1 Ферменты и их свойства

2 Это специфические белки, образующ. во всех клетках и выполняют роль биол. катализаторов Методы получения и очистки ферментов 1. Ткани измельчают: а) в ступке б)гомогенезатором в) автолизом 2. Фистульный метод 3. Их выделяют растворителями: а) холодной водой б) физ. р-ром, буферным р-ром в) глицерином, спиртом, ацетоном 4. Очистка ферментов: а) диализом б) электрофорезом в) избирательной адсорбцией г) «высаливанием»

3 Методы обнаруж. и колич. опред. ферментов По их каталитической активности: а) по исчезновению субстрата (амилаза) б) по появлению продуктов реакции (липаза) За международную единицу активности (Е) принимают такое к-во ферм., кот. катализирует превращение (синтез или распад) 1 микромоля субстрата за 1 мин. при стандартных условиях(рН, Т о) ) Хим. строение ферментов Все они белки со всеми их свойствами Однокомпонентные - это простые белки (амилаза) Двухкомпонентные - сложные белки (лактатдегидрогеназа) Холофермент апофермент + кофермент, где холофермент - сложный белок апофермент - термолабильная часть фермента, а кофермент - низкомолекулярная термостабильная небелковая часть фермента, кот. легко от него отделяется при нагревании или диализе (НАД, ФАД)

4 Если кофермент состоит только из металла или -SН группы называется кофактор. Профермент - неактивная форма ферм. кот. превр. в активную +НCl пепсиноген пепсин + полипептид Мультиферментные системы - одновременно неск. ферм. катализируют цепь реакций ( дыхательная цепь). Активный центр(АЦ) ферм - группа атомов в молекуле ферм., кот. вступает во временное соед. с субстратом и при ее разруш. ферм. теряет активность (SН - группа, Fе) Строение и функции коферментов. В большинстве - это фосфорные эфиры водорастворимых витаминов ( группа В) По выполняемым функциям их делят на:

5 I.Переносчики Н 2 - в ферментах дегидрогеназах 1) никотинамидадениндинуклеотид - (НАД) 2) никотинамидадениндинуклеотид фосфат -(НАДФ) никотинамид (В 5 ) - рибоза- Р О Р аденин - рибоза - Р О

6 3) ФЛАВИНАДЕНИНДИНУКЛЕОТИД (ФАД) Р Р Аденин - рибоза - О изоаллоксазин -рибитол - Рибофлавин (В 2 )

7 II.Переносчики групп атомов (-NН 2, -СН 3, Н 3 РО 4 ) 1) фосфопиридоксаль- (ФП)- В6В6 Р входит в ферменты аминотрансферазы – переносит -NН 2 группу 2) АТФ, ГТФ, ЦТФ и др. Напр. АТФ аденин - рибоза- О - Р Р Р ~ ~ входит в состав фосфотрансфераз- переносят остатки фосфорных к-т Р

8 III. Коферменты синтеза и расщепления С-С связи и процессов изомерезации 1) тиаминпирофосфат-(ТПФ) В 1 входит в состав декарбоксилаз (-СО 2 ), а Р Р пирофосфат соединяясь с липоевой к-той, образует липотиаминпирофосфат (ЛТПФ) 2) биотин (вит.Н) входит в состав карбоксилазы (+СО 2 ) СО НNНN NНNН Н2СН2С S СН- (СН 2 ) 4 СООН

9 ЛИПОТИАМИНПИРОФОСФАТ (ЛТПФ) ЛИПОЕВАЯ КИСЛОТА S - S КОЛЬЦО ПИРИМИ- ДИНА СН 2 СН 2 - СН 2 - О Ф S Ф ПИРОФОСФАТ КОЛЬЦО ТИАЗОЛА N+N+ ТИАМИН (В 1 ) ЛТПФ входит в состав ферментов, осуществляющих окислительное декарбоксилирование -кетокислот (пировиноградной, -кетоглутаровой) СН 3 - С - СООН О СООН - СН 2 - СН 2 - С - СООН О Пировиноградная к-та (ПВК) -Кетоглутаровая кислота

