Зависимость скорости ферментативной реакции от pH

Ингибиторы (I) - это химические соединения (обычно низкомолекулярные), которые, находясь в низких концентрациях, избирательно тормозят определенные ферментативные реакции. При этом ингибитор всегда присоединяется к ферменту с образованием фермент-ингибиторного комплекса. Фермент, связанный с ингибитором, теряет свою каталитическую активность.Если связи между ферментом и ингибитором прочные, то действие ингибитора носит необратимый характер, и торможение нарастает во времени вплоть до полного прекращения ферментативной реакции:

Такие ингибиторы называются необратимыми. Примером необратимых ингибиторов являются фосфорорганические соединения (табун, зарин, дихлофос, карбофос и др.), избирательно и необратимо угнетающие важнейший фермент организма холинэстеразу, участвующую в передаче нервных импульсов.Если ингибитор присоединяется к ферменту за счет непрочных связей, то торможение фермента является обратимым и не зависит от времени:

Ингибиторы такого типа называются обратимыми. В свою очередь, обратимые ингибиторы делятся на две разновидности: конкурентные и неконкурентные. Конкурентные ингибиторы присоединяются к активному центру фермента, т.е. к тому же участку поверхности фермента, что и субстрат. Поэтому между ингибитором и субстратом идет конкуренция за присоединение к активному центру. Занимая активный центр, ингибитор тем самым препятствует образованию фермент-субстратного комплекса - первой стадии ферментативного катализа. Конкурентные ингибиторы обычно по строению похожи на субстрат. Неконкурентные ингибиторы присоединяются к ферменту вне активного центра. Этот участок поверхности фермента называется аллостерический центр (т.е. находящийся в другом месте по сравнению с активным центром).Присоединение неконкурентного ингибитора к аллостерическому центру вызывает неблагоприятное изменение пространственной структуры (конформации) всей молекулы фермента, в т.ч. и активного центра. В результате каталитические свойства фермента снижаются. Неконкурентные ингибиторы участвуют в регуляции скорости ферментативных реакций, протекающих в организме. В роли неконкурентных ингибиторов могут быть гормоны, конечные и промежуточные продукты ферментативных реакций, ионы металлов, лекарственные вещества. Активаторы - вещества, избирательно повышающие скорость определенных ферментативных реакций. Активаторы, подобно неконкурентным ингибиторам, присоединяются обратимо к аллостерическому центру фермента. Но в этом случае изменение конформации фермента будет благоприятным для функционирования активного центра, что приводит в итоге к повышению скорости ферментативной реакции. В организме активаторами являются некоторые гормоны, промежуточные продукты метаболических процессов, ионы металлов, а также лекарственные препараты.

12) Классификация и индексация ферментов Современная классификация ферментов основывается на характере химической реакции, катализируемой ферментом. Все ферменты делятся на шесть классов в зависимости от типа катализируемой реакции:

I класс - оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.

Схематично действие ферментов I класса можно записать:

II класс - трансферазы - ферменты, катализирующие перенос химических группировок с молекулы одного вещества на молекулу другого:

III класс - гидролазы - ферменты, расщепляющие химические связи путем присоединения воды, т.е. путем гидролиза:

IV класс - лиазы - ферменты, катализирующие расщепление химических связей без присоединения воды:

V класс - изомеразы - ферменты, катализирующие изомерные превращения, т.е. перенос отдельных химических групп в пределах одной молекулы:

VI класс - синтетазы - ферменты, катализирующие реакции синтеза, протекающие за счет энергии гидролиза АТФ:

АТФ + Н20 ^ ^ АДФ + Н3Р04(изображение чтобы посмотреть последнюю формулу)

Каждый класс, в свою очередь, делится на подклассы, внутри подклассов выделены подподклассы. Каждый подподкласс содержит список индивидуальных ферментов в строго определенной последователь- m m i и, которая не изменяется, а лишь продлевается по мере открытия ' юных ферментов.

В основе подразделения ферментов на подклассы и на подподкласе лежит тип химической связи или химическое строение группировки ■ убстрата, на которую действует фермент.

С классификацией ферментов тесно связана их индексация (нумерация). Индекс (шифр) каждого фермента состоит из четырех чисел, разделенных точками, и составляется по следующему принципу: перцам цифра индекса указывает, к какому из шести классов принадлежит манный фермент. Второе и третье числа индекса обозначают соответственно порядковые номера подклассов и подподклассов. Четвертое число индекса - порядковый номер индивидуального фермента внутри | своего подподкласса.

Например, фермент слюны амилаза, расщепляющий крахмал, имеет индекс 3.2.1.1, что свидетельствует о принадлежности этого фермента N классу гидролаз

Вопрос 13. Регуляция скорости ферментативных реакций.

