ლექცია No2

რუსეთის ფედერაციის ჯანდაცვის სამინისტროს USMU-ს უმაღლესი პროფესიული განათლების სახელმწიფო საბიუჯეტო საგანმანათლებლო დაწესებულება
ბიოქიმიის კათედრა
დისციპლინა: ბიოქიმია
ლექცია No2
ფერმენტები 2.
ლექტორი: გავრილოვი ი.ვ.
ფაკულტეტი: თერაპიული და პროფილაქტიკური,
კურსი: 2
ეკატერინბურგი, 2015 წ

ლექციის მონახაზი

1.
2.
3.
ფერმენტული რეაქციების კინეტიკა.
ფერმენტული რეაქციების სიჩქარის რეგულირება.
უჯრედის სიგნალიზაცია

ენზიმოლოგია არის მეცნიერება
ფერმენტების შესწავლა

1. კინეტიკა
ფერმენტული რეაქციები
ფერმენტული რეაქციების კინეტიკა არის ფერმენტოლოგიის ფილიალი, რომელიც შეისწავლის
რეაქტიული ნივთიერებების (სუბსტრატების,
პროდუქტები, ინჰიბიტორები, აქტივატორები და ა.შ.) და
პირობები (pH, t°, წნევა) სიჩქარეზე
ფერმენტული რეაქცია.

თეორიები ფერმენტების მოქმედების მექანიზმების შესახებ

თეორიები სპეციფიკის შესახებ
ფერმენტის მოქმედება
1. გასაღების საკეტი მოდელი
ფერმენტების მაღალი სპეციფიკის ასახსნელად იმის მიხედვით
სუბსტრატებთან დაკავშირებით ემილ ფიშერმა წამოაყენა 1894 წელს
გეომეტრიული ფორმის მკაცრი შესაბამისობის ჰიპოთეზა
სუბსტრატი და ფერმენტის აქტიური ადგილი.
+
E+S
ES
ე
P1
+
P2

2. „გამოწვეული კორესპონდენციის“ თეორია
ს
ა
ბ
ე
ა
ბ
C
C
არსებობს არა მარტო
გეომეტრიული, არამედ
ელექტროსტატიკური
მიმოწერა
ES
ინდუცირებული (იძულებითი) მიმოწერის თეორია
დანიელ კოშლანდი (1959): ფერმენტის სრული შესაბამისობა
და სუბსტრატი ხდება მხოლოდ მათი ურთიერთქმედების პროცესში:
სუბსტრატი იწვევს აუცილებელ კონფორმაციულს
ფერმენტის ცვლილებები, რის შემდეგაც ისინი დაკავშირებულია.
თეორია ეფუძნება კინეტიკური ანალიზის მონაცემებს,
ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსების შესწავლა მეთოდების გამოყენებით
რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი, სპექტროგრაფია და
კრისტალოგრაფია და ა.შ.

3. „გამოწვეული კორესპონდენციის“ თეორია
(თანამედროვე ხედები)
ს
ა
ბ
ა
C
ბ
C
ე
ES
როდესაც ფერმენტი და სუბსტრატი ურთიერთქმედებენ, ორივე
განიცდიან ცვლილებებს და ადაპტირდებიან ერთმანეთთან
მეგობარი. სუბსტრატში მომხდარი ცვლილებები ხელს უწყობს
პროდუქტად გადაქცევა.

გარდამავალი მდგომარეობის თეორია
(შუალედური კავშირები)
პ
ს
ე
ES
ES*
EP*
ე
როდესაც ფერმენტ E ურთიერთქმედებს სუბსტრატ S-თან, ის იქმნება
კომპლექსი ES*, რომელშიც რეაქტიულობა
სუბსტრატი უფრო მაღალია, ვიდრე მშობლიურ მდგომარეობაში. რიგის მეშვეობით
გარდაიქმნება შუალედური ნაერთები
სუბსტრატი რეაქციის პროდუქტში P

ფერმენტული რეაქციების მექანიზმები

ფერმენტული კატალიზის დროს იმ
იგივე მექანიზმები, რომლებიც შესაძლებელია მონაწილეობის გარეშე
ფერმენტები:
1.
2.
3.
4.
მჟავა-ტუტოვანი რეაქციები - აქტიურ ადგილზე
ფერმენტი შეიცავს -COO- და -NH3+ ჯგუფებს, რომლებიც
შეუძლია მიამაგროს და გასცეს ნ.
დანამატის რეაქციები (ელიმინაცია, ჩანაცვლება)
ელექტროფილური, ნუკლეოფილური - აქტიურ ცენტრში
ფერმენტში არის ჰეტეროატომების გადაადგილება
ელექტრონის სიმკვრივე.
რედოქსის რეაქციები - in
ფერმენტის აქტიური ცენტრი შეიცავს ატომებს
განსხვავებული ელექტროუარყოფითობის მქონე
რადიკალური რეაქციები.

ფერმენტული რეაქციების ენერგია

ფერმენტები ამცირებენ აქტივაციის ენერგიას
ქიმიური რეაქციის სიჩქარე დამოკიდებულია
რეაგენტების კონცენტრაცია
სუბსტრატები ფერმენტებთან კომბინაციაში
გახდეს უფრო მდგრადი
შუალედური ნაერთები, რის გამოც ისინი
კონცენტრაცია მკვეთრად იზრდება, რაც
ხელს უწყობს რეაქციის დაჩქარებას

არაფერმენტული რეაქცია
ს
S*
P*
პ
ს
ე
ES
ES*
ფერმენტული რეაქცია
EP*
ე

რეაქციის ენერგეტიკული ბარიერი -
საჭირო ენერგიის რაოდენობა
მოლეკულა შევიდეს ქიმიაში
რეაქცია.
აქტივაციის ენერგია - ენერგიის რაოდენობა,
რომელიც უნდა მიეწოდოს მოლეკულას
ენერგიის დასაძლევად
ბარიერი.

სისტემის თავისუფალი ენერგია
S*
აქტივაციის ენერგია
არაკატალიზირებული რეაქცია
ს
ES*
აქტივაციის ენერგია
კატალიზებული რეაქცია
Ორიგინალური
სახელმწიფო
პ
საბოლოო მდგომარეობა
რეაქციის პროგრესი

2H2O + O2
2.
3.
ენერგია
გააქტიურება
1) 2H2O2
სისტემის თავისუფალი ენერგია
კატალაზა
1.
რეაქციის პროგრესი
აქტივაციის ენერგია:
1. სპონტანურ რეაქციაში – 18 კკალ/მოლი
2. Fe2+ კატალიზატორის გამოყენებისას – 12 კკალ/მოლი
3. ფერმენტ კატალაზას არსებობისას – 5 კკალ/მოლი

რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება სუბსტრატის კონცენტრაციაზე

კინეტიკა
ფერმენტული რეაქციები
რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება
სუბსტრატის კონცენტრაციაზე
Vmax
კონცენტრაცია
ფერმენტის მუდმივი
[S]

რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება
ფერმენტის კონცენტრაციაზე
ვ
კონცენტრაცია
სუბსტრატი -
მუდმივი
კონცენტრაცია
ფერმენტი

ტემპერატურის გავლენა ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეზე

ტემპერატურის მატება 10-ით
გრადუსი ზრდის სიჩქარეს
ქიმიური რეაქცია 2-4 ჯერ.
როდესაც ტემპერატურა იზრდება, ფერმენტი
განიცდის დენატურაციას და კარგავს
თქვენი აქტივობა.

სიჩქარე
ფერმენტული
რეაქციები
ვ
რაოდენობა
აქტიური
ფერმენტი
0
10
20
სიჩქარე
აქტიური რეაქციები
ფერმენტი
30
40
50
60
თ

pH-ის გავლენა ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეზე

H+ კონცენტრაციის შეცვლა იცვლება
ფერმენტის ქიმიური შემადგენლობა, მისი
სტრუქტურა და კატალიზური აქტივობა.
H+ კონცენტრაციის შეცვლა იცვლება
სუბსტრატის ქიმიური შემადგენლობა, მისი
სტრუქტურა და უნარი შესვლის
ფერმენტული რეაქცია.
ფერმენტის დენატურაცია ძალიან
მაღალი ან ძალიან დაბალი pH.

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება pH-ზე

ვ
0
4
5
6
7
8
9
pH

მიქაელის-მენტონის მუდმივი

კმ – სუბსტრატის კონცენტრაცია [S], რომლის დროსაც
ფერმენტული რეაქციის V სიჩქარე უდრის
მაქსიმუმის ნახევარი
Vmax
Vmax
2
კმ
[S]

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის განტოლება

Vmax [S]
V = -----კმ + [S]
V - რეაქციის სიჩქარე
Vmax - მაქსიმალური რეაქციის სიჩქარე
კმ – მიქაელის მუდმივი
[S] – სუბსტრატის კონცენტრაცია

აქტივატორების და ინჰიბიტორების გავლენა ფერმენტული რეაქციების სიჩქარეზე

ფერმენტული დათრგუნვის რეაქციები
პროცესები
ფერმენტების ინჰიბიციის სახეები
I. შექცევადი
II. შეუქცევადია
კონკურენტუნარიანი
Არაკონკურენტული
Არაკონკურენტული
შერეული ტიპი
ინჰიბირების შექცევადობის დასადგენად ტარდება დიალიზი.
გარემო, სადაც არის ფერმენტი და ინჰიბიტორი.
თუ ფერმენტის აქტივობა აღდგება დიალიზის შემდეგ, მაშინ
დათრგუნვა შექცევადია

ურთიერთქმედების ვარიანტები
ინჰიბიტორი ფერმენტით
1. დაბლოკეთ ფერმენტის აქტიური ცენტრი
2. ფერმენტის მეოთხეული სტრუქტურის შეცვლა
3. დაკავშირება კოენზიმთან, აქტივატორთან
4. დაბლოკეთ ფერმენტის ის ნაწილი, რომელიც უკავშირდება
კოენზიმი
5. ისინი არღვევენ ფერმენტის ურთიერთქმედებას
სუბსტრატი
6. იწვევს ფერმენტის დენატურაციას
(არასპეციფიკური ინჰიბიტორები)
7. აკავშირებს ალოსტერულ ცენტრს

ინჰიბირების კონკურენტული ტიპი
ხორციელდება ქიმიურად მსგავსი ნივთიერებით
სტრუქტურა სუბსტრატს
ვ
Vmax
Vmax/2
კმ
კმი
[S]

ინჰიბირების არაკონკურენტული ტიპი
ინჰიბიტორი რეაგირებს ფერმენტთან სხვა გზით, გარდა
სუბსტრატს, ამიტომ სუბსტრატის კონცენტრაციის გაზრდა არ ხდება
შეიძლება შეცვალოს ინჰიბიტორი და აღადგინოს აქტივობა
ფერმენტი
ვ
Vmax
Vmax
Vmax
Vmax
კ
მ
[S]

2. ორგანიზმში ფერმენტული რეაქციების სიჩქარის რეგულირება

ცოცხალი ორგანიზმების ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა ჰომეოსტაზის შენარჩუნების უნარი. ორგანიზმში ჰომეოსტაზის შენარჩუნება ხდება რეგულირებით

ცოცხალი ორგანიზმების ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა
ჰომეოსტაზის შენარჩუნების უნარი.
ორგანიზმში ჰომეოსტაზის შენარჩუნება ხდება
ფერმენტული რეაქციების სიჩქარის რეგულირება, რომელიც
ხორციელდება შეცვლით:
ᲛᲔ). სუბსტრატისა და კოენზიმის მოლეკულების ხელმისაწვდომობა;
II). ფერმენტის მოლეკულების კატალიზური აქტივობა;
III). ფერმენტის მოლეკულების რაოდენობა.
E*
ს
ს
კოენზიმი
ვიტამინი
უჯრედი
პ
პ

I. სუბსტრატისა და კოენზიმის მოლეკულების ხელმისაწვდომობა

ნივთიერებების ტრანსპორტირება მემბრანის გასწვრივ
ATP
ADF + Fn
ანტიპორტი
დიფუზია გაადვილებულია
დიფუზია
უჯრედი
პირველადი აქტიური
ტრანსპორტი
მეორადი აქტიური
ტრანსპორტი

ინსულინი
გლუკოზა
გლუტ-4
გლუტ-4
ადიპოციტები,
მიოციტები
E1, E2, E3…
გლუკოზა
PVK
კოენზიმები
ჰეპატოციტი
ვიტამინები
ფერმენტები
კოენზიმები

II. ფერმენტის კატალიზური აქტივობის რეგულირება

ფერმენტების კატალიზური აქტივობის რეგულირება ხდება:
1). არასპეციფიკური. ყველა ფერმენტის კატალიზური აქტივობა
დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, pH-ზე და წნევაზე.
ვ
პეპსინი
ვ
0
50
100
ტ
0
არგინაზა
7
14
pH
2). Კონკრეტული. კონკრეტული აქტივატორების გავლენით და
ინჰიბიტორები, მარეგულირებელი ფერმენტების აქტივობა იცვლება,
რომლებიც აკონტროლებენ მეტაბოლური პროცესების სიჩქარეს
სხეული.

