Заняття 14. Ферменти. Загальні уявлення о каталізі....

ФЕРМЕНТЫФЕРМЕНТЫ

Общая характеристика. Общая характеристика. Номенклатура и классификация.Номенклатура и классификация.

Структурно-функциональная Структурно-функциональная организация.организация.

Механизм действия. Механизм действия.

Ферменты - это специфические белки, которые ускоряют реакции, т.е играют роль биологических катализаторов.

E – Фермент

S – Субстрат

P – Продукт

ES – фермент-субстратный комплекс

1856 г. во Французском городе Лилле г-н. Биго, владелец фабрики по производству спирта, попросил Л. Пастера определить причину заболевания спиртовых чанов – открытие бактерий.

1876 г. Труд Пастера о брожении

История изучения ферментовИстория изучения ферментов

«Те люди, которые думают, что процесс брожения обусловлен анималькулями, подобны детям, которые полагают, что течение Рейна обусловлено вращением колес водяных мельниц, стоящих на его берегах»

Ю. Либих

«Без живых дрожжей не может быть никакого спирта»

Л. Пастер

История изучения ферментовИстория изучения ферментов

1897 г. Э. Бюхнер показал, что возможно получить спирт БЕЗ живых дрожжей.

«зимаза» - вещество из дрожжей.

История изучения ферментовИстория изучения ферментов

Константин Сигизмундович Кирхгоф (Константин Готтлиб Сигизмунд) – русский химик. Открыл фермент, содержащийся в вытяжке из проросших семян ячменя и осуществляющий превращение крахмала в глюкозу.

Пайен Ансельм (1795-1871) и Персо Жан-Франсуа (1805-1868) - В 1833 году впервые выделили и очистили фермент - амилазу пшеницы, показали, что она утрачивает активность при нагревании, и предложили гипотезу о центральной роли подобных веществ в биологических процессах.

Термины "энзим" и "фермент" немецкий химик Кюне предложил только в 1877 г., а в 1893 г. немецкий физикохимик и философ Оствальд, лауреат Нобелевской премии по химии 1909 г., доказал, что ферменты являются катализаторами.

Пайен Ансельм

История изучения ферментовИстория изучения ферментов

Общие свойства ферментов и Общие свойства ферментов и небелковых катализаторов :небелковых катализаторов :

1. Увеличивают скорость реакции

2. Снижают энергию активации

3. После реакции выделяются в неизменном виде

4. Ускоряют только термодинамически возможные реакции

5. Не изменяют направления реакции, ускоряя как прямую, так и обратную реакции

ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ

Еисх

Епрод

Отличительные признаки Отличительные признаки ферментативного катализа:ферментативного катализа:

1. Более высокая эффективность

2. Специфичность

3. Регулируемость

4. Мягкие условия протекания реакций

5. Почти 100%-ный выход продуктов

Номенклатура ферментовНоменклатура ферментов

Способы номенклатуры:

-Тривиальное название (пепсин, трипсин и т.д.)

-Рабочее название:

Название субстрата+тип реакции+аза

Лактатдегидрогеназа

Систематическое название:

Субстрат1:субстрат2-класс фермента

L-лактат:НАД-оксидоредуктаза

Лецитин:холестерин-ацилтрансфераза

-Код фермента

Класс.Подкласс.Подподкласс.Индивидуальный номер

1.1.1.27

Классификация ферментовКлассификация ферментов

1. Оксидоредуктазы

2. Трансферазы

3. Гидролазы

4. Лиазы

5. Изомеразы

6. Лигазы

Окислительно-восстановительные реакции

Перенос групп от одного субстрата к другому

Разрыв связей с присоединением воды

Разрыв связей негидролитическим путем

Изомерные превращения в пределах одной молекулы

Присоединение одной молекулы к другой с использованием энергии АТФ

Дегидрогеназы

Аминотрансферазы

Эстеразы, липазы, пептидазы

Декарбоксилазы

Таутомеразы, мутазы

Синтетазы

КФ 1.1.1.27 - Лактатдегидрогеназа

Классификация ферментовКлассификация ферментов

Подклассы – определяют, на какую группу в субстрате действует фермент.

Например:

1. Оксидоредуктазы

1.1. Действуют на СН-ОН группу доноров

1.2. Действуют на альдегидную или кетонную группу

1.3.Действуют на СН-СН группу

и т.д.

Классификация ферментовКлассификация ферментовПодподклассы – уточняют, какое вещество является вторым субстратом (если субстратов 2), или к какой группе веществ относится субстрат (если субстрат 1).

Например:

1. Оксидоредуктазы

1.1. Действуют на СН-ОН группу доноров

1.1.1. Акцептором служит НАД или НАДФ

1.1.2. Акцептором служит цитохром

1.1.3. Акцептором служит О2

и т.д.

3. Гидролазы

3.5. Действуют на С-N связи, отличающиеся от пептидных

3.5.1. В линейных амидах

3.5.2. В циклических амидах

3.5.3. В линейных амидинах

и т.д.

По строению ферменты могут быть:

однокомпонентными, простыми белками, состоящими только из аминокислот и

двухкомпонентными, сложными белками.

Структура ферментовСтруктура ферментов

Холофермент

Апофермент

Кофермент

-кофактор (нековалентно связан);

простетическая группа (ковалентно)

1.Участие в процессе катализа,2.Контакт фермента и субстрата,3.Стабилизация апофермента.

Mg2+, Мn2+, Са2+

ИИоонныы ФФееррммееннтт ККооффееррммееннтт ФФееррммееннтт

Fe2+ или Fe3+

Цитохром оксидаза Каталаза Пероксидаза

Тиамин пирофосфат (TPP)

Пируват дегидрогеназа Сукцинат дегидрогеназа Алкоголь дегидрогеназа

Cu2+

Цитохром оксидаза

Флавин аденин динеклеотид (ФАД)

Пируват дегидрогеназа Сукцинат дегидрогеназа Алкоголь дегидрогеназа

Zn2+

ДНК полимераза Алкоголь дегидрогеназа

Никотинамид аденин динуклеотид (НАД+)

Пируват дегидрогеназа Сукцинат дегидрогеназа Алкоголь дегидрогеназа

Mg2+

Гексокиназа Глюкозо-6-фосфотаза

Коэнзим A (CoA)

Ацетил-КоА карбоксилаза

Структура коферментов производных Структура коферментов производных водорастворимых витаминов – НАД+ и КоАводорастворимых витаминов – НАД+ и КоА

АКТИВНЫЙ ЦЕНТР- часть молекулы фермента где происходит связывание и превращение субстрата.

Чаще всего в каталитических центрах однокомпонентных ферментов встречаются остатки Сер, Гис, Три ,Арг, Цис, Асп, Глу и Тир

Аллостерический центр - участок молекулы фермента вне его активного центра - Регуляторный центр

Механизм действия ферментовМеханизм действия ферментов

ФЕРМЕНТ

СУБСТРАТПРОДУКТ

E+S ES ES* ES** E+PІІІІ ІІ

Различают три основных этапа ферментативного катализа.

1 этап. Присоединение субстрата к активному центру фермента. Образование фермент-субстратного комплекса

Взаимодействие фермента с субстратом: а) - модель "жесткой матрицы"; б) - модель "перчатка - рука".

а) б)