 |
Трансферазы. Характеристика основных подклассов
|
|
|
|
Это один из самых многочисленных классов ферментов.
В зависимости от характера переносимых групп выделяют:
Фосфотрансферазы - это ферменты, катализирующие перенос остатка фосфорной кислоты. В результате действия фосфотрансфераз образуются фосфорные эфиры различных органических соединений, многие из которых обладают повышенной реакционной способностью и более легко вступают в последующие реакции. Следовательно, фосфорилирование органических соединений можно считать процессом их активации. Чаще всего донором фосфатных групп является молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Фосфотрансферазы, использующие в качестве донора фосфатной группы молекулу АТФ, называются киназами.
Аминотрансферазы ускоряют перенос аминогруппы. Аминотрансферазы - двухкомпонентные ферменты, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (фосфорилированный витамин В6).
Гликозилтрансферазы ускоряют реакции переноса гликозильных остатков, обеспечивая, главным образом, реакции синтеза и распада олиго- и полисахаридов. Если гликозильный остаток переносится на молекулу фосфорной кислоты, то процесс называется фосфоролизом, а ферменты, обеспечивающие этот процесс, называются фосфорилазами. В качестве примера приведем схему фосфоролиза мальтозы:
Ацилтрансферазы катализируют процессы переноса ацилов (радикалов карбоновых кислот) на спирты, амины, аминокислоты и другие соединения. Источником ацилов является ацил-КоА, который можно рассматривать в качестве кофактора в реакциях переноса ацильных групп. Примером реакции трансацилирования может служить реакция синтеза фосфатидной кислоты, в которой участвует фосфоглицерин и две молекулы ацил-КоА:
|
|
|
18.Характеристика основных подклассов гидролаз. Катализирует реакции гидролиза (расщепления ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва). Подразделяют в зависимости от расщепляемой связи. По типу гидролизуемой связи класс гидролаз делят на ряд подклассов: действующие на сложноэфирные связи (например, липаза); на гликозильные связи (например, амилаза); на пептидные связи (например, пепсин); на кислотноангидридные связи (например, аденозинтрифосфатаза) и т.д. Около 200 гидролаз разделены на ряд подклассов по типу гидролизуемой связи – эстеразы (сложноэфирные связи), гликозидазы (гликозидные связи), пептидгидролазы (пептидные связи) и т.д. Пептидгидролазы играют важную роль не только в катаболизме белков и пептидов, но и в биологическое регуляции (гормональной регуляции, активации проферментов, регуляции кровяного давления и солевого обмена и т.д.). Гликозидазы - группа ферментов класса гидролаз, катализирующих гидролитическое расщепление эфирных связей в гликозидах; участвуют в процессах превращения углеводов. Эстеразы - ферменты, катализирующие в клетках гидролитическое расщеплениесложных эфиров (напр., липаза, расщепляющая жиры в процессе пищеварения).
19.Характеристика основных подклассов изомераз. Изомеразы - класс ферментов, которые катализируют реакцию изомеризации. Изомеризация - это химическая реакция во время которой происходят внутримолекулярные структурные переcтройки органических cоединений.
Существует пять подклассов изомераз в зависимости от типа реакций которые они катализируют. 1. Рацемазы и эпимеразы - катализируют превращения стереоизомеров;2. Цис-трансизомеразы - катализируют геометрическую изомеризацию;3. Оксидредуктазы - катализируют реакции окисления;4. Трансферазы - катализирующих перенос функциональных групп и молекулярных остатков с одной молекулы на другую;5. Лиазы - катализируют обратимые реакции образования и разрыва различных химических связей.
|
|
|
Все изомеразы играют очень важную роль в обмене веществ.
20.Использование ферментов в народном хозяйстве. Ферменты широко используются в народном хозяйстве — пищевой, текстильной промышленности, в фармакологии.
В настоящее время микробиологическая промышленность выпускает значительное количество ферментов в виде комплексных препаратов, которые используют в различных отраслях народного хозяйства.
В сельском хозяйстве ферментные препараты применяют в рационах животных при заготовке кормов в целях повышения переваримости и усвояемости питательных веществ кормов, повышения продуктивности животных и птиц.
