 |
Механизм действия ферментов. Значение образования фермент субстратного комплекса в процессе катализа.
|
|
|
|
Активный центр является гибкой структурой по отношению к субстрату. Субстрат, взаимодействуя с активным центром фермента, вызывает изменение его конформации, приводя к формированию фермент-субстратного комплекса, благоприятного для химических модификаций субстрата. При этом молекула субстрата также изменяет свою конформацию, что обеспечивает более высокую эффективность ферментативной реакции.
Уравнение скорости ферментативной реакции Михаэлиса и Ментен. Константа Михаэлиса (Км), определение, характеристика.
Зависимость скорости (v) ферментативного превращения субстрата от его концентрации [S] описывается уравнением Михаэлиса – Ментен:
KM– константа Михаэлиса, характеризующая активность фермента
V – максимальная скорость реакции при данной суммарной концентрации фермента.
Константа Михаэлиса -она соответствует концентрации субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной и служит мерой химического сродства меду ферментом и субстратом, мерой их способности образовывать фермент-субстратный комплекс.
Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата, температуры и рН среды.
1)От концентрации субстракта:
где V -скорость ферментативной реакции
Vmax - максимальная скорость ее при бесконечно большой концентрации субстрата,
S - концентрация субстрата в моль/л,
Кm - константа Михаэлиса
От температуры
До некоторого значения температуры каталитическая активность растет. В то же время постепенно возрастает количество инактивированного фермента за счет денатурации его белковой части. При температуре выше температурного оптимума денатурация ферментного белка резко усиливается и, хотя скорость реакций преобразования субстрата продолжает расти, активность фермента, выражающаяся количеством превращенного субстрата, падает.
|
|
|
От pH среды
Для каждого фермента существует оптимальное значение рН среды, при котором он проявляет максимальную активность. Большинство ферментов имеет максимальную активность в зоне рН поблизости от нейтральной точки. В резко кислой или резко щелочной среде хорошо работают лишь некоторые ферменты.
Механизм действия активаторов и ингибиторов на скорость реакции. Ингибиторы, их типы.
Ингибиторами называют вещества, вызывающие частичное или полное торможение химических реакций, включая и ферментативные.
Активаторами называют вещества, увеличивающие каталитическую активность ферментов.
Механизм действия ингибиторов может быть самым разнообразным, но в общей форме можно сказать, что ингибитор вступает в соединение с ферментом, образуя соединение фермент-ингибитор.
Различают обратимое и необратимое ингибирование фермента. При обратимом ингибировании активность фермента восстанавливается по мере удаления свободного ингибитора. При необратимом ингибировании равновесие между свободным ингибитором и ферментом не устанавливается и активность фермента не удается восстановить диализом.
Обратимое ингибирование ферментативных реакций бывает конкурентным и неконкурентным.
Конкурентное ингибирование может быть вызвано веществами, похожими по своей структуре на субстрат. Эти вещества, конкурируя с субстратом, соединяются с активным центром фермента, но не подвергаются ферментативному превращению и новые продукты из них не образуются. В связи с тем, что часть фермента при конкурентном ингибировании расходуется на образование комплеса фермент-ингибитор, скорость ферментативной реакции снижается. Конкурентное ингибирование обратимо, так как при увеличении концентрации субстрата скорость реакции возрастает.
|
|
|
Неконкурентное ингибирование вызывают вещества, не имеющие структурного сходства с субстратом. Причем эти вещества обратимо присоединяются к ферменту не в активном центре, где обычно связывается субстрат, а совсем в другом месте и, следовательно, конкуренция между субстратом и ингибитором отсутствует. Связываясь с ферментом, неконкурентные ингибиторы вызывают изменение пространственной структуры активного центра, и, хотя присоединение субстрата к такому активному центру происходит, тем не менее катализ становится невозможным.
Усиление активности ферментов под действием ионов металлов (активаторы) объясняется тем, что в одних случаях ионы металлов выполняют роль кофактора, в других - облегчают образование фермент-субстратного комплекса, в третьих - способствуют присоединению кофермента к апоферменту, в четвертых обеспечивают становление четвертичной структуры фермента или же действуют иными путями.
Полиферментные комплексы. Аллостерические ферменты, их структура и роль.
