Материал: Курс занятий. Ферменты

3. если концентрация субстрата равна величине константы Михаэлиса ([S] = Km), по уравнению Михаэлиса-Ментен получаем, что скорость реакции V будет равна половине максимальной Vmax (V = ½ Vmax). Таким образом, Km соответствует концентрации субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной.

от Реакции среды

О птимум рН среды -значение рН среды, при котором фермент проявляет максимальную активность для действия данного фермента.

-лежит в пределах физиологических значений 6,0-8,0. (исключения: пепсин, (2,0); аргиназа – (10,0)

Зависимость скорости реакции от концентрации водородных ионов

определяется двумя факторами:

1.ионы Н+ и ОН− влияют на степень диссоциации ионогенных групп, т.е.

на конформацию белка;

2.ионы Н+ и ОН− влияют на сродство фермента и субстрата, т.к. могут вызывать и изменения конформации субстрата.

При небольшом сдвиге кислотности среды от оптимума скорость реак-ции уменьшается обратимо, при значительном – может насупить кислотная (или щелочная) денатурация, и фермент инактивируется необратимо.

Специфичность ферментов, ее виды

К аталитическая специфичность (специфичность действия) – способность фермента катализировать превращение субстрата по одному из возможных путей превращения.

Так, один и тот же субстрат может вступать в различные химические реакции, каждая из которых катализируется собственным ферментом, например, для аминокислот характерны реакции декар-боксилирования (фермент декарбоксилаза), дезаминирования (фермент окси-даза аминокислот) и трансаминирования (фермент трансаминаза):

Субстратная специфичность − это способность фермента узнавать, связывать и катализировать превращение только определѐнных субстратов, может быть:

• абсолютная;

• относительная;

• стереоспецифичность.

А бсолютная специфичность: фермент может взаимодействовать только с одним-единственным субстратом. Например, уреаза расщепляет только мочевину, а каталаза – только перекись водорода:

О тносительная (групповая) специфичность – фермент может взаимодействовать с группой сходных по строению субстратов. Например, липаза расщепляет сложноэфирные связи в любых жирах (триацилглицеролах), а протеиназы – белки и пептиды, т.е. действуют на пептидные связи.

Стереоспецифичность - фермент действует только на один из возможных изомеров вещества (на D- илиL-стереоизмеры, цис- или транс-изомеры и т.д.). Так, фермент фумараза гидратирует транс-изомер бутен-1,4-диовой кислоты (фумаровую кислоту), но не оказывает влияния на цис-изомер – малеиновую

Эффекторы

( модификаторы) -вещества, которые оказывают действие непосредственно на фермент, изменяя его активность.

По направлению влияния -положительными (активаторы)

-отрицательными (ингибиторы).

АКТИВАТОРЫ (увеличивают скорость ферментативных реакций):

-неорганические вещества (ионы металлов; кислоты, например, Fe²+, Mg²+, Mn²+, Cu²+, Zn²+, АТФ, липоевая кислота, соляная – активатор пепсина; анионы, например, Сl – активатор амилазы);

-низкомолекулярные органические вещества (например, соли жѐлчных кислот, активирующие панкреатическую липазу);

-белки-ферменты

механизмы действия активаторов:

-служат «площадкой» для взаимодействия фермента и субстрата;

-повышают сродство фермента и субстрата;

-отщепляют ингибитор

Ферменты желудочно-кишечного тракта вырабатываются в виде неактивных форм – зимогенов. Под влиянием различных факторов происходит отщепление пептида с формированием активного центра и зимоген превращается в активную форму.

П епсиноген НСl пепсин + пептид

Трипсиноген энтерокиназа трипсин + пептид

предохраняет клетки ЖКТ от самопереваривания

- активация протекает по механизму частичного (ограниченного, локального) протеолиза: от неактивного предшественника (профермента) отщепляется пептид (рвѐтся одна или несколько пептидных связей), и фермент переходит в активную форму за счѐт формирования активного центра

ИНГИБИТОРЫ(снижают скорость реакции)

По прочности соединения ингибитора с ферментом

• Обратимые ингибиторы –соединения, которые нековалентно взаимодействуют с ферментом и отщепляются от фермента.