В текстильной промышленности амилазу используют для удаления крахмала. В пищевой промышленности амилазу используют для осветления фруктовых соков. Фермент ренин в промышленности сыроделия используют для свертывания молока. Также есть стиральные порошки с ферментными добавками.
21.Характеристика подкласса лиаз. К лиазам относят ферменты, отщепляющие от субстратов негидролитический путем определенную группу (при этом могут отщепляться CO2,H2O,NH2,SH2 и др.) или присоединяющие чаще всего молекулу воды по двойной связи.
В подклассы выделяются ферменты в зависимости от природы разрываем связи:1. углерод- углерод лиазы,2. Углерод- кислород лиазы,3. Углерод- азот лиазы,4. Углерод-сера лиазы,5. Фосфор- кислород лиазы.
Углерод-углерод лиазы катализируют расщепление связи С—С. В этот подкласс входит обширная группа карбокси-лиаз. Карбокси-лиазы играют важную роль во мн. превращениях в-в, напр. в процессах гниения. Углерод-кислород лиазы (гидролиазы). Ферменты этого подкласса ускоряют реакции гидратации и дегидратации органических соединений.Эти реакции постоянно идут при распаде и синтезе углеводов и жирных кислот, поэтому гидратазы играют большую роль в жизнедеятельности организмов. Углерод-азот лиазы катализируют реакции прямого дезаминирования некоторых аминокислот; примером может служить аспартат-аммиак-лиаза.
22.Характеристика основных подклассов лигаз. Катализируют реакции присоединения друг другу двух молекул в образовании ковалентной связи. В зависимости от характера образующейся связи (С—О, С—S, С—N и С—С-связи) Л. делят на подклассы.
|
|
|
К лигазам, катализирующим реакции, в к-рых образуются связи С—О, относятся аминоацил-тРНК-синтетазы, катализирующие ацилирование транспортных РНК соответствующими аминокислотами. Образование связи С—S катализируют ферменты, участвующие в синтезе ацильных производных кофермента А.
К ферментам, участвующим в образовании связи С—N, относятся амидсинтетазы, пептидсинтетазы (катализируют образование пептидной связи, напр. L-глутамилцистеинсинтетаза), цикло-лигазы (катализируют образование гетероциклов, содержащих в кольце атом N, напр. фосфорибозиламиноимидазол - синтетаза) и некоторые другие.
Реакции, в результате которых образуется связь С—С, катализируют карбоксилирующие ферменты, содержащие в качестве кофактора биотин, напр. пируваткарбоксилаза.
23.Строение каталитического центра ферментов. Множественные формы, иозимы, их роль в генетике, селекции, медицине. Каталитический центр простого фермента представляет собой уникальное сочетание нескольких аминокислотных остатков, расположенных на разных участках полипептидной цепи. Образование каталитического центра происходит одновременно с формированием третичной структуры белковой молекулы фермента. Чаще всего в состав каталитического центра простого фермента входят остатки серина, цистеина, тирозина, гистидина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот.
Множественные формы ферментов можно разделить на две категории:1. Изоферменты,2. Собственно множественные формы.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 - 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, становятся разными, хотя и катализируют одну и ту же реакцию.
|
|
|
Изоферменты обнаружены в тканях животных, растений, а также у микроорганизмов. Играют важную роль в регуляции ферментативной активности, а также в процессах развития. Наличие или отсутствие определенных изоферментов широко используется как генетический маркёр для определения принадлежностей особи к определенной группе, а анализ частот изоферментов одного белка — для определения границ популяций. Предложены методы количественного анализа сходства и различия популяций по спектрам изоферментов (генетическая дистанция, коэффициенты генетического сходства). Анализ изоферментного спектра используется в хемосистематике и в медицине для диагностики некоторых заболеваний.Описано использование изоферментов в диагностике различных заболеваний и оценке применяемых методов лечения больных.
24.Механизм действия ферментов. Влияние внешних факторов на ферментные процессы. В 1902 г. Генри выдвинул предположение, что действие ферментов заключается в образовании комплекса с молекулой субстрата, которое представляет собой обратимый процесс. Комплекс фермент-субстрат соответствует промежуточному соединению или переходному состоянию в теории промежуточных соединений. Затем этот комплекс распадается и регенерирует фермент. Этот процесс описывается уравнением E + S = ES = E + P,где E-фермент, S-субстрат, ES-комплекс, a P-продукт реакции. Это уравнение впервые предложили Михаэлис и Ментен в 1913 г., и поэтому оно получило название уравнения Михаэлиса - Мептен.
