enzime catalysis, ферменты, Реавиз, Герман,

1. EENNSSIIMMEESS
KKoonnssttaannttiinn GGEERRMMAANN -- CChhaaiirr HHeeaadd ooff
NNaattuurraall SScciieenncceess,, MMeeddiiccaall IInnssttiittuuttee
RREEAAVVIIZZ -- wwwwww..rreeaavviizz..rruu

2. ЛЛЕЕККЦЦИИЯЯ № 1199::
ФФЕЕРРММЕЕННТТЫЫ
ССТТРРООЕЕННИИЕЕ,, ССВВООЙЙССТТВВАА
Зав. кафедрой естественных наук
Константин Эдуардович
Герман

3. 3
ФФееррммееннттыы
Природные биокатализаторы, обеспечивающие
протекание большинства химических реакций в
живых организмах называются ферментами
(энзимами).
Схема процесса катализа:
Е + S ↔ ES ↔ EP → E + P
Е – фермент;
S (субстрат) – лиганд, взаимодействующий с активным
центром фермента;
Р – продукт реакции.

4. 4
Ферме́нты, или энзи́мы[1]
(от лат. fermentum, греч. ζύμη, ἔνζυμον — закваска) —
обычно белковые молекулы или молекулы РНК(рибозимы)
или их комплексы, ускоряющие (катализирующие)
химические реакции в живых системах.
Реагенты в реакции, катализируемой ферментами,
называются субстратами, а получающиеся вещества —
продуктами.
Ферментативная активность может регулироваться
активаторами и ингибиторами (активаторы — повышают,
ингибиторы — понижают).
Белковые ферменты синтезируются на рибосомах, а РНК —
в ядре.

5. 5
Ферменты специфичны к субстратам (АТФаза
катализирует расщепление только АТФ,
а киназа фосфорилазы фосфорилирует только
фосфорилазу).
АТФаза
Аденозинтрифосфата́зы
(АТФ-азы) —
группа ферментов класса гидролаз
(КФ 3.6.1.3), катализирующих
отщепление от
аденозинтрифосфорной
кислоты (АТФ) одного или двух
остатков фосфорной кислоты с
освобождением энергии,
используемой в процессах
мышечного сокращения,
транспорта веществ через
мембраны, биосинтеза различных
соединений.[1][2]

6. 6
Киназа фосфорилазы
фосфорилирует только фосфорилазу
Аденилатциклазная система рассматривается на примере
действия адреналина на клетки печени. Адреналинвызывает в организме эффект,
называемый «fight or flight» (бой или бегство) — усиливается тонус мышц,
увеличивается частота сердечных сокращений. Для мобилизации организма
требуется повышение концентрации глюкозы в крови. Связывание адреналина
с рецепторами на поверхности клеток печени запускает распад гликогена,
запасенного в клетках печени и высвобождение глюкозы

7. ССввооййссттвваа ффееррммееннттоовв
1. Специфичность.
2. Каталитическая эффективность.
3. Лабильность ферментов.
4. Способность ферментов к регуляции.
5. Высокий коэффициент полезного
действия (100 %).
7

8. Строение ааккттииввннооггоо ццееннттрраа ффееррммееннттаа
А – присоединение субстрата к
ферменту в активном центре. Б –
положение аминокислотных
остатков, формирующих активный
центр фермента в первичной
структуре белка.
В – активный центр фермента
условно разделяется на участок
связывания и каталитический
участок. Участок связывания
представлен радикалами
аминокислот, функциональные
группы которых обеспечивают
связывание субстрата.
Каталитический участок
образован радикалами
аминокислотных остатков,
функциональные группы которых
обеспечивают химические
превращения субстрата. 8

9. 9
Активный центр ферментов
Изучение механизма химической реакции, катализируемой ферментом
наряду с определением промежуточных и конечных продуктов на
разных стадиях реакции подразумевает точное знание геометрии
третичной структуры фермента, природы функциональных групп
его молекулы, обеспечивающих специфичность действия и высокую
каталитическую активность на данный субстрат, а также химической
природы участка (участков) молекулы фермента, который
обеспечивает высокую скорость каталитической реакции. Обычно
молекулы субстрата, участвующие в ферментативных реакциях, по
сравнению с молекулами ферментов имеют относительно небольшие
размеры. Таким образом, при образовании фермент-субстратных
комплексов в непосредственное химическое взаимодействие вступают
лишь ограниченные фрагменты аминокислотной последовательности
полипептидной цепи — «активный центр» — уникальная комбинация
остатков аминокислот в молекуле фермента, обеспечивающая
непосредственное взаимодействие с молекулой субстрата и прямое
участие в акте катализа[10].

