1.Принцип КФ ферментов, индекс фермента. Принципы наименования ферментов. Почему индекс фермента не может рассматриваться в качестве уникального идентификатора конкретного энзима?
Принцип наименования ферментов : заключается в том, что в название фермента включали название субстрата и окончание «аза».
По типу катализируемой реакции все ферменты делятся на 6 классов:
Оксидоредуктазы- катализируют реакции окисления-восстановления.
Трансферазы - реализуют межмолекулярный перенос групп атомов (метильных, фосфатных, аминогрупп..).
Гидролазы- катализируют гидролитическое расщепление сложноэфирных, пептидных, гликозидных и ряда др. связей.
Лиазы - обеспечивают расщепление связи углерода с кислородом, азотом, серой или др. углеродом без участия воды.
Изомеразы - проводят реакции внутримолекулярного переноса( мутазы, внутримолекулярные оксидоредуктазы).
Лигазы (синтазы, синтетазы)- проводят реакции синтеза за счет энергии расщепления макроэргической связи.
Номер каждого класса используется при составлении индекса фермента ( т.е. каждый фермент имеет свой индивидуальный шифр). Он состоит из 4-х чисел:
1-номер класса
2-номер подкласса
3-номер подподкласса
4- порядковый номер фермента в его подподклассе
Эти числа отделяются друг от друга точкой.
Например, индекс кислой фосфатазы ( КФ 3.1.3.2.)
1 цифра-класс гидролаз
2 цифра-подкласс эстераз (т.е. гидролизует эфирные связи)
3 цифра -объект действия данного фермента –это связь, образованная остатком фосфорной кислоты.
4 цифра- позволяет отличить данный фермент от фермента, обладающим другим рН- оптимумом- щелочной фосфатазы(ее индекс – 3.1.3.1)
Т.о. индекс фермента указывает на официальное признание данного фермента, дает представление о типе катализируемой реакции и характере атакуемых связей.
Почему индекс фермента не может рассматриваться в качестве уникального идентификатора конкретного энзима?
????
2. Сходства и различия ферментов и небиологических катализаторов.
Сходство ферментов с небиологическими катализаторами заключается в том, что:
ферменты катализируют энергетически возможные реакции;
энергия химической системы остаётся постоянной;
в ходе катализа направление реакции не изменяется;
ферменты не расходуются в процессе реакции.
Отличия ферментов от небиологических катализаторов заключаются в том, что:
скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых небелковыми катализаторами;
ферменты обладают высокой специфичностью;
ферментативная реакция проходит в клетке, т.е. при температуре 37 °С, постоянном атмосферном давлении и физиологическом значении рН;
скорость ферментативной реакции может регулироваться.
Общие свойства катализаторов, в том числе и ферментов:
не вызывает химическую реакцию, а лишь ускоряет реакцию, осуществление которой возможно и без его участия ( хотя иногда, без катализатора скорость реакции так мала, что ее не удается зарегистрировать); т.е. невозможно создать такой катализатор, который осуществил бы реакцию, невозможную по законам термодинамики.
не влияет на энергетический итог реакции.
в обратимых реакциях ускоряет и прямую, и обратную реакцию, причем- в одинаковой степени.
Из этого следует, что катализатор:
не влияет на направление обратимой реакции -> направление реакции не зависит и от концентрации катализатора
не влияет на положения равновесия обратимой реакции, а лишь ускоряет достижение этого равновесия ->с увеличением концентрации катализатора, степень этого ускорения возрастает
Особенности, свойственные только ферментам
Высокая эффективность каталитического действия.
Высокая чувствительность к неспецифическим физическим и физико-химическим факторам (температура, рН среды, ионная сила и др.).
Исключительная «требовательность» как к строению субстрата ( субстратная специфичность), так и к типу катализируемого превращения этого субстрата ( специфичность действия).