К основным механизмам регуляции скорости ферментативных реакций можно отнести следующие:

1- Изменение скорости синтеза ферментов. Ферменты, являясь белками, постепенно разрушаются, и поэтому в клетках постоянно синтезируются новые ферментные белки. При повышении скорости образования новых ферментов их содержание в клетках возрастает. При этом скорость ферментативных реакций увеличивается, так как зависимость скорости реакции от концентрации фермента носит прямолинейный характер. При уменьшении выработки ферментов их концентрация в клетках постепенно снижается, что сопровождается падением скорости катализируемых ими реакций.Изменение скорости синтеза ферментов обычно происходит под влиянием гормонов, которые ускоряют или замедляют первый этап синтеза ферментных белков - считывание генетической информации – транскрипцию. Поэтому данный механизм регуляции часто называется регуляцией на генетическом уровне.

2- Модификация ферментов. Под модификацией понимается незначительное изменение химического состава молекулы фермента, приводящее к изменению каталитической активности.Модификация может быть обратимой и необратимой.В первом случае изменение строения фермента носит обратимый характер и фермент может многократно менять свою активность. Например, некоторые ферменты содержат в своей молекуле остаток фосфорной кислоты. При отщеплении фосфатного остатка у одних ферментов каталитическая активность снижается; при включении его снова в состав ферментов активность их возрастает. У других же ферментов фосфорилированная форма (содержащая фосфат), наоборот, малоактивна. Отщепление фосфорной кислоты от таких ферментов ведет к повышению их активности.Примером необратимой модификации служит активация пищеварительных ферментов, действующих на пищевые белки. Так, в составе желудочного сока содержится белок пепсиноген, не обладающий каталитической активностью. В полости желудка под действием соляной кислоты от этого белка отщепляется небольшой полипептид и образуется очень активный фермент, расщепляющий в пищевых белках пептидные связи – пепсин. (Белки, являющиеся предшественниками ферментов, называются проферментами).

3- Изменение конформации ферментов. Изменение конформации, т.е. пространственного строения ферментного белка происходит под действием неконкурентных ингибиторов и активаторов, которыми могут быть гормоны, промежуточные и конечные продукты ферментативных реакций, ионы металлов, лекарства (см. выше). Изменение конформации ферментов возможно и при изменении условий среды, например, при повышении или снижении кислотности.

Вопрос 14. Общая характеристика обмена веществ. Пищеварение и Метаболизм.

Обмен веществ и энергии – это обязательное условие существования живых организмов.
Организм из внешней среды получает энергию и строительные вещества, затем эти вещества перерабатываются и, наконец, ненужные продукты переработки выделяются из организма в окружающую среду. Таким образом, обмен веществ может быть представлен в виде трех процессов.
1. Пищеварение – это процесс в ходе которого пищевые вещества, как правило высокомолекулярные и для организма чужеродные, под действием пищеварительных ферментов расщепляются и превращаются в простые соединения – универсальные для всех живых организмов. Белки, например, распадаются на аминокислоты точно такие же как аминокислоты самого организма. Из углеводов пищи образуется универсальный моносахарид – глюкоза. Поэтому конечные продукты пищеварения могут вводиться во внутреннюю среду организма и использоваться клетками для разнообразных целей.
2. Метаболизм – это совокупность химических реакций, протекающая во внутренней среде организма. Правда, иногда слово «метаболизм» понимают как синоним обмена веществ.
3. Выделение – это процесс удаления отработанных веществ из организма. Этот процесс происходит, как на последних этапах пищеварения, так и в ходе метаболизма. В последнем случае в выделении участвует кровь и особые органы выделения продуктов распада азотистых веществ - почки.
Рассмотрим, однако, более подробно собственно метаболизм. В процессе пищеварения пищевые вещества, высокомолекулярные и для организма чужеродные, под действием пищеварительных ферментов расщепляются и превращаются, в простые соединения - универсальные для всех живых организмов.Например, любые пищевые белки распадаются на аминокислоты 20 видов, точно такие же как и аминокислоты самого организма. Из углеводов пищи образуется универсальный моносахарид - глюкоза. Поэтому конечные продукты пищеварения могут вводиться во внутреннюю среду организма и использоваться клетками для разнообразных целей. Метаболизм - это совокупность химических реакций, протекающих во внутренней среде организма, т.е. в его клетках. В настоящее время известны десятки тысяч химических реакций, составляющих метаболизм.В свою очередь, метаболизм делится на катаболизм и анаболизм. Под катаболизмом понимаются химические реакции, за счет которых крупные молекулы подвергаются расщеплению и превращаются в молекулы меньшего размера. Конечными продуктами катаболизма являются такие простейшие вещества как CO_2, H₂O и NH₃.Для катаболизма характерны следующие закономерности:

1-В процессе катаболизма преобладают реакции окисления.