სპეციფიკური რეგულირების მექანიზმები
ფერმენტების კატალიზური აქტივობა:
1). ალოსტერული რეგულირება;
2). რეგულირება პროტეინ-ცილებით
ურთიერთქმედებები;
3). რეგულირება კოვალენტური მოდიფიკაციის გზით.
ა). რეგულირების მიერ
ფოსფორილაცია/დეფოსფორილირება
ფერმენტი;
ბ). რეგულირება ნაწილობრივი პროტეოლიზით.

1. ალოსტერული რეგულირება

ალოსტერული ფერმენტები არის ფერმენტები, რომელთა აქტივობა
რეგულირდება შექცევადი არაკოვალენტური მიმაგრებით
მოდულატორი (აქტივატორი და ინჰიბიტორი) ალოსტერული ცენტრისკენ.
E1
ს
E2
ა
E3
ბ
E4
C
პ
გააქტიურება ხდება პირდაპირი დადებითი პრინციპის მიხედვით
კავშირი და დათრგუნვა ეფუძნება უარყოფითი გამოხმაურების პრინციპს
კომუნიკაციები.
ალოსტერული ფერმენტების აქტივობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება
სწრაფი

2. ფერმენტების კატალიზური აქტივობის რეგულირება ცილა-ცილის ურთიერთქმედების გამოყენებით

ა). მარეგულირებელი ცილების მიმაგრების შედეგად ფერმენტების გააქტიურება.
AC
გ
გ
AC
ATP cAMP
ბ). ფერმენტის კატალიზური აქტივობის რეგულირება
პროტომერების გაერთიანება/დისოციაცია
ბანაკი
ბანაკი
რ
რ
C
რ
C
PC A
ბანაკი
ს
C
პ
რ
ბანაკი
ს
C
პ

3). ფერმენტების კატალიზური აქტივობის რეგულირება მათი კოვალენტური მოდიფიკაციით

შედეგად ხორციელდება ფერმენტის აქტივობის რეგულირება
მისგან ფრაგმენტის კოვალენტური დამატება ან გაწყვეტა.
არსებობს 2 ტიპი:
ა). ფერმენტების ფოსფორილირებით და დეფოსფორილირებით; .
ATP
ADF
კომპიუტერი
ფერმენტი
H3PO4
FPF
*
ფერმენტი-F
სუბსტრატი
პროდუქტი
H2O
ბ). ფერმენტების ნაწილობრივი პროტეოლიზით (უჯრედგარეშე)
სუბსტრატი
ტრიფსინოგენი
პროდუქტი
ტრიფსინი

III. ფერმენტების რაოდენობის რეგულირების მექანიზმები
ინდუქტორები
რეპრესორები
ჰიდროლიზი
ბიოსინთეზი
Ამინომჟავების
ფერმენტი
Ამინომჟავების
ინდუქტორები არის ნივთიერებები, რომლებიც იწვევენ ფერმენტების სინთეზს
ფერმენტის სინთეზის დაწყების პროცესს ინდუქცია ეწოდება
ფერმენტები, რომელთა კონცენტრაცია დამოკიდებულია დამატებაზე
ინდუქტორებს ინდუქციურ ფერმენტებს უწოდებენ
ფერმენტები, რომელთა კონცენტრაცია მუდმივია და არ რეგულირდება
ინდუქტორებს კონსტიტუციურ ფერმენტებს უწოდებენ
საბაზისო არის ინდუცირებული ფერმენტის კონცენტრაცია
ინდუქტორის არარსებობის შემთხვევაში.

რეპრესორები (უფრო ზუსტად კორპრესორები) არის ნივთიერებები, რომლებიც
რომლებიც აჩერებენ ფერმენტების სინთეზს.
ფერმენტის სინთეზის შეჩერების პროცესს ე.წ
რეპრესიები.
დეპრესია არის პროცესი ე.წ
მოცილების შემდეგ ფერმენტის სინთეზის განახლება
რეპრესორული გარემოდან
იმოქმედეთ როგორც ინდუქტორები და რეპრესორები
ზოგიერთი მეტაბოლიტი, ჰორმონი და ბიოლოგიურად
აქტიური ნივთიერებები.

3. უჯრედის სიგნალიზაცია

მრავალუჯრედულ ორგანიზმებში შენარჩუნება
ჰომეოსტაზი უზრუნველყოფილია 3 სისტემით:
1). ნერვიული
2). იუმორისტული
3). იმუნური
მარეგულირებელი სისტემები ფუნქციონირებს მონაწილეობით
სასიგნალო მოლეკულები.
სიგნალის მოლეკულები ორგანულია
ნივთიერებები, რომლებიც ინფორმაციას ატარებენ.
სიგნალის გადასაცემად:
ა). ცენტრალური ნერვული სისტემა იყენებს ნეიროტრანსმიტერებს
ბ). ჰუმორული სისტემა იყენებს ჰორმონებს
IN). იმუნური სისტემა იყენებს ციტოკინებს.

ჰორმონები უკაბელო სისტემური მოქმედების სასიგნალო მოლეკულებია
ჭეშმარიტი ჰორმონები, სხვა სასიგნალო მოლეკულებისგან განსხვავებით:
1. სინთეზირებულია სპეციალიზებულ ენდოკრინულ უჯრედებში,
2. ტრანსპორტირება სისხლით
3. იმოქმედეთ დისტანციურად სამიზნე ქსოვილზე.
სტრუქტურის მიხედვით ჰორმონები იყოფა:
1. ცილა (ჰიპოთალამუსის, ჰიპოფიზის ჯირკვლის ჰორმონები),
2. ამინომჟავების წარმოებულები (ფარისებრი ჯირკვალი, კატექოლამინები)
3. სტეროიდები (სქესობრივი, კორტიკოიდები).
პეპტიდური ჰორმონები და კატექოლამინები წყალში ხსნადია,
ისინი არეგულირებენ უპირატესად კატალიზატორს
ფერმენტის აქტივობა.
სტეროიდული და ფარისებრი ჯირკვლის ჰორმონები წყალში უხსნადია,
ისინი არეგულირებენ ძირითადად რაოდენობას
ფერმენტები.

კასკადური სისტემები
ჰორმონები არეგულირებენ რაოდენობას და კატალიზურს
ფერმენტის აქტივობა არ არის პირდაპირი, მაგრამ
ირიბად კასკადური სისტემების მეშვეობით
ჰორმონები
კასკადური სისტემები
ფერმენტები
x 1000000
კასკადური სისტემები:
1. ისინი არაერთხელ აძლიერებენ ჰორმონის სიგნალს (ზრდიან რაოდენობას ან
ფერმენტის კატალიზური აქტივობა) ისე, რომ ჰორმონის 1 მოლეკულა
შეიძლება გამოიწვიოს ცვლილებები უჯრედულ მეტაბოლიზმში
2. უზრუნველყოს სიგნალის შეღწევა უჯრედში (წყალში ხსნადი
ჰორმონები თავისთავად არ შედიან უჯრედში)

კასკადური სისტემები შედგება:
1. რეცეპტორები;
2. მარეგულირებელი ცილები (G-პროტეინები, IRS, Shc, STAT და სხვ.).
3. მეორადი შუამავლები (მესენჯერი - მესინჯერი)
(Ca2+, cAMP, cGMP, DAG, ITP);
4. ფერმენტები (ადენილატ ციკლაზა, ფოსფოლიპაზა C,
ფოსფოდიესტერაზა, პროტეინ კინაზები A, C, G,
ფოსფოპროტეინ ფოსფატაზა);
კასკადური სისტემების ტიპები:
1. ადენილატ ციკლაზა,
2. გუანილატციკლაზა,
3. ინოზიტოლ ტრიფოსფატი,
4. RAS და ა.შ.),

რეცეპტორები

რეცეპტორები არის ცილები, რომლებიც ჩაშენებულია უჯრედის მემბრანაში ან
მდებარეობს უჯრედების შიგნით, რომელთანაც ურთიერთქმედებს
სასიგნალო მოლეკულები, ცვლის მარეგულირებელი ცილების აქტივობას.
ლოკალიზაციის მიხედვით, რეცეპტორები იყოფა:
1) ციტოპლაზმური;
2) ბირთვული;
3) მემბრანა.
მათი ეფექტიდან გამომდინარე, რეცეპტორები იყოფა:
აქტივატორი (კასკადური სისტემების გააქტიურება)
ინჰიბიტორული (ბლოკის კასკადური სისტემები).
სიგნალის გადაცემის მექანიზმის მიხედვით, რეცეპტორები იყოფა 4 ტიპად:
1). იონური არხის დაწყვილებული რეცეპტორები
2). რეცეპტორები ფერმენტული აქტივობით.
არსებობს 3 ტიპი:
ა). ტიროზინკინაზას აქტივობის მქონე რეცეპტორები (ტიროზინი
პროტეინ კინაზა).
ბ). რეცეპტორები ფოსფატაზას აქტივობით (ტიროზინი
ცილოვანი ფოსფოტაზა) (მაგალითად, PPP).
V). რეცეპტორები გუანილატციკლაზას აქტივობით (GC).
3). რეცეპტორები მათ სტრუქტურაში G- პროტეინებთან ერთად ჯერ კიდევ არსებობს
სერპენტინს უწოდებენ.
4). ბირთვული და ციტოპლაზმური რეცეპტორები.

იონური არხის დაწყვილებული რეცეპტორი

რეცეპტორის აქტივობა დაწყვილებული G პროტეინთან (სერპენტინი)

რეცეპტორი ფერმენტული აქტივობით (ტიროზინ კინაზა)
ინსულინი
ა
ა
ინსულინი
ინსულინი
ა
ა
ა
ბ
ბ
ბ
ბ
სროლის გალერეა
სროლის გალერეა
სროლის გალერეა
სროლის გალერეა
ATP
ADF
ბ
ა
ბ
tier-F* tier-F*
IRS-1
IRS-1-F*
ATP ADP
FPF
FPF*

ადენილატის ციკლაზას სისტემა
ჰორმონები:
გლუკაგონი, ვაზოპრესინი, კატექოლამინები (β2-ადრენერგული რეცეპტორების მეშვეობით)
ჰიპოფიზის ჰორმონები (ACTH, LDH, FSH, LT, MSH, TSH), პარათირეოიდული ჰორმონი, ზრდის ფაქტორი
ნერვები
PGE1
გ
რ
ციტოპლაზმური მემბრანა
გ
ა
C
ციტოპლაზმა
ATP cAMP
PC A
ფერმენტი არააქტიურია
PC A*
ATP
ADF
ფერმენტული მოქმედება
სუბსტრატი
ფ
პროდუქტი
ხელმისაწვდომია
αდა
β-ადრენერგული
რეცეპტორები
ღვიძლის უჯრედების, კუნთების და ცხიმოვანი ქსოვილის გარსები.
ვ
პლაზმური

გუანილატის ციკლაზის სისტემა
სასიგნალო მოლეკულები:
PNF (სისხლძარღვთა ტონის მოდუნება),
კატექოლამინები (α-ადრენერგული რეცეპტორების მეშვეობით)
ბაქტერიული ენდოტოქსინი (ბლოკავს წყლის შეწოვას, რაც იწვევს დიარეას)
NO, LPO პროდუქტები (ციტოპლაზმური GC)
გ
GC
ციტოპლაზმური მემბრანა
ციტოპლაზმა
GTP cGMP
PC G
ფერმენტი არააქტიურია
PC G*
ATP
ADF
ფერმენტული მოქმედება
სუბსტრატი
ფ
პროდუქტი
გუანილატციკლაზას სისტემა ფუნქციონირებს ფილტვებში, თირკმელებში და ენდოთელიუმში
ნაწლავები, გული, თირკმელზედა ჯირკვლები, ბადურა და ა.შ. მონაწილეობს რეგულაციაში
წყალ-მარილის ცვლა და სისხლძარღვთა ტონუსი, იწვევს მოდუნებას და ა.შ.

