Методы очистки белков

Наиболее трудоёмкий этап получения индивидуальных белков - их очистка от других белков, находящихся в растворе, полученном из данной ткани. Часто изучаемый белок присутствует в небольших количествах, составляющих доли процента от всех белков раствора.Так как белки обладают конформационной лабильностью, при работе с белками следует избегать денатурирующих воздействий, поэтому выделение и очистка белков происходят при низких температурах.На первых стадиях очистки белков целесообразно использовать методы, учитывающие какую-либо характерную особенность данного белка, например термостабильность или устойчивость в кислых растворах. Первыми методами очистки необходимо удалить из раствора основную массу балластных белков, которые значительно отличаются от выделяемого белка физико-химическими свойствами. Впоследствии применяют всё более тонкие методы очистки белка. Очистка белков избирательной денатурацией:Большинство белков денатурирует и выпадает в осадок уже при кратковременном нагревании раствора до 50-70 °С или подкислении раствора до рН 5. Если выделяемый белок выдерживает эти условия, то с помощью избирательной денатурации можно удалить большую часть посторонних белков, отфильтровав выпавшие в осадок-белки, или осадить их центрифугированием .Высаливание:Метод очистки белков, основанный на различиях в их растворимости при разной концентрации соли в растворе. Соли щелочных и щёлочно-земельных металлов вызывают обратимое осаждение белков, т.е. после их удаления белки вновь приобретают способность растворяться, сохраняя при этом свои нативные свойства.Чаще всего для разделения белков методом высаливания используют разные концентрации солей сульфата аммония - (NH4)2SO4. Чем выше растворимость белка, тем большая концентрация соли необходима дляего высаливания.

19) ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ (биокатализ), ускорение биохим. р-ций при участии белковых макромолекул, называемых ферментами (энзимами). Ферментативный катализ- разновидность катализа, хотя термин "ферментация" (брожение)известен с давних времен, когда еще не было понятия хим. катализа.

Первое исследование ферментативного катализа как хим. процесса было выполнено К. Кирхгофом, к-рый в 1814 продемонстрировал фер-ментативную конверсию крахмала в растворимые углеводы.

Заметный вклад в представление о природе ферментативного катализа внесли работы И. Берцелиуса и Э. Мичерлиха, к-рые включили ферментативные р-ции в категорию хим. каталитич. процессов. В кон. 19 в. Э. Фишер высказал гипотезу о специфичности ферментативных р-ций и тесном стерич. соответствии между субстратом и активным центром фермента. Основы кинетики ферментативных р-ций были заложены в работах Л. Михаэ-лиса (1913).

В 20 в. происходит интенсивное изучение хим. основ ферментативного катализа, получение ферментов в кристаллич. состоянии, изучение структуры белковых молекул и их активных центров, исследование большого числа конкретных ферментативных р-ций и ферментов.

В простейшем случае ур-ние р-ции с участием фермента имеет вид:

где E - фермент, S - субстрат, ES - фермент-субстратный комплекс (т. наз. комплекс Михаэлиса), P- продукт р-ции.

Превращение субстрата в продукт происходит в комплексе Михаэлиса. Часто субстрат образует ковалентные связи с функц. группами активного центра, в т. ч. и с группами кофермента (см. Коферменты). Большое значение в механизмах ферментативных р-ций имеет основной и кислотный катализ, реализуемый благодаря наличию имидазольных групп остатков гистидина и карбоксильных групп дикарбоно-вых аминокислот.

Важнейшие особенности ферментативного катализа - эффективность, специфичность и чувствительность к регуляторным воздействиям. Ферменты увеличивают скорость хим. превращения субстрата по сравнению с неферментативной р-цией в 109-1012 раз. Столь высокая эффективность обусловлена особенностями строения активного центра. Принято считать, что активный центр комплементарен (см. Комплементарность)переходному состоянию субстрата при превращении его в продукт. Благодаря этому стабилизируется переходное состояние и понижается активац. барьер р-ции.

Большинство ферментов обладает высокой субстратной специфичностью, т. е. способностью катализировать превращение только одного или неск. близких по структуре в-в. Специфичность определяется топографией связывающего субстрат участка активного центра.

Активность ферментов регулируется в процессе их биосинтеза (в т.ч. благодаря образованию изоферментов, к-рые катализируют идентичные р-ции, но отличаются строением и каталитич. св-вами), а также условиями среды (рН, т-ра, ионная сила р-ра) и многочисленными ингибиторами и активаторами, присутствующими в организме. Ингибиторами и активаторами могут служить сами субстраты (в определенных концентрациях), продукты р-ции, а также конечные продукты в цепи последоват. превращений в-ва (см. Регуляторы ферментов).

