Материал: Biokhimia_v_risunkakh
3. Частичный протеолиз - превращение неактивного фермента (зимогена или профермента) в активный путем отщепления полипептидного участка. При этом гидролизуется одна пептидная связь, т.е. главным является изменение первичной структуры фермента . Характерен для протеолитических ферментов, участвующих в переваривании белков.
|
Н2О |
неактивный фермент |
полипептидный участок |
активный фермент |
Это эволюционно закрепленный механизм защиты структурных белков клетки от действия протеаз.
4. Фосфорилирование - дефосфорилирование ферментов
Ряд ферментов при фосфорилировании (введении отрицательно заряженной фосфорной группы) под действием фермента протеинкиназы активируется, например:
|
АТФ АДФ |
|
|
липаза |
протеинкиназа |
липаза |
Ф |
неактивная |
|
активная |
|
Другие ферменты активируются при дефосфорилировании:
гликоген- |
гликоген- |
синтаза |
синтаза |
неактивная
активная
Н2О
протеинфосфотаза
5. Ассоциация и диссоциация протомеров
Некоторые ферменты активируются присоединением или отщеплением регуляторных субъединиц или белков-регуляторов. При этом главным является изменение четвертичной структуры фермента.
ассоциация
диссоциация
15
XIII. Ингибирование ферментов
Изучение ингибирования дало ключ к пониманию механизма действия многих ферментов, позволило понять суть ферментативного катализа, изучить многие
метаболический процессы. Оно имеет также прикладное значение, т.к. ингибиторы применяются в фармакологии, фармацевтической промышленности.
Ингибиторы характеризуются прочностью связывания с субстратом, (устанавливается диализом), поэтому делятся на две группы:
1. Необратимые ингибиторы – соединения, специфически связывают функциональные группы фермента, образуя с ним прочные ковалентные связи.
2. Обратимые ингибиторы – образуют непрочные, нековалентные связи и могут диссоциировать от фермента.
|
|
ингибиторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обратимые |
|
|
необратимые |
|
|
|
|
||||
ингибиторы |
|
|
|
|
|
ингибиторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конкурентные |
|
|
|
неконкурентные |
|
|
|
|
ингибиторы |
|
|
|
ингибиторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Конкурентное ингибирование
Е
Е
Е
Действие многих лекарственных препаратов основано на конкурентном ингибировании.
Например, для лечения подагры, связанной с накоплением мочевой кислоты, применяется конкурентный ингибитор ксантиноксидазы - аллопуринол, который является структурным аналогом ксантина - промежуточного продукта в процессе образования мочевой кислоты:
|
|
аллопуринол |
|
|
_ |
пуриновые осования |
ксантин |
мочевая кислота |
16 |
|
ксантиноксидаза |
|
|
2. Неконкурентное ингибирование
Ингибитор (I) не имеет структурного сходства с субстратом (S) (т.е. сродства к активному центру фермента), поэтому связывание ингибитора с ферментом часто происходит не в активном центре, а в другой части молекулы субстрата. При этом может образовываться тройной комплекс ESI. Устранить неконкурентное ингибирование высокими концентрациями субстрата невозможно, для этого нужны вещества, связывающие ингибитор.
Е |
Е |
|
Е |
|
|
Неконкурентный ингибитор |
Конкурентный ингибитор |
уменьшает Vmax , но не изменяет |
увеличивает KM, но не |
сродство фермента к субстрату |
изменяет Vmax |
Аллостерическое ингибирование относится к неконкурентному, и часто реализуется по типу обратной отрицательной связи, т.е. конечный продукт ряда последовательных реакций (Рn) является ингибитором одного из ферментов, катализирующих эти реакции (например, Е 1). В этом случае ингибируется регуляторный аллостерический фермент, который катализирует скорость определяющую (самую медленную) стадию процесса:
S |
|
|
Р1 |
|
Р2 |
|
Р3 |
|
|
Рn |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Е1 |
Е2 |
Е3 |
Еn |
|
||||
|
|
|
||||||||
_
Иногда при продолжительном действии неконкурентного ингибитора и образовании прочных связей с ферментом такое ингибирование становится необратимым.
Необратимые ингибиторы часто бывают токсичными.
•Например , цианиды, прочно связываясь с железом, входящим в активный центр цитохромоксидазы, блокируют дыхательную цепь, что ведет к смерти клетки.
