PRELEGERE Nr. 2

Instituția de învățământ de la bugetul de stat de învățământ profesional superior a USMU a Ministerului Sănătății al Federației Ruse
Departamentul de Biochimie
Disciplina: Biochimie
PRELEGERE Nr. 2
Enzimele 2.
Lector: Gavrilov I.V.
Facultatea: terapeutică și profilactică,
Curs: 2
Ekaterinburg, 2015

Schema cursului

1.
2.
3.
Cinetica reacțiilor enzimatice.
Reglarea vitezei reacțiilor enzimatice.
Semnalizarea celulară

Enzimologia este știința
studierea enzimelor

1. Cinetica
reacții enzimatice
Cinetica reacțiilor enzimatice este o ramură a enzimologiei care studiază
influența substanțelor care reacţionează (substraturi,
produse, inhibitori, activatori etc.) și
condiţii (pH, t°, presiune) asupra vitezei
reactie enzimatica.

Teorii despre mecanismele de acțiune a enzimelor

Teorii despre specificitate
actiune enzimatica
1. Model cu cheie
Pentru a explica specificitatea ridicată a enzimelor conform
în legătură cu substraturile, Emil Fischer a propus în 1894
ipoteza corespondenței stricte a formei geometrice
substratul și locul activ al enzimei.
+
E+S
ES
E
P1
+
P2

2. Teoria „corespondenței induse”
S
A
B
E
A
B
C
C
Nu există numai
geometrice, dar și
electrostatic
corespondenţă
ES
Teoria corespondenței induse (forțate).
Daniel Koshland (1959): complianță completă a enzimelor
și substratul apare numai în procesul de interacțiune a acestora:
Substratul induce conformaționalul necesar
modificări ale enzimei, după care sunt conectate.
Teoria se bazează pe date de analiză cinetică,
studierea complexelor enzima-substrat folosind metode
Analiza structurală cu raze X, spectrografie și
cristalografie etc.

3. Teoria „corespondenței induse”
(viziuni moderne)
S
A
B
A
C
B
C
E
ES
Când o enzimă și un substrat interacționează, ambele
suferă modificări și se adaptează reciproc
prieten. Schimbările care apar în substrat contribuie la
transformându-l într-un produs.

Teoria stării de tranziție
(conexiuni intermediare)
P
S
E
ES
ES*
EP*
E
când enzima E interacționează cu substratul S, se formează
complex ES*, în care reactivitatea
substratul este mai mare decât în ​​starea nativă. Prin rând
compușii intermediari sunt transformați
substrat în produsul de reacție P

Mecanismele reacțiilor enzimatice

În timpul catalizei enzimatice, cele
aceleași mecanisme care sunt posibile fără participare
enzime:
1.
2.
3.
4.
Reacții acido-bazice – în locul activ
enzimă există grupe -COO- şi -NH3+, care
capabil să atașeze și să dea departe pe N.
Reacții de adiție (eliminare, înlocuire)
electrofil, nucleofil - în centrul activ
enzimă există heteroatomi care se deplasează
densitatea electronică.
Reacții redox – în
centrul activ al unei enzime conține atomi
având electronegativitate diferită
Reacții radicale.

Energia reacțiilor enzimatice

Enzimele reduc energia de activare
Viteza unei reacții chimice depinde de
concentrațiile reactanților
Substraturi în combinație cu enzime
devin mai durabile
compuși intermediari, datorită cărora ei
concentraţia creşte brusc, ceea ce
ajută la accelerarea reacției

Reacție non-enzimatică
S
S*
P*
P
S
E
ES
ES*
Reacție enzimatică
EP*
E

BARIERĂ ENERGETICĂ DE REACȚIE –
cantitatea de energie necesară
moleculă să intre în chimicale
reacţie.
ENERGIE DE ACTIVARE - cantitate de energie,
care trebuie comunicat moleculei
pentru a depăși energia
barieră.

