Ферменты

1.

Ферменты

2.

Ферменты – биологические катализаторы белковой природы.
Раздел биохимии, изучающий структуру ферментов и
катализируемые ими реакции, называется энзимологией.
Поскольку ферменты являются белковыми молекулами, они
обладают всеми свойствами, характерными для белков.

3.

Если фермент – сложный белок, то его небелковую часть называют
кофактором, или коферментом, а белковую – апоферментом.
Апофермент с коферментом образует активную форму
катализатора – холофермент:
Апофермент + Кофактор (кофермент) = Холофермент

4.

Строение фермента

5.

Активный центр
Активный центр - это участок на молекул белка, в котором
происходит взаимодействии фермента с субстратом.
Он формируется на уровне третичной структуры белка,
располагается в углублении, как правило, гидрофобном кармане,
или щели, и таким образом предохраняет субстрат от контакта с
окружающей фермент водной фазой. В активновм центре
присутствуют радикалы аминокислот, сближенные в процессе
формирования третичной структуры и принадлежащие разным
участкам полипептидной цепи белка

6.

Кофакторы ферментов
Небелковые составляющие ферментов могут быть представлены:
• Ионами металлов: Zn2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+" и т.д. Механизмы
участия ионов металлов в ферментативных реакциях различны.
Металл может являться частью активного центра фермента и
участвовать в катализе. Он может быть связующим звеном между
ферментом и субстратом, может проявлять координирующее
свойство, благодаря которому субстрат оказывается в активном
центре фермента

7.

Коферментами - сложными органическими веществами, в состав
которых часто входят витамины, которые не синтезируется в
организме и должны поступать с пищей.
• Коферменты в свою очередь делят на две группы:
• Органические соединения с низкой молекулярной массой,
обладающие способностью обратимо связываться с
апоферментом, например никотинамидадениндинуклеотид
(NAD+), никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADP+),
кофермент А (HS-КoA), тетрагидрофолиевая кислота (Н4 - фолат);
• Простетические группы - прочно присоединенные к
апоферменту, например флавинадениндинулеотид (FAD),
флавинмононуклеотид (FMN), пиридоксальфосфат (ПФ) и др.
Коферменты принимают участие в связывании и преврашении
субстратов, поэтому в его отсутствие фермент теряет свою
каталитическую активность.

8.

9.

10.

Отличия от небиологических
катализаторов
1) Высокая каталитическая эффективность. Большинство
катализируемых ферментами реакций протекает в 108-1014 раз
быстрее, чем некатализируемые реакции.

11.

2) Специфичность действия. Каждый фермент катализирует конкретную
химическую реакцию и при этом не происходит образования побочных
продуктов.
3) Для ферментов, как и для всех белков, характерна конформационная
лабильность, способность к небольшим изменениям нативной
конформации вследствие разрыва слабых связей. Конформационная
лабильность лежит в основе регулируемости ферментов.
4) Регулируемость. Активность ферментов в клетке зависит от
количества субстрата и продукта, наличия кофакторов и коферментов, а
также от присутствия различных активаторов и ингибиторов. Таким
образом, в зависимости от условий в клетке может изменяться
каталитическая активность ферментов. Кроме того, ферменты в клетках
подвергаются химической модификации, которая тоже оказывает
влияние на их активность.
5) Способность работать в физиологических условиях: при низких
температурах и атмосферном давлении.

12.

Виды специфичности ферментов
• Абсолютная специфичность

13.

• Групповая специфичность

14.

• Стереоспецифичность

15.

• Специфичность путей превращения
Преобразование одного и того же субстрата под действием разных
ферментов

16.

Теории специфичности ферментов

17.

Кинетика ферментативных реакций
Скорость метаболических путей зависит от:
• количества фермента
• доступности кофакторов и коферментов
• количества субстрата
• активности фермента

18.

Константа Михаэлиса-Ментен
• При увеличении концентрации
субстрата скорость ферментативной
реакции возрастает до тех пор, пока не
достигнет максимального значения (V).
Это соответствует концентрации
субстрата, при которой все молекулы
фермента находятся в комплексе ES,
ES* или ЕР. Концентрация субстрата,
при которой скорость реакции
составляет половину максимальной,
численно равна Кm (константе
Михаэлиса-Ментен).
• Величина Km характеризует сродство
фермента к субстрату: чем ниже
значение Km фермента, тем выше его
сродство к субстрату и наоборот

19.

Принципы измерения активности
ферментов
• По скорости убывания количества субстрата реакции
• По скорости возрастания количества продукта реакции
Единица активности фермента: мкмоль субстрата, расщеплённого
за 1 мин в пересчёте на 1 мг белка

20.

Влияние температуры на скорость
ферментативной реакции
• При температуре, выше
оптимальной происходит разрыв
слабых водородных связей,
стабилизирующих вторичную и
третичную структуры фермента,
наступает частичная или полная
денатурация и следовательно:
изменяется конформация
фермента и его активного
центра; нарушается
комплементарность активного
центра и субстрата; снижается
скорость ферментативной
реакции

21.

Влияние pH на активность фермента
Отклонение рН среды от
оптимального вызывает
изменение:
• ионизации функциональных
групп фермента, а иногда и
субстрата;
• заряда фермента и его
конформации;
• конформации активного центра
фермента;
• сродства фермента к субстрату;
• скорости ферментативной
реакции

22.

Классификация ферментов
1. Оксидоредуктазы
• катализируют ОВР
• используют коферменты НАД+, НАДФ+, ФАД, ФМН
1. Дегидрогензы
2. Оксидазы
3. Оксигеназы

23.

• Дегидрогеназы - отщепление атомов водорода от субстрата

24.

• Оксидазы - переносят электроны на кислород с образованием
воды или перекиси водорода.

25.

• Пероксидазы

26.

• Оксигеназы – гидроксилазы

27.

2. Трансфераза - перенос функциональной группы с одной
молекулы на другую

28.

29.

3. Гидролазы - разрыв ковалентной связи с участием молекулы
воды

30.

4. Лиазы
• негидролитическое расщепление субстрата,
• присоединение воды по двойной связи,
• отщепление воды с образованием двойной связи,
• синтез молекул без затраты энергии АТФ

31.

32.

5. Изомеразы - взаимопревращение изомеров

33.

6. Лигазы (синтетазы) - образование ковалентной связи за счет
энергии АТФ