Ферментативные р-ции чувствительны к внеш. условиям, в частности к ионной силе р-ра и рН среды. Влияние т-ры на скорость ферментативной р-ции описывается кривой с максимумом, восходящая ветвь к-рой отражает обычную для хим. р-ций зависимость, выраженную ур-нием Аррениуса. Нисходящая ветвь связана с тепловой денатурацией фермента. Максимум кривой соответствует оптимальной т-ре Tопт, значение к-рой для большинства ферментов лежит в пределах 40-50 0C. Для нек-рых ферментов, особенно ферментов термофильных микроорганизмов, Tопт 80-90 0C. Подробнее о кинетике ферментативных р-ций см. Ферментативных реакций кинетика.

Осн. направления совр. исследований ферментативного катализа- выяснение механизма, обусловливающего высокие скорости процессов, высокую селективность (специфичность действия ферментов), изучение механизмов контроля и регуляции активности ферментов. Оказалось, в частности, что р-ции ферментативного катализа включают большое число стадий с участием лабильных промежут. соед., времена жизни к-рых изменяются в нано- и миллисекундном диапазонах. На активных центрах ферментов протекают быстрые (нелимитирующие) стадии, в результате чего понижается энергетич. барьер для наиб.трудной, лимитирующей стадии.

Установлен механизм регулирования ферментативной активности путем действия ингибитора (или активатора) на специфичный центр белковой молекулы с опосредованной передачей воздействия на активный центр фермента через белок. Обнаружены эффекты кооперативного взаимод. неск. молекул субстрата на белковой матрице. Найден способ "жесткого" выведения фермента из процесса посредством индуцированной субстратом необратимой инактивации.

Ферментативный катализ- основа мн. современных хим. технологий, в частности крупномасштабных процессов получения глюкозы и фруктозы, антибиотиков, аминокислот, витаминов и регуляторов, а также тонкого орг. синтеза. Разработаны методы, позволяющие проводить ферментативные р-ции в орг. р-ри-телях, обращенных мицеллах (см. Мицеллообразование). С ферментативным катализом связаны перспективы развития иммуноферментного и биолюминесцентного анализа, применения биосенсоров. Созданы методы, позволившие придать каталитич. активность антителам, обнаружена каталитич. активность у рибонуклеи-новой к-ты (абзимы, рибозимы соотв.).

Механизмы катализа

Доноры Акцепторы

-СООН-СОО-

-NH3+ -NH2

-SH -S-

1. Кислотно-основной катализ – в активном центре фермента находятся группы специфичных аминокислотных остатков, которые являются хорошими донорами или акцепторами протонов. Такие группы представляют собой мощные катализаторы многих органических реакций.

2. Ковалентный катализ – ферменты реагируют со своими субстратами, образуя при помощи ковалентных связей очень нестабильные фермент-субстратные комплексы, из которых в ходе внутримолекулярных перестроек образуются продукты реакции.

20) Изучение ферментов показало, что они обладают св-ми белков. Какие св-ва характерны для ферментов?

1) они являются амфотерными

2)осаждаются сульфатом аммония т.е. высаливаются

3) инактивируются при нагревании под действием концентрированных кислот и щелочей

4) неспособны проходить через полупроницаемые мембраны.

Абсолютным доказательством белковой природы ферментов - это синтез их из отдельных аминокислот. Сегодня синтезированы из отдельных аминокислот несколько ферментов. Первыми ферментами синтезированные рибонуклеазы (ферменты расщепляющие РНК) и пепсин (основной фермент желудочного сока). Причем синтезированный рибонуклеаза и пепсин ничем не отличались по свойствам по каталитической активности от выделенных из естественных тканей. По хим. составу ферменты как и белки могут быть двух видов - простые и сложные (протеины и протеиды). Несколько слов о протеинах. Они могут состоять из одной полипептидной цепи (рибонуклеаза содержащая 124 ам. ксл. отатка, пепсин, трипсин) В то же время ряд ферментов состоят из нескольких полипептидных цепей т.е. являются олигомернымн белками. Например альдолаза - фермент гликолиза, РНК-полимераза и др. К первой группе относятся обычно класс гидролиз, практически все гадролитические ферменты состоят только из аминокислот т.е. являются простыми белками. Кроме того, некоторые лиазы, а вот все остальные классы ферментов в основном явл. сложными белками т.е. для каталитической активности многих ферментов кроме белковой части необходим второй компонент получивший название кофактор. Есть каталитически активный фермент вместе с кофактором получил название холофермент. Это каталитически активный фермент состоящий из белковой и небелковой части кофактора. Белковая часть холофермента получила название апофермент. Характерной особенностью холофермента или сложных ферментов протеидов является, то, что ни белковая часть апофермента, ни кофактор в отдельности не обладают заметной каталитической активностью.