• Необратимые ингибиторы – соединения, которые образуют ковалентные, прочные связи с ферментом.

• Специфическое--ингибиторы тормозят действие определенных ферментов, связывая отдельные функциональные группы активного центра. (Например, тиоловые яды ингибируют ферменты, в активный центр которых входят SН-группы; угарный газ (СО) ингибирует ферменты, имеющие в активном центре Fe²+)

• Неспецифические--ингибиторы тормозят действие всех ферментов. К ним относятся все денатурирующие факторы (высокая температура, органические и минеральные кислоты, соли тяжелых металлов и др.).

По механизму действия:

конкурентным;

неконкурентным;

бесконкурентным;

субстратным;

аллостерическим.

1 )Конкурентное ингибирование

-ингибитор имеет структурное сходство с субстратом и конкурирует с ним за место в активном центре фермента→уменьшение связывания субстрата с ферментом и нарушение катализа

-возможность усилить или ослабить ингибирование путѐм изменения концентраций субстрата и ингибитора

Клиника: многие лекарственные средства являются конкурентными ингибиторами ферментов.

• сульфаниламиды – структурные аналоги ПАБК (фрагмента фолиевой кислоты, витамина В9) используют для лечения бактериальных инфекций;

• ингибитор синтеза холестерина ловастатин, ингибирующий ГМГ-S-КоА-редуктазу; антикоагулянты, конкуренты витамина К – дикумарол и варфарин;

• средство для лечения подагры аллопуринол, ингибирующий ксантиноксидазу.

• Конкурентные ингибиторы используются также как антидоты при отравлениях, например, этиловый спирт может быть использован при отравлении метанолом, так как между этими спиртами происходит конкуренция за активный центр алкогольдегидрогеназы)

2)Неконкурентное ингибирование

- вызывается веществами, не имеющими структурного сходства с субстратом.

- неконкурентные ингибиторы взаимодействуют с функциональными группами белка-фермента или в самом активном центре («выключая» активный центр – А), или вне активного центра (приводя к изменению конформации активного центра – В).

- образуются прочные ковалентные связи, что является причиной необратимости неконкурентного ингибирования.

• степень ингибирования не зависит от концентрации субстрата;

• ингибирование необратимо;

• ингибирование наступает при малых количествах ингибитора

И нгибиторы:

• соли тяжѐлых металлов (вызывают денатурацию белка и разрушение АЦ – неспецифическое ингибирование)

• яды (цианиды связываются с активным центром цитохром-оксидазы и нарушают образование АТФ)

• ф осфорорганические вещества, пестициды, инсектициды (ДФФ – диизопропилфторфосфат прочно и необратимо связывается с гидроксигруппой серина в активном центре фермента ацетилхолинэстеразы, гидролизующей ацетилхолин в нервных синапсах);

• боевые отравляющие вещества (зарин, зоман, табун – ингибиторы холинэстеразы).

Клиника: ацетилсалициловая кислота (аспирин) ингибирует циклооксигеназу – ключевой фермент синтеза простагландинов – веществ, вызывающих повышение температуры и болевой синдром при воспалениях. Эта кислота входит в состав средств, использующихся при воспалительных заболеваниях и лихорадочных состояниях. Пенициллин необратимо влияет на фермент транспептидазу, нарушая образование клеточной стенки бактерий.

3)Бесконкурентное ингибирование

- торможение ферментативной реакции, вызванное присоединением ингибитора только к комплексу фермент-субстрат с образованием тупикового продукта ESI.

-ингибитор вызывает такие конформационные измене-ния фермента, которые не дают возможности превращать субстрат в продукт реакции.

4)Субстратное ингибирование – ингибирование избытком субстрата.

-между молекулами субстрата происходит своеобразная конкуренция за место в активном центре, в результате чего скорость реакции снижается

-ингибирование обратимо