2- Катаболизм протекает с потреблением кислорода.

3- В процессе катаболизма освобождается энергия, примерно половина которой аккумулируется в форме химической энергии аденозинтрифосфата (АТФ). Другая часть энергии выделяется в виде тепла.

Анаболизм включает разнообразные реакции синтеза.Анаболизм характеризуется следующими особенностями:

·Для анаболизма типичны реакции восстановления.

· В процессе анаболизма происходит потребление водорода. Обычно

используются атомы водорода, отщепляемые от глюкозы и переносимые коферментом НАДФ

· Анаболизм протекает с потреблением энергии, источником которой является АТФ.

· Одновременное протекание реакций катаболизма и анаболизма приводит к обновлению химического состава организма, что является обязательным условием его жизнедеятельности.

· В случае преобладания анаболизма над катаболизмом происходит накопление химических веществ в организме и, в первую очередь, белков. Накопление белков в организме - обязательное условие его роста и развития.

· Обеспечение энергией (в форме молекул АТФ) всех потребностей организма.

Аденозинтрифосфат (АТФ) является нуклеотидом. В состав молекулы АТФ входят азотистое основание - аденин, углевод - рибоза и три остатка фосфорной кислоты (аденин, связанный с рибозой, называется аденозином).

Особенностью молекулы АТФ является то, что второй и третий остатки фосфорной кислоты присоединяются связью, богатой энергией. Такая связь называется высокоэнергетической или макроэргической и обозначается знаком ~. Соединения, имеющие макроэргические связи, обозначаются термином «макроэрги» Структурная формула АТФ имеет следующий вид:

В упрощенном виде строение АТФ можно отразить схемой:

При использовании АТФ в качестве источника энергии обычно происходит отщепление путем гидролиза последнего остатка фосфорной кислоты: АТФ + Н₂О -> АДФ + Н₃РО₄ + Q (энергия)

Главными потребителями энергии АТФ в организме являются:

· Транспорт молекул и ионов через мембраны (например, всасывание веществ из кишечника, образование мочи в почках, формирование и передача нервного импульса и др.).Биологическая роль АТФ заключается в том, что это вещество является универсальным аккумулятором энергии, своего рода энергетической «валютой» клетки.Основным поставщиком АТФ является тканевое дыхание - завершающий этап катаболизма, протекающий в митохондриях всех клеток, кроме красных клеток крови (эритроцитов).

Тканевое дыхание - основной способ получения АТФ, используемый всеми клетками организма (кроме эритроцитов).

1) Никатинонамидные дегидрогеназы: отнимают 2 атома водорода от окисляемого субстрата временно присоединяют их к своему никатинамидадениндинуклеотиду (НАД). При этом присоединении НАД превращается в свою восстановленную форму:

2) Флавиновые дегидрогеназы: отщепляют 2 атома водорода от НАД*Н2 и временно присоединяет их к флавинмононуклеотиду (ФМН). Является мононуклеотидом, содержащим рибофлавин (витамин В2). В результате образуется восстановленная форма кофермента - ФМН*Н2:

В некоторых случаях флавиновые дегидрогеназы отнимают атомы водорода непосредственно от окисляемого вещества. Они используют кофермент ФАД (флавинадениндинуклеотид). Отнимаемые от окисляемого вещества атомы водорода также присоединяются к флавину:

3) Цитохромы: участвуют только в переносе электронов. По строению похожи на одну из субъединиц гемоглобина, состоит из полипептида и гема. В состав гема входит железо с переменной валентностью, что и отличает от гема эритроцитов. Именно эта особенность железа даёт возможность переносить электроны:

С помощью цитохромов b, c, a, a3 электрроны от восстановленных коферментов ФМН*Н2 или ФАД*Н2 передаются на молекулярный кислород О2, который при этом переходит в активную, анионную форму О2-.

Далее этот кислород связывается с ионами водорода, который отщепляется от ФМН*Н2 или ФАД*Н2. Это приводит к образованию воды.

Некоторые субстраты имеют более высокий редокс-потенциал, чем НАД. Поэтому они не могут окисляться никотинамидными дегидрогеназами. В этом случае отнятие атомов водорода происходит флавиновыми дегидрогеназами. В таком случае образуется только 2 молекулы АТФ.

17. Схема дыхательной цепи. Синтез АТФ в процессе тканевого дыхания.

На всём протяжении схемы видно передвижение электронов. оно вызвано тем, что в дыхательной цепи все участники расположены по увеличению своего окислительно-восстановительного потенциала, или редокс-потенциала. Это способность вещества принимать и удерживать электроны. Электроны переносятся от вещества с низким потенциалом к веществу с более высоким.