Функциональные центры - участки поверхности молекулы фермента ответственное за взаимодействие с др белками, причем белками или обладающими каталитической активностью (ферментами) или белками, не обладающими каталитической активностью

Подобного рода взаимодействия встречаются при формировании надмолекулярных мультиферментных комплексах. Те комплексы о которых мы говорили (пируватдегдрогеназные, альфакетоглюторатгидрогеназные) синтетазы высших жирных кислот) включают несколько ферментов. Дело в том, что включение нескольких ферментов в этом комплексе достаточно в заметной степени сказывается на каталитической активности других ферментов этого комплекса.

Почему? Дело в том, что пространственная структура свободного фермента и фермента включенного в комплекс меняется, а значит, меняется и каталитическая активность. Субстраты в превращении которых участвуют ферменты по сравнению с самим ферментом очень часто очень мелкие молекулы, понятно, что в образовании энз-субс. комплекса участвует не вся мол-ла фермента, а только какой-то ее участок, какая-то часть ее поверхности. Этот участок пов-ти фермента ответственный за связывание и превращение субстрата и получил название активного центраВ структуру актив, центра входят: в его образование принимают участие не более 10-15 ам.к. остатков определенных образом ориентированных в пространстве по отношению друг к другу. Эти остатки могут далеко располагаться в полипептидной цепи, могут сближаться при формировании третичной структуры.Хемотрипсин принимают участие 4 ам.к. остатка: 2 остатка гистидина (57,40), серин (195), аспартат (102). Составн. элем, актив, центра часто относится участок остова полипептидной цепи удержив. ам.к. радик. в определенном положении друг к др.

В активный центр фермента входят кофакторы (исключ. некот. ионов металлов). В активном центре условно выделяют 2 участка: а) субстратный - отвечает за связывание субстрата

б) каталитический центр - участок осуществляющий катализ связав.субстрата. Сюда входит кофактор. Кофактору и функ гр. присуща большая роль.В составе многих ферментов так же кроме активных центров имеются регуляторные центры.а) Аллостерический центр б) Центр ковалентной модификации в) Центр связывания с белками и регуляторами .Аллостер. центр - центр, находящийся в другом месте от активного центра - участок на пов-ти фермента образованный определенным образом ориентированных ам.к. радикалов. Его 3 мерная структура комплементарна низкомолекулярным лнгандам - кот.выступают в качестве регуляторов. цАМФ, АТФ. Присоединение аллост. модуляторов к аллост. центру приводит к изменению конформации белка, что сопровождается изменением пространственной структуры ферм, и изменен, к катализу. 1. Если присоединение модулятора повышает активность - аллостерич. активатор 2. Если понижает - аллостер ингибитор. Связыв. модул, с актив, центром - обратима. Никогда не возникает ковалентная связь. Активность определяется концентрацией модуляторов. Аллостер ферм, имеют как правило 4 структуру. Один и тот же фермент имеет 2 и более актив, центра кот комплемент, разный модуляторам.Аллостерический центр представляет собой участок молекулы фермента, в результате присоединения к которому какого-то низкомолекулярного вещества изменяется третичная структура белковой молекулы фермента, что влечет за собой изменение его активности. Аллостерический центр является регуляторным центром фермента.

21) Все Ферменты разделяются на две большие группы: однокомпонентные, состоящие исключительно из белка, и двухкомпонентные, состоящие из белка, называемого апоферментом, и небелковой части, называемой простетической группой. Апофермент двухкомпонентных Ферменты называют также белковым носителем, а простетическую группу – активной группой. Благодаря работам О. Варбурга, А. Теорелля, Ферменты Линена, Ферменты Липмана и Л. Лелуара установлено, что простетические группы многих Ферменты представляют собой производные витаминов или нуклеотидов. Т. о. была открыта важнейшая функциональная связь междуФерменты, витаминами и нуклеотидами, являющимися строительными «кирпичиками» нуклеиновых кислот.