Высокая и очень избирательная чувствительность к физико-химическим влияниям тех или иных веществ, способных нековалентно взаимодействовать с молекулой фермента, повышая его эффективность (активатор), или уменьшая ее (ингибитор фермента).
3.Энергия активации, зависимость скорости реакции от величины Еакт.
Энергетический итог реакции.
Энергетический уровень реакции –это конкретная величина потенциала, зависящая от природы реагирующих молекул и характера их преобразования.
Энергия активации( Еакт) или энергетический барьер- это разность между энергетическим уровнем реакции и средним энергетическим уровнем молекул.
Если разность будет велика, то лишь небольшая часть молекул будет обладать энергией, достаточной для реализации химических превращений.
Чем меньше Еакт, тем больше будет доля достаточно «энергичных» молекул и тем выше скорость химической реакции.
Только те молекулы, энергетический уровень которых в момент столкновения равен или превышает величину энергетического уровня реакции, способны вступить в хим. реакцию. И для увеличения доли молекул, способных реагировать между собой, требуется уменьшить величину Еакт. Изменение Еакт возможно, если изменить величину ср.энергетического уровня молекул, так как величина энергетического уровня реакции является константой. Добиться этого можно, если изменить суммарное количество энергии в системе ( напр., при повышении температуры или давления).При этом происходит увеличение ср. энергетического уровня молекул, а значит и увеличение доли молекул, способных вступить в хим.реакцию.
Энергетический итог реакции- это разница между величинами ср.энергетического уровня исходных молекул и конечных продуктов. Он не зависит от величины Еакт и следовательно, от участия катализатора.
4. Этапы ферментативного катализа, общие представления, схема.
В ферментативной реакции можно выделить следующие этапы:
Присоединение субстрата (S) к ферменту (E) с образованием фермент-субстратного комплекса (E-S):
Формирование слабых ковалентных связей с адсорбционным участком активного центра фермента.
Реакция протекает легко, процесс обратим.
Прямая и обратная реакция характеризуются соответствующими константами k+1 и k-1
Преобразование фермент-субстратного комплекса в один или несколько переходных комплексов (E-X) за одну или несколько стадий:
Участвует каталитический центр.
Разрываются одни ковалентные связи и образуются другие.
Процесс необратим, при условии, что в среде, где протекает реакция, отсутствует продукт, который в обратимых процессах является субстратом для реакции обратного направления. k+2
Превращение переходного комплекса в комплекс фермент-продукт (E-P):
Процесс необратим.k+3
Т.о. скорость второго этапа ограничивает скорость всей реакции в целом поскольку именно этот этап протекает медленнее других (имеет меньшую константу скорости. Поэтому величина k+2 позволяет количественно оценить итоговую эффективность работы каталитического центра.
С
k+3
k+2
k+1
хема
k-1
Е+S
E*S
E*S
E+P
5.Строение активного центра ферментов. Роль различных участков активного центра в процессе ферментативного катализа.
Активный центр(АЦ) фермента- это комбинация аминокислотных остатков (обычно 12-16), обеспечивающая непосредственное связывание с молекулой субстрата и осуществляющая катализ ( т.е. это участок макромолекулы белка, взаимодействующего с молекулой субстрата)
В составе АЦ выделяют 2 участка( но может быть еще один вне предела):
Адсорбционный центр
Каталитический центр
Аллостерический центр- может быть ВНЕ пределов АЦ
Адсорбционный участок(центр)
Формируется на уровне третичной структуры радикалами аминокислот, расположенных в разный участках полипептидной цепи и пространственно сближенных между собой. Эти радикалы в процессе ферментативного катализа взаимодействуют с молекулами субстрата, за счет слабых типов связи . При этом образуется комплекс- фермент- субстратный комплекс. Образование этого комплекса является необходимым этапом процесса ферментативного катализа.
Функция адсорбционного центра: обеспечивает узнавание молекулы субстрата.
(субстратная специфичность фермента определяется особенностями структуры его адсорбционного центра).