ინოზიტოლ ტრიფოსფატის სისტემა
ჰორმონები:
გონადოლიბერინი, თირეოტროპინის გამომყოფი ჰორმონი, დოფამინი, თრომბოქსანები A2, ენდოპეროქსიდები,
ლეიკოტრიენები, აგნიოტენზინ II, ენდოთელინი, პარათირეოიდული ჰორმონი, ნეიროპეპტიდი Y,
ადრენერგული კატექოლამინები (α1 რეცეპტორების მეშვეობით), აცეტილქოლინი,
ბრადიკინინი, ვაზოპრესინი (V1 რეცეპტორების მეშვეობით).
გ
რ
გ
FL S
ციტოპლაზმური მემბრანა
FIF2
დგ
2+
ITF Ca
სუბსტრატი
კალმოდულინი -4Ca2+
PC C
ციტოპლაზმა
პროდუქტი
ფერმენტი არააქტიურია
Ca2+
კალმოდულინი -4Ca2+
კალმოდულინი
ფერმენტული მოქმედება
სუბსტრატი
პროდუქტი

ტრანსმემბრანული ინფორმაციის გადაცემა მოიცავს
ციტოპლაზმური რეცეპტორები
ცილის
გ
მოძღვარი
ციტოპლაზმური
მემბრანა
CPR
ცილის
გ
მოძღვარი
ჰორმონები:
კორტიკოიდები,
სექსუალური,
ფარისებრი
გ
CORE
CPR
გ
CPR
დნმ
ციტოპლაზმა
სუბსტრატი
პროდუქტი
ტრანსკრიფცია
mRNA
მაუწყებლობა
mRNA
ფერმენტი
რიბოსომა

თავიIV.3.

ფერმენტები

ორგანიზმში მეტაბოლიზმი შეიძლება განისაზღვროს, როგორც ყველა ქიმიური გარდაქმნის მთლიანობა, რომელსაც განიცდის გარედან შემოსული ნაერთები. ეს გარდაქმნები მოიცავს ყველა ცნობილ ქიმიურ რეაქციას: ფუნქციური ჯგუფების ინტერმოლეკულურ გადაცემას, ქიმიური ბმების ჰიდროლიზურ და არაჰიდროლიზურ დაშლას, ინტრამოლეკულურ გადაწყობას, ქიმიური ბმების ახალ წარმოქმნას და რედოქს რეაქციებს. ასეთი რეაქციები ორგანიზმში უკიდურესად მაღალი სიჩქარით ხდება მხოლოდ კატალიზატორების თანდასწრებით. ყველა ბიოლოგიური კატალიზატორი არის ცილოვანი ბუნების ნივთიერებები და ეწოდება ფერმენტები (შემდგომში F) ან ფერმენტები (E).

ფერმენტები არ წარმოადგენენ რეაქციების კომპონენტებს, მაგრამ მხოლოდ აჩქარებენ წონასწორობის მიღწევას პირდაპირი და საპირისპირო გარდაქმნის სიჩქარის გაზრდით. რეაქციის აჩქარება ხდება აქტივაციის ენერგიის შემცირების გამო - ენერგეტიკული ბარიერი, რომელიც გამოყოფს სისტემის ერთ მდგომარეობას (საწყის ქიმიურ ნაერთს) მეორისგან (რეაქციის პროდუქტი).

ფერმენტები აჩქარებენ ორგანიზმში სხვადასხვა რეაქციებს. ასე რომ, საკმაოდ მარტივია ტრადიციული ქიმიის თვალსაზრისით, ნახშირმჟავადან წყლის გამოდევნის რეაქცია CO 2-ის წარმოქმნით მოითხოვს ფერმენტის მონაწილეობას, რადგან ამის გარეშე ის ძალიან ნელა მიმდინარეობს სისხლის pH-ის რეგულირებისთვის. ორგანიზმში ფერმენტების კატალიზური მოქმედების წყალობით, შესაძლებელი ხდება ისეთი რეაქციების წარმოქმნა, რომლებიც კატალიზატორის გარეშე ასობით და ათასობით ჯერ ნელა წარიმართება.

ფერმენტების თვისებები

1. გავლენა ქიმიური რეაქციის სიჩქარეზე: ფერმენტები ზრდის ქიმიური რეაქციის სიჩქარეს, მაგრამ თავად არ მოიხმარენ.

რეაქციის სიჩქარე არის რეაქციის კომპონენტების კონცენტრაციის ცვლილება ერთეულ დროში. თუ ის მიდის წინა მიმართულებით, მაშინ პროპორციულია რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაციისა, თუ საპირისპირო მიმართულებით, მაშინ პროპორციულია რეაქციის პროდუქტების კონცენტრაციისა. წინა და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარის თანაფარდობას წონასწორობის მუდმივი ეწოდება. ფერმენტებს არ შეუძლიათ შეცვალონ წონასწორობის მუდმივი მნიშვნელობები, მაგრამ წონასწორობის მდგომარეობა უფრო სწრაფად ხდება ფერმენტების თანდასწრებით.

2. ფერმენტის მოქმედების სპეციფიკა. სხეულის უჯრედებში 2-3 ათასი რეაქცია მიმდინარეობს, რომელთაგან თითოეული კატალიზირებულია სპეციფიკური ფერმენტის მიერ. ფერმენტის მოქმედების სპეციფიკა არის უნარი დააჩქაროს ერთი კონკრეტული რეაქციის მიმდინარეობა სხვების, თუნდაც ძალიან მსგავსი რეაქციის სიჩქარეზე გავლენის გარეშე.

Არიან, იმყოფებიან:

აბსოლუტური- როდესაც F კატალიზებს მხოლოდ ერთ კონკრეტულ რეაქციას ( არგინაზა- არგინინის დაშლა)

ნათესავი(სპეციალური ჯგუფი) - F აკატალიზებს გარკვეული კლასის რეაქციას (მაგალითად, ჰიდროლიზური გაყოფა) ან რეაქციებს, რომლებიც მოიცავს ნივთიერებების გარკვეულ კლასს.

ფერმენტების სპეციფიკა განპირობებულია მათი უნიკალური ამინომჟავების თანმიმდევრობით, რომელიც განსაზღვრავს აქტიური ცენტრის კონფორმაციას, რომელიც ურთიერთქმედებს რეაქციის კომპონენტებთან.

ნივთიერებას, რომლის ქიმიური ტრანსფორმაცია კატალიზებულია ფერმენტის მიერ, ეწოდება სუბსტრატი ( ს ) .

3. ფერმენტის აქტივობა - უნარი დააჩქაროს რეაქციის სიჩქარე სხვადასხვა ხარისხით. აქტივობა გამოიხატება:

1) აქტივობის საერთაშორისო ერთეულები - (IU) ფერმენტის რაოდენობა, რომელიც ახორციელებს 1 მკმ სუბსტრატის გარდაქმნას 1 წუთში.

2) Catalach (kat) - კატალიზატორის (ფერმენტის) რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია 1 წამში 1 მოლი სუბსტრატის გარდაქმნა.

3) სპეციფიკური აქტივობა - აქტივობის ერთეულების რაოდენობა (ნებისმიერი ზემოთ ჩამოთვლილი) ტესტის ნიმუშში ამ ნიმუშის ცილის მთლიან მასამდე.

4) ნაკლებად ხშირად გამოიყენება მოლარული აქტივობა - სუბსტრატის მოლეკულების რაოდენობა, რომელიც გარდაიქმნება ერთი ფერმენტის მოლეკულით წუთში.

აქტივობა პირველ რიგში დამოკიდებულია ტემპერატურაზე . ესა თუ ის ფერმენტი თავის უდიდეს აქტივობას ავლენს ოპტიმალურ ტემპერატურაზე. ცოცხალი ორგანიზმის F-სთვის ეს მნიშვნელობა +37,0 - +39,0 დიაპაზონშია° C, დამოკიდებულია ცხოველის ტიპზე. ტემპერატურის კლებასთან ერთად ბრაუნის მოძრაობა ნელდება, დიფუზიის სიჩქარე მცირდება და, შესაბამისად, ფერმენტსა და რეაქციის კომპონენტებს (სუბსტრატებს) შორის კომპლექსური წარმოქმნის პროცესი შენელდება. თუ ტემპერატურა +40 - +50-ზე მაღლა აიწევს° ფერმენტის მოლეკულა, რომელიც წარმოადგენს ცილას, განიცდის დენატურაციის პროცესს. ამ შემთხვევაში ქიმიური რეაქციის სიჩქარე შესამჩნევად ეცემა (ნახ. 4.3.1.).

ფერმენტის აქტივობა ასევე დამოკიდებულია გარემოს pH . მათი უმეტესობისთვის არსებობს გარკვეული ოპტიმალური pH მნიშვნელობა, რომლის დროსაც მათი აქტივობა მაქსიმალურია. ვინაიდან უჯრედი შეიცავს ასობით ფერმენტს და თითოეულ მათგანს აქვს საკუთარი pH-ის საზღვრები, pH ცვლილებები ფერმენტული აქტივობის რეგულირების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორია. ამრიგად, ერთი ქიმიური რეაქციის შედეგად გარკვეული ფერმენტის მონაწილეობით, რომლის pH მნიშვნელობა 7.0 - 7.2 დიაპაზონშია, წარმოიქმნება პროდუქტი, რომელიც არის მჟავა. ამ შემთხვევაში, pH-ის მნიშვნელობა გადადის 5,5 – 6,0 რეგიონში. ფერმენტის აქტივობა მკვეთრად მცირდება, პროდუქტის წარმოქმნის სიჩქარე ნელდება, მაგრამ ამავე დროს აქტიურდება სხვა ფერმენტი, რისთვისაც ეს pH მნიშვნელობები ოპტიმალურია და პირველი რეაქციის პროდუქტი შემდგომ ქიმიურ ტრანსფორმაციას განიცდის. (კიდევ ერთი მაგალითი პეპსინისა და ტრიპსინის შესახებ).

ფერმენტების ქიმიური ბუნება. ფერმენტის სტრუქტურა. აქტიური და ალოსტერული ცენტრები

ყველა ფერმენტი არის ცილა, რომელთა მოლეკულური წონაა 15000-დან რამდენიმე მილიონ დ.-მდე. მათი ქიმიური სტრუქტურის მიხედვით განასხვავებენ მარტივიფერმენტები (შედგება მხოლოდ AA-სგან) და კომპლექსიფერმენტები (აქვს არაცილოვანი ნაწილი ან პროთეზირების ჯგუფი). ცილის ნაწილს ე.წ. აპოენზიმი, და არაცილოვანი, თუ იგი კოვალენტურად არის დაკავშირებული აპოენზიმთან, მას ე.წ კოენზიმი, და თუ ბმა არის არაკოვალენტური (იონური, წყალბადი) - კოფაქტორი . პროთეზირების ჯგუფის ფუნქციებია: მონაწილეობა კატალიზის აქტში, შეხება ფერმენტსა და სუბსტრატს შორის, ფერმენტის მოლეკულის სტაბილიზაცია სივრცეში.

კოფაქტორის როლს, როგორც წესი, ასრულებს არაორგანული ნივთიერებები - თუთიის, სპილენძის, კალიუმის, მაგნიუმის, კალციუმის, რკინის, მოლიბდენის იონები.

კოენზიმები შეიძლება ჩაითვალოს ფერმენტის მოლეკულის განუყოფელ ნაწილად. ეს არის ორგანული ნივთიერებები, რომელთა შორისაა: ნუკლეოტიდები ( ATP, UMFდა ა.შ.), ვიტამინები ან მათი წარმოებულები ( TDF- თიამინისგან ( 1-ში), FMN- რიბოფლავინიდან ( 2-ზე), კოენზიმი A- პანტოტენინის მჟავისგან ( 3-ზე), NAD და სხვ.) და ტეტრაპიროლის კოენზიმები - ჰემები.

