Физико-химические свойства белков

· Изоэлектрическая точка – значение рН, при котором белок теряет заряд.

Например, при рН 1,5 пепсин теряется как фермент.

· Денатурация – утрата трехмерной конформации белка.

Бывает обратимая и необратимая.

· Коагуляция – процесс нарушения нормальных свойств белков и свертывания под действием различных факторов.

· Диализ – потеря белками способности проникать через полупроницаемую мембрану (используется для очистки от низкомолекулярных примесей).

 

Сложные белки

· Гликопротеины

· Нуклеопротеины

· Липопротеины

· Хромопротеины

· Металлопротеины

· Фосфопротеины

 

ТЕМА 2

ФЕРМЕНТЫ

Ферменты (Е) – биологически активные вещества, ускоряющие химические реакции в организме (в 1000 раз) за счет снижения энергии активации веществ.

Энергия активации – энергия, которую необходимо придать веществу, чтобы оно вступило в реакцию.

Все ферменты взаимодействуют с субстратами (S).

Субстраты – любые вещества, которые при взаимодействии с ферментами претерпевают химические превращения и превращаются в продукт (Р).

E + S → P + E

 

 

Количество ферментов в ходе реакции не изменяется.

 

Свойства ферментов

(отличие от неорганических катализаторов)

1) Превращают один субстрат

2) Все ферменты – белки, которые функционируют в третичной структуре

- схематичное изображение ферментов (третичная структура)

3) В ходе реакции не расходуются

4) Термолабильны (активность зависит от температуры)

5) Активность ферментов может регулироваться.

Ингибиторы – вещества, подавляющие активность ферментов.

Активаторы – вещества, повышающие активность ферментов.

6) Специфичность действия

· Абсолютная специфичность – фермент превращает только один субстрат

· Групповая – фермент превращает похожие субстраты (пепсин действует на многие белки)

· Стереоспецифичность – превращает только один изомер

· Специфичность путей превращения – один субстрат превращают в несколько ферментов

 

Строение ферментов

1) Активный центр (АЦ)

2) Аллостерический центр (АлЦ)

3) Кофакторы

 

1 – АЦ имеют все ферменты

Активный центр – небольшой участок фермента, который образован радикалами аминокислотных остатков, которые на уровне третичной структуры формируют центр взаимодействия с субстратом (центр, комплементарный субстрату).

Комплементарность – геометрическое (пространственное) и электростатическое (по заряду) соответствие между активным центром и субстратом.

Радикалы аминокислот, которые участвуют в образовании активного центра, могут находиться на расстоянии друг от друга в полипептидной цепи, но при формировании активного центра они сближаются.

 

Активный центр состоит из двух участков:

· Якорный – в который прикрепляется субстрат

· Каталитический – для химического превращения субстрата.

В момент взаимодействия активного центра и субстрата между ними возникают слабые нековалентные связи.

 

2 - АлЦ – (есть не у всех ферментов) = регуляторный центр, т.к. к нему могут присоединяться активаторы и ингибиторы и регулировать активность ферментов.

АлЦ и АЦ должны быть пространственно разделены: АЦ в одной субъединице, АлЦ - в другой.

Следовательно, аллостерические ферменты – олигомерные белки (четвертичная структура)

 

 

 

Субъединица с АлЦ – регуляторная. Субъединица с АЦ – каталитическая.

 

NB!: Аллостерические ферменты катализируют ключевые реакции метаболических путей.

 

3 – Кофакторы – вещества небелковой природы, необходимые для проявления активности ферментов (есть не у всех ферментов)

· Ионы металлов

· Коферменты

 

А) Ионы металлов:

· Прочно связываются с ферментом, участвуют в формировании АЦ → металлоферменты (алкогольдегидрогеназы - Zn)

· Непрочно связаны с ферментом, не участвуют в образовании АЦ. Но в присутствии металлов активность ферментов повышается → ферменты, активируемые металлами (α-амилаза слюны – Са²⁺).

 

 

Б) Коферменты

· Производные витаминов

· Участвуют в ферментативных реакциях

· Переносят различные группы

· В ходе ферментативных реакций претерпевают изменения, противоположные изменениям в субстрате.

ВИТАМИНЫ	Коферментная формула	Что переносит
В1 = тиамин	ТПФ (тиаминпирофосфат)	СО2
В2 = рибофлавин	ФАД (флавинадениндинуклеотид)	2Н (2е^-+ 2Н^+) в ОВР
ФМН (флавинмононуклеотид)
РР = никотинамид	НАД^+(никотинамидадениндинуклеотид), НАДФ	2Н (2е^-+ 2Н^+) в ОВР
В6 = пиридоксин	ПФ (пиридоксальфосфат)	NН2

 

Если в реакции субстрат будет окисляться (т.е. от него отщепляется 2Н), то кофермент будет восстанавливаться.

 

-

 

 

Механизм действия ферментов

Описывается уравнением ферментативного катализа

E+S ↔ ES → ES* → EP → E+P

1) E+S – фермент подходит к своему субстрату, который ориентируется к АЦ определенным образом, …

2) ES – … взаимодействует с АЦ фермента, образуя фермент-субстратный комплекс (нестабильный), который может распадаться на фермент и субстрат.

3) ES* – происходит образование стабильного фермент-субстратного комплекса, перераспределение связей в субстрате …

4) EP – … и он превращается в продукт.

5) E+P – т.к. продукт не комплементарен АЦ, он выходит из него.

Количество фермента не меняется.

 

Существует множество теорий ферментативного катализа. Основные:

· Теория Фишера «ключ-замок»: АЦ и субстрат должны быть строго комплементарны до взаимодействия. Соответствие по заряду не учитывается

 

 

· Теория Кошланда «Теория индуцированного (вынужденного) соответствия» («рука-перчатка»): АЦ и субстрат геометрически приблизительно похожи до взаимодействия. Строгое соответствие возникает в момент взаимодействия. Электростатическое соответствие учитывается.

 

Классификация ферментов

В основе – тип катализируемой реакции (то, как фермент действует на субстрат). Выделяют 6 классов ферментов:

I класс – оксидоредуктазы: осуществляют ОВР, т.е. реакции с участием кислорода, отщеплением или присоединением 2Н с участием коферментов ФАД и НАД⁺, перемещающих электроны.

II класс – трансферазы: осуществляют межмолекулярный перенос групп атомов (кроме 2Н) от одного субстрата к другому.

 

 

III класс – гидролазы: расщепляют связи в присутствии воды (ферменты ЖКТ).

 

IV класс – лиазы: отщепляют карбокси-, аминогруппы, воду (с образованием двойных связей) негидролитически.

 

V класс – изомеразы: внутримолекулярный перенос групп атомов или превращение изомеров.

 

 

VI класс – лигазы = синтетазы: участвуют в процессах синтеза с затратой АТФ и витамина Н (биотина).

 

 

 

АТФ может участвовать в реакциях:

· Как донор фосфора – трансферазы

 

 

· Как донор энергии – лигазы

 

 

 

Название ферментов

Название субстрата + тип катализируемой реакции + -аза

Например, пируват.декарбоксил.аза, малат.дегидроген.аза