Шпаргалка по "Биохимии"

3. Обладают высокой специфичностью  действия. Платина и палладий могут катализировать восстановление десятков тысяч химических соединений, а фермент катализирует превращение одного субстрата (абсолютная специфичность) или  нескольких структурно схожих субстратов (относительная или групповая специфичность).  Например фермент уреаза гидролитически расщепляет амидные связи в мочевине, превращая её в аммиак  углекислый газ. Фермент химотрипсин, который работает в тонком кишечнике, расщепляет пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокислот.

Высокая специфичность ферментов обусловлена  совпадением пространственных конфигураций субстрата и фермента, а так  же уникальной структурой активного  центра фермента, обеспечивающими узнавание, высокое сродство, избирательность протекания одной из тысяч реакций в живом объекте.  

4. Обладают высокой каталитической  активностью. Эта активность определяется числом оборотов или молекулярной активностью фермента- количеством молекул субстрата, которое превращается за 1 минуту в расчёте на 1 молекулу фермента при условии полного насыщения фермента субстратом. Например, одна молекула каталазы эритроцитов расщепляет за минуту около 10⁶ молекул перекиси водорода

22 Механизм работы ферментов 

До установления химической природы ферментов гипотезы о  механизме их действия опирались  на исследования кинетики и на модельные  опыты химического гомогенного  катализа. Повышение скорости реакций  под действием ферментов объясняли  активированием субстрата в результате образования адсорбционных или  молекулярных обратимо диссоциирующих фермент-субстратных комплексов или за счёт цепных механизмов реакций с участием радикалов или активированных молекул. После установления химической природы ферментов подтвердилось предположение, выдвинутое более 70 лет назад Арни, Михаэлисом и Ментен о том, что фермент соединяется со своим субстратом, образуя промежуточный фермент-субстратный комплекс, который в конце реакции распадается с освобождением фермента и продуктов реакции. В процессе реакции различают несколько стадий:

1. Присоединение молекулы  субстрата к ферменту.

2. Преобразование первичного  промежуточного соединения в  один или несколько последовательных  переходных комплексов.

3. Отделение конечных  продуктов реакции от фермента.

Схематично этот процесс  можно изобразить следующим образом:

E + S ¬® ES ® P + E          где     E - фермент,   S - субстрат,   P – продукт реакции

В образовании фермент-субстратных  комплексов участвуют водородные связи, электростатические и гидрофобные  взаимодействия, ковалентные и координационные  связи. В каталитическом процессе большое  значение имеет точное соответствие между ферментом и субстратом, а так же термодинамическая и  каталитическая выгода этого соответствия. Это предполагает существование  между ферментом и субстратом пространственной и геометрической комплиментарности, электростатического соответствия (взаимодействие противоположно заряженных групп субстрата и активного центра фермента). Например, механизм работы фермента ”замок и ключ”:

 

 

23. Активаторы и ингибиторы ферментов

Активаторы усиливают действие ферментов. Чаще всего это катионы двухвалентных металлов: кальция, магния, кобальта. Но есть исключения: например, α-амилаза расщепляет гликозидные связи в крахмале, а активатором этого процесса является хлорид-ион. Активаторы могут представлять собой простетическую группу, способствовать присоединению субстрата к активному центру фермента и формировать фермент-субстратный комплекс, входить в состав субстрата.

Ингибиторы подавляют действие ферментов: связываются с ферментом и блокируют какую-то стадию ферментативной реакции. Ингибирование бывает следующее:

1. Необратимое ингибирование: когда ингибитор связывает или разрушает функциональную группу в активном центре, полностью блокируя его. Например, диизопропилфторфосфат (ДФФ) необратимо ингибирует действие химотрипсина. В активном центре химотрипсина радикал аминокислоты серин фосфорилируется ДФФ: 

2. Обратимое ингибирование : разделяют на несколько типов:

конкурентное: когда молекула ингибитора настолько похожа по структуре на молекулу субстрата, что фермент не может различить их. В результате связывания конкурентного ингибитора с активным центром фермента падает концентрация фермент-субстратных комплексов, а следовательно, уменьшается скорость реакции. Пример- ингибирование дегидрогеназы  янтарной кислоты дикарбоновыми кислотами (малоновой, глутаровой). В активном центре сукцинатдегидрогеназы два положительно заряженных участка, которые способствуют формированию фермент-субстратного комплекса, который может образоваться как с янтарной, так и с другой двухосновной кислотой, например малоновой. Однако, при образовании фермент-ингибиторного комплекса перенос водорода от малоната не происходит:

В приведённой схеме конкурентным ингибитором фермента является малоновая кислота, которая способна занимать место субстрата- янтарной кислоты. Действие конкурентного ингибитора можно ослабить, увеличив концентрацию субстрата. 

Неконкурентное: когда молекула ингибитора связывается не с активным центром, а с каким-то другим участком фермента. Поскольку связывание с неконкурентным ингибитором не мешает ферменту образовывать фермент-субстратный комплекс, этот ингибитор не понижает концентрацию таких комплексов, а влияет на превращение их в продукт.

Бесконкурентное: когда молекула ингибитора связывается только с фермент-субстратным комплексом и не может связаться со свободным ферментом.

 

 

24. Классификация и номенклатура ферментов 

Современная классификация  ферментов принята в 1961г. на V Международном биохимическом съезде в г. Москва  комиссией по ферментам при международном биохимическом союзе. В основе её- тип катализируемой реакции. Согласно этому все ферменты делят на 6 классов. Каждому ферменту присваевается 4-х значный шифр. После букв КФ 1-я цифра это класс фермента, 2-я цифра- подкласс, 3-я цифра- подподкласс, 4-я цифра- номер фермента в данном подподклассе. В стандартной классификации этим путём охарактеризовано более 3000 ферментов и внесено в так называемый список ферментов.