10. 10
Наиболее реалистичная ситуация в
случае индуцированного соответствия.
Неправильные субстраты — слишком
большие или слишком маленькие — не
подходят к активному центру

11. В активном центре ууссллооввнноо ввыыддеелляяюютт[[1100]]::
ккааттааллииттииччеессккиийй ццееннттрр —— ннееппооссррееддссттввеенннноо ххииммииччеессккии
ввззааииммооддееййссттввууюющщиийй сс ссууббссттррааттоомм;;
ссввяяззыыввааюющщиийй ццееннттрр ((ккооннттааккттннааяя ииллии «яяккооррннааяя» ппллоощщааддккаа)) ——
ооббеессппееччииввааюющщиийй ссппееццииффииччеессккооее ссррооддссттввоо кк ссууббссттррааттуу ии
ффооррммииррооввааннииее ккооммппллееккссаа ффееррммееннтт--ссууббссттрраатт..
ЧЧттооббыы ккааттааллииззииррооввааттьь ррееааккццииюю,, ффееррммееннтт ддооллжжеенн ссввяяззааттььссяя сс
оодднниимм ииллии ннеессккооллььккииммии ссууббссттррааттааммии.. ББееллккооввааяя ццееппьь ффееррммееннттаа
ссввооррааччииввааееттссяя ттааккиимм ооббррааззоомм,, ччттоо ннаа ппооввееррххннооссттии ггллооббууллыы
ооббррааззууееттссяя щщеелльь,, ииллии ввппааддииннаа,, ггддее ссввяяззыыввааююттссяя ссууббссттррааттыы.. ЭЭттаа
ооббллаассттьь ннааззыыввааееттссяя ссааййттоомм ссввяяззыывваанниияя ссууббссттррааттаа.. ООббыыччнноо оонн
ссооввппааддааеетт сс ааккттииввнныымм ццееннттрроомм ффееррммееннттаа ииллии ннааххооддииттссяя ввббллииззии
ннееггоо.. ННееккооттооррыыее ффееррммееннттыы ссооддеерржжаатт ттааккжжее ссааййттыы
ссввяяззыывваанниияя ккооффааккттоорроовв ииллии ииоонноовв ммееттааллллоовв..
ФФееррммееннтт,, ссооееддиинняяяяссьь сс ссууббссттррааттоомм::
ооччиищщааеетт ссууббссттрраатт оотт ввооддяянноойй «шшууббыы»
рраассппооллааггааеетт ррееааггииррууюющщииее ммооллееккууллыы ссууббссттррааттоовв вв ппррооссттррааннссттввее
ннуужжнныымм ддлляя ппррооттееккаанниияя ррееааккццииии ооббррааззоомм
ппооддггооттааввллииввааеетт кк ррееааккццииии ((ннааппррииммеерр,, ппоолляяррииззууеетт)) ммооллееккууллыы
ссууббссттррааттоовв..
ООббыыччнноо ппррииссооееддииннееннииее ффееррммееннттаа кк ссууббссттррааттуу ппррооииссххооддиитт ззаа ссччеетт
ииоонннныыхх ииллии ввооддоорроодднныыхх ссввяяззеейй,, ррееддккоо —— ззаа ссччеетт ккооввааллееннттнныыхх.. ВВ
ккооннццее ррееааккццииии ееёё ппррооддуукктт ((ииллии ппррооддууккттыы)) ооттддеелляяююттссяя оотт
ффееррммееннттаа.. 11