Energia liberă a sistemului
S*
Energie activatoare
reacție necatalizată
S
ES*
Energie activatoare
reacție catalizată
Original
stat
P
Stare finală
Progresul reacției

2H2O + O2
2.
3.
Energie
activare
1) 2H2O2
Energia liberă a sistemului
Catalaza
1.
Progresul reacției
Energie activatoare:
1. Într-o reacție spontană – 18 kcal/mol
2. La utilizarea catalizatorului Fe2+ – 12 kcal/mol
3. În prezența enzimei catalaze – 5 kcal/mol

Dependența vitezei de reacție de concentrația substratului

Cinetica
reacții enzimatice
Dependența vitezei de reacție
asupra concentrației substratului
Vmax
Concentraţie
constanta enzimatica
[S]

Dependența vitezei de reacție
asupra concentrației de enzime
V
Concentraţie
substrat -
constant
concentraţie
enzimă

Efectul temperaturii asupra vitezei de reacție enzimatică

Creșterea temperaturii cu 10
grade mărește viteza
reacție chimică de 2-4 ori.
Când temperatura crește, enzima
suferă denaturare și pierde
activitatea ta.

Viteză
enzimatic
reactii
V
Cantitate
activ
enzimă
0
10
20
Viteză
reacții active
enzimă
30
40
50
60
T

Efectul pH-ului asupra vitezei de reacție enzimatică

Modificarea concentrației H+ se modifică
compoziția chimică a enzimei, ea
structura si activitatea catalitica.
Modificarea concentrației de H+ se modifică
compoziția chimică a substratului, a acestuia
structura si capacitatea de a intra in
reactie enzimatica.
Denaturarea enzimei la foarte
pH ridicat sau foarte scăzut.

Dependența vitezei de reacție enzimatică de pH

V
0
4
5
6
7
8
9
pH

constanta Michaelis-Menton

Km – concentrația substratului [S], la care
viteza reacţiei enzimatice V este egală cu
jumătate din maxim
Vmax
Vmax
2
Km
[S]

Ecuația vitezei de reacție a enzimelor

Vmax [S]
V = -----Km + [S]
V – viteza de reacție
Vmax – viteza maximă de reacție
Km – constanta Michaelis
[S] – concentrația substratului

Influența activatorilor și inhibitorilor asupra vitezei reacțiilor enzimatice

Reacții de inhibiție enzimatică
proceselor
TIPURI DE INHIBIȚII ENZIMICE
I. Reversibilă
II. Ireversibil
Competitiv
Necompetitiv
Necompetitiv
Tip mixt
Se efectuează dializa pentru a determina reversibilitatea inhibiției.
mediu în care există o enzimă și un inhibitor.
Dacă activitatea enzimei este restabilită după dializă, atunci
inhibiția este reversibilă

Opțiuni de interacțiune
inhibitor cu enzimă
1. Blocați centrul activ al enzimei
2. Modificați structura cuaternară a enzimei
3. Conectați-vă cu coenzima, activator
4. Blocați partea enzimei care se conectează la
coenzima
5. Ele perturbă interacțiunea enzimei cu
substrat
6. Cauza denaturarea enzimei
(inhibitori nespecifici)
7. Se leagă de centrul alosteric

Tip competitiv de inhibiție
Efectuat de o substanță similară chimic
structura la substrat
V
Vmax
Vmax/2
Km
Kmi
[S]

Tip necompetitiv de inhibiție
Inhibitorul reacţionează cu enzima într-un alt mod decât
substrat, deci creșterea concentrației de substrat nu
poate înlocui inhibitorul și poate restabili activitatea
enzimă
V
Vmax
Vmax
Vmax
Vmax
K
m
[S]

2. Reglarea vitezei reacțiilor enzimatice din organism

Cea mai importantă proprietate a organismelor vii este capacitatea de a menține homeostazia. Homeostazia în organism este menținută prin reglementare

Cea mai importantă proprietate a organismelor vii este
capacitatea de a menține homeostazia.
Homeostazia în organism este menținută de
reglarea vitezei reacțiilor enzimatice, care
realizat prin schimbarea:
I). Disponibilitatea moleculelor de substrat și coenzimă;
II). Activitatea catalitică a moleculelor de enzime;
III). Numărul de molecule de enzimă.
E*
S
S
Coenzima
Vitamina
Celulă
P
P

I. Disponibilitatea moleculelor de substrat și coenzimă

Transportul substanțelor prin membrană
ATP
ADF + Fn
antiport
Difuzia facilitată
Difuzia
Celulă
Activ primar
transport
Secundar activ
transport

