Сложные и простые ферменты

Глава IV. Эти превращения включают все известные виды химических реакций: межмолекулярный перенос функциональных групп, гидролитическое и негидролитическое расщепления химических связей, внутримолекулярная перестройка, новообразование химических связей и окислительно - восстановительные реакции. Такие реакции протекают в организме с чрезвычайно большой скоростью только в присутствии катализаторов. Все биологические катализаторы представляют собой вещества белковой природы и носят названия ферменты далее Ф или энзимы Е.

Ферменты, Фермент-субстратный комплекс и Энергия активации

Глава IV. Эти превращения включают все известные виды химических реакций: межмолекулярный перенос функциональных групп, гидролитическое и негидролитическое расщепления химических связей, внутримолекулярная перестройка, новообразование химических связей и окислительно - восстановительные реакции.

Такие реакции протекают в организме с чрезвычайно большой скоростью только в присутствии катализаторов. Все биологические катализаторы представляют собой вещества белковой природы и носят названия ферменты далее Ф или энзимы Е.

Ферменты не являются компонентами реакций, а лишь ускоряют достижение равновесия увеличивая скорость как прямого, так и обратного превращения.

Ускорение реакции происходит за счет снижении энергии активации — того энергетического барьера, который отделяет одно состояние системы исходное химическое соединение от другого продукт реакции.

Ферменты ускоряют самые различные реакции в организме. Так достаточно простая с точки зрения традиционной химии реакция отщепления воды от угольной кислоты с образованием СО 2 требует участия фермента, так как без него она протекает слишком медленно для регулирования рН крови. Благодаря каталитическому действию ферментов в организме становится возможным протекание таких реакций, которые без катализатора шли бы в сотни и тысячи раз медленнее.

Влияние на скорость химической реакции: ферменты увеличивают скорость химической реакции, но сами при этом не расходуются. Скорость реакции — это изменение концентрации компонентов реакции в единицу времени. Если она идет в прямом направлении, то пропорциональна концентрации реагирующих веществ, если в обратном — то пропорциональна концентрации продуктов реакции. Отношение скоростей прямой и обратной реакций называется константой равновесия.

Ферменты не могут изменять величины константы равновесия, но состояние равновесия в присутствии ферментов наступает быстрее. Специфичность действия ферментов. В клетках организма протекает тыс.

Специфичность действия фермента — это способность ускорять протекание одной определенной реакции, не влияя на скорость остальных, даже очень похожих. Абсолютную — когда Ф катализирует только одну определенную реакцию аргиназа — расщепление аргинина. Относительную групповую спец — Ф катализирует определенный класс реакций напр. Вещество, химическое превращение которого катализируется ферментом носит название субстрат S.

Активность ферментов — способность в разной степени ускорять скорость реакции. Активность выражают в:. Активность зависит в первую очередь от температуры. Наибольшую активность тот или иной фермент проявляет при оптимальной температуре. При понижении температуры, замедляется броуновское движение, уменьшается скорость диффузии и, следовательно, замедляется процесс образования комплекса между ферментом и компонентами реакции субстратами. При этом скорость химической реакции заметно падает рис.

Для большинства из них существует определенное оптимальное значение рН, при котором их активность максимальна. Поскольку в клетке содержатся сотни ферментов и для каждого из них существуют свои пределы опт рН, то изменение рН это один из важных факторов регуляции ферментативной активности.

Так, в результате одной химреакции при участии определенного фермента рН опт которого лежит в перделах 7. При этом значение рН смещается в область 5,5 — 6. Еще пример про пепсин и трипсин. Химическая природа ферментов.

Строение фермента. Активный и аллостерический центры. Все ферменты это белки с молекулярной массой от 15 до нескольких млн Да.

По химическому строению различают простые ферменты состоят только из АК и сложные ферменты имеют небелковую часть или простетическую группу. Белковая часть носит название — апофермент, а небелковая, если она связана ковалентно с апоферментом, то называется кофермент, а если связь нековалентная ионная, водородная — кофактор.

Функции простетической группы следующие: участие в акте катализа, осуществление контакта между ферментом и субстратом, стабилизация молекулы фермента в пространстве. Коферменты можно рассматривать как составную часть молекулы фермента. В процессе катализа реакции в контакт с субстратом вступает не вся молекула фермента, а определенный ее участок, который называется активным центром.

