Ответы на экзамен

1. Ферменты: определение понятия, химическая природа, физико-химические свойства и биологическая роль ферментов.

Ферменты - это белки, которые действуют как катализаторы в биологических системах.

Химическая природа: белки.

Физико-химические свойства:

1)являются амфотерными соединениями;

2)вступают в те же качественные реакции, что и белки (биуретовую, ксантопротеиновую, фолина и др.);

3)подобно белкам растворяются в воде с образованием коллоидных растворов;

4)обладают электрофоретической активностью;

5)гидролизуются до аминокислот;

6)склонны к денатурации под влиянием тех же факторов: температуры, изменениях рН, действием солей тяжелых металлов, действием физических факторов (ультразвук, ионизирующее излучение и др.);

7)имеют несколько уровней организации макромолекул, что подтверждено данными рентгеноструктурного анализа, ЯМР, ЭПР

Биологическая роль: Ферменты катализируют контролируемое протекание всех метаболических процессов в организме.

2. Изоферменты. Строение, биологическая роль, диагностическое значение определения, изменение в онтогенезе и при патологии органа, диагностическое значение.

Изоферменты – это множественные формы одного фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, но отличающие по физическим и химическим свойствам.

Строение: Четвертичная структура, образованная четным количеством субъединиц (2, 4, 6 и т.д.). Изоформы фермента образуются в результате различных комбинаций субъединиц.

Биологическая роль: Существование изоформ повышает адаптационную возможность тканей, органов, организма в целом к меняющимся условиям.

Диагностическое значение определения: По изменению изоферментного состава оценивают метаболическое состояние органов и тканей.

1

Изменение в онтогенезе: На примере ЛДГ (окисляет лактат до ПВК). В процессе индивидуального развития организма в тканях происходит изменение содержания кислорода и изоформ ЛДГ. У зародыша преобладают ЛДГ4, ЛДГ5. После рождения в некоторых тканях происходит увеличение содержания ЛДГ1, ЛДГ2.

Изменения при патологии органа: На примере ЛДГ. ЛДГ1,2 работают в миокарде. Если в миокард не будет поступать кислород, там увеличится количество анаэробных субъединиц – ЛДГ4,5, что свидетельствует о патологии органа.

Диагностическое значение:

ЛДГ – при увеличении активности ЛДГ в плазме крови можно предположить повреждение одной из тканей организма (сердце, мышцы, печень). (В норме

170-520 ЕД/л)

КК – (катализируют превращение кретина в креатинфосфат); определяют активность КК в плазме крови. В норме – 90 МЕ/л. Повышение ММ – травма мышц, ВВ – в крови не определяется даже при инсультах, т.к. не может проникнуть в кровь.

3.Особенности ферментативного катализа. Механизм, стадии

ферментативного катализа.

Особенности:

Сходство ферментов и	Отличие ферментов от неорганических
неорганических	катализаторов
катализаторов
1. Ускоряют только	1. Для ферментов характерна высокая
термодинамически	специфичность:
возможные реакции	• субстратная специфичность:
	▪ абсолютная (1 фермент - 1 субстрат),
	▪ групповая (1 фермент – несколько похожих
	субстратов)
	▪ стереоспецифичность (ферменты работают с
	субстратами только определенного стереоряда
	L или D).
	• каталитическая специфичность
	(ферменты катализируют реакции
	преимущественно одного из типов химических
	реакций – гидролиза, окисления-

2

	восстановления и др)
2. Не изменяют состояние	2. Высокая эффективность действия: ферменты
равновесия реакций, а	ускоряют реакции в108-1014 раз.
только ускоряют его
достижение.
3. В реакциях не	3. Ферменты действуют только в мягких
расходуются	условиях (t = 36-37ºС, рН ~ 7,4, атмосферное
	давление), т.к. они обладают
	конформационной лабильностью –
	способностью к изменению конформации
	молекулы под действием денатурирующих
	агентов (рН, Т, химические вещества).
4. Действуют в малых	4. В организме действие ферментов
количествах	регулируется специфически (катализаторы
	только неспецифически)
5. Чувствительны к	5. Широкий диапазон действия (большинство
активаторам и ингибиторам	процессов в организме катализируют
	ферменты).

Механизм ферментативного катализа: Химические реакции протекают согласно закону сохранения энергии и закону энтропии: общая энергия химической системы и ее окружения – постоянна. Для снижения энергии активации необходимо увеличить скорость реакции. Для этого в организме имеются ферменты.

1)Сближение и ориентация – активный центр фермента связывается с субстратом

2)Напряжение и деформация субстрата - «эффект дыбы», растягивание субстрата, индукция соответствия S и Е.

3)Кислотно-основной катализ – присутствие в активном центре фермента СООН – групп и NН – гр., способных присоединять и отдавать протоны.

4)Ковалентный катализ – образование ковалентной связи между ферментом и субстратом.

