АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Установите соответствие.

Тип реакции, в которой участвует кофермент:

A. Карбоксилирование.

Б. Окисление-восстановление

B. Декарбоксилирование кетокислот. Г. Трансаминирование.

Д. Ацилирование.

Кофермент:

1. Биотин.

2. Пиридоксальфосфат.

3. NAD^+.

РЕШИТЕ ЗАДАЧИ

1. Карбоангидраза II повышает скорость образования угольной кислоты в эритроцитах в 1500- 2000 раз по сравнению с аналогичной реакцией, протекающей в плазме крови, не содержащей карбангидразы: СО₂ + Н₂О↔Н₂СО₃↔НСО₃^- + Н⁺.

Объясните, как ферменты ускоряют реакции и от чего зависит направление данной реакции. Для этого:

а) опишите этапы ферментативного катализа;

б) представьте кривые, объясняющие роль фермента (карбоангидразы II) в этом превращении;

в) укажите направление этой реакции в капиллярах легких и капиллярах тканей.

2. Студент-кружковец получил образцы крови больного для определения активности щелочной и кислой фосфатазы. Для проведения анализа он составил 2 инкубационные смеси, которые включали:

1. субстраты фермента;

2. плазму крови (содержащую ферменты);

3. буфер для поддержания рН плазмы крови

(7,36).

По истечении времени инкубации студент сделал соответствующие измерения и рассчитал удельную активность ферментов. Какие результаты мог получить студент? Для ответа:

а) приведите схему реакции, которую катализируют эти ферменты, назовите их класс;

б) напишите формулу для расчета удельной активности ферментов;

в) проанализируйте правильность составления инкубационной смеси студентом;

г) укажите, заниженные или завышенные результаты получил студент при расчете удельной активности.

3. Белки пищи перевариваются (гидролизуются) ферментом желудочного сока пепсином. В норме оптимум рН пепсина 1,5-2,0. Почему у больных с гипоацидным гастритом, при котором повышается рН желудочного сока, нарушается переваривание белков в желудке? Для ответа на вопрос:

а) укажите, какие связи расщепляет пепсин в белках пищи, и класс ферментов, к которому он относится;

б) нарисуйте график зависимости активности пепсина от рН, объясните, какие белки будут быстрее перевариваться в желудочнокишечном тракте денатурированные или нативные.

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ

ФЕРМЕНТОВ

Важным свойством ферментов является способность проявлять активность, соответствующую потребностям клетки и всего организма. Это возможно благодаря существованию специальных механизмов, позволяющим ферментам реагировать на изменение метаболизма в клетке и воспринимать сигналы из окружающей среды.

Повышение или понижение скорости отдельных реакций осуществляется путем изменения количества фермента (для этого требуются часы) или его активности (это происходит очень быстро) либо используются оба механизма. Существует несколько способов регуляции активности ферментов.

Фосфорилирование и дефосфорилирование - обратимая ковалентная модификация

Фосфорилирование белков осуществляют ферменты протеинкиназы, относящиеся к классу трансфераз. Они катализируют образование сложноэфирной связи между фосфатной группой и НО-группой аминокислотных остатков серина, треонина или тирозина. Донором фосфатной группы чаще всего является АТФ (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Фосфорилирование и дефосфорилирование ферментов

Дефосфорилирование - реакцию, обратную фосфорилированию, катализируют ферменты протеинфосфатазы, относящиеся к классу гидролаз.

Активность протеинкиназ и протеинфосфатаз регулируется, как правило, гормонами

Активация ферментов фосфорилированием

Триацилглицерол-липаза(ТАГ-липаза) - внутриклеточный фермент жировой ткани. В дефосфорилированной форме фермент неактивен.

Под действием специфический протеинкиназы А (ПКА) фермент фосфорилируется и переходит в активную форму (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Фосфорилирование и активация ТАГ-липазы

В результате фосфорилирования происходят изменение заряда, конформации фермента; конформации активного центра фермента. Повышается сродство фермента к субстрату и возрастает скорость ферментативной реакции.

Активация ферментов дефосфорилированием

Для некоторых ферментов, обеспечивающих метаболизм глюкозы, холестерола, гликогена, фосфорилированная форма является неактивной. Например, фермент пируваткиназа, участвующий в катаболизме глюкозы, переходит в активную форму только после отщепления фосфорного остатка. Поэтому в данном случае фосфорилирование вызывает снижение активности, а дефосфорилирование - повышение активности фермента (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Активация фермента с помощью дефосфорилирования

Частичный протеолиз

Целый ряд ферментов вырабатывается клетками организма в каталитически неактивной форме в виде проферментов, или зимогенов. Активация профермента происходит путем отщепления от него пептида - частичного протеолиза (рис. 2.24).

В результате частичного протеолиза (отщепления пептида) изменяются первичная структура, молекулярная масса, конформация фермента и его активного центра, повышаются сродство к субстрату (S) и скорость ферментативной реакции.

Рис. 2.24. Регуляция активности фермента посредством частичного протеолиза

Например, трипсин в поджелудочной железе синтезируется в форме неактивного предшественника трипсиногена. В кишечнике происходит отщепление с N-конца молекулы трипсиногена гексапептида под действием энтеропептидазы. Фермент из неактивной формы переходит в активную.

Синтез пептидаз в неактивной форме предотвращает их разрушающее действие на клетки органов, в которых они образуются. Данный процесс регуляции активности носит необратимый характер.