Insulină
Glucoză
GLUT-4
GLUT-4
Adipocite,
miocite
E1, E2, E3...
Glucoză
PVK
Coenzime
hepatocite
Vitamine
Enzime
Coenzime

II. Reglarea activității catalitice a enzimelor

Reglarea activității catalitice a enzimelor are loc:
1). Nespecific. Activitatea catalitică a tuturor enzimelor
depinde de temperatura, pH si presiune.
V
pepsină
V
0
50
100
t
0
arginaza
7
14
pH
2). Specific. Sub influența unor activatori specifici și
inhibitori, activitatea enzimelor reglatoare se modifică,
care controlează rata proceselor metabolice în
corp.

Mecanisme de reglementare specifică
Activitatea catalitică a enzimelor:
1). Reglarea alosterică;
2). Reglarea prin proteină-proteină
interacțiuni;
3). Reglare prin modificare covalentă.
A). Reglementare de către
fosforilare/defosforilare
enzimă;
b). Reglarea prin proteoliză parțială.

1. Reglarea alosterică

Enzimele alosterice sunt enzime a căror activitate
reglată de atașarea reversibilă necovalentă
modulator (activator și inhibitor) la centrul alosteric.
E1
S
E2
A
E3
B
E4
C
P
Activarea are loc conform principiului pozitivului direct
conexiunea, iar inhibiția se bazează pe principiul feedback-ului negativ
comunicatii.
Activitatea enzimelor alosterice variază foarte mult
rapid

2. Reglarea activității catalitice a enzimelor folosind interacțiuni proteină-proteină

A). Activarea enzimelor ca urmare a atașării proteinelor reglatoare.
AC
G
G
AC
ATP cAMP
b). Reglarea activității catalitice a enzimelor
asocierea/disocierea protomerilor
tabără
tabără
R
R
C
R
C
PC A
tabără
S
C
P
R
tabără
S
C
P

3). Reglarea activității catalitice a enzimelor prin modificarea lor covalentă

Prin urmare, se realizează reglarea activității enzimelor
adăugarea sau scindarea covalentă a unui fragment din acesta.
Exista 2 tipuri:
A). prin fosforilarea și defosforilarea enzimelor; .
ATP
ADF
PC
ENZIMĂ
H3PO4
FPF
*
ENZIMA-F
substrat
produs
H2O
b). prin proteoliza parțială a enzimelor (extracelulare)
Substratul
Tripsinogen
Produs
Tripsină

III. Mecanisme de reglare a numărului de enzime
Inductori
Represori
hidroliză
biosinteza
Aminoacizi
Enzimă
Aminoacizi
Inductorii sunt substanțe care declanșează sinteza enzimelor
Procesul de pornire a sintezei enzimatice se numește inducție
Enzime, a căror concentrație depinde de adăugare
inductorii se numesc enzime inductibile
Enzime a căror concentrație este constantă și nereglată
inductorii se numesc enzime constitutive
Linia de bază este concentrația enzimei care este indusă
în lipsa unui inductor.

Represorii (mai precis corepresorii) sunt substante care
care opresc sinteza enzimelor.
Procesul de oprire a sintezei enzimatice se numește
represiune.
Derepresia este un proces numit
reluarea sintezei enzimatice după îndepărtare
din mediul represor
Acționează ca inductori și represori
unii metaboliți, hormoni și biologic
substanțe active.

3. Semnalizarea celulară

În organismele pluricelulare, întreținere
homeostazia este asigurată de 3 sisteme:
1). Agitat
2). Umoral
3). Imun
Sistemele de reglementare funcționează cu participarea
molecule de semnalizare.
Moleculele semnal sunt organice
substanțe care transportă informații.
Pentru a transmite un semnal:
A). SNC folosește neurotransmițători
B). Sistemul umoral folosește hormoni
ÎN). Sistemul imunitar folosește citokine.

Hormonii sunt molecule de semnalizare ale acțiunii sistemice fără fir
Hormoni adevărați, spre deosebire de alte molecule de semnalizare:
1. sintetizat în celule endocrine specializate,
2. transportate de sânge
3. acționează de la distanță asupra țesutului țintă.
Hormonii sunt împărțiți în funcție de structura lor:
1. proteine ​​(hormoni ai hipotalamusului, glandei pituitare),
2. derivați de aminoacizi (tiroidă, catecolamine)
3. steroizi (sexuali, corticoizi).
Hormonii peptidici și catecolaminele sunt solubili în apă,
ele reglează predominant cataliticul
activitate enzimatică.
Hormonii steroizi și tiroidieni sunt insolubili în apă,
ele reglementează în principal suma
enzime.

Sisteme în cascadă
Hormonii reglează cantitatea și cataliticul
activitatea enzimatică nu este directă, dar
indirect prin sisteme în cascadă
Hormonii
Sisteme în cascadă
Enzime
x 1000000
Sisteme în cascadă:
1. Ele intensifică în mod repetat semnalul hormonal (măresc cantitatea sau
activitatea catalitică a enzimei) astfel încât 1 moleculă de hormon
poate provoca modificări ale metabolismului celular
2. Asigurați pătrunderea semnalului în celulă (solubil în apă
hormonii nu intră singuri în celulă)

sistemele în cascadă constau din:
1. receptori;
2. proteine ​​reglatoare (proteine ​​G, IRS, Shc, STAT etc.).
3. intermediari secundari (messenger - messenger)
(Ca2+, cAMP, cGMP, DAG, ITP);
4. enzime (adenilat ciclaza, fosfolipaza C,
fosfodiesteraza, protein kinazele A, C, G,
fosfoprotein fosfatază);
Tipuri de sisteme în cascadă:
1. adenilat ciclază,
2. guanilat ciclază,
3. inozitol trifosfat,
4. RAS etc.),

Receptorii

Receptorii sunt proteine ​​încorporate în membrana celulară sau
situat în interiorul celulelor, cu care, interacționând
moleculele de semnalizare, modifică activitatea proteinelor reglatoare.
În funcție de localizare, receptorii sunt împărțiți în:
1) citoplasmatică;
2) nucleare;
3) membrana.
Pe baza efectului lor, receptorii sunt împărțiți în:
activator (activare sisteme în cascadă)
inhibitori (sisteme în cascadă de blocuri).
În funcție de mecanismul de transmitere a semnalului, receptorii sunt împărțiți în 4 tipuri:
1). Receptori cuplati cu canale ionice
2). Receptori cu activitate enzimatică.
Există 3 tipuri:
A). Receptorii cu activitate tirozin kinazei (tirozină
protein kinaza).
b). Receptorii cu activitate fosfatază (tirozină
protein fosfotaza) (de exemplu, PPP).
V). Receptori cu activitate guanilat ciclază (GC).
3). Receptorii cuplati cu proteine ​​G în structura lor sunt încă
numită serpentină.
4). Receptorii nucleari și citoplasmatici.

Receptor cuplat cu canale ionice

Activitatea receptorului cuplat la proteina G (serpentina)

Receptor cu activitate enzimatică (tirozin kinaza)
insulină
A
A
insulină
insulină
A
A
A
b
b
b
b
galerie de tir
galerie de tir
galerie de tir
galerie de tir
ATP
ADF
b
A
b
nivelul F* nivelul F*
IRS-1
IRS-1-F*
ATP ADP
FPF
FPF*

Sistemul de adenilat ciclază
Hormoni:
Glucagon, Vasopresină, Catecolamine (prin receptorii β2-adrenergici)
Hormoni hipofizari (ACTH, LDH, FSH, LT, MSH, TSH), hormon paratiroidian, factor de creștere
nervi
PGE1
G
R
Membrana citoplasmatica
G
A
C
citoplasma
ATP cAMP
PC A
Enzima inactivă
PC A*
ATP
ADF
Actul enzimatic
substrat
F
produs
Disponibil
α și
β-adrenergic
receptori
membrane ale celulelor hepatice, mușchilor și țesutului adipos.
V
plasmatice

Sistemul guanilat ciclază
Molecule de semnalizare:
PNF (relaxarea tonusului vascular),
Catecolamine (prin receptorii α-adrenergici)
Endotoxina bacteriană (blochează absorbția apei provocând diaree)
NO, produse LPO (GC citoplasmatică)
G
GC
Membrana citoplasmatica
citoplasma
GTP cGMP
PC G
Enzima inactivă
PC G*
ATP
ADF
Actul enzimatic
substrat
F
produs
Sistemul guanilat ciclază funcționează în plămâni, rinichi și endoteliu
intestine, inimă, glandele suprarenale, retină etc. Este implicat în reglare
metabolismul apă-sare și tonusul vascular, provoacă relaxare etc.