რეაქციის კატალიზების პროცესში არა მთელი ფერმენტის მოლეკულა შედის კონტაქტში სუბსტრატთან, არამედ მისი გარკვეული ნაწილი, რომელსაც ე.წ. აქტიური ცენტრი. მოლეკულის ეს ზონა არ შედგება ამინომჟავების თანმიმდევრობისგან, არამედ წარმოიქმნება ცილის მოლეკულის მესამეულ სტრუქტურაში გადატრიალებით. ამინომჟავების ცალკეული მონაკვეთები უახლოვდება ერთმანეთს და ქმნიან აქტიური ცენტრის სპეციფიკურ კონფიგურაციას. აქტიური ცენტრის სტრუქტურის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ის, რომ მისი ზედაპირი ავსებს სუბსტრატის ზედაპირს, ე.ი. ფერმენტის ამ ზონაში AK ნარჩენებს შეუძლიათ შევიდნენ ქიმიურ ურთიერთქმედებაში სუბსტრატის გარკვეულ ჯგუფებთან. ამის წარმოდგენა შეიძლება ფერმენტის აქტიური ადგილი ემთხვევა სუბსტრატის სტრუქტურას, როგორიცაა გასაღები და საკეტი.

IN აქტიური ცენტრიგამოირჩევა ორი ზონა: სავალდებულო ცენტრი, პასუხისმგებელი სუბსტრატის მიმაგრებაზე და კატალიზური ცენტრი, პასუხისმგებელია სუბსტრატის ქიმიურ ტრანსფორმაციაზე. ფერმენტების უმეტესობის კატალიზური ცენტრი მოიცავს AA-ებს, როგორიცაა Ser, Cys, His, Tyr, Lys. კომპლექსურ ფერმენტებს აქვთ კოფაქტორი ან კოენზიმი კატალიზურ ცენტრში.

აქტიური ცენტრის გარდა, მთელი რიგი ფერმენტები აღჭურვილია მარეგულირებელი (ალოსტერიული) ცენტრით. ნივთიერებები, რომლებიც გავლენას ახდენენ მის კატალიზურ აქტივობაზე, ურთიერთქმედებენ ფერმენტის ამ ზონასთან.

ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი

კატალიზის აქტი შედგება სამი თანმიმდევრული ეტაპისგან.

1. ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის წარმოქმნა აქტიური ცენტრის მეშვეობით ურთიერთქმედებისას.

2. სუბსტრატის შეკვრა ხდება აქტიურ ცენტრში რამდენიმე წერტილში, რაც იწვევს სუბსტრატის სტრუქტურის ცვლილებას და მის დეფორმაციას მოლეკულაში ბმის ენერგიის ცვლილების გამო. ეს არის მეორე ეტაპი და ეწოდება სუბსტრატის გააქტიურება. ამ შემთხვევაში ხდება სუბსტრატის გარკვეული ქიმიური მოდიფიკაცია და ის გარდაიქმნება ახალ პროდუქტად ან პროდუქტად.

3. ამ ტრანსფორმაციის შედეგად ახალი ნივთიერება (პროდუქტი) კარგავს ფერმენტის აქტიურ ცენტრში შენარჩუნების უნარს და ფერმენტ-სუბსტრატი, უფრო სწორად, ფერმენტ-პროდუქტის კომპლექსი იშლება (ირღვევა).

კატალიზური რეაქციების სახეები:

A+E = AE = BE = E + B

A+B +E = AE+B = ABE = AB + E

AB+E = ABE = A+B+E, სადაც E არის ფერმენტი, A და B არის სუბსტრატები ან რეაქციის პროდუქტები.

ფერმენტული ეფექტორები - ნივთიერებები, რომლებიც ცვლის ფერმენტული კატალიზის სიჩქარეს და ამით არეგულირებს მეტაბოლიზმს. მათ შორის არიან ინჰიბიტორები - შეანელეთ რეაქციის სიჩქარე და აქტივატორები - ფერმენტული რეაქციის დაჩქარება.

რეაქციის ინჰიბირების მექანიზმიდან გამომდინარე, განასხვავებენ კონკურენტულ და არაკონკურენტულ ინჰიბიტორებს. კონკურენტული ინჰიბიტორის მოლეკულის სტრუქტურა მსგავსია სუბსტრატის სტრუქტურისა და ემთხვევა აქტიური ცენტრის ზედაპირს, როგორც გასაღები და საკეტი (ან თითქმის ემთხვევა). ამ მსგავსების ხარისხი შეიძლება უფრო მაღალიც კი იყოს, ვიდრე სუბსტრატს.

თუ A+E = AE = BE = E + B, მაშინ I+E = IE¹

კატალიზირების უნარის მქონე ფერმენტის კონცენტრაცია მცირდება და რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნის სიჩქარე მკვეთრად ეცემა (ნახ. 4.3.2.).

დიდი რაოდენობით ენდოგენური და ეგზოგენური წარმოშობის ქიმიური ნივთიერებები (ანუ ორგანიზმში წარმოქმნილი და გარედან მომდინარე - ქსენობიოტიკები, შესაბამისად) კონკურენტული ინჰიბიტორების როლს ასრულებენ. ენდოგენური ნივთიერებები მეტაბოლიზმის რეგულატორები არიან და მათ ანტიმეტაბოლიტებს უწოდებენ. ბევრი მათგანი გამოიყენება ონკოლოგიური და მიკრობული დაავადებების სამკურნალოდ, როგორც. ისინი აფერხებენ მიკროორგანიზმების (სულფონამიდები) და სიმსივნური უჯრედების ძირითად მეტაბოლურ რეაქციებს. მაგრამ სუბსტრატის სიჭარბით და კონკურენტული ინჰიბიტორის დაბალი კონცენტრაციით, მისი ეფექტი გაუქმებულია.

ინჰიბიტორების მეორე ტიპი არაკონკურენტუნარიანია. ისინი ურთიერთქმედებენ ფერმენტთან აქტიური ადგილის გარეთ და ჭარბი სუბსტრატი არ ახდენს გავლენას მათ ინჰიბიტორულ უნარზე, როგორც ეს ხდება კონკურენტული ინჰიბიტორების შემთხვევაში. ეს ინჰიბიტორები ურთიერთქმედებენ ან ფერმენტის გარკვეულ ჯგუფებთან (მძიმე ლითონები უკავშირდებიან Cys-ის თიოლ ჯგუფებს) ან ყველაზე ხშირად მარეგულირებელ ცენტრთან, რაც ამცირებს აქტიური ცენტრის შეკავშირების უნარს. ინჰიბირების ფაქტობრივი პროცესი არის ფერმენტის აქტივობის სრული ან ნაწილობრივი ჩახშობა მისი პირველადი და სივრცითი სტრუქტურის შენარჩუნებით.

ასევე განასხვავებენ შექცევად და შეუქცევად ინჰიბირებას. შეუქცევადი ინჰიბიტორები ახდენენ ფერმენტის ინაქტივაციას მის AK ან სხვა სტრუქტურულ კომპონენტებთან ქიმიური კავშირის წარმოქმნით. ეს ჩვეულებრივ არის კოვალენტური ბმა ერთ-ერთ აქტიურ ადგილზე. ასეთი კომპლექსი პრაქტიკულად არ იშლება ფიზიოლოგიურ პირობებში. სხვა შემთხვევაში, ინჰიბიტორი არღვევს ფერმენტის მოლეკულის კონფორმაციულ სტრუქტურას და იწვევს მის დენატურაციას.

შექცევადი ინჰიბიტორების ეფექტი შეიძლება მოიხსნას სუბსტრატის ჭარბი რაოდენობით ან იმ ნივთიერებების გავლენის ქვეშ, რომლებიც ცვლის ინჰიბიტორის ქიმიურ სტრუქტურას. კონკურენტუნარიანი და არაკონკურენტული ინჰიბიტორები უმეტეს შემთხვევაში შექცევადია.

ინჰიბიტორების გარდა ცნობილია ფერმენტული კატალიზის აქტივატორებიც. ისინი:

1) იცავს ფერმენტის მოლეკულას ინაქტივაციის გავლენისგან,

2) ჩამოაყალიბეთ კომპლექსი სუბსტრატთან, რომელიც უფრო აქტიურად უკავშირდება F-ის აქტიურ ცენტრს,

3) მეოთხეული სტრუქტურის მქონე ფერმენტთან ურთიერთქმედებით, ისინი გამოყოფენ მის ქვედანაყოფებს და ამით ხსნიან სუბსტრატს აქტიურ ცენტრამდე მისასვლელად.

ფერმენტების განაწილება ორგანიზმში

ცილების, ნუკლეინის მჟავების და ენერგიის მეტაბოლიზმის ფერმენტების სინთეზში მონაწილე ფერმენტები გვხვდება სხეულის ყველა უჯრედში. მაგრამ უჯრედები, რომლებიც ასრულებენ სპეციალურ ფუნქციებს, ასევე შეიცავს სპეციალურ ფერმენტებს. ამრიგად, პანკრეასის ლანგერჰანსის კუნძულების უჯრედები შეიცავს ფერმენტებს, რომლებიც ახორციელებენ ჰორმონების ინსულინისა და გლუკაგონის სინთეზს. ფერმენტებს, რომლებიც დამახასიათებელია მხოლოდ გარკვეული ორგანოების უჯრედებისთვის, ეწოდება ორგანოს სპეციფიკური: არგინაზა და უროკინაზა- ღვიძლი, მჟავა ფოსფატაზა- პროსტატის. სისხლში ასეთი ფერმენტების კონცენტრაციის შეცვლით მსჯელობენ ამ ორგანოებში პათოლოგიების არსებობაზე.

უჯრედში ცალკეული ფერმენტები ნაწილდება მთელ ციტოპლაზმაში, სხვები ჩანერგილია მიტოქონდრიისა და ენდოპლაზმური ბადის მემბრანებში, ასეთი ფერმენტები წარმოიქმნება. კუპეები, რომელშიც ხდება მეტაბოლიზმის გარკვეული, მჭიდროდ დაკავშირებული ეტაპები.

ბევრი ფერმენტი წარმოიქმნება უჯრედებში და გამოიყოფა ანატომიურ ღრუებში არააქტიურ მდგომარეობაში - ეს არის პროენზიმები. პროტეოლიზური ფერმენტები (რომლებიც ანადგურებენ ცილებს) ხშირად წარმოიქმნება პროენზიმების სახით. შემდეგ, pH-ის ან სხვა ფერმენტებისა და სუბსტრატების გავლენის ქვეშ, ხდება მათი ქიმიური მოდიფიკაცია და აქტიური ცენტრი ხელმისაწვდომი ხდება სუბსტრატებისთვის.

ასევე არსებობს იზოფერმენტები - ფერმენტები, რომლებიც განსხვავდებიან მოლეკულური სტრუქტურით, მაგრამ ასრულებენ ერთსა და იმავე ფუნქციას.

ფერმენტების ნომენკლატურა და კლასიფიკაცია

ფერმენტის სახელწოდება ჩამოყალიბებულია შემდეგი ნაწილებისგან:

1. სუბსტრატის სახელი, რომელთანაც იგი ურთიერთქმედებს

2. კატალიზებული რეაქციის ბუნება

3. ფერმენტის კლასის სახელი (მაგრამ ეს არჩევითია)

4. სუფიქსი -აზა-

პირუვატი - დეკარბოქსილი - აზა, სუქცინატი - დეჰიდროგენი - აზა

იმის გამო, რომ დაახლოებით 3 ათასი ფერმენტი უკვე ცნობილია, საჭიროა მათი კლასიფიკაცია. ამჟამად მიღებულია ფერმენტების საერთაშორისო კლასიფიკაცია, რომელიც ეფუძნება კატალიზებული რეაქციის ტიპს. არსებობს 6 კლასი, რომლებიც თავის მხრივ იყოფა რამდენიმე ქვეკლასად (ამ წიგნში მხოლოდ შერჩევითაა წარმოდგენილი):

1. ოქსიდორედუქტაზები. რედოქს რეაქციების კატალიზება. ისინი იყოფა 17 ქვეკლასად. ყველა ფერმენტი შეიცავს არაცილოვან ნაწილს ჰემის სახით ან ვიტამინების B2, B5 წარმოებულები. ჟანგვის ქვეშ მყოფი სუბსტრატი მოქმედებს როგორც წყალბადის დონორი.