12. В результате фермент снижает ээннееррггииюю ааккттииввааццииии
ррееааккццииии.. ЭЭттоо ппррооииссххооддиитт ппооттооммуу,, ччттоо вв ппррииссууттссттввииии
ффееррммееннттаа ррееааккцциияя ииддеетт ппоо ддррууггооммуу ппууттии ((ффааккттииччеессккии
ппррооииссххооддиитт ддррууггааяя ррееааккцциияя)),, ннааппррииммеерр::
ВВ ооттссууттссттввииее ффееррммееннттаа::
АА++ВВ == ААВВ
ВВ ппррииссууттссттввииии ффееррммееннттаа::
АА++ФФ == ААФФ
ААФФ++ВВ == ААВВФФ
ААВВФФ == ААВВ++ФФ
ггддее АА,, ВВ —— ссууббссттррааттыы,, ААВВ —— ппррооддуукктт ррееааккццииии,, ФФ —— ффееррммееннтт..
ФФееррммееннттыы ннее ммооггуутт ссааммооссттоояяттееллььнноо ооббеессппееччииввааттьь ээннееррггииеейй
ээннддееррггооннииччеессккииее ррееааккццииии ((ддлляя ппррооттееккаанниияя ккооттооррыыхх
ттррееббууееттссяя ээннееррггиияя)).. ППооээттооммуу ффееррммееннттыы,, ооссуущщеессттввлляяюющщииее
ттааккииее ррееааккццииии,, ссооппрряяггааюютт иихх сс ээккззееррггооннииччеессккииммии
ррееааккцциияяммии,, ииддуущщииммии сс ввыыддееллееннииеемм ббооллььшшееггоо ккооллииччеессттвваа
ээннееррггииии.. ННааппррииммеерр,, ррееааккццииии ссииннттееззаа ббииооппооллииммеерроовв ччаассттоо
ссооппрряяггааююттссяя сс ррееааккццииеейй ггииддррооллииззаа ААТТФФ..
ДДлляя ааккттииввнныыхх ццееннттрроовв ннееккооттооррыыхх ффееррммееннттоовв ххааррааккттееррнноо
яяввллееннииее ккооооппееррааттииввннооссттии..
12

13. ФФееррммееннттыы
Специфичность ферментов
1. Субстратная
2. Каталитическая
13

14. ФФууннккццииооннааллььннааяя ззннааччииммооссттьь ооттддееллььнныыхх
ууччаассттккоовв ааккттииввннооггоо ццееннттрраа ффееррммееннттаа
14

15. ССууббссттррааттннааяя ссппееццииффииччннооссттьь
(способность каждого фермента
взаимодействовать лишь с одним или
несколькими определёнными
субстратами):
Абсолютная
Групповая
Стереоспецифичность
15

16. 16
Абсолютная ссууббссттррааттннааяя ссппееццииффииччннооссттьь
мочевина

17. ГГррууппппооввааяя ссууббссттррааттннааяя
ссппееццииффииччннооссттьь
17

18. Стереоспецифичность кк
DD--ссааххаарраамм
18

19. Стереоспецифичность кк
цциисс--ттррааннсс--ииззооммеерраамм
19

20. 20
Фермент катализирует превращение присоединённого
субстрата по одному из возможных путей его
превращения. Это свойство обеспечивается
строением каталитического центра фермента и
называется каталитической специфичностью, или
специфичностью пути превращения субстрата.

21. э Каталитическая эффффееккттииввннооссттьь
21
Большинство катализируемых ферментами реакций
высокоэффективны. Они протекают в 108-1014 раз
быстрее, чем некатализируемые реакции.
Каждая молекула фермента способна за секунду
трансформировать от 100 до 1000 молекул субстрата
в продукт.
Количество молекул субстрата, превращённого в
продукт с помощью одной молекулы фермента за
1 с, называют числом оборотов фермента, или
молярной активностью.

22. ф Классификация фееррммееннттоовв ппоо ккллаассссаамм
1. Оксидоредуктазы
2. Трансферазы
3. Гидролазы
4. Лиазы
5. Изомеразы
6. Лигазы (синтетазы)
22

23. 11.. ООккссииддооррееддууккттааззыы
Подкласс дегидрогеназы
23

24. 11.. ООккссииддооррееддууккттааззыы
Подкласс оксидазы
24

25. 11.. ООккссииддооррееддууккттааззыы
Подкласс оксигеназы (гидроксилазы)
25

26. 22.. ТТррааннссффееррааззыы
26

27. 33.. ГГииддррооллааззыы
27

28. 44.. ЛЛииааззыы
28

29. 29
55.. ИИззооммееррааззыы

30. 30
55.. ИИззооммееррааззыы
Когда изомеризация состоит из внутримолекулярного
переноса группы, фермент называют «мутазой»

31. 31
66.. ЛЛииггааззыы ((ссииннттееттааззыы))
В случае, когда источником энергии служит любое другое макроэргическое
соединение (не АТФ), ферменты называют синтазами