Движение электронов сопровождается выделением энергии. Около половины энергии аккумулируется в макроэнергетических связях АТФ. Другая часть энергии рассеивается в виде тепла.

Количество выделяемой энергии зависит от величина редокс-потенциала, поэтому синтез АТФ происходит на участках цепи с большой разностью редокс-потенциала:

Итого при переносе двух атомов водорода на кислород синтезируется 3 молекулы АТФ.

В сутки в организме образуется не менее 40 кг АТФ, у спортсменов ещё больше.

Чем больше клетка использует АТФ, тем больше скорость окислительного фосфорилирования. Причина: активатором ферментов процесса тканевого дыхания является избыточный уровень АДФ (аденозиндифосфат), который выделяется при использовании АТФ.

Дыхательный ансамбль - отдельные скопления ферментов тканевого дыхания на внутренней мембране митохондрии.

В некоторых случаях отнятие атомов водорода происходит в цитоплазме и присоединение происходит не к атомам кислорода, а к другим веществам. Наиболее часто акцептором является ПВК (пировиноградная кислота), возникающая при распаде аминокислот и углеводов.

В результате ПВК превращается в лактат (молочную кислоту). Этот процесс происходит без потребления кислорода, т.е. анаэробно. За счёт выделяющейся энергии в цитоплазем происходит синтез АТФ, который называется анаэробное фосфорилирование.

Происходит когда при окислении атомы кислорода включаются в молекулы окисляемых веществ. Такое окисление протекает в мембранах цитоплазматической сети и носит название микросомальное окисление. А когда в молекуле окисляемого субстрата включается кислород возникает гидроксилиная группа (-ОН),а само окисление называют гидросилированием. В нем принимает участие витамин С.

Биологическая роль микросомального окисления:

1)включение атомов кислорода в синтезируемого вещества

2)обезвреживание различных токсических соединений, поступающих в организм из вне или образующихся в процессе метаболизма. Включение кислорода в молекулу яда и снижает его токсичность, делая его более водорастворимыми и облегчая выведения из организма почками.

Незначительная часть кислорода,поступающего из воздуха в организм превращается в активные формы(О2-,НО2-,НО,)называют свободными радикалами или оксидантами
Свободнорадикальное окисление вызывает реакцию окисления, затрагивающую белки, липиды и нуклеиновые кислоты свободнорадикальной.В процессе свободнорадикального окисления в жирных кислотах возникает группировка из двух атомов кислорода (перекись жирной кислоты)

Далее в этом месте происходит расщепление жирной кислоты. Перекисное возникновение липидов(ПОЛ) –это свободнорадикальное окисление жирных кислот,входящих в состав липидов, возникших в связи перекисной группировки.

Образование свободных радикалах кислорода в тканях организма происходит постоянно. За счет этого процесса осуществляется обновление липидного слоя биологических мембран.

Свободные радикалы выполняют также защитную функцию,окисляя различные чужеродные вещества, поступающие в организм из вне, в том числе мембранные белки и липойды патогенных микроорганизмов.

В физиологических условиях свободнорадикальное окисление протекает с низкой скоростью, так как ему противостоит защитная антиоксидантная система организма, предупреждающая накопление свободных радикалов кислорода и ограничивающая тем самым скорость СРО.Главным компонентом антиоксидантной системы является витамин Е (токоферол).

Активные формы кислорода могут возникать в процессе тканевого дыхания. Для нормального течения тканевого дыхания необходимо одновременное присоединение к молекуле кислорода четырех электронов. В этом случае образуются две молекулы воды. Иногда к молекуле кислорода присоединяется два или один электрон и возникает перекись водорода и раксид-анион кислорода, которые очень токсичны для клеток, так как являются сильными окислителями и повреждают биомембраны

Для защиты этих опасных соединений в состав антиоксидантной системы входят специальные ферменты. Под действием фермента супероксиддисмутазы супероксид-анион превращается в перекись водорода

Далее перекись водорода разрушается ферментом католазой.

21вопрос. Строение и биологическая роль глюкозы.

Важнейшим природным углеродом является глюкоза,которая может находиться как и в свободном виде (моносахарид) так и в составе олигосахаров (сахароза,лактоза и др.) и полисахоридов(клечастка,крахмал,гликоген)

Свободная глюкоза в организме человека в основном находится в крови, где ее содержание довольно постоянно и колеблется в узком диапазоне от 3,9 до 6,1 ммоль/л(70-110мг%,или 07-1,1г/л).Глюкоза в организме в первую очередь выполняет энергетическую функцию и является главным источником энергии.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: