ДНКаза)	Вирусный конъюнктивит,
		ринит, гнойный бронхит
Использование	Глюкозооксидаза	Определение
ферментов в		концентрации глюкозы в
качестве		крови
аналитических	Холестеролоксидаза	Определение холестерина
реактивов		в крови
	Липаза	Определение
		триацилглицеринов в
		крови
	Уреаза	Определение мочевины в
		крови

25

	ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
	ОБЩАЯ СХЕМА ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
		Пищевые вещества				Распад струк-
		1)			4)
						турно
		Метаболиты
						функцио-
	Катаболизм	5)	7) Анаболизм			нальных
						компонентов
	2)	Энергия		3)
		6)
	Выделение
					Синтез
	конечных продуктов	Функциональная
					структурно-
	обмена (СО2, Н2О,	активность			функциональных
	мочевина)	(активный			компонентов
		транспорт веществ,			клетки

мышечная работа, теплопродукция и др.)

1 – Пищеварение; 2,4 – катаболизм; 3 – анаболизм; 5 – экзергонические реакции; 6,7 эндергонические реакции

Развитие жизни на Земле пошло по пути использования в качестве главного экзоэргонического процесса, обеспечивающего энергетические потребности живых организмов, практически универсального для всей живой природы химического превращения — гидролиза одной из пирофосфатных связей аденозин-5’-трифосфата.

26

ЦИКЛ АТФ – АДФ

	СО2	АТФ
			Использование
	Выделение
			энергии:
	энергии:		биосинтез молекул,
	окисление		сокращение мышц,
	углеводов,		активный транспорт,
	жиров, белков		продукция тепла
	О2	АДФ + Фі

Окисление органических веществ в организме кислородом (воздуха) с образованием воды и углекислого газа называется тканевым дыханием.

Тканевое дыхание включает:

а) отнятие водорода от субстрата (дегидрирование)

б) многоэтапный процесс переноса электронов на кислород.

Синтез АТФ из АДФ и Н3РО4 за счет энергии, выделяющейся при тканевом дыхании, называется окислительным фосфорилированием.

СТРУКТУРА МИТОХОНДРИЙ

Ферменты, отщепляющие водород от субстрата (дегидрогеназы), находятся в основном в матриксе митохондрий. Перенос электронов на кислород происходит при участии системы переносчиков, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий и образующих цепь переноса электронов

(ЦПЭ).

В состав ЦПЭ входят 3 ферментных комплекса: ΝАDН-дегидрогеназа (I), QН2-дегидрогеназа (III), цитохромоксидаза (IV), а также низкомолекулярные переносчики: гидрофобная молекула кофермента Q и цитохром с – небольшой по размерам белок. Все компоненты ЦПЭ расположены в митохондриальной мембране в порядке возрастания редокс-потенциала; самый высокий редокс-потенциал у кислорода. Это обеспечивает последовательное перемещение электронов от ΝАDН на

27

кислород, при котором происходит выделение энергии на каждом этапе ЦПЭ.

МИТОХОНДРИАЛЬНАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ

Первичные

доноры водорода: пируват, изоцитрат, α- кето-глутарат, малат, глутамат

ΝАD-зависимые дегидрогеназы (кофермент ΝАD+ )

1

2

3

	ΝАDН-		QН2-		Цитохро
	дегидрогена		дегидрогена		мокси-
ΝАDН	за	Q	за	Цито-	даза
	(FMN,		Цитохромы	хром с	Цитохро	1/2О2
	FеS -		b,c , белки		м a, a3
			1		Cu2+
	белок)		FeS
						2Н+ О2-

Первичные

доноры водорода: сукцинат, ацилКоА, α- глицерофосфат

I

III

IV

Н2О

FАD-зависимые дегидрогеназы (кофермент FАD)

I, III, IV – высокомолекулярные комплексы, расположенные во внутренней мембране митохондрий, комплекс II – сукцинатдегидрогеназа, в отличие от других FАD-зависимых дегидрогеназ локализована во внутренней мембране митохондрий, но на рисунке не представлена.

Места действия ингибиторов ЦПЭ показаны жирными стрелками: 1 – ротенон, барбитураты; 2 – антимицин; 3 – цианиды, СО, Н2S.

28

СОПРЯЖЕНИЕ ДЫХАНИЯ И СИНТЕЗА АТФ (ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ)

Основные переносчики электронов организованы в 3 комплекса во внутренней мембране митохондрии. Эти комплексы, используя энергию электронов, обеспечивают перенос Н+ из матрикса в межмембранное пространство. В результате возникает протонный электрохимический потенциал ∆µ Н+. При достижении определенного значения электрохимического потенциала происходит активация АТФ-синтазы, в ней открывается канал, через который протоны возвращаются в матрикс из межмембранного пространства, а энергия ∆µ Н+ используется для синтеза АТФ.

Каждый из 3 комплексов ЦПЭ обеспечивает необходимый протонный градиент для активации АТФ-синтазы и синтеза 1 молекулы АТФ. Количество молей АТФ, образованных при восстановлении 1 атома кислорода до Н2О дыхательной цепи (т.е. при прохождении 2 электронов по ЦПЭ), выражается коэффициентом фосфорилирования (Р/О). Если водород поступает в ЦПЭ через кофермент ΝАDН, то Р/О имеет максимальное значение, равное 3. Если водород поступает через кофермент Q, то Р/О=2.

29

СПЕЦИФИЧЕСКИЙ И ОБЩИЙ ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА

Общий путь катаболизма – основной источник доноров водорода для цепи переноса электронов.

Белки	Углеводы	Жиры

ЦТК, ЦПЭ

СО2 Н2О

Начальные этапы катаболизма (специфические пути катаболизма) основных пищевых веществ (белков, жиров и углеводов) происходят при участии ферментов, специфичных для каждого класса веществ, и завершаются образованием 2 метаболитов – пировиноградной кислоты (ПВК) и уксусной кислоты в форме ацетил-КоА.

После образования ПВК дальнейший путь распада веществ до конечных продуктов СО2 ,Н2О происходит одинаково в общем пути катаболизма (ОПК).

Общий путь катаболизма включает.

1.Реакцию окислительного декарбоксилирования пирувата.

2.Цитратный цикл (цикл Кребса, или цикл трикарбоновых кислот - ЦТК).

30