32. ККооффааккттооррыы ии ккооффееррммееннттыы
Большинство ферментов для проявления
активности нуждаются в низкомолекулярных
органических соединениях небелковой
природы (коферментах) и/или в ионах
металлов (кофакторах).
Белковая часть сложного фермента называется
апоферментом (в отсутствии кофермента не
обладает каталитической активностью).
Кофермент с белковой молекулой называется
холоферментом (обладает каталитической
активностью).
32

33. РРоолльь ккооффааккттоорроовв
33
1.Роль металлов в присоединении субстрата
в активном центре фермента
2. Роль металлов в стабилизации третичной и
четвертичной структуры фермента
3. Роль металлов в ферментативном катализе
4. Роль металлов в регуляции активности
ферментов

34. ККооффааккттооррыы
1. Роль металлов в присоединении
субстрата в активном центре
фермента:
Ионы металлов – стабилизаторы
молекулы субстрата
· Ионы металла – стабилизаторы
активного центра фермента
34

35. ККооффааккттооррыы ((ммееттааллллыы))
35

36. ККооффааккттооррыы ((ммееттааллллыы))
Участие ионов магния в присоединении субстрата в
активном центре гексокиназы
36
В активном центре
гексокиназы есть
участки связывания
для молекулы
глюкозы и
комплекса Mg2+
-АТФ.
В результате
ферментативной
реакции происходит
перенос концевого
γ-фосфатного
остатка молекулы
АТФ на глюкозу с
образованием
глюкозо-6-фосфата.

37. 37
ККооффааккттооррыы ((ммееттааллллыы))
Ионы металла – стабилизаторы активного центра
фермента

38. 38
2. Роль металлов в стабилизации ттррееттииччнноойй ии
ччееттввееррттииччнноойй ссттррууккттууррыы ффееррммееннттаа
Участие ионов магния в присоединении субстрата в
активном центре пируваткиназы
Активный центр пируваткиназы имеет участки связывания для
фосфоенолпирувата и АДФ. Mg2+ участвует в стабилизации
активного центра, что облегчает присоединение
фосфоенолпирувата. В ходе ферментативной реакции
образуется пируват и АТФ.

39. 39
2. Роль металлов в стабилизации третичной и
четвертичной структуры фермента
Роль ионов цинка в стабилизации четвертичной структуры
алкогольдегидрогеназы

40. 3. Роль металлов вв ффееррммееннттааттииввнноомм ккааттааллииззее
40
Участие в электрофильном катализе

41. 3. Роль ммееттааллллоовв вв ффееррммееннттааттииввнноомм ккааттааллииззее
Участие в окислительно-восстановительных
реакциях
41

42. 3. Роль металлов вв ффееррммееннттааттииввнноомм ккааттааллииззее
Участие ионов меди в
активации молекулы
кислорода при
функционировании
дофамингидроксилазы
1 – восстановление Cu2+ ,
входящего в состав
активного центра
дофамингидроксилазы, до
Cu+ c помощью
аскорбиновой кислоты
2 – взаимодействие Cu+ c
кислородом с образованием
перекисного соединения
3 – перенос гидроксильной
группы на молекулу
дофамина с образованием
норадреналина
42

43. ККооффееррммееннттыы
Кофермент, локализуясь в каталитическом участке
активного центра, принимает непосредственное
участие в химической реакции, выступая в
качестве акцептора и донора химических
группировок, атомов, электронов.
Кофермент может быть связан с белковой частью
молекулы ковалентными и нековалентными
связями. В первом случае он называется
простетической группой (ФАД, ФМН, биотин,
липоевая кислота).
Примером кофермента, связанного с ферментом
нековалентной связью, является
тиаминдифосфат, НАД+, НАДФ+.
43

44. РРааззннооооббррааззииее ккооффееррммееннттоовв
Производные витаминов.
Гемы, входящие в состав цитохромов, каталазы,
пероксидазы, гуанилатциклазы, NO-синтазы и
являющиеся простетической группой.
Нуклеотиды – доноры и акцепторы остатка
фосфорной кислоты.
Убихинон, или кофермент Q, участвующий в
переносе электронов и протонов в цепи переноса
электронов.
S-аденозилметионин – донор метильной группы.
Глутатион, участвующий в окислительно-
восстановительных реакциях.
44

45. 1. Механизм «пинг-понг» (механизм
двойного замещения).
2. Последовательный механизм (для
протекания ферментативной реакции
требуется одновременно
взаимодействие двух субстратов).
Мультисубстратные ррееааккццииии
45

