Физическая химия биополимеров Лаврик О.И.

1. Структурная организация активного центра ферментов. Строение активных центров ферментов на примерах карбоксипептидазы, рибонуклеазы, химотрипсина

Ферменты Белки Рибозимы До открытия рибозимов ферменты-белки считались единственными биологическими катализаторами Нобелевская премия по химии 1989 г. за «обнаружение каталитических свойств РНК» (Т.Чек и С.Ольтман)

Классы ферментов: 1.Оксидоредуктазы 2.Трансферазы 3.Гидролазы 4.Лиазы 5.Изомеразы 6.Лигазы

Оксидоредуктазы Катализируют окисление или восстановление с переносом электронов или атомов водорода (электрон+протон). AH + B A + BH (восстановленный) A + O AO (окисленный) Подклассы: дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы, редуктазы, монооксидазы, диоксигеназы. Примеры: каталаза, алкогольдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа. Алкогольдегидрогеназа

Трансферазы Катализируют перенос различных групп как единого целого от одного субстрата к другому. AB + C A + BC Подклассы: аминотрансферазы, фосфотрансферазы, C1-трансферазы, гликозилтрансферазы. Примеры: киназы (фосфотрансферазы), переносящие фосфатную группу, используя в качестве субстрата АТР, а также ДНК- и РНК-полимеразы, осуществляющие синтез ДНК и РНК. Фосфофруктокиназа

Гидролазы Катализируют гидролиз химических связей – присоединение молекулы воды с разрывом связи в молекуле субстрата. AB + H 2 O AOH + BH Подклассы: эстеразы, липазы, фосфатазы, гликозидазы, протеазы (пептидазы), нуклеазы. Примеры: пепсин, трипсин, химотрипсин, амилаза. ТАГ-липаза

Лиазы Катализируют расщепление или образование химических соединений, при этом образуются или исчезают двойные связи. RCOCOOH RCOH + CO 2 Подклассы: C-O-лиаза, C-S-лиаза, C-N-лиаза, C-C-лиаза. Примеры: альдолаза, декарбоксилаза. Пируват-декарбоксилаза

Изомеразы Катализируют структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата. Изменяют положение атома или группы атомов в пределах одной молекулы или же изменяют пространственное строение молекул. AB BA Примеры: рацемазы, цис-транс-изомеразы. Фосфоглюкомутаза Рибулозофосфат 3-эпимераза

Лигазы Катализируют образование химических связей между субстратами с использованием гидролиза АТР или GTP, т.е. синтез с использованием энергии макроэргической связи. X + Y+ ATP XY + ADP + P i Подклассы: C-O-лигаза, C-S-лигаза, C-N-лигаза, C-C-лигаза. Примеры: аминоацил-тРНК-синтетазы. Глутаминсинтетаза

Кофактор – дополнительный компонент небелковой природы, необходимый для работы фермента, апофермент – фермент, который требует наличия кофактора для проявления каталитической активности: апофермент + кофактор = холофермент

Кофакторы Неорганические молекулы (например, ионы металлов) Органические молекулы (например, NAD +, АТР) Коферменты способны диссоциировать от фермента (например, АТР и GTP в реакциях, катализируемых синтетазами) Простетические группы связаны с ферментом ковалентно (например, пиридоксальфосфат в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот)

Активный центр фермента – организованная функциональная структура, состоящая из ограниченного числа аминокислотных остатков, которая вступает в непосредственный контакт с субстратом.

вторичной третичной первичной Формирование активного центра – результат образования вторичной и третичной структуры белка на основе первичной последовательности. молекулы воды, ионы металлов или органические кофакторы В формировании могут принимать участие молекулы воды, ионы металлов или органические кофакторы.

1) Связывание субстрата 2) Х имическое превращение. активного Работа активного центра: k -1 /k 1 =K d [моль/л=М] K d – константа диссоциации фермент-субстратного комплекса k 2 = k cat [cек -1 ] характеризует число оборотов ферментативной реакции

Двустадийный механизм реакции гидролиза рибонуклеазой А первая стадия

Двустадийный механизм реакции гидролиза рибонуклеазой А вторая стадия

Схема активного центра сериновых протеаз и механизм их действия

Схема активного центра карбоксипептидазы А в присутствии субстрата