Простетическая группа — небелковый (и не производный от аминокислот) компонент, связанный с белком, который выполняет важную роль в биологической активности соответствующего белка. Простетические группы могут быть органическими (витамины, углеводы, липиды) или неорганическими (например, ионы металлов).Простетические группы прочно связаны с белками и даже могут быть присоединены ковалентными связями. Часто играют важную роль в функционировании ферментов. Белок без простетической группы называется «апобелок», а белок с присоединенной группой — «холобелок» (или, соответственно, в случае ферментов — апофермент и холофермент).Примером может являться гем, который является простетической группой в молекуле гемоглобина.Простетические группы — это подкласс кофакторов. Они отличаются от коферментов тем, что простетические группы постоянно связаны с ферментами, в то время как коферменты связаны с ферментами непостоянно.

Коферменты — это органические вещества, как правило, аминокислотной природы, непосредственно участвующие в катализе в составе фермента. Простые, относятся обычно к классу гидролаз, практически все гидролитические ферменты состоят только из

аминокислот, т.е. являются простыми белками. Кроме того, некоторые лиазы, а вот все остальные классы ферментов в основном явл. сложными белками, т.е. для каталитической активности многих ферментов кроме белковой части необходим второй компонент получивший название кофактор. Есть каталитически активный фермент вместе скофактором получил название холофермент. Это каталитически активный фермент, состоящий из белковой и небелковой части кофактора. Белковая часть холофермента получила название апофермент.Характерной особенностью холофермента или сложных ферментов протеидов является, то, что ни белковая часть апофермента, ни кофактор в отдельности не обладают заметной каталитической активностью. Какую же роль выполняют тот и другой?Оказывается апофермент резко повышает каталитическую активность кофактора, а кофактор в свою очередь стабилизирует белковую часть, делает ее более устойчивой и менее уязвимой к денатурирующим агентам. Поэтому встает вопрос, что и какие вещества явл. кофакторами?Роль кофакторов, как выяснилось, играют большинство витаминов или соединений построенных с их участием, но не только витамины выступают в роли кофакторов. Кроме того, это некоторые полипептиды, группы нуклеотидов и их производные и, наконец, ионы некоторых металлов. Последние годы в соответствии с химической природой кофакторов появилась классификация: 1) Кофакторы жирного ряда (глютатион, липоевая кислота, долихол фосфат). 2 Кофакторы алифатического ряда (убихинон или коэнзим Q). 3) Кофакторы гетероциклического ряда а) содержащие витамины (B1) тиоминлирофосфат (В6) перидоксальфосфат (В7) биоцетин (В9) тетрогидрофолат содержащий фоливую кислоту (фолиум - лист) 6) не содержащие витаминов геминовые кофакторы. Основой этих кофакторов является гемовое железо 4 Кофакторы-нуклеотиды а) содержащие витамины содержащие витамин В2 (флавинмононуклеотид) (фляос - желтый) (флавинадениндинуклеотид) НАД, НАДФ (РР или В5) HSKoA (пантотеновая кислота ВЗ) Кобамидные коферменты (В 12) содержат кобальт б) нуклеотиды не витамины АТФ,

уридиндифосфорноглюкуроновая кислота (УДФК), фосфоаденозинфосфосульфат (ФАФС) - активная фосфорная кислота, (ЦТФ) цитидинтрифосфорная кислота. Ф-ции: АТФ участвует в переносе адениловой и фосфорной кислоты, участвует в реакциях аденилирования и фосфолирирования ФАФС участвует в переносе сульфогрупп УДФК участвует в переносе глюкуроновой кислоты ЦТФ участвует в активации холина и фосфотидной кислоты. Процессы идущие при биосинтезе фосфолипидов. 5 Кофакторы ионов металлов Fe, Mn, Zn, К, Na, Mg, Ca, Сu.

22),23). Важным фактором, от которого зависит скорость фермента-тивной реакции (равно каталитическая активность фермента) является температура, видно, что с повышением температуры до определенной величины скорость реакции увеличивается. Это можно объяснить тем, что с повышением температуры движение молекул ускоряется и у молекул реагирующих веществ оказывается больше возможности столкнуться друг с другом. Это увели-чивает вероятность того, что реакция между ними произойдет. Температура, обеспечивающая наибольшую скорость реакции, называется о п т и м а л ь н о й температурой. Каждый фермент имеет свою оптимальную температуру. В общем для ферментов животного происхождения она лежит между 37 и 40ОС, а растительного - между 40 и 50ОС. Однако есть и исключения: -амилаза из проросшего зерна имеет оптимальную температуру при 60ОС, а каталаза - в пределах 0 - 10ОС. При повышении температуры сверх оптимальной скорость ферментативной реакции снижается, хотя частота столкновений молекул увели-чивается. Происходит это вследствие денатурации, т.е. потери ферментом нативного состояния. При температуре выше 80ОС большинство ферментов полностью теряют свою ка-талитическую активность.Снижение скорости ферментативной реакции при температурах, превышающих оптимальную, зависит от денатурации фермента. Поэтому важным показателем, характеризующим отношение фермента к температуре, является его термолабильность, т.е. скорость инактивации самого фермента при повышении темпера-туры.При низких температурах (0 ОС и ниже) каталитическая актив-ность ферментов падает почти до нуля, но денатурация при этом не происходит. С повышением температуры их каталитическая активность вновь восстанавливается. Важным фактором, оказывающим большое влияние на скорость ферментативной реакции, является рН среды. Для каждого фермента существует оптимальное значение рН, т.е. такая величина рН, или зона рН, при которой катализируемая ферментом реакция протекает с наибольшей скоростью. При высокой концентрации субстрата и при постоянстве других факторов, таких, например, как температура и рН, скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации фермента.