Sistemul inozitol trifosfat
Hormoni:
gonadoliberină, hormon de eliberare a tirotropinei, dopamină, tromboxani A2, endoperoxizi,
leucotriene, agniotensină II, endotelină, hormon paratiroidian, neuropeptidă Y,
catecolamine adrenergice (prin receptorii α1), acetilcolină,
bradikinină, vasopresină (prin receptorii V1).
G
R
G
FL S
Membrana citoplasmatica
FIF2
DG
2+
ITF Ca
substrat
Calmodulină -4Ca2+
PC C
citoplasma
produs
Enzima inactivă
Ca2+
Calmodulină -4Ca2+
Calmodulină
Actul enzimatic
substrat
produs

Transferul de informații transmembranar implicând
receptorii citoplasmatici
proteină
G
însoţitor
Citoplasmatic
membrană
CPR
proteină
G
însoţitor
Hormoni:
corticoizi,
sexual,
glanda tiroida
G
CORE
CPR
G
CPR
ADN
citoplasma
substrat
produs
Transcriere
ARNm
Difuzare
ARNm
Enzimă
ribozom

CapitolIV.3.

Enzime

Metabolismul în organism poate fi definit ca totalitatea tuturor transformărilor chimice la care sunt supuși compușii veniți din exterior. Aceste transformări includ toate tipurile cunoscute de reacții chimice: transferul intermolecular al grupărilor funcționale, scindarea hidrolitică și nehidrolitică a legăturilor chimice, rearanjarea intramoleculară, formarea nouă de legături chimice și reacții redox. Astfel de reacții apar în organism la viteză extrem de mare numai în prezența catalizatorilor. Toți catalizatorii biologici sunt substanțe de natură proteică și se numesc enzime (denumite în continuare F) sau enzime (E).

Enzimele nu sunt componente ale reacțiilor, ci doar accelerează atingerea echilibrului prin creșterea ratei de conversie atât directă, cât și inversă. Accelerarea reacției are loc datorită scăderii energiei de activare - bariera energetică care separă o stare a sistemului (compusul chimic inițial) de alta (produsul de reacție).

Enzimele accelerează o varietate de reacții în organism. Deci, destul de simplu din punctul de vedere al chimiei tradiționale, reacția de eliminare a apei din acidul carbonic cu formarea de CO 2 necesită participarea unei enzime, deoarece fără ea, procedează prea lent pentru a regla pH-ul sângelui. Datorită acțiunii catalitice a enzimelor din organism, devine posibil să apară reacții care fără un catalizator ar decurge de sute și mii de ori mai încet.

Proprietățile enzimelor

1. Influența asupra vitezei unei reacții chimice: enzimele măresc viteza unei reacții chimice, dar nu sunt consumate ele însele.

Viteza unei reacții este modificarea concentrației componentelor reacției pe unitatea de timp. Dacă merge în direcția înainte, atunci este proporțional cu concentrația reactanților, dacă este în sens opus, atunci este proporțional cu concentrația produselor de reacție. Raportul dintre vitezele reacțiilor directe și inverse se numește constantă de echilibru. Enzimele nu pot modifica valorile constantei de echilibru, dar starea de echilibru are loc mai rapid în prezența enzimelor.

2. Specificitatea acțiunii enzimelor. În celulele corpului au loc 2-3 mii de reacții, fiecare dintre ele catalizată de o enzimă specifică. Specificitatea acțiunii unei enzime este capacitatea de a accelera cursul unei anumite reacții fără a afecta viteza altora, chiar și a celor foarte asemănătoare.