Согласно существующим воззрениям, молекула субстрата связывается с областью на поверхности фермента, которая называется активным центром. Активность этого центра повышается в присутствии витаминов и некоторых минеральных веществ. За активность ферментов особенно ответственны различные микроэлементы, в частности d-переходиые металлы, как, например, медь, марганец, железо и никель.
Активность некоторых ферментов очень зависит от наличия коферментов. Кофер-ментами являются относительно небольшие органические молекулы, которые связываются с активными центрами фермента. Роль таких коферментов часто выполняют витамины группы В. На рис. 9.23 схематически изображен принцип действия ко-фермеита.
Факторы, влияющие на активность ферментов-Влияние температуры, Влияние рН среды, Влияние концентрации фермента и субстрата, Влияние веществ-регуляторов. Температура, при которой наблюдается максимальная активность ферментов, называется оптимальной. Для большинства ферментов оптимальной температурой является температура от +35С — +45С. Если фермент поместить в условия, ниже оптимальной или выше температуры, будет происходить снижение его активности. Оптимальная рН для каждого фермента своя, но для большинства ферментов от 4 до 7. Чем больше фермента, тем скорость реакции выше. То же самое можно сказать о влиянии концентрации субстрата. Регуляторы можно разделить на активаторы и ингибиторы. Как те, так и другие делятся на специфические и неспецифические. К специфическим активаторам относятся соли желчных кислот (для липазы поджелудочной железы); соляная кислота (для пепсина); ионы хлора (для альфа-амилазы). К неспецифическим активаторам относятся ионы магния, которые активируют фосфатазы и киназы.
|
|
|
25.Кинетика ферментных реакций Кs Кm, их характеристика. Способы выражения активности ферментов. Одним из характерных проявлений жизни является удивительная способность живых организмов кинетически регулировать химические реакции, подавляя стремление к достижению термодинамического равновесия. Ферментативная кинетика занимается исследованием закономерностей влияния химической природы реагирующих веществ (ферментов, субстратов) и условий их взаимодействия (концентрация, рН среды, температуры, присутствие активаторов или ингибиторов) на скорость ферментативной реакции. Главной целью изучения кинетики ферментативных реакций является получение информации, которая может способствовать выяснению молекулярного механизма действия фермента.
Каталитическая активность фермента - это способность фермента превращать большое количество молекул субстрата, в то время как сам он к концу реакции остается неизменным. Ферменты различаются по своей каталитической способности. Каталитическую активность ферментов выражают в единицах активности.Международная единица активности (МЕ) - это количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в 1 минуту в оптимальных условиях. Единица активности в системе СИ (катал) - соответствует количеству фермента, которое катализирует превращение 1 моля субстрата в 1 секунду в оптимальных условиях. В медицине активность ферментов выражают чаще всего в единицах активности на 1 л биологической жидкости.
18. Характеристика основных подклассов гидролаз. Катализирует реакции гидролиза (расщепления ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва). Подразделяют в зависимости от расщепляемой связи. По типу гидролизуемой связи класс гидролаз делят на ряд подклассов: действующие на сложноэфирные связи (например, липаза); на гликозильные связи (например, амилаза); на пептидные связи (например, пепсин); на кислотноангидридные связи (например, аденозинтрифосфатаза) и т.д. Около 200 гидролаз разделены на ряд подклассов по типу гидролизуемой связи – эстеразы (сложноэфирные связи), гликозидазы (гликозидные связи), пептидгидролазы (пептидные связи) и т.д. Пептидгидролазы играют важную роль не только в катаболизме белков и пептидов, но и в биологическое регуляции (гормональной регуляции, активации проферментов, регуляции кровяного давления и солевого обмена и т.д.). Гликозидазы - группа ферментов класса гидролаз, катализирующих гидролитическое расщепление эфирных связей в гликозидах; участвуют в процессах превращения углеводов. Эстеразы - ферменты, катализирующие в клетках гидролитическое расщеплениесложных эфиров (напр., липаза, расщепляющая жиры в процессе пищеварения).