46. 11.. ММееххааннииззмм «ппииннгг--ппооннгг»
46

47. 11.. ММееххааннииззмм «ппииннгг--ппооннгг»
События в активном центре аминотрансферазы как пример механизма
«пинг-понг». Кофермент пиридоксальфосфат (ПФ), связанный с
ферментом, принимает α-аминогруппу от первой аминокислоты (АК1),
которая при этом превращается в α-кетокислоту 1 (КК1) и высвобождается из
активного центра фермента. Далее в активный центр фермента
присоединяется α-кетокислота 2 (КК2), которая забирает аминогруппу от
кофермента и превращается в α-аминокислоту (АК2). 47

48. ММееххааннииззмм
«ппииннгг--ппооннгг»
Структура (А) и химическое строение (Б) коферментов FMN и FAD 48

49. 11.. ММееххааннииззмм «ппииннгг--ппооннгг»
49

50. 11.. ММееххааннииззмм «ппииннгг--ппооннгг»
АН2 – донор водорода,
окисляемый субстрат
1;
А – окисленная форма
субстрата 1;
В – акцептор водорода
– субстрат 2;
Е (FAD), E (FADH2) –
окисленная и
восстановленная
формы кофермента
FAD, входящего в
состав фермента Е
50

51. 11.. ММееххааннииззмм «ппииннгг--ппооннгг»
51

52. 52
22.. ППооссллееддооввааттееллььнныыйй ммееххааннииззмм
Механизм упорядоченного взаимодействия субстрата с активным
центром фермента
Механизм случайного взаимодействия субстрата с активным
центром фермента

53. 22.. ППооссллееддооввааттееллььнныыйй ммееххааннииззмм
Структура (А) и химическое строение (Б) коферментов NAD+ и NADP+
53

54. 22.. ППооссллееддооввааттееллььнныыйй ммееххааннииззмм
54

55. 2. Последовательный ммееххааннииззмм
((ссооппрряяжжёённнныыее ррееааккццииии))
АН2 – донор водорода,
восстановленная
форма субстрата 1;
А – окисленная форма
субстрата 1;
В – акцептор водорода
– второй субстрат;
ВН2 – восстановленная
форма субстрата 2;
NAD+, NADH –
окисленная и
восстановленная
формы кофермента;
Е1 и Е2 - ферменты 55

56. 22. . Последовательный ммееххааннииззмм
((ссооппрряяжжёённнныыее ррееааккццииии))
56

57. ММееххааннииззмм ддееййссттввиияя ффееррммееннттоовв
ЭЭннееррггееттииччеессккииее ииззммееннеенниияя ппррии ххииммииччеессккиихх ррееааккцциияяхх
Изменение свободной энергии при разложении
угольной кислоты 57

58. ЭЭннееррггиияя ааккттииввааццииии
Энергией активации называют
дополнительное количество кинетической
энергии, необходимое молекулам вещества,
чтобы они вступили в реакцию.
При достижении этого энергетического
барьера в молекуле происходят изменения,
вызывающие перераспределение химических
связей и образование новых соединений.
Разницу энергий между исходным реагентом и
конечными продуктами называют
изменением свободной энергии реакции
(ΔG).
58

59. Механизм ддееййссттввиияя ффееррммееннттоовв
ЭЭннееррггееттииччеессккииее ииззммееннеенниияя ппррии ххииммииччеессккиихх ррееааккцциияяхх
Изменение свободной энергии в ходе химической
реакции, некатализируемой и катализируемой
ферментами
Фермент понижает энергию активации Еа, т.е. снижает высоту
энергетического барьера. В результате возрастает доля реакционно-
способных молекул, следовательно, увеличивается скорость реакции. 59

60. Сходство ферментов сс ннееббииооллооггииччеессккииммии
ккааттааллииззааттооррааммии::
1. Ферменты катализируют
энергетически возможные реакции
(т.е. реакции, которые не
противоречат законам
термодинамики).
2. Энергия химической системы остаётся
постоянной.
3. В ходе катализа направление реакции
не изменяется.
4. Ферменты не расходуются в процессе
катализа.
60

61. ООттллииччиияя ффееррммееннттоовв оотт
ннееббииооллооггииччеессккиихх ккааттааллииззааттоорроовв::
1. Скорость ферментативных реакций выше,
чем реакций, катализируемых небелковыми
катализаторами.
2. Ферменты обладают высокой
специфичностью.
3. Ферментативная реакция проходит в
клетке, т.е. при температуре 37оС,
постоянном атмосферном давлении и
физиологическом значении рН.
4. Скорость ферментативной реакции может
регулироваться. 61

