Тема 5 Механізм дії ферментів та кінетика ферментативних реакцій. Регуляція активності ферментів.

Актуальність теми.

Однією з характерних рис життя є здатність живих організмів кінетично регулювати хімічні реакції, пригнічуючи намагання до досягнення термодинамічної рівноваги. Ферментативна кінетика досліджує закономірності впливу різних факторів на швидкість реакції. Вивчення кінетики ферментативних реакцій дає інформацію для з’ясування молекулярних механізмів дії ензимів, передбачення ймовірності, напрямку і швидкості реакцій.

Знання механізму дії ферментів та кінетики ферментативного каталізу лежить в основі розуміння метаболічних процесів у клітинах, тканинах та органах організму, що важливо для засвоєння перебігу хімічних перетворень і застосування ферментних препаратів, їх інгібіторів у фармації.

Більшість лікарських препаратів діє, впливаючи на відповідні ферментативні реакції. Багато таких препаратів подібні із природними субстратами й тому можуть діяти як конкурентні інгібітори ферментів. Щоб зрозуміти багато процесів, які істотні для фармакології й токсикології, необхідно мати чітке подання про механізми інгубування ферментів.

Мета заняття:

• Уміти пояснювати основні кінетичні закономірності перебігу ферментативних реакцій

• Уміти використати знання про механізми регуляції активності ферментів при вивченні стану обміну речовин, а також для обґрунтування використання препаратів, що діють за принципом ферментативних інгібіторів або активаторів.

• Засвоїти основні принципи регуляції активності ферментів.

• Вивчити вплив активаторів та інгібіторів на активність ферментів на прикладі амілази слини.

Конкретні цілі:

• Пояснювати механізм дії ферментів на основі спорідненості ферменту до субстрату та процесів, що перебігають у фермент-субстратному комплексі

• Пояснювати термодинамічні закономірності ферментативного каталізу.

• Інтерпретувати молекулярні ефекти ферментативного каталізу.

• Трактувати кінетику ферментативних реакцій.

• Аналізувати вплив активаторів та інгібіторів на активність ферментів

---

Теоретичні питання

• Механізми дії ферментів:

• термодинамічні закономірності ферментативного каталізу;

• гіпотези ферментативного каталізу Е.Фішера та Д. Кошленда

• ефекти кислотно-основного каталізу;

• ефекти нуклеофільного та електрофільного каталізу.

• Стадії ферментативного каталізу, їх характеристика. Ферментативне перетворення субстратів при каталітичній дії ферменту на прикладі дії хімотрипсину та ацетилхолінестерази.

• Основні положення кінетики ферментативного каталізу:

• залежність швидкості реакції від концентрації субстрату;

• залежність швидкості реакції від концентрації ферменту;

• утворення фермент-субстратного комплексу та процес перетворення субстрату;

• рівняння Міхаеліса-Ментен;

• смислове значення величини К_m (спорідненість ферменту до субстрату).

• вираз ферментативної реакції в подвійних зворотних величинах; рівняння Лануівера-Берка.

• Шляхи та механізми регуляції ферментативних процесів:

а) регуляція шляхом зміни каталітичної активності ферментів:

• алостеричні взаємодії у ферментах;

• інгібітори та активатори. Зворотне (конкурентне та неконкурентне) і незворотне інгібування ферментів.

• ковалентна модифікація ферментів;

• протеолітична активація ферментів (обмежений протеоліз)

• дія регуляторних білків-ефекторів (кальмодуліну, протеїназ, протеїназних інгібіторів),

• компартментализація ферментативних процесів.

• циклічні нуклеотиди як регулятори ферментативних реакцій та біологічних функцій клітини;

б) регуляція шляхом зміни кількості ферментів: конститутивні та адаптивні ферменти

• Лікарські препарати – активатори та інгібітори активності ферментів.

Практична робота

Дослід 1. Вплив активаторів та інгібіторів на активність амілази слини

Принцип методу: Сполуками, що підвищують активність ферментів – активаторами – є іони багатьох металів, зокрема: Na⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, а також органічні сполуки – проміжні продукти обміну речовин в організмі. Активатори діють на просторову конфігурацію білкових молекул, допомагаючи формуванню активного центра й, тим самим, активують фермент. На відміну від коферментів вони не приймають особистої участі в реакції.

---

Інгібітори також впливають на активний центр ферменту, але при цьому знижують каталітичну активність ферменту. Нерідко вони є кінцевими продуктами реакцій біохімічного процесу. Дія інгібіторів специфічна для певних ферментів або груп ферментів.

Активатором амілази є хлорид натрію (NaCl), інгібітором – сульфат міді (CuSO₄). Показником впливу цих сполук на активність амілази є ступінь гідролізу крохмалю , про що свідчать результати реакції з йодом.

Хід роботи. Слину розводять в 2 рази. Беруть 3 пробірки. В пробірку № 1 наливають 1 мл води, в пробірку № 2 – 0,8 мл води та 0,2 мл 1% -го розчину NaCl, в пробірку № 3 – 0,8 мл води та 0,2 мл 1 % CuSO₄. У всі три пробірки додають по 1 мл слини. Вміст перемішують і додають по 2 мл 1 % -го розчину крохмалю, знову перемішують і ставлять в термостат при t = 37C на 15 хв.

Далі у всіх пробірках проводять реакцію з розчином Люголя. Спостерігають зміну забарвлення.

Результати роботи заносять у таблицю:

Вміст пробірок	№ пробірки
	1	2	3
Вода, мл	1	0,8	0,8
1 %NaCl, мл	---	0,2	---
1 %CuSO4, мл	---	---	0,2
Слина, мл	1	1	1
1 %Крохмаль, , мл	2	2	2
Забарвлення після додавання розчину Люголя

---

За результатами проведеного експерименту зробити висновки.

Значення для фармації та клініки. Інгібітори ферментів широко використовуються в медицині в якості лікарських засобів, зокрема ацетилсаліцилова кислота (аспірин) – інгібітор циклооксигенази (простагландинсинтази) використовується як протизапальний препарат, трасилол – інгібітор трипсину та контрикал – інгібітор протеїназ (зокрема калікреїнів) використовуються при панкреатиті, алопуринол – інгібітор ксантиноксидази застосовується при подагрі, тощо.

Література

Основна:

• Губський Ю. І. Біологічна хімія. – Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. – 508 с.

• Вороніна Л.М., Десенко В.Ф., Мадієвська Н.М. та ін. Біологічна хімія. – Харків: Основа. – 608 с.

• Гонський Я.І., Максимчук Т.П., Калинський М.І. Біохімія людини. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2002. – 744 с.

• Біохімічний склад рідин організму та їх клініко – діагностичне значення. Довідник / За ред. Склярова О.Я. – Київ: Здоров’я, 2003. – 192 c.

Додаткова:

• Ангельскі С., Якубовскі З., Домінічак М. Г. Клінічна біохімія. – Сопот, 1998. – 451 с.

• Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. – М.: Медицина, 1990. – 528 с.

• Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. – Москва: Мир, 2000. – 470 с.

• Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. – Москва: Мир, 2004. – С. 63-71, 79-83.

---

Смотрите также файлы

• БХ Тема 4.docx

• БХ Тема 3.docx

• БХ Тема 26.docx

• БХ Тема 2.docx

• БХ Тема 19.docx