10 3) Коэнзим ацетилирования (Коэнзим А, КоА-SН) аденин - рибоза Р Р Р О состоит из: 1) 3-фосфоаденозин дифосфорная к-ты 2) пантотеновая к-ты 3) тиоэтаноламина (SН) Активирует жирные кислоты, входит в состав ацилтрансфераз (переносят остатки уксусной и др к-т). Тиоэтаноламин Пантотеновая к-та

11 Коэнзим А (КоА-SH) O C C C C H H H C OH CH 2 -O-P-O-P-OH OO OH O-CH 2 -C-C-C-NH-CH 2 -CH 2 -C=O O - P=O OH CH 3 O H OH NH CH 2 SH 3-фосфо-аденозиндифосфорная кислота Пантотеновая кислота (В 3 ) Тиоэтанол- амин C C C C N N N N Аденин C Рибоза Фосф. к-ты

12 Явл. коферментом ферментов ацетилирования. Напр., активирует уксусную к-ту, вовлекая её в процессы: ЦТК, биосинтеза жирных к-т, стеролов и др. в-в. Участвует в окислительном декарбоксилировании ПВК и - кетоглутаровой кислот. Участвует в -окислении жирных кислот. Коэнзим А

13 IY. Железопорфириновые комплексы-содержат гем и входят в состав ферментов геминовой природы (каталаза, пероксидаза, цитохромы и др.). -

14 Основные ( общие ) свойства ферментов: 1. Термолабильность - зависимость их активности от Т 0 Оптимальная С. При ее повышении их активность вначале повышается, затем снижается и выше 70 0 С идет тепловая денатурация ( разрушение) ферм. При ее снижении их активность снижается и ниже 60 0 С обратимо прекращается. С повышением Т 0 их активность восстанавливается! 2. Специфичность субстратная - это избирательное действие фермента на определенный субстрат. а) групповая - фермент катализирует реакцию с группой субстратов ( липаза) б) индивидуальная - катализирует реакции с одним субстратом (амилаза, уреаза) в) структурная ( стереохимическая) - катализирует реакции с одним стереоизомером ( оксидаза -L- ам к-т)

15 Влияние рН - максимальная активность ферм. проявляется при определенном рН ( Напр. пепсин рН - 1-2, трипсин рН - 8-9, амилаза рН -6-7)

16 Активаторы и парализаторы ферментов Активаторы - в-ва повышающие активность ферментов или превращающие профермент в фермент Напр: NaCl для амилазы или НCl для пепсиногена Ингибиторы - в-ва снижающие активность или прекращающие активность ферментов (парализаторы). К парализаторам относятся соли тяжелых металлов, сильные к-ты и щелочи. Существует 3 вида ингибирования (торможения) Конкурентное ингибирование - это явления когда ингибитор взаимодействуя с активным центром фермента, препятствует образованию фермент-субстратного комплекса. Напр: малоновая кислота тормозит окисление янтарной к-ты.

17 Неконкурентное ингибирование - при этом ингибитор взаймодейтсвует уже с фермент-субстратным комплексом, тормозя окончание реакции. Напр: гепарин снижает активность тромбина, препятствуя свертыванию крови Аллостерическое ингибирование (торможение) - при этом ингибитор присоединяется не к активному центру фермента, а в другом месте (Allos - другой), изменяя его третичную структуру. Напр:так действуют гормоны. Механизм действия ферментов 1. Теория снижения энергии активации. Хим. реакция начинается при наличии химически активных молекул. Энергия активации - количество энергии в Дж, кот. необходима для перевода всех молекул 1 моля в-ва, в хим. активное состояние. Напр: для гидролиза сахарозы серной к-той нужно 134,4 кДж/моль, а с ферм. сахаразой 40,4 кДж/моль

18 2. Теория промежуточных соединений Установлено, что фермент(Е) вступает во временное соединение с субстратом (S) с образованием фермент- субстратного комплекса (ЕS), который переходит в нестабильное состояние (SЕ) и распадается с образованием продуктов реакции по схеме: Е+ S ЕS SРЕ + Р 3. Адсорбционная теория. Реагирующие в-ва адсорбируются на ферменте и с повышением их концентрации увеличивается скорость реакции.