Эта зона молекулы не состоит из последовательности аминокислот, а формируется при скручивании белковой молекулы в третичную структуру. Отдельные участки аминокислот сближаются между собой, образуя определенную конфигурацию активного центра.

Важная особенность строения активного центра - его поверхность комплементарна поверхности субстрата, то есть остатки АК этой зоны фермента способны вступать в химическое взаимодействие с определенными группами субстрата. Можно представить, что активный центр фермента совпадает со структурой субстрата как ключ и замок. В активном центре различают две зоны: центр связывания , ответственный за присоединение субстрата, и каталитический центр , отвечающий за химическое превращение субстрата.

Сложные ферменты в каталитическом центре имеют кофактор или кофермент. Помимо активного центра ряд ферментов снабжен регуляторным аллостерическим центром. С этой зоной фермента взаимодействуют вещества, влияющие на его каталитическую активность.

Акт катализа складывается из трех последовательных этапов. Образование фермент-субстратного комплекса при взаимодействии через активный центр.

Связывание субстрата происходит в нескольких точках активного центра, что приводит к изменению структуры субстрата, его деформации за счет изменения энергии связей в молекуле. Это вторая стадия и называется она активацией субстрата. При этом происходит определенная химическая модификация субстрата и превращение его в новый продукт или продукты. В результате такого превращения новое вещество продукт утрачивает способность удерживаться в активном центре фермента и фермент-субстратный, вернее уже фермент-продуктный комплекс диссоциирует распадается.

Виды каталитических реакций:. Ферментативные эффекторы - вещества, изменяющие скорость ферментативного катализа и регулирующие за счет этого метаболизм. Среди них различают ингибиторы - замедляющие скорость реакции и активаторы - ускоряющие ферментативную реакцию. В зависимости от механизма торможения реакции различают конкурентные и неконкурентные ингибиторы.

Строение молекулы конкурентного ингибитора сходно со структурой субстрата и совпадает с поверхностью активного центра как ключ с замком или почти совпадает. Степень этого сходства может даже быть выше чем с субстратом. Концентрация способного к катализу фермента при этом снижается и скорость образование продуктов реакции резко падает рис. В качестве конкурентных ингибиторов выступает большое число химических веществ эндогенного и экзогенного происхождения то есть образующихся в организме и поступающих извне — ксенобиотики, соответственно.

Эндогенные вещества являются регуляторами метаболизма и называются антиметаболитами. Многие из них используют при лечении онкологических и микробных заболеваний, тк. Но при избытке субстрата и малой концентрации конкурентного ингибитора его действие отменяется.

Второй вид ингибиторов - неконкурентные. Они взаимодействую с ферментом вне активного центра и избыток субстрата не влияет на их ингибирующую способность, как в случае с конкурентными ингибиторами.

Эти ингибиторы взаимодействуют или с определенными группами фермента тяжелые металлы связываются с тиоловыми группами Цис или чаще всего регуляторным центром, что снижает связывающую способность активного центра. Собственно процесс ингибирования - это полное или частичное подавление активности фермента при сохранении его первичной и пространственной структуры.

Различают также обратимое и необратимое ингибирование. Необратимые ингибиторы инактивируют фермент, образуя с его АК или другими компонентами структуры химическую связь.

Обычно это ковалентная связь с одним из участков активного центра. Такой комплекс практически недиссоциирует в физиологических условиях. В другом случае ингибитор нарушает конформационную структуру молекулы фермента - вызывает его денатурацию. Действие обратимых ингибиторов может быть снято при переизбытке субстрата или под действием веществ, изменяющих химическую структуру ингибитора.

Конкурентные и неконкурентные ингибиторы относятся в большинстве случаев к обратимым. Помимо ингибиторов известны еще активаторы ферментативного катализа. Ферменты, участвующие в синтезе белков, нуклеиновых кислот и ферменты энергетического обмена присутствуют во всех клетках организма.

Но клетки, которые выполняют специальные функции содержат и специальные ферменты. Так клетки островков Лангерганса в поджелудочной железе содержат ферменты, катализирующие синтез гормонов инсулина и глюкагона. Ферменты, свойственные только клеткам определенных органов называют органоспецифическими: аргиназа и урокиназа - печень, кислая фосфатаза - простата. По изменению концентрации таких ферментов в крови судят о наличии патологий в данных органах. В клетке отдельные ферменты распределены по всей цитоплазме, другие встроены в мембраны митохондрий и эндоплазматического ретикулума, такие ферменты образуют компартменты, в которых происходят определенные, тесно связанные между собой этапы метаболизма.