1.1. დეჰიდროგენაზები აშორებენ წყალბადს ერთი სუბსტრატიდან და გადააქვთ სხვა სუბსტრატებზე. კოენზიმები NAD, NADP, FAD, FMN. ისინი იღებენ ფერმენტის მიერ ამოღებულ წყალბადს, გარდაქმნიან მას შემცირებულ ფორმაში (NADH, NADPH, FADH) და გადააქვთ სხვა ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსში, სადაც გამოყოფენ.

1.2. ოქსიდაზები - ახორციელებს წყალბადის ჟანგბადში გადაცემის კატალიზებას წყლის ან H 2 O 2 ფორმირებისთვის. ფ. ციტოქრომ ოქსიდაზასასუნთქი ჯაჭვი.

RH + NAD H + O 2 = ROH + NAD + H 2 O

1.3. მონოქსიდაზები - ციტოქრომი P450. მისი სტრუქტურის მიხედვით, ეს არის როგორც ჰემოპროტეინი, ასევე ფლავოპროტეინი. ჰიდროქსილირებს ლიპოფილურ ქსენობიოტიკებს (ზემოთ აღწერილი მექანიზმის მიხედვით).

1.4. პეროქსიდაზებიდა კატალაზა- ახდენს წყალბადის ზეჟანგის დაშლის კატალიზებას, რომელიც წარმოიქმნება მეტაბოლური რეაქციების დროს.

1.5. ოქსიგენაზები - ახდენს სუბსტრატში ჟანგბადის დამატების რეაქციის კატალიზებას.

2. ტრანსფერაზები - ახდენს სხვადასხვა რადიკალების გადაცემის კატალიზებას დონორის მოლეკულიდან მიმღებ მოლეკულაში.

ა ა+ E + B = E ა+ A + B = E + B ა+ ა

2.1. მეთილტრანსფერაზა (CH 3 -).

2.2.კარბოქსილ- და კარბამოილტრანსფერაზები.

2.2. აცილტრანსფერაზები - კოენზიმი A (აცილის ჯგუფის გადაცემა - R -C=O).

მაგალითი: ნეიროტრანსმიტერის აცეტილქოლინის სინთეზი (იხ. თავი „ცილის მეტაბოლიზმი“).

2.3. ჰექსოსილტრანსფერაზები ახდენენ გლიკოზილის ნარჩენების გადაცემის კატალიზებას.

მაგალითი: გლუკოზის მოლეკულის გაყოფა გლიკოგენისგან გავლენის ქვეშ ფოსფორილაზები.

2.4. ამინოტრანსფერაზები - ამინოჯგუფების გადაცემა

R 1- CO - R 2 + R 1 - CH - ნ.ჰ. 3 - R 2 = R 1 - CH - ნ.ჰ. 3 - R 2 + R 1- CO - R 2

ისინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ AK-ის ტრანსფორმაციაში. საერთო კოენზიმი არის პირიდოქსალ ფოსფატი.

მაგალითი: ალანინ ამინოტრანსფერაზა(ALAT): პირუვატი + გლუტამატი = ალანინი + ალფა-კეტოგლუტარატი (იხ. თავი "ცილის მეტაბოლიზმი").

2.5. ფოსფოტრანსფერაზა (კინაზა) - ახდენს ფოსფორმჟავას ნარჩენების გადაცემის კატალიზებას. უმეტეს შემთხვევაში, ფოსფატის დონორი არის ATP. ამ კლასის ფერმენტები ძირითადად მონაწილეობენ გლუკოზის დაშლაში.

მაგალითი: ჰექსო(გლუკო)კინაზა.

3. ჰიდროლაზები - ჰიდროლიზის რეაქციების კატალიზება, ე.ი. ნივთიერებების გაყოფა დამატებით იმ ადგილას, სადაც წყლის კავშირი გატეხილია. ეს კლასი მოიცავს ძირითადად საჭმლის მომნელებელ ფერმენტებს, ისინი ერთკომპონენტიანია (არ შეიცავს არაცილოვან ნაწილს)

R1-R2 +H 2 O = R1H + R2OH

3.1. ესთერაზები - არღვევენ ეთერულ ბმებს. ეს არის ფერმენტების დიდი ქვეკლასი, რომელიც ახორციელებს თიოლის ეთერებისა და ფოსფოსტერების ჰიდროლიზს.
მაგალითი: NH 2).

მაგალითი: არგინაზა(შარდოვანას ციკლი).

4.ლიაზები - ახდენს მოლეკულური გაყოფის რეაქციების კატალიზებას წყლის დამატების გარეშე. ამ ფერმენტებს აქვთ არაცილოვანი ნაწილი თიამინის პიროფოსფატის (B 1) და პირიდოქსალ ფოსფატის (B 6) სახით.

4.1. C-C ბონდის ლიაზები. მათ ჩვეულებრივ დეკარბოქსილაზებს უწოდებენ.

მაგალითი: პირუვატ დეკარბოქსილაზა.

5.იზომერაზები - იზომერიზაციის რეაქციების კატალიზება.

მაგალითი: ფოსფოპენტოზის იზომერაზა, პენტოზა ფოსფატის იზომერაზა(პენტოზაფოსფატის გზის არაოქსიდაციური ფილიალის ფერმენტები).

6.ლიგაზები ახდენენ რეაქციების კატალიზებას უფრო რთული ნივთიერებების სინთეზისთვის მარტივი ნივთიერებებისგან. ასეთი რეაქციები მოითხოვს ატფ-ის ენერგიას. ასეთი ფერმენტების სახელს ემატება "სინთეტაზა".

ცნობები თავისთვის IV.3.

1. Byshevsky A. Sh., Tersenov O. A. ბიოქიმია ექიმისთვის // ეკატერინბურგი: Uralsky Rabochiy, 1994, 384 გვ.;

2. Knorre D. G., Myzina S. D. ბიოლოგიური ქიმია. – მ.: უმაღლესი. სკოლა 1998, 479 გვ.;

3. Filippovich Yu. B., Egorova T. A., Sevastyanova G. A. სემინარი ზოგადი ბიოქიმიის შესახებ // M.: განმანათლებლობა, 1982, 311 გვ.;

4. Leninger A. ბიოქიმია. უჯრედის სტრუქტურისა და ფუნქციების მოლეკულური საფუძველი // M.: Mir, 1974, 956 pp.;

5. პუსტოვალოვა ლ.მ. სემინარი ბიოქიმიის შესახებ // როსტოვ-დონ: ფენიქსი, 1999, 540 გვ.

პრეზენტაციის აღწერა ლექცია No1 შესავალი ბიოქიმიაში. ფერმენტები სლაიდებზე

ლექციის მონახაზი I. ბიოქიმია, როგორც მეცნიერება. ბიოქიმიის საგანი, მიზნები და ამოცანები. II. მეტაბოლიზმი. Ძირითადი ცნებები. მეტაბოლური რეაქციების სახეები. III. ენზიმოლოგია. 1. ფერმენტები. განმარტება, ქიმიური ბუნება, ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები, ბიოლოგიური მნიშვნელობა. 2. ფერმენტების და არაორგანული კატალიზატორების შედარება 3. ფერმენტების სტრუქტურა

ბიოქიმია არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ნივთიერებებს, რომლებიც ქმნიან ცოცხალ ორგანიზმებს, მათ გარდაქმნებს, აგრეთვე ამ გარდაქმნების ურთიერთობას ორგანოებისა და ქსოვილების აქტივობასთან.ბიოქიმია ახალგაზრდა მეცნიერებაა, დაახლოებით ასი წლის წინ ის წარმოიშვა კვეთაზე. ფიზიოლოგია და ორგანული ქიმია. ტერმინი ბიოქიმია შემოიღო გერმანელმა ბიოქიმიკოსმა კარლ ნოიბერგმა (1877 -1956) 1903 წელს. I. ბიოქიმია

ბიოქიმია, როგორც მეცნიერება იყოფა: სტატიკური (ბიოორგანული ქიმია) აანალიზებს ორგანიზმების სტრუქტურასა და ქიმიურ შემადგენლობას. დინამიური სწავლობს ორგანიზმში მეტაბოლიზმს და ენერგიას. ფუნქციონალური სწავლობს ქიმიური პროცესების ურთიერთქმედებას ბიოლოგიურ და ფიზიოლოგიურ ფუნქციებთან OH H O H O HO HH HO HCO 2 + H 2 O ÀÄÔ + Ôí ÀÒÔ À Ò Ô À Ä Ô + Ô í

კვლევის ობიექტების მიხედვით ბიოქიმია იყოფა: ადამიანისა და ცხოველის ბიოქიმიად; მცენარეთა ბიოქიმია; მიკროორგანიზმების ბიოქიმია; სოკოების ბიოქიმია; ვირუსების ბიოქიმია. მე და შენ დაკავდებით სამედიცინო ბიოქიმიით, ადამიანებისა და ცხოველების ბიოქიმიის ერთ-ერთი ფილიალი

სამედიცინო ბიოქიმიის ობიექტია ადამიანი.სამედიცინო ბიოქიმიის კურსის მიზანია შეისწავლოს: ადამიანის ფიზიოლოგიური ფუნქციების მოლეკულური საფუძვლები; დაავადების პათოგენეზის მოლეკულური მექანიზმები; ბიოქიმიური საფუძველი დაავადებების პროფილაქტიკისა და მკურნალობისთვის; დაავადებების დიაგნოსტიკისა და მკურნალობის ეფექტურობის მონიტორინგის ბიოქიმიური მეთოდები (კლინიკური ბიოქიმია) სამედიცინო ბიოქიმიის კურსის მიზნები: თეორიული მასალის შესწავლა; ბიოქიმიური კვლევის პრაქტიკული უნარ-ჩვევების შეძენა; ისწავლეთ ბიოქიმიური კვლევების შედეგების ინტერპრეტაცია

II. მეტაბოლიზმი ნებისმიერი ორგანიზმის სასიცოცხლო აქტივობა ემყარება ქიმიურ პროცესებს. მეტაბოლიზმი (მეტაბოლიზმი) არის ცოცხალ ორგანიზმში მიმდინარე ყველა რეაქციის მთლიანობა A FB C DEE ენერგია სითბოს კატაბოლიზმი ანაბოლიზმი

მეტაბოლიტები - ნივთიერებათა ცვლის პროცესებში მონაწილე ნივთიერებები (სუბსტრატები, A, B, C, პროდუქტები) სუბსტრატი - ნივთიერება, რომელიც შედის ქიმიურ რეაქციაში პროდუქტი - ნივთიერება, რომელიც წარმოიქმნება ქიმიური რეაქციის დროს სუბსტრატი პროდუქტი. რეაქციების თანმიმდევრობას, რომლის შედეგადაც სუბსტრატი პროდუქტად გარდაიქმნება, ეწოდება A B მეტაბოლური გზა. ორგანულ ნაერთებს აქვთ რთული სტრუქტურა და სინთეზირდება მხოლოდ რამდენიმე თანმიმდევრული რეაქციის დროს. მეტაბოლური გზის მაგალითი: გლიკოლიზი, ჟანგვითი ფოსფორილირების ჯაჭვი.