Катализ осуществляется всегда в условиях, когда концентрация фермента гораздо ниже концентрации субстрата. Поэтому с возрастанием концентрации фермента растет и скорость ферментативной реакции.. Факторы, влияющие на скорость биохимических процессов

Кинетика биохимических процессов зависит от ряда факторов: химической природы реагирующих веществ, концентраций фермента и субстрата, температуры и рН среды, наличия активаторов и ингибиторов.Скорость биохимических процессов зависит от природы субстрата и его атакуемости. Под атакуемостъю понимают его податливость действию фермента, которая зависит от структуры субстрата. Например, атакуемость амилазами крахмала, полученного из зерна различных культур или из разных частей одного и того же зерна, неодинакова. Она увеличивается с уменьшением размера крахмальных зерен, т.е. с увеличением их относительной поверхности, а также при механическом воздействии на структуру зерен крахмала, например, при длительном помоле зерна. Однако действие амилаз на неизмененный крахмал или на механически поврежденный весьма незначительно по сравнению с их действием на клейстеризованный крахмал. Поэтому в тех отраслях пищевой промышленности, где крахмал служит источником образования сахаров за счет расщепления его амилолитическими ферментами, для увеличения степени осахаривания чаще всего его клейстеризуют путем заваривания муки. Подобная обработка субстрата применяется в спиртовой, хлебопекарной (при производстве заварного хлеба, для улучшения качества пшеничной муки, при получении питательной среды для жидких дрожжей), в паточной промышленности.Атакуемость белка протеиназами зависит от строения белковой молекулы: чем плотнее и прочнее структура белка, тем ниже его атакуемость ферментами. Количество в молекуле определенных химических групп, например, сульфгидрильных, аминных и др., влияет на атакуемость белка. Если эти группы каким-то образом блокировать, то меняется атакуемость субстрата ферментами. При восстановлении дисульфидных групп белка пшеницы в сульфгидрильные увеличивается атакуемость белка и возрастает скорость его расщепления.

Скорость биохимических процессов зависит от концентраций самого фермента и реагирующих веществ. При избытке субстрата скорость реакции определяется прежде всего концентрацией фермента: чем она выше, тем быстрее идут реакции.При невысоких концентрациях субстрата зависимость скорости реакции от концентрации участвующих в реакции веществ носит линейный характер, т.е. с увеличением концентрации субстрата она возрастает. Однако по мере увеличения концентрации реагирующих веществ скорость реакции замедляется, достигает максимального значения и в дальнейшем остается постоянной. В то же время большие концентрации субстрата могут выполнять роль ингибитора. В итоге скорость реакции падает.Наиболее существенное влияние на активность ферментов и скорость биохимических процессов оказывают температура и реакция среды. С повышением температуры активность ферментов возрастает, достигает максимума, а затем снижается. Оптимальной для действия фермента является та температура, при которой его активность наибольшая. Температурный оптимум для ферментов растительного происхождения составляет около 40-500С. Снижение активности фермента при высоких температурах связано с процессами денатурации белка. Полное прекращение деятельности фермента происходит при температурах, близких к 1000С, однако это не относится к термофильным ферментам, которые выдерживают кратковременное нагревание при температуре выше 1000С.Каждый фермент проявляет свое действие в узких пределах значений рН. В определенной зоне активность фермента наибольшая, эта зона называется оптимальной зоной рН. Разные ферменты сильно отличаются по оптимальным для их действия значениям рН. Одни из них имеют наибольшую активность в кислой среде, другие - в нейтральной, третьи - в щелочной. Пепсин желудочного сока имеет оптимум действия при рН 2,0, солодовая α-амилаза - при рН 4,7-5,2. Оптимальное значение рН для действия ферментов зависит в основном от субстрата. Например, при действии папаина на желатин оптимальное значение рН 5,0, а при действии на денатурированный яичный альбумин - 7,5.Скорость биохимических процессов может быть увеличена в присутствии активаторов. Многие ферменты активизируются под действием соединений восстанавливающего действия, в частности, веществами, содержащими сульфгидрильные группы: цистеином, глютатионом. Последний может быть представлен в двух формах: окисленной и восстановленной, активатором является восстановленная форма. Активизирующее действие этих соединений основано на том, что они восстанавливают дисульфидные связи фермента в сульфгидрильные, необходимые для проявления ферментом своей каталитической активности, а сами при этом окисляются за счет превращения сульфгидрильных связей в дисульфидные.Существуют и ингибиторы ферментов, подавляющие их активность. Действие ингибиторов основано на блокировании сульфгидрильных связей фермента и превращении их в дисульфидные группы. Ингибирование фермента может происходить под действием так называемых белковых осадителей - веществ, образующих с белками нерастворимые осадки. Такими веществами являются соли тяжелых металлов (свинца, ртути, вольфрама), трихлоруксусная кислота и др. Эти соединения не являются специфическими, и любое из них может быть использовано для осаждения фермента и полного прекращения его действия. Однако существуют специфические ингибиторы. Оксид углерода СО, например, ингибирует ряд окислительно-восстановительных ферментов, в состав которых входит железо или медь.

