Ферментативная система

1.

Белки образуются с помощью генетической системы.
Все остальные вещества (углеводы, липиды,
нуклеотиды, органические кислоты) образуются и
преобразуются с помощью ферментов
Распад всех веществ, в том числе и белков
происходит с помощью ферментов
Из 50 000 белков ферментами являются > 2 500
белков

2.

Обмен веществ - метаболизм
Анаболизм
Белки
Липиды
Катаболизм
аминокислоты
СО2, Н2О,NH3
глицерин + жирные кислоты
Углеводы
глюкоза
СО2,Н2О
СО2,Н2О

3.

Активный
центр
(субстрат)
Гидрофобная
изоляция
субстрата

4.

Каждому субстрату соответствует специфический фермент
Достигается стерическим совпадением
пространственной конфигурации субстрата и
активного центра фермента
MOVIE

5.

Гипотеза «ключ-замок»

6.

Взаимная подгонка конформаций активного
центра и субстрата

7.

Стабилизация достигается образованием
ионных связей
+
-

8.

Однодоменный
фермент
Гидрофобный
участок
Активный
центр

9.

Многодоменный
фермент
Регуляторные
домены
Каталитические
домены

10.

Расщепление вещества

11.

Расщепление вещества
Пептидаза

12.

13.

14.

В активном центре есть участок связывания
субстрата и каталитический участок
Активный центр

15.

16.

Субстрат полипептид
O
O
N–C–C–N–C–C N–C–C–N–C–C
R
H R’
Связывание
субстрата
Активный центр

17.

O
O
N–C–C–N–C–C N–C–C–N–C–C
R
H R’
OC
Ser
каталитический
участок
Активный центр
Juang RH (2004) BCbasics

18.

O
O
N–C–C–N–C–C N–C–C–N–C–C
R
H R’
OC
Ser
каталитический
участок
Активный центр

19.

Продукты реакции – отдельные
аминокислоты
O
O
N–C–C–N–C–C N–C–C–N–C–C
R
H R’
OC
Ser
каталитический
участок
Активный центр

20.

21.

Соединение двух молекул
B
A
Каталитический участок

22.

Соединение двух молекул
Конформация активного
центра меняется, происходит
сближение А и В для
образования химической связи
A
B
Каталитический участок

23.

Соединение двух молекул
Химическая связь
A
B
Каталитический участок

24.

Соединение двух молекул
Продукт АВ
высвобождается
A
B
Каталитический участок

25.

Глицерин
Триглицерид
Фермент
3 жирных кислоты
Ферментативное образование
триглицерида из глицерина и трёх
жирных кислот

26.

Внутримолекулярные перестройки
Перемещение двойной связи

27.

Ферменты (Энзимы)
Однокомпонентные
Двухкомпонентные
Состоят только из белка
Состоят из белка и
небелковой части

28.

Двухкомпонентные ферменты
Небелковая часть
Производное
витаминов или
нуклеотидов
Белковая часть
Необходим в реакциях переноса
групп атомов с одного субстрата
на другой, выполняют функцию
промежуточных переносчиков
атомов или функциональных
групп

29.

Кофакторы - металлы

30.

Кофакторы - металлы
Наиболее часто встречаемые металлы:
Ca2+ · Cu2+ · Fe2+, Fe3+ · Mg2+ · Mn2+ · Mo · Ni2+ · Se · Zn

31.

Регуляция активности фермента
Активаторы
ЦК
РЦ
РЦ
ЦС
Ингибиторы
РЦ
АЦ
Субстрат
Продукт
РЦ
ЦК

32.

Конкурентный ингибитор
o
S
S
I
x
Конкуренция
за активный
центр

33.

Конкурентный ингибитор
Субстрат

34.

Конкурентный ингибитор
E + S → ES → E + P

35.

Конкурентный ингибитор
Х
E + I → EI →
из-за отсутствия у ингибитора
необходимых функциональных
групп

36.

Неконкурентный ингибитор
Не влияет на сродство
фермента к субстрату
o
S
I
Скорость
реакции
Уменьшение скорости
реакции за счёт небольшого
изменения конформации
молекулы фермента
Vmax
½ Vmax
Ингибитор
Концентрация субстрата

37.

Неконкурентный ингибитор
x
o
I
S
Остановка
ферментативной
реакции за счёт
изменения
конформации
I
S
x
o
I
S
I
→ ES
EI++
S→
EE++SI →
IE
→EIS
→
+ESI
P
Препятствие
ферментативной
реакции без
влияния на
сродство
фермента к
субстрату

38.

Неконкурентный ингибитор
ингибирование

39.

Неконкурентный ингибитор
Изменение конформации
активного центра нарушение сродства
фермента к субстрату

40.

Активизация фермента
Активатор
Изменение конформации
активного центра –
восстановление сродства
фермента к субстрату

41.

Активизация фермента

42.

Активизация фермента
xx
I
S
o
S
I
АА
Изменение
конформации
активного центра
– нарушение
сродства
ингибитора к
активному центру
Восстановление
активного
состояния
фермента

43.

Активизация фермента
А
Неактивный
фермент
А
Активный
фермент
Скорость
реакции
Vmax
½ Vmax
Активатор
Концентрация субстрата
А
Максимально
активный
фермент
Активизация
ферментативной
реакции за счёт
изменения
конформации
активного центра –
повышение степени
сродства к субстрату

44.

Реальная ситуация
И
А
А
И
Неактивный
фермент
А
А
И
Активный
фермент
│∑αi Ai ─ ∑βjIj │> φ (t)
Ai – концентрация i-го активатора, αi – степень сродства i-го
регуляторного центра фермента к i-му активатору
Ij – концентрация j-го ингибитора, βj – степень сродства j-го
регуляторного центра фермента к j-му ингибитору
φ (t) – текущее значение фактора стеричности молекулы
фермента

45.