Стадии ферментативного катализа:

Формирование фермент-субстратного комплекса.

1)АВ + Е – связывание субстрата с ферментом

2)(А:В)Е – образование фермент-субстратного комплекса -> активация фермент – субстратного комплекса

3)(А+В)Е – образование фермент-продуктного комполекса

3

4)А+В+Е – образование продуктов реакции -> отделение продуктов реакции от фермент – субстратного комплекса

4.Кинетика ферментативных реакций. Зависимость скорости ферментативных реакций от температуры, рН, концентрации

субстрата, концентрации энзима.

Кинетика ферментативных реакций – раздел энзимологии, изучающий зависимость скорости химических реакций, катализируемых ферментами, от химической природы реагирующих веществ, а также от факторов окружающей среды.

Зависимость скорости ферментативных реакций от:
	Температуры:
	V
	0	10	20	30	40	50	60 T

Имеется температурный оптимум. Для большинства одинаковый. Есть термостабильные ферменты. Выдерживают температуру до 95° и выше.

pH:

V
						pH
0	4	5	6	7	8	9
	Оптимум pH для каждого фермента свой.

Концентрации субстрата:

4

Скорость повышается до полного насыщения фермента субстратом. Далее скорость не увеичивается.

Концентрации энзима:

5. Ингибирование активности ферментов, виды ингибирования: обратимое, необратимое, конкурентное, неконкурентное

Ингибирование активности ферментов – снижение каталитической активности в присутствии определенных веществ – ингибиторов.

Виды ингибирования:

1)Обратимое:

a)Конкурентное

b)Неконкурентное

2)Необратимое

Обратимое ингибирование:

Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и могут легко отделяться от него.

5

Конкурентное: ингибитор связывается с активным центром фермента и препятствует образованию фермент-субстратного комплекса. Пример: малоновая кислота ингибирует сукцинатдегидрогеназную реакцию, являясь структурным аналогом сукцината. Конкурентные ингибиторы используют как лекарственные средства.

Неконкурентное: ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра. Образует неактивный комплекс, связываясь с ферментом или фермент-субстратным комплексом.

Необратимое ингибирование:

Образование ковалентных стабильных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего изменяется активный центр фермента. Примеры: ионы тяжелых металлов. Имеются специфичные и неспецифичные ингибиторы. Используются как лекарственные вещества.

6. Регуляция активности ферментов: неспецифическая, специфическая (понятия). Механизмы специфической регуляции активности ферментов

Регуляция активности ферментов:

Неспецифическая:

a)Изменением доступности субстрата и коферментов.

b)Изменением количества молекул субстрата.

c)Изменением каталитической активности ферментов.

i)Аллостерическая регуляция: регуляция происходит количеством не только молекул субстрата, но и эффекторов. Эффекторы – клеточные метаболиты, чаще всего, того пути, регуляцию которого они осуществляют.

ii)Регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий: регуляция путем присоединения регуляторных белков (пример: аденилатциклазная система); изменение каталитической активности ферментов вследствие ассоциации и диссоциации протомеров фермента (присоединение остатка фосфорной кислоты с АТФ на белок).

iii)Регуляция путем фосфорилирования/дефосфорилирования молекулы фермента (к ОН-группе).

6

iv)Регуляция частичным (ограниченным) протеолизом: отщепление части молекулы неактивного предшественника.

Специфическая:

a)Обратимое ингибирование: Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и могут легко отделяться от него.

i)Конкурентное: ингибитор связывается с активным центром фермента и препятствует образованию фермент-субстратного комплекса. Пример: малоновая кислота ингибирует сукцинатдегидрогеназную реакцию, являясь структурным аналогом сукцината. Конкурентные ингибиторы используют как лекарственные средства.

ii)Неконкурентное: ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра. Образует неактивный комплекс, связываясь с ферментом или фермент-субстратным комплексом.

b)Необратимое ингибирование: Образование ковалентных стабильных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего изменяется активный центр фермента. Примеры: ионы тяжелых металлов. Имеются специфичные и неспецифичные ингибиторы. Используются как лекарственные вещества.

7.Роль гормонов и вторичных мессенджеров (цАМФ, цГМФ,

Са2+, ДГ, ИТФ, ПГ) в регуляции активности ферментов.

Гормоны – сигнальные молекулы беспроводного системного действия, влияющие на активность и количество ферментов в клетке через каскадные системы (аденилатциклазную, гуанилатциклазную,инозитолтри-фосфатную, RAS и т.д.).

Мессенджеры – низкомолекулярные вещества, переносящие сигналы гормонов внутри клетки (Са2+, цАМФ, цГМФ, ДАГ, ИТФ).