24) Ферменты обычно проявляют высокую специфичность по отношению к своим субстратам (субстратная специфичность). Это достигается частичной комплементарностью формы, распределения зарядов и гидрофобных областей на молекуле субстрата и в центре связывания субстрата на ферменте. Ферменты обычно демонстрируют также высокий уровень стереоспецифичности (образуют в качестве продукта только один из возможных стереоизомеров или используют в качестве субстрата только один стереоизомер), региоселективности (образуют или разрывают химическую связь только в одном из возможных положений субстрата) и хемоселективности (катализируют только одну химическую реакцию из нескольких возможных для данных условий). Несмотря на общий высокий уровень специфичности, степень субстратной и реакционной специфичности ферментов может быть различной. Например, эндопептидаза трипсин разрывает пептидную связь только после аргинина или лизина, если за ними не следует пролин, а пепсин гораздо менее специфичен и может разрывать пептидную связь, следующую за многими аминокислотами.

Модель «ключ-замок» В 1890 г. Эмиль Фишер предположил, что специфичность ферментов определяется точным соответствием формы фермента и субстрата[9]. Такое предположение называется моделью «ключ-замок». Фермент соединяется с субстратом с образованием короткоживущего фермент-субстратного комплекса. Однако, хотя эта модель объясняет высокую специфичность ферментов, она не объясняет явления стабилизации переходного состояния, которое наблюдается на практике.

Модель индуцированного соответствия В 1958 г. Дениел Кошланд предложил модификацию модели «ключ-замок»[10]. Ферменты, в основном, — не жесткие, а гибкие молекулы. Активный центр фермента может изменить конформацию после связывания субстрата. Боковые группы аминокислот активного центра принимают такое положение, которое позволяет ферменту выполнить свою каталитическую функцию. В некоторых случаях молекула субстрата также меняет конформацию после связывания в активном центре. В отличие от модели «ключ-замок», модель индуцированного соответствия объясняет не только специфичность ферментов, но и стабилизацию переходного состояния. Эта модель получила название «рука-перчатка».