სუბსტრატის პროდუქტი 2 რეაქციების თანმიმდევრობას, რომელიც გვერდის ავლით ძირითად მეტაბოლურ გზას, ეწოდება მეტაბოლური შუნტი A B D Eპროდუქტი 3 პროდუქტი 1 მეტაბოლური შუნტი: 1. პენტოზა ფოსფატის შუნტი, 2. 2, 3-დიფოსფოგლიცერატიული შუნტი

S 1 რეაქციების თანმიმდევრობას, რომლის დროსაც მიღებული პროდუქტი ასევე არის ამ რეაქციების სუბსტრატი, ეწოდება მეტაბოლური ციკლი S 2 (P) A CBპროდუქტი 1 პროდუქტი 2 მეტაბოლური ციკლების მაგალითები: 1. კრებსის ციკლი, 2. ორნიტინის ციკლი 3. β. ციკლი - ცხიმოვანი დაჟანგვის მჟავები 4. გლუკოზა-ლაქტატის ციკლი, 5. გლუკოზა-ალანინის ციკლი

ენზიმოლოგია არის მეცნიერება, ბიოქიმიის ფილიალი, ფერმენტების შესახებ. III. ფერმენტების ენზიმოლოგია, სტრუქტურა და თვისებები; ფერმენტული რეაქციები და მათი კატალიზის მექანიზმები; ფერმენტის აქტივობის რეგულირება. ფერმენტოლოგიის საგანია ფერმენტები. ენზიმოლოგიური კვლევები: სამედიცინო ფერმენტოლოგია - სწავლობს ფერმენტების გამოყენებას მედიცინაში.

ცოცხალ ორგანიზმში თითქმის ყველა რეაქცია ხდება ფერმენტების მონაწილეობით.ფერმენტები ცილოვანი ბუნების ბიოლოგიური კატალიზატორები არიან. ფერმენტების ბიოლოგიური როლი არის ის, რომ ისინი ახდენენ ორგანიზმში ყველა მეტაბოლური პროცესის კონტროლირებად მიმდინარეობას. აღწერილია

ფერმენტების მოქმედების თავისებურებები 1. აჩქარებენ მხოლოდ თერმოდინამიკურად შესაძლო რეაქციებს 2. არ ცვლიან რეაქციების წონასწორობის მდგომარეობას, არამედ მხოლოდ აჩქარებენ მის მიღწევას 3. რეაქციები აჩქარებულია მნიშვნელოვნად, 10 8 -10 14-ჯერ 4. ისინი მოქმედებენ. მცირე რაოდენობით 5. არ მოიხმარენ რეაქციებში 6. მგრძნობიარეა აქტივატორებისა და ინჰიბიტორების მიმართ. 7. ფერმენტების აქტივობა რეგულირდება სპეციფიკური და არასპეციფიკური ფაქტორებით 8. ფერმენტები მოქმედებენ მხოლოდ რბილ პირობებში (t = 36 -37ºС, pH ~ 7.4, ატმოსფერული წნევა) სხეული 10. ფერმენტებისთვის ხასიათდება მაღალი სპეციფიკა: სუბსტრატის სპეციფიკა: ▪ აბსოლუტური (1 ფერმენტი - 1 სუბსტრატი), ▪ ჯგუფი (1 ფერმენტი - რამდენიმე მსგავსი სუბსტრატი), ▪ სტერეოსპეციფიკურობა (ფერმენტები მუშაობენ L ან D სუბსტრატებთან). კატალიზური სპეციფიკა (ფერმენტები ახდენენ ქიმიური რეაქციის ერთ-ერთი ტიპის რეაქციის კატალიზებას) საერთო არაორგანული და კატალიზატორებისთვის

1. აქტიური ცენტრი არის ფერმენტის მოლეკულის ნაწილი, რომელიც კონკრეტულად ურთიერთქმედებს სუბსტრატთან და უშუალოდ მონაწილეობს კატალიზში ბ). კატალიზური ცენტრი. აქტიური ცენტრი, როგორც წესი, განლაგებულია ნიშაში (ჯიბეში) შეიცავს მინიმუმ სამ წერტილს სუბსტრატის შესაკვრელად, რის გამოც სუბსტრატის მოლეკულა მიმაგრებულია აქტიურ ცენტრზე ერთადერთი შესაძლო გზით, რაც უზრუნველყოფს სუბსტრატის სპეციფიკურობას. ფერმენტი 1. აქტიური ცენტრი ა). სუბსტრატის ადგილი (კონტაქტის არე) კატალიზური ცენტრის სტრუქტურული თავისებურება საშუალებას აძლევს ფერმენტს რეაქციის კატალიზირება სპეციფიური კატალიზური მექანიზმის გამოყენებით: მჟავა-ტუტოვანი, ელექტროფილური, ნუკლეოფილური და ა.შ. კატალიზური ცენტრი უზრუნველყოფს ქიმიური ტრანსფორმაციის გზის არჩევას და ფერმენტის კატალიზურ სპეციფიკას. ფერმენტების სტრუქტურა ფერმენტები არის გლობულური ცილები, რომლებიც შეიცავს აქტიურ ცენტრს

ფერმენტ t +- 0 სუბსტრატი ფერმენტები ხასიათდება კატალიზის სპეციფიკური ცენტრების არსებობით. სუბსტრატის ადგილი კატალიტი. ცენტრი აქტიური ცენტრი + 0 -პროდუქტი ტ

02. ალოსტერიული ცენტრი მარეგულირებელი ფერმენტების ჯგუფს აქვს ალოსტერიული ცენტრები, რომლებიც განლაგებულია აქტიური ცენტრის გარეთ, ალოსტერულ ცენტრზე შეიძლება დაერთოს „+“ მოდულატორები (აქტივატორები), რაც ზრდის ფერმენტების აქტივობას. ალოსტერული ცენტრი და საკონტაქტო ბალიშები განლაგებულია ანალოგიურად + -0+ აქტივატორი

02. ალოსტერიული ცენტრი ასევე, ალოსტერიულ ცენტრს შეიძლება დაერთოს „-“ მოდულატორები (ინჰიბიტორები), რომლებიც აფერხებენ ფერმენტების აქტივობას. -0+ ინჰიბიტორი -

მათი შემადგენლობის მიხედვით ფერმენტები იყოფა: მარტივი შედგება მხოლოდ ამინომჟავებისგან - კომპლექსური ფერმენტები შედგება: 1. ამინომჟავებისგან; 2. ლითონის იონები 3. არაცილოვანი ბუნების ორგანული ნივთიერებები 0+ აპოენზიმი. პროთეზირების ჯგუფი + - 0 რთული ფერმენტის ცილოვან ნაწილს (ამინომჟავებიდან) ეწოდება აპოენზიმი რთული ფერმენტის არაცილოვან ნაწილს ეწოდება პროთეზიური ჯგუფი ლითონის იონები (კოფაქტორები) არაცილოვანი ბუნების ორგანული ნივთიერებები (კოენზიმები)

კოენზიმები არის არაცილოვანი ბუნების ორგანული ნივთიერებები, რომლებიც მონაწილეობენ კატალიზში, როგორც ფერმენტის აქტიური ცენტრის კატალიზური ადგილის ნაწილი. რთული ცილის კატალიზურად აქტიურ ფორმას ეწოდება ჰოლოენზიმი.ჰოლოენზიმი = აპოენზიმი + კოენზიმი. კოფაქტორები - მეტალის იონები, რომლებიც აუცილებელია ფერმენტების კატალიზური აქტივობის გამოვლინებისთვის, ეწოდება

შემდეგი ფუნქციონირებს როგორც კოფერმენტები: ვიტამინების გააქტიურება კოენზიმები PP (ნიკოტინის მჟავა) NAD + , NADP + B 1 (თიამინი) B 2 (რიბოფლავინი) თიამინის პიროფოსფატი FAD, FMN B 6 (პირიდოქსალი) პირიდოქსალ ფოსფატი B 12 კობარენციმინები; ნუკლეოტიდები (რიბოსომული კოენზიმები); კოენზიმი Q; FAFS (ტრანსფერაზას კოენზიმები); SAM ; გლუტათიონი (გლუტათიონ პეროქსიდაზას კოენზიმი); წყალში ხსნადი ვიტამინების წარმოებულები:

— 0+ +- 0++ — 0+ + — 0 კოსუბსტრატი არის პროთეზირების ჯგუფი, რომელიც მიმაგრებულია ცილოვან ნაწილზე სუსტი არაკოვალენტური ბმებით. რეაქციის დროს ფერმენტს ემატება კოსუბსტრატი: მაგალითად, NAD +, NADP +. +- 0+ პროდუქტის ფერმენტი + სუბსტრატის ფერმენტი კოსუბსტრატი ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი კოსუბსტრატი- 0+ პროთეზირების ჯგუფი ჩვეულებრივ მჭიდროდ არის დაკავშირებული აპოენზიმთან.

კოფაქტორები კალიუმის, მაგნიუმის, კალციუმის, თუთიის, სპილენძის, რკინის და სხვა იონები მოქმედებენ როგორც კოფაქტორები, ასტაბილურებენ სუბსტრატის მოლეკულებს და უზრუნველყოფენ მის შეკავშირებას; ფერმენტის აქტიური ცენტრის სტაბილიზაცია, ფერმენტის მესამეული და მეოთხეული სტრუქტურის სტაბილიზაცია; უზრუნველყოფს კატალიზს. კოფაქტორების როლი მრავალფეროვანია, ისინია:

მაგალითად, ATP უერთდება კინაზებს მხოლოდ Mg 2+ + სუბსტრატის (ATP) კოფაქტორთან (Mg 2+) + - 0 ფერმენტის აქტიურ სუბსტრატთან (ATP- Mg 2+) - 0+ + - 0+ ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსურ პროდუქტთან (ADP) ) - 0+ ფერმენტი. კოფაქტორი (მგ 2+)

ფერმენტების ლოკალიზაცია და დანაწევრება უჯრედებსა და ქსოვილებში ორგანიზმში ლოკალიზაციის მიხედვით ფერმენტები იყოფა: ზოგად ფერმენტებად (უნივერსალური) ორგანოსპეციფიკური ფერმენტები ორგანულ სპეციფიკურ ფერმენტებად. Organelle-არასპეციფიკური ფერმენტები. უჯრედში მდებარეობის მიხედვით ფერმენტები იყოფა: კრეატინ კინაზებად, ამინოტრანსფერაზებად და სხვ. გლიკოლიზის ფერმენტები, რიბოსომები და ა.შ.

თითქმის ყველა უჯრედში გვხვდება, ისინი უზრუნველყოფენ უჯრედის სიცოცხლის ძირითად პროცესებს: 1. ზოგადი ფერმენტები (უნივერსალური) ფერმენტები: გლიკოლიზი, კრებსის ციკლი, ოქსიდაციური ფოსფორილირება, PPS და ა.შ. ატფ-ის სინთეზი და გამოყენება; ცილების, ნუკლეინის მჟავების, ლიპიდების, ნახშირწყლების და სხვა ორგანული ნივთიერებების მეტაბოლიზმი; ელექტროქიმიური პოტენციალის შექმნა; მოძრაობა და ა.შ.

2. ორგანოს სპეციფიკური ფერმენტები ძვლის ქსოვილი ტუტე ფოსფატაზა მიოკარდიუმი AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 თირკმლის ტრანსამიდინაზა a, ტუტე ფოსფატაზა ღვიძლის არგინაზა, ALT, AST, LDH 4, 5, ტუტე ფოსფატაზა, ტრანსგლუპტაზა. ქოლინესტერაზა. გარკვეული ორგანოების ან ქსოვილების (ან ორგანოებისა და ქსოვილების ჯგუფის) დამახასიათებელი. დარწმუნდით, რომ ისინი ასრულებენ სპეციფიკურ ფუნქციებს პროსტატის მჟავა ფოსფატაზას. პანკრეასის α-ამილაზა, ლიპაზა, γ-გლუტამილ ტრანსპეპტიდაზა

ფერმენტების განაწილება ღვიძლის მიოკის ორგანოებში. სკელი. მუშკი თირკმლის და ძვლის პროსტატის AST ALT LDH CK ALP CP 0 -10% 10 -50% 50 -75% 75 -100%

3. ორგანელისთვის სპეციფიური ფერმენტები უჯრედის მემბრანა ტუტე ფოსფატაზა, ადენილატ ციკლაზა, K-Na-ATPase ციტოპლაზმა გლიკოლიზის ფერმენტები, PFS გლუვი ER მიკროსომული დაჟანგვის ფერმენტები რიბოსომები ცილის ბიოსინთეზის ფერმენტები. ლიზოსომების მჟავა ფოსფატაზა. მიტოქონდრია ოქსიდაციური ფოსფორილირების ფერმენტები, TCA ციკლი, ცხიმოვანი მჟავების β-დაჟანგვა Core RNA პოლიმერაზა, NAD სინთეტაზა

იზოფერმენტები არის ერთი ფერმენტის მრავალი ფორმა, რომელიც კატალიზებს ერთსა და იმავე რეაქციას და განსხვავდება ქიმიური შემადგენლობით.იზოფერმენტები განსხვავდებიან: სუბსტრატისადმი მიდრეკილება (სხვადასხვა კმ), კატალიზებული რეაქციის მაქსიმალური სიჩქარე, ელექტროფორეზული მობილურობა, განსხვავებული მგრძნობელობა ინჰიბიტორებისა და აქტივატორების მიმართ, ოპტიმალური p. . H თერმდგრადობა იზოფერმენტებს აქვთ მეოთხეული სტრუქტურა, რომელიც წარმოიქმნება ლუწი რაოდენობის ქვედანაყოფებით (2, 4, 6 და ა.შ.): იზოფერმენტები მეოთხეული სტრუქტურის მქონე ცილები და სხვადასხვა ქვედანაყოფები ქმნიან უფრო მრავალფეროვან ფორმებს გენების მცირე რაოდენობის გამო. .