62. ММееххааннииззмм ддееййссттввиияя ффееррммееннттоовв
ЭЭттааппыы ффееррммееннттааттииввннооггоо ккааттааллииззаа
I – этап сближения и ориентации субстрата относительно активного
центра фермента;
II – образование фермент-субстратного комплекса (ES) в результате
индуцированного соответствия;
III – деформация субстрата и образование нестабильного комплекса
фермент0продукт (ЕР);
IV – распад комплекса (ЕР) с высвобождением продуктов реакции из
активного центра фермента и освобождением фермента 62

63. Молекулярные механизмы ффееррммееннттааттииввннооггоо ккааттааллииззаа
ККииссллооттнноо--ооссннооввнныыйй ккааттааллиизз ннаа ппррииммееррее ррааббооттыы
ааллккооггооллььддееггииддррооггееннааззыы ппееччееннии
I – молекула этилового спирта имеет центр связывания, обеспечивающий
гидрофобное взаимодействие активного центра и метильной группы спирта;
II – положительно заряженный атом цинка способствует отщеплению протона от
спиртовой группы этанола с образованием отрицательно заряженного атома
кислорода. Отрицательный заряд перераспределяется между атомом кислорода
и соседним атомом водорода, который затем в виде гидрит-иона переносится
на четвёртый углеродный атом никотинамида кофермента NAD+;
III – в результате формируется восстановленная форма NADH и уксусный
альдегид. 63

64. Молекулярные механизмы ферментативного ккааттааллииззаа
ККооввааллееннттнныыйй ккааттааллиизз
Механизм ковалентного катализа в активном центре химотрипсина
64

65. Основы кинетики ффееррммееннттааттииввнныыхх
ррееааккцциийй
Зависимость скорости ферментативной реакции (V)
от концентрации фермента
65

66. ООссннооввыы ккииннееттииккии ффееррммееннттааттииввнныыхх ррееааккцциийй
Ea
Зависимость скорости ферментативной реакции (V)
от температуры 66

67. 67
Поскольку динамика температуры тела
пойкилотермных организмов определяется
изменениями температуры среды,
Интенсивность их метаболизма также оказывается
в прямой зависимости от внешней температуры.
Влияние температуры на обменные процессы
прослеживается при изучении онтогенетического
развития пойкилотермных организмов. Оно протекает тем
быстрее, чем выше температура окружающей среды.
Длительность развития икры сельди
при температуре 0,5 0С составляет 40 – 50 сут,
а при 16 0С — всего 6 – 8;
развитие икры форели при 2 0С продолжается 205 сут,
при 5 0С — 82, при 10 0С — 41 сут

68. Основы ккииннееттииккии ффееррммееннттааттииввнныыхх ррееааккцциийй
Зависимость скорости ферментативной реакции (V)
от рН среды
68

69. Оптимальные ззннааччеенниияя ррНН ддлляя ннееккооттооррыыхх
ффееррммееннттоовв
69

70. ООссннооввыы ккииннееттииккии ффееррммееннттааттииввнныыхх ррееааккцциийй
Зависимость скорости реакции (V)
от концентрации субстрата (S)
Vmax – максимальная скорость реакции при данной
концентрации фермента в оптимальных условиях
проведения реакции;
Km – константа Михаэлиса. 70

71. ККииннееттииккаа ффееррммееннттааттииввнныыхх
ррееааккцциийй
Леонор Михаэлис — немецкий
биохимик, известен по
совместной работе с Мод
Ментен в области кинетики
ферментативных
 реакций и
разработке уравнения
Михаэлиса-Ментен.
EE ++ SS ⟺ EESS ⟶ EE ++ PP
УУррааввннееннииее ииммеееетт ввиидд::
VV == VVmmSS //((SS++KKMM)),,
где
•Vm — максимальная скорость реакции, равная kcatE0;
•KM — константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при
которой скорость реакции составляет половину от максимальной;
•S — концентрация субстрата.