Полиферментные комплексы. В состав таких комплексов, образованных за счет нековалентных взаимодействий, входит несколько индивидуальных ферментов; обычно эти ферменты функционально взаимосвязаны и катализируют серию последовательных реакций.
Аллостерические ферменты
Наиболее быстрым, точным и тонким механизмом регуляции активности ферментов является регуляция, которой подвергается определенный тип ферментов, получивших название аллостерических (термин подчеркивает особенность данного типа фермента, заключающуюся в том, что вещества, регулирующие его активность, структурно отличаются от субстрата катализируемой им ферментативной реакции). Эти ферменты, как правило, занимают ключевые позиции в обмене веществ, располагаясь в "стратегических" пунктах клеточного метаболизма - начале метаболических путей или местах разветвлений, где расходятся или сходятся несколько путей.
Аллостерические ферменты имеют каталитический и регуляторный (аллостерический) центры, пространственно разобщенные, но функционально тесно взаимосвязанные. Каталитическая активность фермента меняется в результате связывания с его регуляторным центром определенных метаболитов, называемых эффекторами.
|
|
|
Изоферменты, множественные молекулярные формы ферментов, их свойства, регуляторная функция.
Множественные формы ферментов можно разделить на две категории:
· Изоферменты
· Собственно множественные формы (истинные)
Изоферменты — это ферменты, синтез которых кодируется разными генами, у них разная первичная структура и разные свойства, но они катализируют одну и ту же реакцию.
Собственно множественные формы (истинные)— это ферменты, синтез которых кодируется одним и тем же аллелем одного и того же гена, у них одинаковая первичная структура и свойства, но после синтеза на рибосомах они подвергаются модификации и становятся разными, хотя и катализируют одну и ту же реакцию.
Изоферменты разные на генетическом уровне и отличаются от первичной последовательности, а истинные множественные формы становятся разными на посттрансляционном уровне.
Современная теория биологического окисления, сопряженного с синтезом АТФ.
Окисление биологическое — обеспечение организма энергией в доступной для использования форме. Реакции Окисление биологическое в клетках катализируют ферменты, объединяемые в класс оксидоредуктаз.
Окисление биологическое в клетках связано с передачей т. н. восстанавливающих эквивалентов (ВЭ) — атомов водорода или электронов — от одного соединения — донора, к другому — акцептору. У аэробов — большинства животных, растений и многих микроорганизмов — конечным акцептором ВЭ служит кислород.
Основной путь использования энергии, освобождающейся при биологическом окислении — накопление её в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Окисление биологическое, сопровождающееся синтезом АТФ из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и неорганического фосфата, происходит при гликолизе.
В процессе дыхания углеводы, жиры и белки подвергаются многоступенчатому окислению, которое приводит к восстановлению основных поставщиков ВЭ:
|
|
|
1)никотинамидадениндинуклеотида (НАД)
2)никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ)
3)липоевой кислоты.
Восстановление этих соединений в значительной мере осуществляется в трикарбоновых кислот цикле, которым завершаются основные пути окислительного расщепления углеводов (оно начинается с гликолиза), жиров и аминокислот. Помимо цикла трикарбоновых кислот, некоторое количество восстановленных коферментов — ФАД (флавинадениндинуклеотида) и НАД — образуется при окислении жирных кислот, а также при окислительном дезаминировании глутаминовой кислоты (НАД) и в пентозофосфатном цикле (восстановленный НАДФ).
Гликолиз – процесс распада одной молекулы глюкозы (C6H12O6) на две молекулы молочной кислоты (C3H6O3) с выделением энергии, достаточной для "зарядки" двух молекул АТФ.
Гликолиз может протекать без потребления кислорода (такие процессы называются анаэробными) и с потреблением кислорода (аэробный гликолиз) способен быстро восстанавливать запасы АТФ в мышце.
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O.
Энергетический баланс гликолиза — две молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы. На I этапе гликолиза расходуются две молекулы АТФ для активирования субстратаНа II этапе образуются четыре молекулы АТФ
Глюконеогенез— процесс образования в печени молекул глюкозы из молекул других органических соединений— источников энергии, например свободных аминокислот, молочной кислоты, глицерина.
При голодании в организме человека активно используются запасы питательных веществ (гликоген, жирные кислоты). Они расщепляются до аминокислот и других неуглеводных соединений. Вещества транспортируются кровью в печень из других тканей, и используются в глюконеогенезе для синтеза глюкозы — основного источника энергии в организме. Таким образом при истощении запасов организма, глюконеогенез является основным поставщиком энергетических субстратов.