Sunt:

Absolut– când F catalizează o singură reacție specifică ( arginaza- descompunerea argininei)

Relativ(grup special) – F catalizează o anumită clasă de reacții (de exemplu, clivaj hidrolitic) sau reacții care implică o anumită clasă de substanțe.

Specificitatea enzimelor se datorează secvenței lor unice de aminoacizi, care determină conformația centrului activ care interacționează cu componentele reacției.

Se numește o substanță a cărei transformare chimică este catalizată de o enzimă substrat ( S ) .

3. Activitatea enzimatică – capacitatea de a accelera viteza de reacție în grade diferite. Activitatea se exprimă în:

1) Unități internaționale de activitate - (UI) cantitatea de enzimă care catalizează conversia a 1 µM de substrat în 1 minut.

2) Catalach (kat) - cantitatea de catalizator (enzimă) capabilă să transforme 1 mol de substrat în 1 s.

3) Activitate specifică - numărul de unități de activitate (oricare dintre cele de mai sus) din proba de testare până la masa totală de proteine ​​din această probă.

4) Mai puțin folosită este activitatea molară - numărul de molecule de substrat convertite de o moleculă de enzimă pe minut.

Activitatea depinde în primul rând asupra temperaturii . Aceasta sau atare enzimă își manifestă cea mai mare activitate la temperatura optimă. Pentru F al unui organism viu, această valoare este în intervalul +37,0 - +39,0° C, în funcție de tipul de animal. Pe măsură ce temperatura scade, mișcarea browniană încetinește, viteza de difuzie scade și, în consecință, procesul de formare a complexului între enzimă și componentele de reacție (substraturile) încetinește. Dacă temperatura crește peste +40 - +50° Molecula de enzimă, care este o proteină, suferă un proces de denaturare. În acest caz, viteza reacției chimice scade considerabil (Fig. 4.3.1.).

De asemenea depinde și activitatea enzimatică pH-ul mediului . Pentru majoritatea dintre ei, există o anumită valoare optimă a pH-ului la care activitatea lor este maximă. Deoarece o celulă conține sute de enzime și fiecare dintre ele are propriile limite de pH, modificările pH-ului sunt unul dintre factorii importanți în reglarea activității enzimatice. Astfel, ca rezultat al unei reacții chimice cu participarea unei anumite enzime, a cărei valoare pH se află în intervalul 7,0 - 7,2, se formează un produs care este un acid. În acest caz, valoarea pH-ului se schimbă în regiunea 5,5 – 6,0. Activitatea enzimei scade brusc, rata de formare a produsului încetinește, dar în același timp este activată o altă enzimă, pentru care aceste valori ale pH-ului sunt optime, iar produsul primei reacții suferă o transformare chimică ulterioară. (Un alt exemplu despre pepsină și tripsină).

Natura chimică a enzimelor. Structura enzimei. Centre activi și alosterici

Toate enzimele sunt proteine ​​cu o greutate moleculară de la 15.000 la câteva milioane de Da. După structura lor chimică se disting simplu enzime (formate numai din AA) şi complex enzime (au o parte neproteică sau un grup protetic). Partea proteică se numește - apoenzima, și non-proteic, dacă este legat covalent de apoenzimă, se numește coenzima, iar dacă legătura este necovalentă (ionică, hidrogen) – cofactor . Funcțiile grupului protetic sunt următoarele: participarea la actul de cataliză, contactul dintre enzimă și substrat, stabilizarea moleculei de enzimă în spațiu.

Rolul de cofactor este de obicei jucat de substanțele anorganice - ioni de zinc, cupru, potasiu, magneziu, calciu, fier, molibden.

Coenzimele pot fi considerate ca parte integrantă a moleculei de enzimă. Acestea sunt substanțe organice, printre care se numără: nucleotide ( ATP, UMF etc.), vitaminele sau derivații acestora ( TDF– din tiamină ( ÎN 1), FMN– din riboflavină ( LA 2), coenzima A– din acid pantotenic ( LA 3), NAD etc.) și coenzime tetrapirol - hemi.