Фермент
+
S
P
Рис. 3.7. Активизация фермента субстратом
+
Глюкоза
Глюкокиназа
Глюкозо6-фосфат

46.

Фермент
S
-
P
Рис. 3.8. Угнетение активности фермента продуктом
Глюкоза
Глюкокиназа
-
Глюкозо6-фосфат

47.

Фермент 1
-
+
S
-
P
+
Фермент 2
+
Глюкокиназа
Глюкоза
Рис. 3.9. Ферментативная регуляция обратимой реакции
-
-Глюкозо6-фосфат
Глюкозо-6фосфатаза
+

48.

Фермент
+
S
P
Рис. 3.10. Поддержание активного состояния фермента продуктом
Норадреналин
Трансфераза
+
Адреналин

49.

Линейная биохимическая реакция
Аллостерическое ретроингибирование
Ф1
S
Ф2
P1
Ф3
P2
Фn-1
…
Форактивация
Фn
Pn-1
Pn

50.

Глюкоза
Аллостерическое ретроингибирование
Глюкозо6-фосфат
Фруктозо6-фосфат
Фосфофрукто
киназа
Фруктозо1,6-фосфат
...
Пировиноградная кислота
_
АцетилКоэнзим А
Лимонная
кислота
Цикл
Кребса
АТФ

51.

Гликоген
Глюкоза
Глюкозо1-фосфат
6-фосфоглюконат
...
Рибоза
+
Глюкозо6-фосфат
6-фосфофрукто2-киназа
Фруктозо6-фосфат
Фруктозо-2,6фосфат
Фруктозо1,6-фосфат
Жир
+
Фосфофрукто
киназа
Глицеральдегид3-фосфат
Дигидрооксиацетонфосфат
...
Форактивация
...
Предшественник
пировиноградной
кислоты
Пируват
киназа
+
Пировиноградная
кислота

52.

Разветвленная биохимическая реакция
Ф1
S
Ф2
P1
Ф3
P2
Фn-11
Ф41
Фn1
P41
…
Pn-11
P42
…
Pn-12
Pn1
P3
Pn2
Ф42
Фn-12
Фn2

53.

Глюкоза
Глюкозо6-фосфат
6-фосфоглюконат
Глюкозо1-фосфат
...
Фруктозо6-фосфат
...
Рибоза
Фруктозо1,6-фосфат
Гликоген
Дигидрооксиацетонфосфат
...
Глицеральдегид3-фосфат
...
...
Жир
АТФ
...
Пировиноградная
кислота

54.

Регуляция разветвленной реакции
Ф1
Ф2
Ф3
P41
…
Pn-11
Фn-11
P1
P2
P3
Ф41
Фn1
-
S
Pn1
Ф42
Фn2
Фn-12
P42
…
Pn-12
Pn2

55.

Глюкоза
Глюкозо6-фосфат
6-фосфоглюконат
Изомераза
Фруктозо6-фосфат
Фруктозо1,6-фосфат
-
...
Рибоза

56.

Регуляция активности изоферментов
-
Фn-11
Ф1’
S
Ф2
P1
Ф1”
Ф3
P2
Фn1
Ф41
P41
…
Pn-11
P42
…
Pn-12
Pn1
P3
Ф42
Фn-12
Pn2
Фn2

57.

Регуляция основного и альтернативного метаболических путей
Ф21
Фn-11
Ф11
…
P11
Pn-11
S
Ф12
-
-
Фn1
Pn
P12
Ф22
…
Pn-12
Фn-12
Фn2

58.

Ф1
S
Ф2
P1
Ф4
P2
P3
Ф5
P4
P5
Ф3
Pn
Ф6
P10
P6
Ф10
P9
P8
Ф9
P7
Ф8
Рис. 3.6. Циклическая биохимическая реакция
Ф7

59.

60.

кофермент
Никотинамид
аденин
динуклеотид
Цикл трикарбоновых кислот
(цикл Кребса)
НАД
НАДН2
6 молекул АТФ
Ацетил-Коэнзим А
кофермент
Флавин
аденин
динуклеотид
Н2О
ФАД
4 молекулы АТФ
цис-Аконитовая кислота
НАД
НАДН2
6 молекул АТФ
6 молекул АТФ
Щавелево
янтарная
кислота
ФАДН2
СО2
НАД
НАДН2
СукцинилКоэнзим А

61.

62.

Регуляция проницаемости внутриклеточной мембраны для
субстрата
Мембрана
непроницаема для
субстрата
R
Мембрана
проницаема
для субстрата
Фермент
+
S
Субстрат
недоступен для
фермента
S
Субстрат
доступен для
фермента
P

63.

Регуляция проницаемости внутриклеточной мембраны для
регулятора активности фермента
Мембрана не
проницаема для
регулятора
Мембрана
проницаема для
регулятора
Фермент
+
R
R
S
Фермент
недоступен для
регулятора
+
Фермент
доступен для
регулятора
P

64.

Регуляция активности регулятора
-
Фермент 1
+
+
r
Фермент 2
R
S
P

65.

Клеточная мембрана
Г1
П
р
Рецептор
1
Внутриклеточная мембрана
ВП
R
Ф1
Ф1
+
Ион
Г
2
Р
1
S1
2
Ион
Ион
1
1
Ион
1
Рецептор
2
Внутриклеточная
мембрана
Ф2
Ф2-
+
S2
Р2
Механизм влияния гормонов на активность ферментов