72. Зависимость скорости реакции (V)
от концентрации субстрата (S)
Vmax – максимальная скорость реакции при данной
концентрации фермента в оптимальных условиях
проведения реакции;
Km – константа Михаэлиса. 72

73. Схема конкурентного
ингибирования
активности
фермента
73
Ингибирование ферментативной ааккттииввннооссттии
ООббррааттииммооее ииннггииббииррооввааннииее -- ККооннккууррееннттннооее ииннггииббииррооввааннииее

74. Для фермент-субстратного комплекса применим метод
74
квазистационарности, так как в подавляющем
большинстве реакций
Kонстанта скорости превращения фермент-
субстратного комплекса в фермент и продукт
много больше, чем константа скорости
образования ферменто-субстратного комплекса
из фермента и субстрата K(E+P) >> KES
Фермент, изначально находившийся только в
свободной форме, в процессе реакции
находится как в виде фермент-субстратного
комплекса, так и в виде молекул свободного
фермента : E0 = E + ES

75. Если k-1>>k2, то на первой стадии
ферментативной реакции с течением
времени устанавливается равновесие
(квазиравновесный режим протекания
реакции), и в выражение для скорости
ферментативной реакции входит уже не
константа Михаэлиса, а субстратная
константа KS, характеризующая
взаимодействие фермента с субстратом
в равновесных условиях:
75

76. Ингибирование ферментативной ааккттииввннооссттии
ООббррааттииммооее ииннггииббииррооввааннииее
ККооннккууррееннттннооее ииннггииббииррооввааннииее ссууккццииннааттддееггииддррооггееннааззыы ммааллооннооввоойй ккииссллооттоойй
I – сукцинат связывается с
активным центром фермента
сукцинатдегидрогеназы;
II – в ходе ферментативной
реакции происходит отщепление
двух атомов водорода от
сукцината и присоединение их к
коферменту FAD. В результате
образуется фумарат, который
высвобождается из активного
центра сукцинатдегидрогеназы;
III – малоновая кислота –
структурный аналог сукцината,Э
она также связывается с
активным центром
сукцинатдегидрогеназы. При
этом химическая реакция не
идёт.
76

77. Ингибирование ферментативной ааккттииввннооссттии
ООббррааттииммооее ииннггииббииррооввааннииее
ККооннккууррееннттннооее ииннггииббииррооввааннииее ааццееттииллххооллииннээссттееррааззыы ппррооззеерриинноомм
А – присоединение ацетилхолина
в активном центре фермента.
Стрелкой указано место
гидролиза эфирной связи в
молекуле ацетилхолина;
Б – присоединение конкурентного
ингибитора – прозерина в
активном центре фермента.
Указано место гидролиза
прозерина, однако, реакция
идёт намного медленнее, чем с
ацетилхолином;
В – присоединение конкурентного
ингибитора в активном центре
фермента – эндрофония.
Эндрофоний связывается в
активном центре
ацетилхолинэстеразы,
препятствуя присоединению
ацетилхолина.
77

78. Ингибирование ффееррммееннттааттииввнноойй ааккттииввннооссттии
ООббррааттииммооее ииннггииббииррооввааннииее
ССххееммаа ннееккооннккууррееннттннооггоо ииннггииббиирроовваанниияя ааккттииввннооссттии ффееррммееннттаа
78

79. ИИннггииббииррооввааннииее ффееррммееннттааттииввнноойй ааккттииввннооссттии
ННееооббррааттииммооее ииннггииббииррооввааннииее
Механизм действия ионов ртути как необратимого ингибитора
Ионы ртути в малых концентрациях блокируют сульфгидрильные группы
активного центра, что приводит к снижению скорости ферментативной
реакции 79

80. Ингибирование ферментативной ааккттииввннооссттии
ННееооббррааттииммооее ииннггииббииррооввааннииее
Ингибирование активности ферментов вследствие
ковалентной модификации остатков цистеина
80

81. Ингибирование ффееррммееннттааттииввнноойй ааккттииввннооссттии
ННееооббррааттииммооее ииннггииббииррооввааннииее
81

82. Организация химических реакций вв ммееттааббооллииччеессккииее ппууттии
82

83. Внутриклеточная ллооккааллииззаацциияя ффееррммееннттоовв
83

84. 1. Изменением количества молекул
фермента.
2. Доступностью молекул субстрата и
кофермента.
3. Изменением каталитической
активности молекулы фермента.
Регуляция скорости ффееррммееннттааттииввнныыхх ррееааккцциийй
ооссуущщеессттввлляяееттссяя ннаа ттррёёхх ннееззааввииссииммыыхх ууррооввнняяхх
84

85. Принципы ррееггуулляяццииии ммееттааббооллииччеессккиихх ппууттеейй
РРееггуулляяцциияя ккооллииччеессттвваа ммооллееккуулл ффееррммееннттаа
85