19. Характеристика основных подклассов изомераз. Изомеразы - класс ферментов, которые катализируют реакцию изомеризации. Изомеризация - это химическая реакция во время которой происходят внутримолекулярные структурные переcтройки органических cоединений.
Существует пять подклассов изомераз в зависимости от типа реакций которые они катализируют. 1. Рацемазы и эпимеразы - катализируют превращения стереоизомеров;2. Цис-трансизомеразы - катализируют геометрическую изомеризацию;3. Оксидредуктазы - катализируют реакции окисления;4. Трансферазы - катализирующих перенос функциональных групп и молекулярных остатков с одной молекулы на другую;5. Лиазы - катализируют обратимые реакции образования и разрыва различных химических связей.
Все изомеразы играют очень важную роль в обмене веществ.
20. Использование ферментов в народном хозяйстве. Ферменты широко используются в народном хозяйстве — пищевой, текстильной промышленности, в фармакологии.
В настоящее время микробиологическая промышленность выпускает значительное количество ферментов в виде комплексных препаратов, которые используют в различных отраслях народного хозяйства.
В сельском хозяйстве ферментные препараты применяют в рационах животных при заготовке кормов в целях повышения переваримости и усвояемости питательных веществ кормов, повышения продуктивности животных и птиц.
В текстильной промышленности амилазу используют для удаления крахмала. В пищевой промышленности амилазу используют для осветления фруктовых соков. Фермент ренин в промышленности сыроделия используют для свертывания молока. Также есть стиральные порошки с ферментными добавками.
21. Характеристика подкласса лиаз. К лиазам относят ферменты, отщепляющие от субстратов негидролитический путем определенную группу (при этом могут отщепляться CO2,H2O,NH2,SH2 и др.) или присоединяющие чаще всего молекулу воды по двойной связи.
В подклассы выделяются ферменты в зависимости от природы разрываем связи:1. углерод- углерод лиазы,2. Углерод- кислород лиазы,3. Углерод- азот лиазы,4. Углерод-сера лиазы,5. Фосфор- кислород лиазы.
Углерод-углерод лиазы катализируют расщепление связи С—С. В этот подкласс входит обширная группа карбокси-лиаз. Карбокси-лиазы играют важную роль во мн. превращениях в-в, напр. в процессах гниения. Углерод-кислород лиазы (гидролиазы). Ферменты этого подкласса ускоряют реакции гидратации и дегидратации органических соединений.Эти реакции постоянно идут при распаде и синтезе углеводов и жирных кислот, поэтому гидратазы играют большую роль в жизнедеятельности организмов. Углерод-азот лиазы катализируют реакции прямого дезаминирования некоторых аминокислот; примером может служить аспартат-аммиак-лиаза.
22. Характеристика основных подклассов лигаз. Катализируют реакции присоединения друг другу двух молекул в образовании ковалентной связи. В зависимости от характера образующейся связи (С—О, С—S, С—N и С—С-связи) Л. делят на подклассы.
К лигазам, катализирующим реакции, в к-рых образуются связи С—О, относятся аминоацил-тРНК-синтетазы, катализирующие ацилирование транспортных РНК соответствующими аминокислотами. Образование связи С—S катализируют ферменты, участвующие в синтезе ацильных производных кофермента А.
К ферментам, участвующим в образовании связи С—N, относятся амидсинтетазы, пептидсинтетазы (катализируют образование пептидной связи, напр. L-глутамилцистеинсинтетаза), цикло-лигазы (катализируют образование гетероциклов, содержащих в кольце атом N, напр. фосфорибозиламиноимидазол - синтетаза) и некоторые другие.
Реакции, в результате которых образуется связь С—С, катализируют карбоксилирующие ферменты, содержащие в качестве кофактора биотин, напр. пируваткарбоксилаза.
23. Строение каталитического центра ферментов. Множественные формы, иозимы, их роль в генетике, селекции, медицине. Каталитический центр простого фермента представляет собой уникальное сочетание нескольких аминокислотных остатков, расположенных на разных участках полипептидной цепи. Образование каталитического центра происходит одновременно с формированием третичной структуры белковой молекулы фермента. Чаще всего в состав каталитического центра простого фермента входят остатки серина, цистеина, тирозина, гистидина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот.
Множественные формы ферментов можно разделить на две категории:1. Изоферменты,2. Собственно множественные формы.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 - 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, становятся разными, хотя и катализируют одну и ту же реакцию.