19 Международная классификация ферментов 1. Оксидоредуктазы 2. Трансферазы 3. Гидролазы 4. Лиазы 5. Изомеразы 6. Лигазы (синтетазы) Классы ферментов:

20 Классы подразделяются на: подклассы, подподкласы и порядковый номер в подподклассе. Шифр фермента - четырехзначный код, в котором первая цифра - класс, вторая- подкласс, третья- подподкласс, четвертая - порядковый номер в подподклассе. Например: алкогольдегидро- геназа липаза

21 Номенклатура - это различные названия ферментов: 1. Рациональная ( рабочая) - к латинскому корню названия субстрата добавляется окончание «аза» (липаза). 2. Систематическая - включает 3 части: а) рациональное название главного субстрата; б) кофермент; в) характер катализируемой реакции. Напр: лактат: НАД - оксидоредуктаза

22 Характеристика отдельных классов ферментов 1.Класс ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ - катализируют окислительно-восстановительные реакции (ОВР) Имеется 17 подклассов а) Анаэробные дегидрогеназы - переносят Н 2 от субстрата на другое соединение ( не на О 2 ) Напр. лактатдегидрогеназа

23 (Лактат: НАД-оксидоредуктаза)

24 б) аэробные дегидрогеназы (оксидазы) - переносят Н 2 от субстрата на О 2

25 в) ферменты содержащие гем (геминовые природы), участвуют в переносе электронов. Это цитохромы а, в, с, цитохромоксидаза, каталаза и пероксидаза. 2Н 2 О 2 2Н 2 О + О 2 каталаза Н 2 О 2 Н 2 О + О пероксидаза

26 2. Класс ТРАНСФЕРАЗЫ - катализируют реакции переноса групп ( -NH 2, - СН 3, -H 3 PO 4, ) и наз. аминотрансферазы, метилтрансферазы фосфотрансферазы.

27 АМИНОТРАНСФЕРАЗА

28 АТФ + глюкоза АДФ + глюкозо фосфат ФОСФОТРАНСФЕРАЗА

29 3. Класс ГИДРОЛАЗЫ - катализируют разрыв внутримолекулярных связей с присоединением Н 2 О жир +3Н 2 О глицерин +3 жир. к-ты 3.1. Эстеразы - разрывают эфирные связи 3.2. Гликозидазы - гидролизуют гликозидные связи углеводов лактоза + Н 2 О глюкоза + галактоза лактаза Липаза

30 4. Класс ЛИАЗЫ - катализируют отщепление от субстратов негидролитическим путем определенной группы с образованием двойной связи (или присоединение группы к двойной связи) с разрывом связей С - С, С - N, С - S, С - О

31

32 ФРУКТОЗО - 6 -ФОСФАТ ГЛЮКОЗО - 6 ФОСФАТ 5. Класс ИЗОМЕРАЗЫ - катализируют реакции изомеризации(внутримолекулярного переноса групп атомов) изомераза

33 изомераза

34 6. Класс ЛИГАЗЫ (СИНТЕТАЗЫ) - катализируют присоединение друг к другу 2-х молекул, с образованием связей С - С, С - N, С - S, С - О и использованием энергии АТФ СН 3 СООН + КоА-SН + АТФ СН 3 СО-S-КоА + АМФ +Р-Р ацетил-КоА-синтетаза

35 Применение ферментов 1. С диагностической и лечебной целью: а) в прединфарктном состоянии повышается активность аминотрансфераз, а при гепатите в крови снижается активность амилазы. Б) пепсин назначается при заболевании желудка, а фибринолизин - для разрушения тромбов после инсульта 2. В кормлении животных применяется: Амилосубтилин Г 3 х – сод. активную амилазу Протосубтилин Г 3 х – сод. активную протеазу добавляют их к комбикормам 0,5 кг на 1 т.