ლაქტატდეჰიდროგენაზა (LDH) LDH შედგება 4 ქვეერთეულისგან 2 ტიპის M (კუნთი) და H (გული), რომლებიც სხვადასხვა კომბინაციით ქმნიან 5 იზოფორმას M (კუნთი) H (გული). Ë Ä ÃC O O H C C H 3 O Ï Ê 2 Í À Ä + 2 Í À Ä Í 2 C O O H C H 3 O H Ë à ê ò à òH გლიკოლიზის და გლუკონეოგენეზის ფერმენტი

LDH 1 NNNN LDH 2 NNNM LDH 3 NNMM LDH 4 NMMM LDH 5 MMMM O 2 H (გული) M (კუნთები) ფილტვის ეპითელიუმი ალვეოლმიოკარდიუმი, ერითროციტები, თირკმლის ქერქის განივი ჩონჩხის კუნთები, ჰეპატოციტები. N ნეიტრალური რ. H მჟავე

კრეატინ კინაზა (კრეატინ ფოსფოკინაზა) CPK შედგება 2 ქვედანაყოფისგან 2 ტიპის M (ინგლისურიდან კუნთი - კუნთი) და B (ინგლისურიდან ტვინი - ტვინი), რომლებიც სხვადასხვა კომბინაციით ქმნიან 3 იზოფორმას: CPK BB CPK MMKPK მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. კუნთების და ნერვული ქსოვილების ენერგიის გაცვლაში

სისხლში ორგანელას სპეციფიკური ფერმენტების და იზოფერმენტების აქტივობის განსაზღვრა ფართოდ გამოიყენება კლინიკურ დიაგნოსტიკაში: მიოკარდიუმის ინფარქტი AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 პანკრეატიტი პანკრეასის ამილაზა, γ-გლუტამილ ტრანსპეპტიდაზა, ლიპაზა ჰეპატიტი AST, ALT, 4, 5, γ - გლუტამილ ტრანსპეპტიდაზა, გლუტამატ დეჰიდროგენაზა

ნომენკლატურა - ცალკეული ნაერთების სახელები, მათი ჯგუფები, კლასები, აგრეთვე ამ სახელების შედგენის წესები კლასიფიკაცია - რაღაცის დაყოფა შერჩეული მახასიათებლების მიხედვით ნომენკლატურა და ფერმენტების კლასიფიკაცია.

ფერმენტების თანამედროვე ნომენკლატურა საერთაშორისოა, ითარგმნება სხვადასხვა ენაზე. ისტორიული სახელები: (პეპსინი, ტრიპსინი) სამუშაო სახელები: სუბსტრატი + აზა დაბოლოება (საქარაზა) სუბსტრატი + მისი ქიმიური. კონვერტაცია + აზა (პირუვატ კარბოქსილაზა) ტრივიალური სისტემური სახელს შეუძლია ზუსტად განსაზღვროს ფერმენტი და მისი კატალიზებული რეაქცია. თითოეული კლასი აგებულია კონკრეტული სქემის მიხედვით, რომელიც მიღებულია 1961 წელს ბიოქიმიკოსთა საერთაშორისო კავშირის მიერ.

ფერმენტების კლასიფიკაცია ქიმიური რეაქციების 6 ცნობილი ტიპის საფუძველზე, ფერმენტები, რომლებიც მათ კატალიზებას ახდენენ, იყოფა 6 კლასად. სუბსტრატების, გადასატანი ჯგუფების და ა.შ. მიხედვით, თითოეულ კლასში გამოიყოფა რამდენიმე ქვეკლასი და ქვეკლასი (5-დან 23-მდე); თითოეულ ფერმენტს აქვს თავისი კოდი CF 1. 1. პირველი ციფრი აღნიშნავს კლასს, მეორე - ქვეკლასს, მესამე - ქვეკლასს, მეოთხე - ფერმენტის სერიულ ნომერს მის ქვეკლასში (აღმოჩენის თანმიმდევრობით). http://www. ქიმ. qmul. აწ. uk/iubmb/enzyme/

რეაქციის ტიპი კლასი ქვეკლასი ქვეკლასი 1 ORV ოქსიდორედუქტაზები 23 ქვეკლასები ოქსიდაზები აერობული DG ანაერობული DG ოქსიგენაზები ჰიდროქსიპეროქსიდაზები 2 ფუნქციური ჯგუფების გადატანა ტრანსფერაზები 10 ქვეკლასები კინაზები ამინოტრანსფერაზები ჰიდროქსიდაზური კინაზები ა3 ჯგუფის მოცილება კლასები ფოსფოტაზები FPP 4 არა- ჯგუფის ჰიდროლიზური მოცილება სუბსტრატიდან a ლიაზები 7 ქვეკლასი 5 იზომერიზაცია 5 ქვეკლასი 6 სინთეზი მაღალენერგეტიკული ნაერთების ლიგაზას ენერგიის გამო 6 ქვეკლასები C-O-ლიგაზა, C-S-ლიგაზა, C-N-ლიგაზა, C-C-ლიგაზა

ფერმენტების ნომენკლატურა არ არსებობს ერთიანი მიდგომა ფერმენტების დასახელების წესებთან - თითოეულ კლასს აქვს საკუთარი წესები ფერმენტის სახელწოდება შედგება 2 ნაწილისაგან: 1 ნაწილი - სუბსტრატის დასახელება (სუბსტრატები), 2 ნაწილი - ტიპი. რეაქცია კატალიზირებულია. დასასრული – AZA; დამატებითი ინფორმაცია, საჭიროების შემთხვევაში, იწერება ბოლოს და ჩასმულია ფრჩხილებში: L -malate + NADP + ↔ PVK + CO 2 + NADH 2 L -malate: NADP + - ოქსიდორედუქტაზა (დეკარბოქსილირებადი);

1. ოქსიდორედუქტაზები კლასის დასახელება: დონორი: მიმღები (კოსსუბსტრატი) ოქსიდორედუქტაზა R - CH 2 - O H + NAD + R - CH =O + NAD H 2 სისტემატური დასახელება: ალკოჰოლი: NAD + ოქსიდორედუქტაზა ტრივიალური დასახელება: ალკოჰოლის დეჰიდროგენაზა კოდი: CF 1. 1 ℮ - და N +

2. ტრანსფერაზები კლასის დასახელება: საიდან: სად რა პოზიციამდე – რა – ტრანსფერაზას დონორი: მიმღები – ტრანსპორტირებული ჯგუფი – ტრანსფერაზა AT F + D-ჰექსოზა ADP + D-ჰექსოზა -6 f სისტემური დასახელება: AT F: D -ჰექსოზა -6 - ფოსფოტრანსფერაზა ტრივიალური დასახელება: ჰექსოკინაზა კოდი: CF 2. 7. 1. 1 ატომები და მოლეკულური ნარჩენები

3. ჰიდროლაზები კლასის დასახელება: სუბსტრატი - რაც იხსნება - ჰიდროლაზა სუბსტრატი - ჰიდროლაზა აცეტილქოლინი + H 2 O აცეტატი + ქოლინი სისტემური დასახელება: აცეტილქოლინ-აცილ ჰიდროლაზა ტრივიალური დასახელება: აცეტილქოლინესტერაზა კოდი: EC 3. 1. 1.

4. ლიაზები კლასის დასახელება: სუბსტრატი: რაც იხსნება – ლიაზა L-მალატი H 2 O + ფუმარატი სისტემური დასახელება: L-მალატი: ჰიდრო-ლიაზა ტრივიალური დასახელება: ფუმარაზა კოდი: EF 4. 2. 1.

5. იზომერაზები კლასის დასახელება: სუბსტრატი – იზომერიზაციის ტიპი – იზომერაზა სუბსტრატი – პროდუქტი – იზომერაზა ფუმარის მჟავა მალეინის მჟავა სისტემატური დასახელება: ფუმარატი – ცის, ტრანს – იზომერაზა.

6. ლიგაზები (სინთეტაზები) კლასის დასახელება: სუბსტრატი: სუბსტრატი – ლიგაზა (ენერგიის წყარო) L-გლუტამატი + NH 4 + + ATP L-გლუტამინი + ADP + Fn სისტემური დასახელება: L-გლუტამატი: ამიაკი – ლიგაზა (ATP → ADP + Fn ) ტრივიალური დასახელება: გლუტამინ სინთეტაზა კოდი: KF 6. 3. 1.

ლექცია 15. ფერმენტები: სტრუქტურა, თვისებები, ფუნქციები.

ლექციის მონახაზი:

1. ფერმენტების ზოგადი მახასიათებლები.

2. ფერმენტების სტრუქტურა.

3. ფერმენტული კატალიზის მექანიზმი.

4. ფერმენტების თვისებები.

5. ფერმენტების ნომენკლატურა.

6. ფერმენტების კლასიფიკაცია.

7. იზოზიმები

8. ფერმენტული რეაქციების კინეტიკა.

9. ფერმენტული აქტივობის საზომი ერთეულები

1. ფერმენტების ზოგადი მახასიათებლები.

ნორმალურ ფიზიოლოგიურ პირობებში ორგანიზმში ბიოქიმიური რეაქციები მიმდინარეობს მაღალი სიჩქარით, რასაც უზრუნველყოფენ ცილოვანი ბუნების ბიოლოგიური კატალიზატორები - ფერმენტები.

მათ სწავლობს ფერმენტოლოგიის მეცნიერება - ფერმენტების (ფერმენტების), სპეციფიკური ცილების - კატალიზატორების მიერ სინთეზირებული ნებისმიერი ცოცხალი უჯრედის მიერ და ააქტიურებს ორგანიზმში მიმდინარე სხვადასხვა ბიოქიმიურ რეაქციებს. ზოგიერთი უჯრედი შეიძლება შეიცავდეს 1000-მდე სხვადასხვა ფერმენტს.

2. ფერმენტების სტრუქტურა.

ფერმენტები არის მაღალი მოლეკულური წონის ცილები. ნებისმიერი ცილის მსგავსად, ფერმენტებს აქვთ მოლეკულური ორგანიზაციის პირველადი, მეორადი, მესამეული და მეოთხეული დონეები. პირველადი სტრუქტურაეს არის ამინომჟავების თანმიმდევრული კომბინაცია და განისაზღვრება სხეულის მემკვიდრეობითი მახასიათებლებით; ეს არის ის, რაც დიდწილად ახასიათებს ფერმენტების ინდივიდუალურ თვისებებს. მეორადი სტრუქტურა ფერმენტები ორგანიზებულია ალფა სპირალის სახით. მესამეული სტრუქტურააქვს გლობულის ფორმა და მონაწილეობს აქტიური და სხვა ცენტრების ფორმირებაში. ბევრ ფერმენტს აქვს მეოთხეული სტრუქტურა და წარმოადგენს რამდენიმე ქვედანაყოფის გაერთიანებას, რომელთაგან თითოეულს ახასიათებს მოლეკულების ორგანიზების სამი დონე, რომლებიც განსხვავდება ერთმანეთისგან, როგორც ხარისხობრივი, ასევე რაოდენობრივი თვალსაზრისით.

თუ ფერმენტები წარმოდგენილია მარტივი ცილებით, ანუ ისინი შედგება მხოლოდ ამინომჟავებისგან, მათ უწოდებენ მარტივ ფერმენტებს. მარტივი ფერმენტებია პეპსინი, ამილაზა, ლიპაზა (კუჭ-ნაწლავის თითქმის ყველა ფერმენტი).