În procesul de catalizare a unei reacții, nu întreaga moleculă de enzimă intră în contact cu substratul, ci o anumită parte a acestuia, care se numește centru activ. Această zonă a moleculei nu constă dintr-o secvență de aminoacizi, ci este formată prin răsucirea moleculei proteice într-o structură terțiară. Secțiunile individuale de aminoacizi se apropie una de cealaltă, formând o configurație specifică a centrului activ. O caracteristică importantă a structurii centrului activ este că suprafața sa este complementară cu suprafața substratului, adică. Reziduurile AK din această zonă a enzimei sunt capabile să intre în interacțiuni chimice cu anumite grupuri ale substratului. Se poate imagina asta Locul activ al enzimei coincide cu structura substratului ca o cheie și o lacăt.

ÎN centru activ se disting doua zone: centru de legare, responsabil pentru atașarea substratului și centru catalitic, responsabil de transformarea chimică a substratului. Centrul catalitic al majorității enzimelor include AA precum Ser, Cys, His, Tyr, Lys. Enzimele complexe au un cofactor sau coenzimă la centrul catalitic.

În plus față de centrul activ, o serie de enzime sunt echipate cu un centru de reglare (alosteric). Substanțele care îi afectează activitatea catalitică interacționează cu această zonă a enzimei.

Mecanismul de acțiune al enzimelor

Actul de cataliză constă din trei etape succesive.

1. Formarea unui complex enzimă-substrat la interacțiunea prin centrul activ.

2. Legarea substratului are loc în mai multe puncte din centrul activ, ceea ce duce la o modificare a structurii substratului și la deformarea acestuia datorită modificărilor energiei de legătură din moleculă. Aceasta este a doua etapă și se numește activare a substratului. În acest caz, are loc o anumită modificare chimică a substratului și acesta este transformat într-un produs sau produse noi.

3. Ca urmare a acestei transformări, noua substanță (produs) își pierde capacitatea de a fi reținută în centrul activ al enzimei și enzima-substrat, sau mai bine zis, complexul enzima-produs se disociază (se descompune).

Tipuri de reacții catalitice:

A+E = AE = BE = E + B

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

AB+E = ABE = A+B+E, unde E este enzima, A și B sunt substraturi sau produși de reacție.

Efectori enzimatici - substanțe care modifică viteza catalizei enzimatice și prin aceasta reglează metabolismul. Printre ei sunt inhibitori - încetini viteza de reacţie şi activatori - accelerarea reacţiei enzimatice.

În funcție de mecanismul de inhibare a reacției, se disting inhibitorii competitivi și necompetitivi. Structura moleculei inhibitoare competitive este similară cu structura substratului și coincide cu suprafața centrului activ ca o cheie și o lacăt (sau aproape coincide). Gradul acestei asemănări poate fi chiar mai mare decât cu substratul.

Dacă A+E = AE = BE = E + B, atunci I+E = IE¹

Concentrația enzimei capabile de cataliză scade și viteza de formare a produselor de reacție scade brusc (Fig. 4.3.2.).

Un număr mare de substanțe chimice de origine endogenă și exogenă (adică cele formate în organism și care provin din exterior - xenobiotice, respectiv) acționează ca inhibitori competitivi. Substanțele endogene sunt regulatoare ale metabolismului și se numesc antimetaboliți. Multe dintre ele sunt utilizate în tratamentul bolilor oncologice și microbiene, ca. ele inhibă reacțiile metabolice cheie ale microorganismelor (sulfonamide) și ale celulelor tumorale. Dar cu un exces de substrat și o concentrație scăzută a inhibitorului competitiv, efectul acestuia este anulat.

Al doilea tip de inhibitori este necompetitiv. Ele interacționează cu enzima în afara situsului activ și excesul de substrat nu afectează capacitatea lor de inhibiție, așa cum este cazul inhibitorilor competitivi. Acești inhibitori interacționează fie cu anumite grupe ale enzimei (metale grele se leagă de grupările tiol ale Cys), fie cel mai adesea cu centrul de reglare, ceea ce reduce capacitatea de legare a centrului activ. Procesul propriu-zis de inhibiție este suprimarea completă sau parțială a activității enzimatice, menținând în același timp structura primară și spațială.