86. 1. Аллостерическая регуляция.
2. Регуляция с помощью белок-белковых
взаимодействий.
3. Регуляция путём
фосфорилирования/дефосфорилирова
ния молекулы фермента.
4. Регуляция частичным (ограниченным)
протеолизом.
Основные способы ррееггуулляяццииии ааккттииввннооссттии
ффееррммееннттоовв::
86

87. Принципы регуляции ммееттааббооллииччеессккиихх ппууттеейй
РРееггуулляяцциияя ккааттааллииттииччеессккоойй ааккттииввннооссттии ффееррммееннттаа
Схема, поясняющая работу аллостерического фермента
А – действие отрицательного эффектора (ингибитора):
Б – действие положительного эффектора (активатора). 87

88. ППррииннццииппыы ррееггуулляяццииии ммееттааббооллииччеессккиихх ппууттеейй
88
РРееггуулляяцциияя ккааттааллииттииччеессккоойй ааккттииввннооссттии ффееррммееннттаа

89. Принципы регуляции ммееттааббооллииччеессккиихх ппууттеейй
ССххееммаа ппооллоожжииттееллььнноойй ии ооттррииццааттееллььнноойй ррееггуулляяццииии ккааттааббооллииззммаа
ггллююккооззыы
Молекула АТФ участвует
в ретроингибировании
аллостерических
ферментов
фосфофруктокиназы и
пируваткиназы.
Фруктозо-1,6-бисфосфат
– активатор
метаболического пути
распада глюкозы.
Плюсами отмечена
активация, минусами –
ингибирование
ферментов.
89

90. Принципы регуляции ммееттааббооллииччеессккиихх ппууттеейй
ААккттиивваацциияя ффееррммееннттоовв вв ррееззууллььттааттее ппррииссооееддииннеенниияя ррееггуулляяттооррнныыхх
ббееллккоовв
Регуляция активности
аденилатциклазы
Гормон (Г), взаимодействуя с
рецептором (R) на
поверхности клеток, приводит
к уменьшению сродства ГТФ-
связывающего белка (G-
белка, состоящего из
протомеров α, β, γ ) к ГТФ и
увеличению сродства к ГТФ.
Присоединение молекулы ГТФ
к активному центру G-белка
вызывает диссоциацию
комплекса на субъединицы α-
ГТФ и димерβγ. Комплекс α-
ГТФ активирует
аденилатциклазу, что
способствует синтезу из АТФ
внутриклеточных
регуляторных молекул цАМФ.
АЦ – аденилатциклаза.
ПКА – протеинкиназа А.
Pi – Н3РО4. 90

91. Принципы ррееггуулляяццииии ммееттааббооллииччеессккиихх ппууттеейй
РРееггуулляяцциияя ккааттааллииттииччеессккоойй ааккттииввннооссттии ффееррммееннттоовв
аассссооццииааццииеейй//ддииссссооццииааццииеейй ппррооттооммеерроовв
91

92. Принципы регуляции ммееттааббооллииччеессккиихх ппууттеейй
РРееггуулляяцциияя ккааттааллииттииччеессккоойй ааккттииввннооссттии ффееррммееннттоовв ппууттёёмм
ффооссффооррииллиирроовваанниияя//ддееффооссффооррииллиирроовваанниияя
92

93. Принципы регуляции ммееттааббооллииччеессккиихх ппууттеейй
РРееггуулляяцциияя ккааттааллииттииччеессккоойй ааккттииввннооссттии ффееррммееннттоовв ччаассттииччнныымм
((ооггррааннииччеенннныымм)) ппррооттееооллииззоомм
Под действием
фермента
кишечника
энтеропептидазы
происходит
гидролиз пептидной
связи Лиз-Иле.
В результате
отщепления
гексапептида с N-
конца формируется
активный центр в
оставшейся части
фермента
93

94. ППррииммееннееннииее ффееррммееннттоовв вв ммееддииццииннее
Изоформы лактат-
дегидрогеназы
А – строение различных
изоформ ЛДГ;
Б – распределение на
электрофореграмме и
относительные
количества изоформ
ЛДГ в различных
органах;
В – содержание изоформ
ЛДГ в плазме крови в
норме и при патологии
(электрофореграммы –
слева и
фотометрическое
сканирование -
справа). 94

95. ППррииммееннееннииее ффееррммееннттоовв вв ммееддииццииннее
Изменение активности ферментов в плазме крови
при инфаркте миокарда
95