რთული ფერმენტები შედგება ცილოვანი და არაცილოვანი ნაწილებისგან. ფერმენტის ცილოვან ნაწილს ეწოდება - აპოენზიმი,არაცილოვანი - კოენზიმი.წარმოიქმნება კოენზიმი და აპოენზიმი ჰოლოენზიმი.კოენზიმს შეუძლია დაუკავშირდეს ცილოვან ნაწილს ან მხოლოდ რეაქციის ხანგრძლივობის განმავლობაში, ან ერთმანეთთან მუდმივი ძლიერი კავშირით (მაშინ არაცილოვან ნაწილს ეწოდება - პროთეზირების ჯგუფი). ნებისმიერ შემთხვევაში, არაცილოვანი კომპონენტები უშუალოდ მონაწილეობენ ქიმიურ რეაქციებში სუბსტრატთან ურთიერთქმედებით. კოენზიმები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს:

ნუკლეოზიდის ტრიფოსფატები.

მინერალები (თუთია, სპილენძი, მაგნიუმი).

ვიტამინების აქტიური ფორმები (B 1 არის ფერმენტ დეკარბოქსილაზას ნაწილი, B 2 არის დეჰიდროგენაზას ნაწილი, B 6 არის ტრანსფერაზას ნაწილი).

კოენზიმების ძირითადი ფუნქციები:

კატალიზის აქტში მონაწილეობა.

კონტაქტის დამყარება ფერმენტსა და სუბსტრატს შორის.

აპოენზიმის სტაბილიზაცია.

აპოენზიმი, თავის მხრივ, აძლიერებს არაცილოვანი ნაწილის კატალიზურ აქტივობას და განსაზღვრავს ფერმენტების მოქმედების სპეციფიკას.

თითოეული ფერმენტი შეიცავს რამდენიმე ფუნქციურ ცენტრს.

აქტიური ცენტრი- ფერმენტის მოლეკულის ზონა, რომელიც კონკრეტულად ურთიერთქმედებს სუბსტრატთან. აქტიური ცენტრი წარმოდგენილია რამდენიმე ამინომჟავის ნარჩენების ფუნქციური ჯგუფებით, აქ ხდება სუბსტრატის მიმაგრება და ქიმიური ტრანსფორმაცია.

ალოსტერული ცენტრიან მარეგულირებელი - ეს არის ფერმენტის ზონა, რომელიც პასუხისმგებელია აქტივატორებისა და ინჰიბიტორების დამატებაზე. ეს ცენტრი ჩართულია ფერმენტების აქტივობის რეგულირებაში.

ეს ცენტრები განლაგებულია ფერმენტის მოლეკულის სხვადასხვა ნაწილში.

დიდი ხანია დადგენილია, რომ ყველა ფერმენტი არის ცილა და აქვს ცილის ყველა თვისება. ამიტომ, ცილების მსგავსად, ფერმენტები იყოფა მარტივ და რთულად.

მარტივი ფერმენტებიშედგება მხოლოდ ამინომჟავებისგან - მაგალითად, პეპსინი , ტრიპსინი , ლიზოზიმი.

რთული ფერმენტები(ჰოლოენზიმებს) აქვთ ამინომჟავებისგან შემდგარი ცილოვანი ნაწილი - აპოენზიმი, ხოლო არაცილოვანი ნაწილი - კოფაქტორი. რთული ფერმენტების მაგალითებია სუქცინატდეჰიდროგენაზა(შეიცავს FAD), ამინოტრანსფერაზები(შეიცავს პირიდოქსალ ფოსფატს), სხვადასხვა პეროქსიდაზები(შეიცავს ჰემს), ლაქტატდეჰიდროგენაზა(შეიცავს Zn 2+), ამილაზა(შეიცავს Ca2+).

კოფაქტორითავის მხრივ, შეიძლება ეწოდოს კოენზიმი (NAD+, NADP+, FMN, FAD, ბიოტინი) ან პროთეზირების ჯგუფი (ჰემი, ოლიგოსაქარიდები, ლითონის იონები Fe2+, Mg2+, Ca2+, Zn2+).

კოენზიმებად და პროთეზურ ჯგუფებად დაყოფა ყოველთვის არ არის ნათელი:
თუ კოფაქტორის კავშირი ცილასთან ძლიერია, მაშინ ამ შემთხვევაში ისინი საუბრობენ არსებობაზე პროთეზირების ჯგუფი,
მაგრამ თუ ვიტამინის წარმოებული მოქმედებს როგორც კოფაქტორი, მაშინ მას ე.წ კოენზიმი, მიუხედავად კავშირის სიძლიერისა.

კატალიზის ჩასატარებლად საჭიროა აპოპროტეინისა და კოფაქტორის სრული კომპლექსი, მათ არ შეუძლიათ ცალ-ცალკე კატალიზის ჩატარება. კოფაქტორი აქტიური ცენტრის ნაწილია და მონაწილეობს სუბსტრატის შეკვრაში ან მის ტრანსფორმაციაში.

ბევრი ცილის მსგავსად, ფერმენტები შეიძლება იყოს მონომერები, ე.ი. შედგება ერთი ქვედანაყოფისაგან და პოლიმერები, რომელიც შედგება რამდენიმე ქვედანაყოფისგან.

ფერმენტების სტრუქტურული და ფუნქციური ორგანიზაცია

ფერმენტი შეიცავს უბნებს, რომლებიც ასრულებენ სხვადასხვა ფუნქციებს:

1. აქტიური ცენტრი - ამინომჟავების ნარჩენების კომბინაცია (ჩვეულებრივ 12-16), რომელიც უზრუნველყოფს უშუალო შეკავშირებას სუბსტრატის მოლეკულასთან და ახორციელებს კატალიზს. აქტიურ ცენტრში ამინომჟავების რადიკალები შეიძლება იყოს ნებისმიერი კომბინაციით, იქვე მდებარე ამინომჟავებით, რომლებიც მნიშვნელოვნად დაშორებულია ერთმანეთისგან ხაზოვან ჯაჭვში. აქტიურ ცენტრში ორი რეგიონია:

• წამყვანი(კონტაქტი, შეკვრა) - პასუხისმგებელია სუბსტრატის შეკვრასა და ორიენტაციაზე აქტიურ ცენტრში;
• კატალიზური- უშუალოდ პასუხისმგებელია რეაქციის განხორციელებაზე.

ფერმენტის სტრუქტურის დიაგრამა

ფერმენტებს, რომლებიც შეიცავს რამდენიმე მონომერს, შეიძლება ჰქონდეთ რამდენიმე აქტიური ცენტრი ქვედანაყოფის რაოდენობის მიხედვით. ასევე, ორ ან მეტ ქვედანაყოფს შეუძლია შექმნას ერთი აქტიური ადგილი.

კომპლექსურ ფერმენტებში, კოფაქტორის ფუნქციური ჯგუფები აუცილებლად განლაგებულია აქტიურ ცენტრში.

რთული ფერმენტის ფორმირების სქემა

2. ალოსტერული ცენტრი (ალოს- უცხო) არის ფერმენტის აქტივობის მარეგულირებელი ცენტრი, რომელიც სივრცით გამოყოფილია აქტიური ცენტრისგან და არ არის ყველა ფერმენტში. ნებისმიერი მოლეკულის ალოსტერიულ ცენტრთან შეკავშირება (ე.წ. აქტივატორი ან ინჰიბიტორი, ასევე ეფექტორი, მოდულატორი, რეგულატორი) იწვევს ფერმენტის ცილის კონფიგურაციის ცვლილებას და, შედეგად, ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეს.

ალოსტერული ფერმენტები არის პოლიმერული ცილები; აქტიური და მარეგულირებელი ცენტრები განლაგებულია სხვადასხვა ქვედანაყოფებში.

ალოსტერული ფერმენტის სტრუქტურის სქემა

ასეთი რეგულატორი შეიძლება იყოს ამ ან ერთ-ერთი შემდგომი რეაქციის პროდუქტი, რეაქციის სუბსტრატი ან სხვა ნივთიერება (იხ. „ფერმენტის აქტივობის რეგულირება“).

იზოფერმენტები

იზოფერმენტები არის იგივე ფერმენტის მოლეკულური ფორმები, რომლებიც წარმოიქმნება ფერმენტის პირველადი სტრუქტურის მცირე გენეტიკური განსხვავებების შედეგად, მაგრამ კატალიზება ხდება. იგივე რეაქცია. იზოენზიმები განსხვავებულია აფინურობასუბსტრატს, მაქსიმუმ სიჩქარეკატალიზებული რეაქცია მგრძნობელობაინჰიბიტორებისა და აქტივატორების მიმართ, პირობებიმუშაობა (ოპტიმალური pH და ტემპერატურა).

როგორც წესი, იზოფერმენტებს აქვთ მეოთხეულისტრუქტურა, ე.ი. შედგება ორი ან მეტი ქვედანაყოფისგან. მაგალითად, დიმერული ფერმენტი კრეატინ კინაზა (CK) წარმოდგენილია სამი იზოფერმენტის ფორმით, რომელიც შედგება ორი ტიპის ქვედანაყოფისგან: M (ინგლ. კუნთი– კუნთი) და B (ინგლ. ტვინი- ტვინი). კრეატინ კინაზა-1 (CK-1) შედგება B ტიპის ქვედანაყოფებისგან და ლოკალიზებულია თავის ტვინში, კრეატინ კინაზა-2 (CK-2) - თითო M- და B-ქვეგანყოფილება, აქტიურია მიოკარდიუმში, კრეატინ კინაზა-3 ( CK-3) შეიცავს ორ M ქვედანაყოფს, სპეციფიკური ჩონჩხის კუნთებისთვის. სისხლის შრატში სხვადასხვა CK იზოფერმენტების აქტივობის განსაზღვრა აქვს.

ასევე არსებობს ხუთი იზოფერმენტი ლაქტატდეჰიდროგენაზა(LDH-ის როლი) - ფერმენტი, რომელიც მონაწილეობს გლუკოზის მეტაბოლიზმში. მათ შორის განსხვავებები მდგომარეობს H ქვეერთეულების სხვადასხვა თანაფარდობაში. გული- გული) და M (ინგლ. კუნთი- კუნთი). ლაქტატდეჰიდროგენაზების ტიპი 1 (H 4) და 2 (H 3 M 1) წარმოდგენილია ქსოვილებში აერობულიმეტაბოლიზმი (მიოკარდიუმი, ტვინი, თირკმლის ქერქი), აქვთ მაღალი მიდრეკილება რძემჟავას (ლაქტატთან) და გარდაქმნის მას პირუვატად. LDH-4 (H 1 M 3) და LDH-5 (M 4) გვხვდება ქსოვილებში, რომლებიც მიდრეკილნი არიან ანაერობულიმეტაბოლიზმი (ღვიძლი, ჩონჩხის კუნთი, კანი, თირკმლის მედულა), აქვთ დაბალი მიდრეკილება ლაქტატთან და კატალიზებენ პირუვატის ლაქტატად გარდაქმნას. ქსოვილებში ერთად შუალედურიმეტაბოლიზმის ტიპი (ელენთა, პანკრეასი, თირკმელზედა ჯირკვლები, ლიმფური კვანძები) ჭარბობს LDH-3 (H 2 M 2). სისხლის შრატში სხვადასხვა LDH იზოფერმენტების აქტივობის განსაზღვრას კლინიკური და დიაგნოსტიკური მნიშვნელობა აქვს.

იზოზიმების კიდევ ერთი მაგალითია ჯგუფი ჰექსოკინაზა, რომლებიც ანიჭებენ ფოსფატის ჯგუფს ჰექსოზას მონოსაქარიდებს და მონაწილეობენ მათ უჯრედულ მეტაბოლურ რეაქციებში. ოთხი იზოფერმენტიდან, ჰექსოკინაზა IV ( გლუკოკინაზა), რომელიც განსხვავდება სხვა იზოფერმენტებისგან გლუკოზის მიმართ მაღალი სპეციფიკურობით, მისდამი დაბალი აფინურობით და რეაქციის პროდუქტის მიერ ინჰიბირებისადმი მგრძნობელობით.