Многие ферменты образуются в клетках и секретируются в анатомические полости в неактивном состоянии - это проферменты. Часто в виде проферментов образуются протеолитические ферменты расщепляющие белки. Затем под воздействием рН или других ферментов и субстратов происходит их химическая модификация и активный центр становится доступным для субстратов. Существуют также изоферменты - ферменты, отличающиеся по молекулярной структуре, но выполняющие одинаковую функцию. Название фермента формируется из следующих частей:.

В настоящее время принята международная классификация ферментов, в основу которой положен тип катализируемой реакции. Выделяют 6 классов, которые в свою очередь делятся на ряд подклассов в данной книге представлены только выборочно :. Катализируют окислительно-восстановительные реакции.

Делятся на 17 подклассов. Все ферменты содержат небелковую часть в виде гема или производных витаминов В 2 , В 5. Субстрат, подвергающийся окислению выступает как донор водорода. Дегидрогеназы отщепляют от одного субстрата водород и переносят на другие субстраты. Оксидазы - катализирует перенос водорода на кислород с образованием воды или Н 2 О 2. Цитохромокисдаза дыхательной цепи. Монооксидазы - цитохром Р По своему строению одновременно гемо- и флавопротеид.

3.Ферменты. Простые и сложные ферменты.

Давно выяснено, что все ферменты являются белками и обладают всеми свойствами белков. Поэтому, подобно белкам, ферменты делятся на простые и сложные. Простые ферменты состоят только из аминокислот — например, пепсин , трипсин , лизоцим. Сложные ферменты холоферменты имеют в своем составе белковую часть, состоящую из аминокислот — апофермент , и небелковую часть — кофактор.

Справочник химика 21

В природе существуют как простые, так и сложные ферменты. Первые целиком представлены полипептидными цепями и пригидролизе распадаются исключительно на аминокислоты. Такими ферментами простые белки являются гидролитические ферменты, в частности пепсин, трипсин, папаин, уреаза, лизоцим, рибонуклеаза, фосфатаза и др. Большинство природных ферментов относится к классу сложных белков, содержащих, помимо полипептидных цепей, какой-либо небелковый компонент кофактор , присутствие которого является абсолютно необходимым для каталитической активности. Кофакторы могут иметь различную химическую природу и различаться по прочности связи с полипептидной цепью.

Ферменты имеют белковую природу

Живой организм постоянно нуждается в энергии для выполнения различных биосинтезов , механической работы, транспорта молекул и ионов. Процесс биологического окисления представляет систему окислительно- восстановительных реакций, роль которых состоит в обеспечении организма животного энергией, получаемой за счёт восстановительных органических соединений. Основными экзогенными источниками субстратами энергии в организме являются углеводы, жиры, белки. Окислительно — восстановительные реакции представляют основной источник биохимической реакции. Реакции окисления и восстановления протекают в органах и тканях одновременно и не могут существовать отдельно. Они протекают в митохондриях. Митохондрии имеют наружные и внутренние мембраны. Молекулы, участвующие в реакциях образования АТФ, располагаются на внутренних митохондриальных мембранах. Транспорт протонов и электронов по цепи ферментов-переносчиков определяется разностью окислительно-восстановительных потенциалов между акцепторами.

По строению ферменты делятся на простые однокомпонентные и сложные двухкомпонентные.

Важнейшей функцией белков является каталитическая, ее выполняет определенный класс белков — ферменты. В организме выявлено более ферментов. Ферменты — это биологические катализаторы белковой природы, которые значительно ускоряют биохимические реакции. Так, ферментативная реакция происходит в раз быстрее, чем без ферментов. Многими свойствами они отличаются от катализаторов, использующихся в химии.

Карта сайта. Лаборатория химии ферментов Лаборатория хемотаксономии растений Лаборатория биотехнологии Лаборатория морской биохимии Лаборатория физико-химических методов исследований Контрольно-аналитическая лаборатория.

.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ФЕРМЕНТЫ 1. ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ ПО БИОХИМИИ