Роль мессенджеров в регуляции активности ферментов: цАМФ участвует в мобилизации энергетических запасов (распад углеводов в печени или триглицеридов в жировых клетках), в задержке воды почками, в нормализации кальциевого обмена, в увеличении силы и частоты сердечных сокращений, в образовании стероидных гормонов, в расслаблении гладких

7

мышц и так далее. цГМФ активирует ПК G, ФДЭ, Са2+-АТФазы, закрывает Са2+- каналы и снижает уровень Са2+ в цитоплазме.

Роль гормонов в регуляции активности ферментов: Гормоны влияют на активность и количество ферментов в клетке через каскадные системы, состоящие из:

1)Рецепторов

2)Регуляторных белков

3)Вторичных посредников

4)Ферментов

Может быть нужно будет зарисовать одну из гормональных систем.

8.Классификация и номенклатура ферментов: систематические

ирабочие названия, коферменты (по классами специфичности –

типу реакции)

Классификация ферментов:

1) Оксидоредуктазы.

Катализируют окислительно-восстановительные реакции. В реакцию вступают 2 вещества и 2 образуются, одно окисляется, другое восстанавливается: Sвост + S’окисл ↔ S’вост + Sокисл

a.дегидрогеназы (отщепляют Н от субстратов)

b.оксидазы (переносят Н с субстрата на кислород),

c.оксигеназы (включают кислород в молекулу субстрата)

d.гидроксипероксидазы (разрушают перекиси водорода и органические перекиси).

Систематическое название: донор: акцептор – оксидоредуктаза

Тривиальное название: донордегидрогеназа.

Шифр: КФ 1.1.1.1

Пример: Пируват + НАДН2 ↔ лактат + НАД+

Систематическое название: Лактат: НАД+ оксидоредуктаза Тривиальное название: ЛДГ. Шифр: КФ 1.1.1.1

2) Трансферазы

8

Принимают участие в переносе атомных групп, молекулярных остатков от одного соединения к другому. В реакцию вступают 2 вещества и 2

образуются: S-G + S’ ↔ S + S’-G.

a.фосфотрансферазы (киназы)

b.аминотрансферазы

c.гликозилтрансферазы

d.метилтрансферазы

e.ацилтрансферазы.

Систематическое название: откуда: куда - в какое положение–что– трансфераза или донор: акцептор–транспортируемая группа–

трансфераза

Тривиальное название: кудакиназа

Шифр: 2.1.1.1

Пример: АТФ + D-гексоза ↔ АДФ + D- гексоза-6ф

Систематическое название: АТФ: D-гексоза-6-фосфотрансфераза

Тривиальное название: гексокиназа

3) Гидролазы.

Расщепляют ковалентную связь с присоединением молекулы воды. В реакцию вступают 2 вещества и 2 образуются: S-G + Н2О ↔ S-ОН + G-Н.

a.гликозидазы – гидролиз гликозидов (лактоза – лактаза, мальтоза

–мальтаза, сахароза – сахараза)

b.пептидазы – гидролиз пептидных связей

c.эстеразы – разрыв связи в сложных эфирах.

Систематическое название субстрат–что отщепляется–гидролаза или

субстрат–гидролаза

Тривиальное название: субстрат-что отщепляетсяаза

Шифр: 3.1.1.1

Пример: Глюкозо-6ф + Н2О → глюкоза + Н3РО4

Систематическое название: Глюкозо-6ф-фосфогидролаза Тривиальное название: Глюкозо-6ф-фосфотаза

4) Лиазы

9

Отщепление групп от субстратов по негидролитическому механизму с образованием двойных связей (или наоборот, присоединение по двойной связи). Реакции обратимы, за исключением отщепления СО2. В реакцию вступает 1 вещество и 2 образуются (или наоборот): -SХ-SY- ↔ XY + -S=S-

Систематическое название: субстрат: что отщепляется–лиаза

Тривиальное название: продуктаза

Шифр: 4.1.1.1

Пример: L-малат ↔ фумарат + Н2О

Систематическое название: L-малат: гидро–лиаза

Тривиальное название: фумараза

5) Изомеразы

Взаимопревращения оптических, геометрических, позиционных изомеров. В реакцию вступает 1 вещество и 1 образуется.

a.Рацемазы

b.Эпимеразы

c.Таутамеразы

d.цис,- трансизомеразы

e.мутазы (при внутримолекулярном переносе группы)

f.цикло-, оксоизомеразы.

Систематическое название субстрат–вид изомеризации–изомераза или

субстрат–продукт–изомераза

Шифр: 5.1.1.1

Пример: гл-6ф ↔ фр-6ф

Систематическое название: гл-6ф–фр-6ф–изомераза

6) Лигазы (синтетазы)

Соединение 2 молекул с использованием энергии макроэргических соединений (АТФ и др). В реакцию вступают 3 вещества, образуется 3 вещества.

Систематическое название: субстрат: субстрат–лигаза (источник

энергии)

Тривиальное название: субстратсубстратлаза

10