КФ 1 оксидоредуктазы: ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, т.е. реакции идущие с переносом электронов и атомов водорода.

КФ 2 трансферазы: ферменты, катализирующие межмолекулярный перенос атомов или групп атомов

КФ 3- гидролазы: ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление внутримолекулярных связей с участием воды.

КФ 4- лиазы: ферменты, катализирующие негидролитическое расщепление соединений с двойной связью.

КФ 5- изомеразы: ферменты, катализирующие внутримолекулрный перенос атомов или групп атомов (реакция изомеризации).

КФ 6- лигазы (синтетазы): катализируют синтез новых связей за счёт энергии АТФ или других высокоэнергтических соединений.

 

25. Трансляция или биосинтез белка: это перевод информации, написанной на четырёхбуквенном языке нуклеиновых кислот на язык белков, состоящий из 20-ти букв (АК). Этот сложный процесс, в котором участвуют сотни макромолекул, можно разделить на пять этапов:

1.     Активация аминокислот: образование пептидной связи между АК требует затрат энергии, поэтому для преодоления энергетического барьера карбоксильная группа АК активируется:

Образование аминоациладенилата из АК и АТФ при катализе ферментов класса синтетаз (аминоацил-т-РНК-синтетазы): 

 

Для каждой аминокислоты имеется одна или несколько определённых т-РНК к которой под действием фермента аминоацил-т-РНК-синтетазы присоединяется эта АК в виде аминоациладенилата в 3^/–положение рибозы последнего нуклеотида: 

Аминоацил-т-РНК-синтетазы обладают абсолютной специфичностью действия, так как узнают только одну АК или т-РНК благодаря наличию в молекуле минимум трёх центров связывания: для АК, для т-РНК, для  АТФ. 

 

2.    Инициация (зарождение) полипептидной цепи:

Предполагают, что процесс трансляции начинается на 5^/ конце м-РНК с первого кодона (тринуклеотида, кодирующего определённую АК). Исследования показали, что первым является кодон АУГ, находящийся на расстоянии не менее 25 нуклеотидов от 5^/ конца м-РНК. Этот кодон называется инициирующим, он кодирует аминокислоту формилметионин:

Защита аминогруппы обеспечивает синтез в направлении NH₂→COOH и не позволяет формилметионину встраиваться в полипептидную цепь, поэтому, эта АК всегда будет первой в полипептидной цепи.

В образовании инициаторной N-формилметионил-т-РНК принимают участие фермент, т-РНК, метиониладенилат и N¹⁰-формилтетрагидрофолиевая кислота: 

Инициирующий комплекс  состоит из м-РНК с инициирующим кодоном АУГ, большой и малой частиц рибосомы и т-РНК формилметионина, которая приносит первую АК формилметионин:  

Большая частица рибосомы содержит два центра связывания т-РНК:

 

 

  

3.     Элонгация (удлинение полипептидной цепи).

Полипептидная цепь удлиняется за счёт последовательного  ковалентного присоединения АК, которые  доставляются к рибосомам соответствующей т-РНК. Цикл элонгации включает 3 этапа:

1.     Связывание аминоацил-т-РНК с частицами рибосомы и присоединение всего комплекса к аминоацильному (А) центру в соответствии с кодовым триплетом на м-РНК (узнавание кодона).

2.     Образование пептидной связи. В пептидальном (П) центре проходит ферментативная реакция транспептидирования между формилметионил-т-РНК и аминоацил-т-РНК (а-а-т-РНК): остаток формилметионина переностися на свободную NH₂- группу а-а-т-РНК  т.е. замыкается первая пептидная связь. При этом освобождается т-РНК^фмет.

3.     Транслокация (перемещение). Для следующей элонгации требуется освобождение А-центра. Пептидил-т-РНК переносится с А-ценра на П-центр, это происходит из-за миграции рибосомы относительно м-РНК под действием фермента транслоказы.

Таким образом в стадии элонгации происходит последовательное наращивание полипептидной цепи по одной АК в строгом соответствии с порядком триплетов (кодонов) в молекуле м-РНК. 

Цикл начинается с введения в  А-участок т-РНК у которой антикодон будет комплиментарен кодону на этом участке. Эта т-РНК приносит АК. 

Образование пептидной связи происходит между аминогруппой АК аргинин и  карбоксильной группой АК формилметионин.  

Транслокация заключается в продвижении м-РНК на один кодон, удалении пустой т-РНК из П-участка и перемещении т-РНК, содержащей дипептидид А-участка в П-участок. В А-участке будет находится новый кодон для считывания.  

4.     Терминация (обрыв полипептидной цепи).

Происходит в том случае, если на м-РНК встречается один из терминирующих  кодонов: УАА, УАГ, УГА. При этом синтезированная  полипептидная цепь гидролитически отщепляется от конечной т-РНК, пустая т-РНК уходит из пептидального участка. м-РНК распадается до свободных рибонуклеотидов, а рибосома диссоциирует на две частицы.  

5.     Процессинг (сворачивание полипептидной цепи).

Освобождение белка от лишних групп  и введение новых. Например, деформилирование при участии фермента пептидилдеформилазы. В некоторых случаях отщепляется концевой метионин. Параллельно происходит образование вторичной, третичной структур белка.

 

 

 

.