Цикл трикарбоновых кислот, химизм, энергетический эффект, внутриклеточная локализация и регуляция.
Катаболизм - процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ.
Ци́кл трикарбо́новых кисло́т — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии— АТФ.
|
|
|
Цикл Кребса— это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.
У эукариот все реакции цикла Кребса протекают внутри митохондрий, причём катализирующие их ферменты, кроме одного, находятся в свободном состоянии в митохондриальном матриксе. У прокариот реакции цикла протекают в цитоплазме.
Липиды. Их классификация и функции
Липи́ды— широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе.
Функции:
Энергетическая
Функция теплоизоляции
Жир— хороший теплоизолятор, поэтому у многих теплокровных животных он откладывается в подкожной жировой ткани, уменьшая потери тепла.
Структурная функция
Фосфолипиды составляют основу биослоя клеточных мембран
Регуляторная
· Витамины— липиды (A, D, E, K)
· Гормональная (стероиды, эйкозаноиды, простагландины и прочие.)
Защитная
Толстый слой жира защищает внутренние органы многих животных от повреждений при ударах
Холестерин и его производные: строение, свойства и функции.
Холестери́н — органическое соединение, природный жирный (липофильный) спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех живых организмов за исключением безъядерных (прокариоты). Нерастворим в воде, растворим в жирах и органических растворителях.
Функции
1)Холестерин в составе клеточной плазматической мембраны играет роль модификатора бислоя, придавая ему определённую жёсткость за счёт увеличения плотности
2)Холестерин открывает цепь биосинтеза стероидных половых гормонов, служит основой для образования жёлчных кислот и витаминов группы D, участвует в регулировании проницаемости клеток и предохраняет эритроциты крови от действия гемолитических ядов.
3)Холестерин нерастворим в воде и в чистом виде не может доставляться к тканям организма при помощи основанной на воде крови. Вместо этого холестерин в крови находится в виде хорошо растворимых комплексных соединений с особыми белками-транспортерами.
Свойства:
-не растворим в воде
-растворим в спиртах и других органических растворителях, а так же в растительных и животных жирах.
- способен образовывать сложные эфиры при реакции с жирными кислотами
Жирные кислоты: строение, свойства и функции.
Жирные кислоты — алифатические(не содержат ароматических связей) одноосновные(одна СООН) карбоновые кислоты с открытой цепью. Жирные кислоты, как правило, содержат неразветвленную цепь из четного числа атомов углерода (С4-24, включая карбоксильный углерод) и могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными.
Насыщенные– жирные кислоты без двойных связей, поэтому имеют твердую консистенцию Не подвержены быстрому окислению. Способствуют затвердеванию липидной прослойки, поэтому остаются на поверхности, выполняя роль эмолентов. Если в углеводородной цепи имеются двойные связи, то такие кислоты называют ненасыщенными.
Жиры выполняют в организме человека множество функций:
1. энергетическая (при недостатке калорий жиры способны расщепляться, снабжая организм энергией)
2. защитная (покрывают тонкой прослойкой все органы, обладают высокими теплоизоляционными свойствами)
3. строительная (входят в состав клеточных мембран)
4. ферментная (некоторые липиды входят в состав кофакторов)
5. гормональная (некоторые липиды входят в состав гормонов, медиаторов)
Простагландины, их биологическая роль.
Простагландины (Pg)— группа липидных физиологически активных веществ, образующиеся в организме ферментативным путём из некоторых незаменимых жирных кислот и содержащих 20-членную углеродную цепь. Роль простагландинов заключается в регуляции процессов, обеспечивающих сохранность барьера слизистой оболочки желудка. Важнейшее физиол. действие— способность вызывать сокращение гладких мышц, особенно мышц матки и яйцеводов, а также мышц пищеварит. и дыхат. систем, кровеносных сосудов.
Понятие о гормонах, их классификация, свойства и механизм действия.
Гормо́ны— биологически активные вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами определённых процессов в различных органах и системах.
Гормоны функционируют как химические посредники, переносящие информацию или сигнал в определенное место – клетку-мишень, которая имеет высокоспециализированный белковый рецептор, с которым связывается гормон.
|
|
|
