Зависимость активности ферментов от рН

Для каждого фермента характерно оптимальное значение рН среды, так как рН влияет на
степень диссоциации и ионизации функциональных групп аминокислот, составляющих
активный центр фермента. У одних ферментов в активном центре больше групп –NH3+ , и
степень ионизации их высока при кислой реакции среды (например, для пепсина оптимальный
рН 1,5), у других ферментов, наоборот, оптимум рН лежит в щелочной среде.
Таким образом, реакция среды влияет на степень диссоциации и ионизации
функциональных групп активного центра, а, значит, и на активность фермента.



Специфичность ферментов

Остановимся на характеристике специфичности ферментов. Она обусловлена комплементарностью структуры АЦ фермента структуре субстрата.

Различают специфичность ферментов по отношению к субстрату реакции и по отношению к типу катализируемой реакции. Последний вид специфичности лежит в основе классификации, или номенклатуры, ферментов.

Рассмотрим специфичность ферментов по отношению к субстрату реакции. Она бывает трех типов:

1)      абсолютная специфичность: один фермент – один субстрат. Примеры: уреаза, аргиназа, аспартаза;



2)      относительная (групповая) специфичность: фермент специфичен по отношению к типу химической связи у сходных по структурной организации веществ. Примеры: протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта (пепсин, трипсин, химотрипсин) расщепляют пептидные связи, образованные определенными аминокислотами.



3)      стереохимическая (оптическая) специфичность: фермент действует только на один из пространственных изомеров данного вещества. Например, оксидазы D- и L-аминокислот.



Регуляция активности ферментов: активация и ингибирование

Ферментативные эффекторы – это химические соединения, которые ускоряют (активаторы) или замедляют (ингибиторы) скорость ферментативной реакции. Эти соединения являются регуляторами обмена веществ в организме.

Активаторы ферментов

---

Активаторы ферментов – это вещества, повышающие активность фермента или переводящие фермент из неактивного состояния (профермент, зимоген) в активное (фермент, энзим).

Виды активации ферментов

Частичный протеолиз: отщепление от неактивных ферментов пептидных фрагментов.

Многие ферменты, особенно протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта, синтезируются в органах в неактивном виде (проферменты, зимогены) для того, чтобы не повредить ткани. Их активация происходят в полостях желудка, кишечника и заключается в гидролитическом  отщеплении пептидного фрагмента, что приводит к изменению пространственной конфигурации  фермента и формированию активного цента фермента.



Активаторы могут быть разными: соляная кислота (для образования пепсина из пепсиногена); желчные кислоты для панкреатической липазы, ферменты(энтерокиназа для образования трипсина из трипсиногена, трипсин для превращения химотрипсиногена в химотрипсин).

Активация ионами

Она осуществляется несколькими путями:

А) ион образует комплекс с субстратом, способный связываться с активным центром фермента. Например, с киназами связывается комплекс АТФ-Mg²⁺, а не АТФ.

Б) ионы могут взаимодействовать и с ферментом, входя в их активные центры и тем самым обусловливая определенную конформацию фермента, наиболее оптимальную для формирования фермент-субстратного комплекса.

Примерами ионов являются ионы K, Na, Mg, Ca, Fe, Zn, Mn, Cu.

Иногда активация может быть вызвана несколькими ионами: пептидогидролазы → Mn, Co, Ni, Zn.

Кроме того, одни и те же ионы, но в разных концентрациях, могут быть либо активаторами, либо ингибиторами для одних и тех же или разных ферментов. Так, Zn является активатором глициллейцинопептидазы, но ингибитором КФК (креатинфосфокиназы).



Ковалентная модификация (фосфорилирование – дефосфорилирование)

Активность некоторых ферментов может отличаться в фосфорилированной либо в дефосфорилированной формах. Так, липаза жировой ткани активна в дефосфорилированной форме, но неактивна в фосфорилированной.

---

Регуляция с помощью белков-модуляторов или путем ассоциации и диссоциации субъединиц

Рассмотрим данный вид регуляции на примере фермента протеинкиназы А.

В активной форме этот фермент состоит из одной субъединицы – субъединицы С (каталитической). В неактивном виде фермент представляет собой тетрамер, состоящий их двух субъединиц С и двух субъединиц R (регуляторных или белков-модуляторов) - C₂R₂, в котором регуляторные субъединицы экранируют активный центр фермента.

Активация фермента происходит с помощью низкомолекулярного эффектора цАМФ, образование которого находится под контролем соответствующих гормонов.

После связывания цАМФ с белком R конформация фермента изменяется таким образом, что теряется сродство субъединицы R к субъединице С, что вызывает диссоциацию тетрамера и образование активной протеинкиназы А:

C₂R₂ + 4 цАМФ ↔ 2 С + 2 (R-2цАМФ)

Реакция является обратимой, и ее направление зависит от концентрации цАМФ.



Ингибирование ферментов

Ингибиторы – это вещества, специфически и обычно в небольших количествах взаимодействующие с ферментами и, таким образом, уменьшающие скорость ферментативных реакций.

В зависимости от механизма торможения их можно разделить на необратимые и обратимые.

Необратимое ингибирование

Необратимые ингибиторы связываются с активным центром фермента, при этом образуется комплекс фермент-ингибитор: E + I → EI

Необратимое ингибирование характеризуется образованием прочного фермент-ингибиторного комплекса за счет формирования ковалентных связей с функциональными группами ферментов, участвующими в катализе. Комплекс фермент – ингибитор не распадается на фермент и продукт и не диссоциирует на фермент и ингибитор. 



Обратимое ингибирование

Обратимое ингибирование описывается уравнением:  E + I ↔ EI

Оно бывает двух типов:

а) конкурентным

б) неконкурентным

В случае конкурентного ингибирования ингибитор взаимодействует с теми же функциональными группами фермента, что и субстрат.

При неконкурентном ингибировании ингибитор взаимодействует с другими, по сравнению с субстратом, функциональными группами фермента.

---

Конкурентное ингибирование

Структура конкурентного ингибитора похожа на структуру субстрата.

Это позволяет ингибитору связываться с АЦ фермента. В присутствии конкурентного ингибитора ферментативная реакция протекает следующим образом:

В присутствии конкурентного ингибитора константа Михаэлиса для фермента повышается, то есть сродство фермента к субстрату падает, так как конкурентный ингибитор связывается с теми же участками АЦ, что и сам фермент. Максимальная скорость реакции достигнута может быть, но при более высокой концентрации субстрата.



Неконкурентное ингибирование

Это разновидность обратимого торможения, при котором ингибитор связывается с ферментом не в его АЦ, то есть ингибитор связывается не с теми же функциональными группами фермента, с которыми связывается субстрат. В итоге изменяется конформация фермента, и нарушается обычное взаимодействие активного центра фермента с субстратом. При этом сродство фермента к субстрату, или константа Михаэлиса фермента, не меняется.

Ингибитор может реагировать и со свободным ферментом, и с фермент-субстратным комплексом

В отличие от конкурентных, действие неконкурентных ингибиторов не снимается добавлением субстрата.

Неконкурентные ингибиторы удаляют с помощью диализа, гель-фильтрации или добавлением реактиваторов – веществ, которые вытесняют данный ингибитор из фермент-ингибиторного комплекса.



Аллостерическая регуляция

Аллостерическая регуляция



Виды аллостерической регуляции

1. Аллостерическое ингибирование по принципу обратной связи (ретроингибирование)

3. Аллостерическая активация предшественником

2. Аллостерическая перекрестная регуляция (сочетание ингибирования и активации) 

Примером аллостерического ингибирования является физиологическая регуляция метаболических процессов по принципу отрицательной обратной связи, благодаря чему предотвращается избыточное накопление продуктов реакции.



Изоферменты

Изоферменты – это ферменты, катализирующие одну и ту же химическую реакцию, но незначительно отличающиеся друг от друга по структуре и физико-химическим свойствам. Различия задаются на генетическом уровне.

---

Примеры. Гексокиназа (полиорганная локализация) и глюкокиназа (фермент печени).

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) – тетрамер, имеющий протомеры двух типов: Н (heart-сердце) и М (muscle-мышца). Имеется пять изоферментов ЛДГ:

Н₄ –(ЛДГ₁) – маркер сердечной мышцы, М₄ (ЛДГ₅) – маркер скелетных мышц,

Изоферменты Н₃М₁ (ЛДГ₂), Н₂М₂ (ЛДГ₃) и Н₁М₃ (ЛДГ₄)  представлены в других органах. Обозначения ЛДГ₁, ЛДГ₂, ЛДГ₃, ЛДГ₄ и ЛДГ₅ отражают различную подвижность данных изоферментов под действием электрического поля: она максимальна у ЛДГ₁ и минимальна у ЛДГ₅.



Определение активности того или иного изофермента очень важно для выявления повреждения соответствующего органа или ткани. По этой причине изоферменты являются маркерными, или индикаторными, ферментами.

Применение ферментов в медицине

В медицине ферменты используются в следующих целях:

1) для диагностики заболеваний и контроля за лечением;

2) в качестве лекарственных препаратов;

3) в качестве аналитических реактивов.

Применение ферментов в клинической лабораторной диагностике
В норме в крови человека всегда содержится большой набор ферментов. Любые, даже
малейшие, скрытые, не проявляющиеся клинически в виде жалоб пациента, нарушения
состояния здоровья всегда будут сопровождаться изменением количественного и/или
качественного состава ферментов крови. Именно поэтому при профилактических осмотрах и в
протоколах обследования больных обязательным считается анализ активности ферментов
плазмы крови.
План обследования, каких именно ферментов у конкретного пациента составляет лечащий
врач. Он основывается на знаниях метаболизма и на своих предположениях о возможных
причинах нарушения состояния здоровья.
Следует помнить, что все ферменты плазмы крови разделяют на:
а) внутриклеточные (лактатдегидрогеназа, липаза, амилаза, кислая фосфатаза,
креатинфосфокиназа, аминотрансферазы);
б) секреторные (образуются главным образом в печени и секретируются в кровь
(сывороточная холинэстераза, ферменты свертывающей системы крови);
в) экскреторные (лейцинаминопептидаза и щелочная фосфатаза

---

Смотрите также файлы

• Студент группы м1122 Джумабаева Диана Введение.pptx

• Скоростносиловая подготовка юных футболистов в возрасте 1517 лет.doc

• Интеграция образовательных областей.docx

• Задания для обобщающего повторения раздела Россия и мир в xi сер. Xv в. (Глава iii).docx

• Дисциплина Учебновоспитательный семинар Задание Анализ данных с помощью подбора параметров Excel.doc