•Ионы тяжелых металлов очень токсичны т.к. блокируют SH-группы в активном
центре ферментов, при этом субстрат может связаться с активным центром, но продукты не будут образовываться.
• Ингибиторы холинэстэразы, которая расщепляет ацетилхолин |
(нейромедиатор), |
фосфорилируют каталитическую группу фермента необратимо |
(отравляющие |
вещества зарин, зоман). |
17 |
XIV. Применение ферментов в медицине
Применение ферментов в медицине развивается по трем основным направлениям:
Энзимопатология - исследование ферментативной активности в норме и патологии и выявление таким образом наследственных заболеваний - энзимопатий, связанных с генетическим дефектом. Такой дефект гена приводит к нарушению синтеза определенного белка, если же этот белок является ферментом, это ведет к изменению скорости катализируемой им реакции, т.е. к нарушению метаболизма.
Энзимотерапия - использование ферментов и регуляторов действия ферментов в качестве лекарственных средств. Например, ингибиторы протеолитических ферментов (которые в норме продуцируются поджелудочной железой в неактивном состоянии)
используются для предотвращения аутолиза поджелудочной железы при остром панкреатите.
Энзимодиагностика - развивается по двум направлениям:
Применение высокоочищенных ферментов как аналитических реактивов, т.е. в качестве избирательных реагентов для количественного определения химических веществ (нормальных или патологических) в биологических жидкостях с диагностической целью. Этот метод диагностики отличается высокой специфичностью и чувствительностью. в клинике этими методами определяют содержание глюкозы, лактата, ХС, ТАГ, мочевины, мочевой кислоты и др.
Обнаружение самих ферментов в сыворотке крови при поражении органов и тканей. При этом изменение концентрации (активности) самого фермента является скорее следствием, чем причиной патологического процесса. Такие измерения обычно проводят в плазме, хотя ферментный анализ других биологических жидкостей, таких как моча или сок поджелудочной железы, также может дать полезную информацию. Большинство ферментов, определяемых в плазме, являются внутриклеточными и освобождаются в кровь при повреждении клеточных мембран, но многие ферменты, например, ренин, факторы свертывания крови, активно секретируются в кровь, где и выполняют свою физиологическую функцию.
В небольших количествах внутриклеточные ферменты присутствуют в крови как результат клеточного обновления. При повреждении клеток освобождается большое количество ферментов, что отражается в возрастании их концентрации в крови. Это так называемые “индикаторные ферменты”.
18
Задания для самопроверки и самокоррекции
Задача 1. У гастроэнтерологического больного понижена кислотность желудочного сока, вследствие чего нарушено переваривание белков в желудке. Какое свойство ферментов, переваривающих белки (в частности, пепсина) проявляется в данном случае?
A.Зависимость активности ферментов от pН.
B.Специфичность ферментов.
C.Термолабильность ферментов.
D.Денатурация ферментов.
E.Влияние ингибиторов на активность ферментов.
Задача 2. При моделировании биохимического процесса смесь, содержащую субстрат реакции, буферный раствор и фермент, инкубировали при 80ºС в течение 30 минут. Качественная реакция на продукт отрицательна. Какое свойство ферментов привело к прекращению реакции?
A.Относительная специфичность.
B.Абсолютная специфичность.
C.Стереоспецифичность.
D.Зависимость от pН.
E.Денатурация ферментов.
Задача 3. При изучении физико-химических свойств лактатдегидрогеназы (ЛДГ),
выделенной из сердечной мышцы и из скелетных мышц, определили их
различную электрофоретическую подвижность, различные рН оптимумы. При этом оба белка-фермента катализировали одну реакцию. Чем обусловлены
различия в свойствах изоферментов?
A.Различиями в первичной структуре.
B.Различиями во вторичной структуре.
C.Различиями в третичной структуре.
D.Различиями в четвертичной структуре.
Задача 4. Лекарственные препараты на основе салицилатов являются обратимыми не конкурентными ингибиторами фермента
глутаматдегидрогеназы. Предложите метод, который можно использовать для снижения степени ингибирования:
А. Увеличить концентрацию субстрата В. Снизить концентрацию ингибитора С. Изменить значение рН среды
D. Ввести структурный аналог субстрата Е. Снизить концентрацию субстрата.
Правильность решения проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.
1-А, 2-Е,
19