25) Изоферменты, или изоэнзимы — это различные по аминокислотной последовательности изоформы или изотипы одного и того же фермента, существующие в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах.Изоферменты, как правило, высоко гомологичны по аминокислотной последовательности и/или подобны по пространственной конфигурации. Особенно консервативны в сохранении строения активные центры молекул изоферментов. Все изоферменты одного и того же фермента выполняют одну и ту же каталитическую функцию, но могут значительно различаться по степени каталитической активности, по особенностям регуляции или другим свойствам.Примером фермента, имеющего изоферменты, является гексокиназа, имеющая четыре изотипа, обозначаемых римскими цифрами от I до IV. При этом один из изотипов гексокиназы, а именно гексокиназа IV, экспрессируется почти исключительно в печени и обладает особыми физиологическими свойствами, в частности её активность не угнетается продуктом её реакции глюкозо-6-фосфатом.Ещё одним примером фермента, имеющего изоферменты, является амилаза — панкреатическая амилаза отличается по аминокислотной последовательности и свойствам от амилазы слюнных желёз, кишечника и других органов. Это послужило основой для разработки и применения более надёжного метода диагностики острого панкреатита путём определения не общей амилазы плазмы крови, а именно панкреатической изоамилазы.Третьим примером фермента, имеющего изоферменты, является креатинфосфокиназа — изотип этого фермента, экспрессируемый в сердце, отличается по аминокислотной последовательности от креатинфосфокиназы скелетных мышц. Это позволяет дифференцировать повреждения миокарда (например, при инфаркте миокарда) от других причин повышения активности КФК, определяя миокардиальный изотип КФК в крови. Однако по ряду свойств изоферменты могут различаться, например по молекулярной активности, по кинетике реакции, по способам регуляции, по стабильности. В основе особенностей изо-ферментов лежат генетически обусловленные различия их первичной структуры, обычно небольшие. Формы ферментов, образующиеся в результате модификации их молекул уже после синтеза, не называют изоферментами. Например, не являются изоферментами фосфорилированная и дефосфорилированная липазы жировой ткани.

26). Современная классификация и номенклатура ферментов.

1) тривиальная номенклатура 2) рабочая номенклатура З) систематическая номенклатура, т.е. обычно для названия одного и того же фермента очень часто используют несколько названий, поэтому в следствии все возрастающего числа вновь открываемых ферментов было принято международное соглашение о систематической номенклатуре ферментов. В соответствии с этой системой все ферменты в зависимости от типа катализируемой реакции, я еще раз подчеркиваю что в основу положен тип катализируемых реакций, делят на 6 больших классов. В каждом классе выделяют подкласс. В подклассе выделяют под подкласс, а уже там соответственно название конкретного фермента. Шифр фермента для того что бы было понятно о каком ферменте говорит китаец если его читает русский. Например 4 буквенное обозначение 1 -ая класс, 1 подкласс, 1 под подкласс и первый порядковый номер в этом под подклассе, т.е. шифр фермента всегда включает 4-ех цифровое обозначение.Какие же классы по международному соглашению 1961 г. выделяют? а). Оксидоредуктазы - ферменты катализирующие окислительно-восстановительные реакции в организме человека б). Трансферазы - ферменты катализирующие реакции с переносом групп между различными веществами. Например переносящие метильную группу - метилтрансферазы, аминогруппу переносящие - аминотрансферазы и т.д. в). Гидролазы - ферменты катализирующие реакции гидролиза (гидролиз - расщепление с присоединением воды Гидролитических ферментов достаточно много. С пищей мы получаем полимеры, для того чтобы они всасывались их нужно расщепить до мономеров. г). Лиазы -1. ферменты катализирующие присоединение групп по двойной связи (имеется ввидупо месту разрыва двойной связи). 2. Разрыв углерод - углеродной связи, водородными иегидролитическим путем. Например, фермент декарбоксилаза, отщепляющая карбоксильную группу от аминокислоты, как раз относится к лиазам. д). Изомеразы - ферменты катализируют реакции изомеризации. В основном это перенос групп внутри молекул с образованием изомерных форм. Например превращение глюкозы 1- фосфат в глюкозу 6 -фосфат, т.е перенос фосфорильного остатка от первого.е). Лигазы или синтетазы - ферменты которые катализируют образование связи С-С, C-S, C-N, С-О за счет реакции конденсации сопряженных с использованием АТФ, т.е это реакции эндоорганические,требующие притока энергии/ В настоящее время идентифицировано более 2000 различ. ферментов, причем 200 из них получены и используются достаточно хорошо в кристаллическом виде. В наше время ферменты используются не только в медицине, но и в пищевой и хим. промышленности, в народном хоз-ве, для получения особо чистых препаратов (лекарств). Ферменты -специализированные белки обладающие каталитической активностью, т.е. способны ускорять течение химической реакции в организме человека. Ферменты, будучи биокатализаторами, отличаются от обычных катализаторов. Каково значение ферментов в организме человека? Ферменты по праву считают рабочим аппаратом ген. Дело в том, что как реализуют этот фермент? Все зависит от того насколько активны у вас ферменты полученные. Не секрет что сидящие здесь имеют одни и те же ферменты, но ферменты работают у каждого индивидуально. У каждого из нас поддерживается 1. Определенная концентрация ферментов. 2. Поддерживается еще и за счет синтеза активность определенных ферментов, поэтому метаболизм наш в целом очень различается.Ферменты по праву считают функциональными единицами клеточного метаболизма, поскольку большинство реакций протекающих в наших клетках (ежесекундно в наших клетках протекает десятки тысяч разнообразных химических превращений) идут с участием ферментов, за редким исключением. Только в том случае если в ходе реакции образуется какое-то неустойчивое соединение его стабилизация происходит самопроизвольно т.е. не ферментативным путем. Поэтому изучение ферментов имеет огромное значение для понимания метаболизма, для понимания патологий которые могут развиться у человека. Ферменты осуществляют превращение таким образом огромного кол-ва вещ-в, причем в-в поступающих из внешней среды и в-в образующихся в ходе метаболизма, т.е. непосредственно внутри организма.Некоторые болезни человека особенно генетически обусловленные заболевания связаны с недостаточностью или полным отсутствием того или иного фермента.Энзимопатии - патология, причем она может быть наследственная и врожденная поскольку вообще энзимопатии делятся на первичные и вторичные. Первичные - врожденные, наследуемые. Энзимопатия это патология связанная с нарушением синтеза, т.е. синтез прежде всего ферментов недостаточно активных или полным блоком синтеза какого-то фермента Пример врожденной энзимопатии - фенилкетонурия (правильней - фенилпировиноградноолигоприния) т.е. олигос фреиус в переводе на русский - слабоумие связанное с нарушением превращения фенилаланина, дело в том, что и фенилаланина синтезируются гормоны такие как йодированный тиронин, адреналин, хлорадреналин, поэтому те нарушения которые возникают при нарушении оксидинации фенилаланина.С другой стороны патологические состояния, с которыми мы встречаемся, могут быть вызваны избыточной активностью того или иного фермента. В таких случаях удается подобрать препарат ингибирующий активность фермента тем самым помочь больному. Ингибиторы ферменты используются достаточно широко, в том числе и в стоматологии. Очень часто многие лекарственные препарата реализуют свои эффекты воздействуя на ферменты. Измерение активности ферментов плазмы крови, биопсированных тканей имеет огромное значение при диагностики заболевания, а так же контроля за эффективностью проводимого лечения. Часть ферментов используется в качестве лечебных препаратов.