Регуляция активности ферментов путем ассоциации-диссоциации протомеров

В тканях присутствуют ферменты, которые в неактивной форме представлены отдельными комплексами, состоящими из нескольких протомеров. При увеличении в клетке концентрации специфических регуляторных молекул они присоединяются к определенным центрам протомеров. Изменение их конформации, вызванное присоединением лигандов, повышает их сродство друг к другу и стимулирует ассоциацию, т.е. образование активной формы фермента (рис. 2.25.).

Рис. 2.25. Регуляция путем ассоциации-диссоциации протомеров ацетил-КоАкарбоксилазы

Веществом, которое изменяет конформацию комплексов, является цитрат. При повышении его концентрации в цитозоле клетки 3 тетрамера объединяются в олигомер из 12 протомеров - активную форму ацетил-КоА карбоксилазы. Регуляция обратимая.

Другим примером этого типа регуляции может служить активация протеинкиназы А. В неактивной форме фермент состоит из 4 протомеров - 2 каталитических (С₂) и 2 регуляторных (R₂). R-протомеры имеют по 2 центра связывания для молекул регуляторного лиганда - циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Молекулы цАМФ при повышении их концентрации в клетке присоединяются к специфическим центрам R-протомеров. Это приводит к изменению их конформации и потере сродства к С-протомерам.

Отделившиеся каталитические протомеры (протеинкиназа А) проявляют протеинкиназную активность и фосфорилируют белки по аминокислотным остаткам Сер и Тре (рис. 2.26). В отсутствие цАМФ R₂-протомеры взаимодействуют с С₂-протомерами, образуя неактивный комплекс R₂C₂.

Рис. 2.26. Регуляция активности протеинкиназы А

При повышении уровня цАМФ в клетке возрастает скорость связывания цАМФ с регуляторными центрами R-протомеров; изменяется конформация R-прото- меров и снижается их сродство к каталитическим субъединицам С; происходит диссоциация комплекса R₂C₂ на (цАМФ)₄ «R₂ и активные каталитические субъединицы С + С; повышается скорость фосфорилирования белков и ферментов под действием каталитических субъединиц протеинкиназы А.

Синтез молекул цАМФ из АТФ катализирует фермент аденилатциклаза, а превращение цАМФ в АМФ - фермент фосфодиэстераза. Активность этих ферментов регулируется гормонами.

Аллостерическая регуляция

Ферменты, имеющие такой механизм регуляции, являются, как правило, олигомерными белками. Они состоят из нескольких (не менее 2) субъединиц, имеют активный и аллостерический центры, которые находятся на разных субъединицах. Присоединение эффектора в аллостерический центр вызывает кооперативные конформационные изменения всех протомеров (рис. 2.27.). Конформационные перестройки в активном центре фермента повышают или понижают его сродство к субстрату.

Рис. 2.27. Функционирование аллостерического фермента

Если в аллостерическом центре связывается эффектор (активатор), повышается связывание субстрата в активном центре и возрастает скорость реакции, которую катализирует этот фермент.

При увеличении в клетке концентрации активатора возрастает скорость его связывания в аллостерическом центре; изменяется конформация регуляторной субъединицы фермента; происходят кооперативные конформационные изменения в ферменте; изменяется конформация активного центра фермента; повышается сродство фермента к субстрату и скорость ферментативной реакции. Данный тип регуляции носит обратимый характер, следовательно, при понижении концентрации аллостерического активатора снижается скорость связывания регуляторного лиганда в аллостерическом центре; изменяется конформация регуляторной субъединицы; происходят кооперативные конформационные изменения в ферменте; изменяется конформация активного центра; снижается сродство к субстрату и понижается скорость реакции.

Если же эффектором является ингибитор, то сродство фермента к субстрату и скорость превращения его в продукт снижаются.

Аллостерические ферменты, как правило, регулируют скорость метаболических путей, которые представляют собой последовательность взаимосвязанных реакций, катализируемых разными ферментами (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Метаболический путь превращения вещества S в продукт Р

Вещество S превращается в продукт Р в результате 4 последовательных ферментативных реакций. Продукт одной реакции служит субстратом следующей. Первая реакция данного метаболического пути является необратимой

Аллостерические ферменты катализируют, как правило:

• необратимые (-) или частично обратимые (

) реакции;

• самые медленные, ключевые реакции;

• реакции в местах разветвления метаболического пути.

Регуляторными молекулами (эффекторами) этих ферментов могут быть:

• конечные продукты метаболических путей;

• субстраты метаболических путей;

• промежуточные метаболиты или специфические молекулы.

Например, катаболизм глюкозы до СО₂ и Н₂О (аэробное окисление глюкозы) регулируется аллостерически:

Значение данного процесса состоит в синтезе АТФ в клетке за счет катаболизма глюкозы. При увеличении отношения АТФ/АДФ скорость реакций данного метаболического пути снижается.

Из представленной выше последовательности ферментативных реакций аллостерическим является Е₃, так как он катализирует необратимую и самую медленную реакцию данного метаболического пути.

При повышении уровня АТФ в клетке:

• АТФ взаимодействует с аллостерическим центром фермента Е₃;

• происходят кооперативные конформационные изменения фермента Е₃;

• снижается сродство Е₃ к субстрату (С);

• понижается активность и замедляется реакция, катализируемая ферментом Е₃;

• понижается скорость метаболического процесса.

Поскольку аллостерическая регуляция носит обратимый характер, при понижении отношения АТФ/АДФ повышается активность фермента Е₃ и как следствие скорость данного метаболического пути.

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 1974 | Нарушение авторских прав