Изоферменты обнаружены в тканях животных, растений, а также у микроорганизмов. Играют важную роль в регуляции ферментативной активности, а также в процессах развития. Наличие или отсутствие определенных изоферментов широко используется как генетический маркёр для определения принадлежностей особи к определенной группе, а анализ частот изоферментов одного белка — для определения границ популяций. Предложены методы количественного анализа сходства и различия популяций по спектрам изоферментов (генетическая дистанция, коэффициенты генетического сходства). Анализ изоферментного спектра используется в хемосистематике и в медицине для диагностики некоторых заболеваний.Описано использование изоферментов в диагностике различных заболеваний и оценке применяемых методов лечения больных.
24. Механизм действия ферментов. Влияние внешних факторов на ферментные процессы. В 1902 г. Генри выдвинул предположение, что действие ферментов заключается в образовании комплекса с молекулой субстрата, которое представляет собой обратимый процесс. Комплекс фермент-субстрат соответствует промежуточному соединению или переходному состоянию в теории промежуточных соединений. Затем этот комплекс распадается и регенерирует фермент. Этот процесс описывается уравнением E + S = ES = E + P,где E-фермент, S-субстрат, ES-комплекс, a P-продукт реакции. Это уравнение впервые предложили Михаэлис и Ментен в 1913 г., и поэтому оно получило название уравнения Михаэлиса - Мептен.
Согласно существующим воззрениям, молекула субстрата связывается с областью на поверхности фермента, которая называется активным центром. Активность этого центра повышается в присутствии витаминов и некоторых минеральных веществ. За активность ферментов особенно ответственны различные микроэлементы, в частности d-переходиые металлы, как, например, медь, марганец, железо и никель.
Активность некоторых ферментов очень зависит от наличия коферментов. Кофер-ментами являются относительно небольшие органические молекулы, которые связываются с активными центрами фермента. Роль таких коферментов часто выполняют витамины группы В. На рис. 9.23 схематически изображен принцип действия ко-фермеита.
Факторы, влияющие на активность ферментов-Влияние температуры, Влияние рН среды, Влияние концентрации фермента и субстрата, Влияние веществ-регуляторов. Температура, при которой наблюдается максимальная активность ферментов, называется оптимальной. Для большинства ферментов оптимальной температурой является температура от +35С — +45С. Если фермент поместить в условия, ниже оптимальной или выше температуры, будет происходить снижение его активности. Оптимальная рН для каждого фермента своя, но для большинства ферментов от 4 до 7. Чем больше фермента, тем скорость реакции выше. То же самое можно сказать о влиянии концентрации субстрата. Регуляторы можно разделить на активаторы и ингибиторы. Как те, так и другие делятся на специфические и неспецифические. К специфическим активаторам относятся соли желчных кислот (для липазы поджелудочной железы); соляная кислота (для пепсина); ионы хлора (для альфа-амилазы). К неспецифическим активаторам относятся ионы магния, которые активируют фосфатазы и киназы.
25. Кинетика ферментных реакций Кs Кm, их характеристика. Способы выражения активности ферментов. Одним из характерных проявлений жизни является удивительная способность живых организмов кинетически регулировать химические реакции, подавляя стремление к достижению термодинамического равновесия. Ферментативная кинетика занимается исследованием закономерностей влияния химической природы реагирующих веществ (ферментов, субстратов) и условий их взаимодействия (концентрация, рН среды, температуры, присутствие активаторов или ингибиторов) на скорость ферментативной реакции. Главной целью изучения кинетики ферментативных реакций является получение информации, которая может способствовать выяснению молекулярного механизма действия фермента.
Каталитическая активность фермента - это способность фермента превращать большое количество молекул субстрата, в то время как сам он к концу реакции остается неизменным. Ферменты различаются по своей каталитической способности. Каталитическую активность ферментов выражают в единицах активности.Международная единица активности (МЕ) - это количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в 1 минуту в оптимальных условиях. Единица активности в системе СИ (катал) - соответствует количеству фермента, которое катализирует превращение 1 моля субстрата в 1 секунду в оптимальных условиях. В медицине активность ферментов выражают чаще всего в единицах активности на 1 л биологической жидкости.
|
|
|