27) Трансферазы. К классу трансфераз относятся рассмотренные выше аминотрансферазы и ацилтрансферазы, а также метилтрансферазы, гликозилтрансферазы, фосфотрансферазы и др. В подкласс фосфотрансфераз входят группа ферментов, называемых киназами: они используют аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) в качестве донора фосфатного остатка.Киназы катализируют перенос у-фосфатного остатка на другие вешества; АТФ при этом превращается в АДФ. Например, глицеринкиназа катализирует фосфорилирование глицерина но а-гидроксильной группе: В результате действия разных киназ в организме синтезируются многочисленные фосфорилированные соединения. В частности, сложные белки фосфопротеины образуются при участии протеинкиназ, остатки фосфорной кислоты присоединяются к гидроксильным группам серина, треонина и тирозина пептидной цепи:Все киназы для проявления максимальной активности нуждаются в ионах Mg2+ или Мn2+.

28) Оксидоредуктазы.

Класс оксидоредуктаз включает ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции разных типов. В частности, в него входят НАД-зависимые и флавиновые дегидрогеназы, рассмотренные выше.Другой тип оксидоредуктаз — оксидазы. Эти ферменты катализируют окисление субстратов путем присоединения кислорода. Так, аминоксидазы окисляют амины с образованием альдегидов и аммиака.Образующийся в таких реакциях пероксид водорода разлагается тоже оксидоредуктазой — каталазой (гемопротеин): 2Н202 → 02+2Н20

29) Гидролазы. Эти ферменты катализируют реакции расщепления разнообразных связей с присоединением воды по месту расщепления:К классу гидролаз относятся эстеразы, расщепляющие сложноэфирные связи (например, липаза, холинэстераза); пептидазы, или пептидгидролазы (пепсин, трипсин, карбоксипептидаза и до.) гликозидазы, гидролизующие гликозидные связи, и т д.

a)

Б)

30) Изомеразы – ферменты, катализирующие изомерные превращения в пределах одной молекулы. Изомеразы – сложные ферменты. К их коферментам относятся пиридоксальфосфат, дезоксиаденозилкобаламин, глутатион, фосфаты моносахаридов (глюкозо-1,6-дифосфат) и др.

метилмалонил-оксалоацетат-транскарбоксилазная реакция, катализ.обратимое превраще-ние пировиноградной и щавелевоуксусной кислот:

Метилмалонил-КоА Пируват Пропионил-КоА Оксалоацетат

В организме человека изуказанных процессов открыта только реакция изомеризации метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: