Вопрос 8. Механизм ферментотивного катализа. Энергия активации, энерг барьеры реакции. Стадии ферментотивного катализа. Активность фермента и единицы измерения активности фермента.

Ферментативная реакция это многостадийный процесс, при этом на первой стадии устонавливается индуцированная комплементарное соответствие между ферментом и субстратом и образуется фермент-субстратный комплекс.

-"ключ -замок"-после взаимодействия субстрата (ключ) с активным центром (замок) происходит химическое превращение субстрата в продукт.

-стадии:

1сближение и ориентация субстрата относительнно активного центра фермента

2 образование фермент -субстратного комлекса в результате индуцированного соответствия

3 деформация субстрата и образ нестобильного комплекса фермент-продукт.(ЕР)

4 распад коплекса ЕР с высвобождением продктов реакции с сек центра фермента и освобождение фермента

Энергетическая активность - дополнительное кол-во кинетической энергии, необходимое молекулам вещества, чтобы они вступили в реакцию.

-Активность фермента определяется по скорости реакции, катализируемого фермента, при стандартных условия измерения(определенный буфер его концентрация, ионная сила и тмпература, рН.) в присутствии насыщающих концентрации субстрата и кофермента.

единицы измерения активности ферментов:

-Условные единицы активности - линейная зависимость скорости ферментотивной реакции от кол-ва фермента.

-1а стандартная единица активности - кол-во фермента, которое катализирует превращение 1мкМоль вещ-ва за 1-у минуту.

- удельная активность равна числу единиц активного фермента в образце, деленому на массу ферм. В этом образце.

- молекулярная активность равна числу единиц активного фер., деленому на кол-во фермента, выраженного в мк Молль.

активность зависит от: концентрации фермента, субстрата, кофактора; темпер, рН, присутствие ингибиторов.

 

9. Регуляция активности ферментов. Направления, уровни регуляции, л ^ ' биологическое значение. Механизмы регуляции: ковалентная ^v модификация структуры, аллостерическая регуляция.

В. Молекулярные механизмы

ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА

МехаНИЗМЫ фермеЩТИВНОго катализа опре­деляются ролью функциональных групп актив­ного центра фермента в химической реакции превращения субстрата в продукт. Выделяют 2 основных механизма ферментативного катали­за: кислотно-основной катализ и ковалентный катализ.

Кислотно-основной катализ

Концепция кислотно-основного катализа объясняет ферментативную активность участи­ем в химической реакции кислотных групп (до­норы протонов) и/или основных групп (акцеп­торы протонов). Кислотно-основной катализ — часто встречающееся явление. Аминокислотные остатки, входящие в состав активного центра, имеют функциональные группы, проявляющие свойства как кислот, так и оснований.

К аминокислотам, участвующим в кислотно-основном катализе, в первую очередь относят Цис, Тир, Сер, Лиз, Глу, Асп и Гис. Радикалы этих аминокислот в протоиированной форме — кислоты (доноры протона), в депротонированной — основания (акцепторы протона). Благо­даря этому свойству функциональных групп активного центра ферменты становятся уникаль­ными биологическими катализаторами, в отли­чие от небиологических катализаторов, способ­ных проявлять либо кислотные, либо основные свойства.

Примером кислотно-основного катализа, I котором кофакторами являются ионы Zn²⁺, а ш

качестве кофермента используется молекул* NAD⁺, можно привести фермент алкогольдеги*] рогеназу печени, катализирующую реакции) окисления спирта (рис. 2-13): I

С₂Н₅ОН + NAD* -> CHj-COH + NADH + Н*. I

Ковалентный катализ

Ковалентный катализ основан на атаке нук-| леофильных (отрицательно заряженных) или электрофильных (положительно заряженных! групп активного центра фермента молекулами субстрата с формированием ковалентной связи между субстратом и коферментом или функци­ональной группой аминокислотного остатка (как правило, одной) активного центра фермента.

Действие сериновых протеаз, таких как трип­син, химотрипсин и тромбин, — пример меха­низма ковалентного катализа, когда ковалентная связь образуется между субстратом и аминокис­лотным остатком серина активного центра фер­мента. Термин «сериновые протеазы» связан с тем, что аминокислотный остаток серина входит в со­став активного центра всех этих ферментов и уча­ствует непосредственно в катализе. Рассмотрим механизм ковалентного катализа на примере хемомотрипсина, осуществляющего гидролиз пептидных связей при переваривании белков в двенад­цатиперстной кишке (см. раздел 9). Субстратами химотрипсина служат пептиды, содержащие ами­нокислоты с ароматическими и циклическимиаирофобными радикалами (Фен, Тир, Три), что вызывает на участие гидрофобных сил в форми­ровании фермент-субстратного комплекса. Механизм ковалентного катализа химотрипсина рас­смотрен на рис. 2-14.

Радикалы Асп_|02, Гис₅₇ и Сер₁₉₅ участвуют в акте катализа. Вследствие нуклеоофильной атаки пептидной связи субстрата происходит разрыв этой связи с образованием •ковалентно-модифицированного серина — ацил-трипсина?.

 

10. Регуляция активности ферментов. Механизмы конкурентного и неконкурентного ингибирования ферментов. Токсические вещества и лекарственные препараты как ингибиторы ферментов (примеры).