Se face, de asemenea, o distincție între inhibarea reversibilă și ireversibilă. Inhibitorii ireversibili inactivează enzima formând o legătură chimică cu AK sau alte componente structurale ale acesteia. Aceasta este de obicei o legătură covalentă la unul dintre site-urile active. Un astfel de complex practic nu se disociază în condiții fiziologice. Într-un alt caz, inhibitorul perturbă structura conformațională a moleculei de enzimă și provoacă denaturarea acesteia.

Efectul inhibitorilor reversibili poate fi eliminat atunci când există un exces de substrat sau sub influența unor substanțe care modifică structura chimică a inhibitorului. Inhibitorii competitivi și necompetitivi sunt în majoritatea cazurilor reversibile.

Pe lângă inhibitori, sunt cunoscuți și activatori ai catalizei enzimatice. Ei:

1) protejează molecula de enzimă de influențele inactivante,

2) formează un complex cu substratul care se leagă mai activ de centrul activ al lui F,

3) interacționând cu o enzimă care are o structură cuaternară, ele separă subunitățile acesteia și deschid astfel accesul substratului la centrul activ.

Distribuția enzimelor în organism

Enzimele implicate în sinteza proteinelor, acizilor nucleici și enzimele de metabolism energetic sunt prezente în toate celulele corpului. Dar celulele care îndeplinesc funcții speciale conțin și enzime speciale. Astfel, celulele insulelor Langerhans din pancreas conțin enzime care catalizează sinteza hormonilor insulină și glucagon. Enzimele care sunt caracteristice doar celulelor anumitor organe se numesc specifice organelor: arginaza si urokinaza- ficat, fosfatază acidă- prostata. Prin modificarea concentrației unor astfel de enzime în sânge, se apreciază prezența patologiilor în aceste organe.

Într-o celulă, enzimele individuale sunt distribuite în întreaga citoplasmă, altele sunt încorporate în membranele mitocondriilor și reticulului endoplasmatic, astfel de enzime formează compartimente, în care apar anumite etape ale metabolismului strâns interconectate.

Multe enzime sunt formate în celule și secretate în cavitățile anatomice în stare inactivă - acestea sunt proenzime. Enzimele proteolitice (care descompun proteinele) sunt adesea formate ca proenzime. Apoi, sub influența pH-ului sau a altor enzime și substraturi, are loc modificarea chimică a acestora și centrul activ devine accesibil substraturilor.

Există, de asemenea izoenzime - enzime care diferă ca structură moleculară, dar îndeplinesc aceeași funcție.

Nomenclatura și clasificarea enzimelor

Numele enzimei este format din următoarele părți:

1. denumirea substratului cu care interacționează

2. natura reacției catalizate

3. numele clasei de enzime (dar aceasta este opțională)

4. sufix -aza-

piruvat - decarboxil - aza, succinat - dehidrogen - aza

Deoarece sunt deja cunoscute aproximativ 3 mii de enzime, acestea trebuie clasificate. În prezent, a fost adoptată o clasificare internațională a enzimelor, care se bazează pe tipul de reacție catalizată. Există 6 clase, care, la rândul lor, sunt împărțite într-un număr de subclase (prezentate doar selectiv în această carte):

1. Oxidorreductaze. Catalizează reacțiile redox. Ele sunt împărțite în 17 subclase. Toate enzimele conțin o parte neproteică sub formă de hem sau derivați ai vitaminelor B2, B5. Substratul supus oxidării acționează ca un donor de hidrogen.

1.1. Dehidrogenazele elimină hidrogenul dintr-un substrat și îl transferă pe alte substraturi. Coenzime NAD, NADP, FAD, FMN. Aceștia acceptă hidrogenul îndepărtat de enzimă, transformându-l într-o formă redusă (NADH, NADPH, FADH) și îl transferă într-un alt complex enzimă-substrat, unde îl eliberează.

1.2. Oxidaze - catalizează transferul hidrogenului în oxigen pentru a forma apă sau H 2 O 2. F. Citocrom oxidaza lanțul respirator.

RH + NAD H + O2 = ROH + NAD + H2O

1.3. Monoxidaze - citocromul P450. După structura sa, este atât o hemoproteină, cât și o flavoproteină. Hidroxilează xenobioticele lipofile (conform mecanismului descris mai sus).

1.4. PeroxidazeleȘi catalaza- catalizează descompunerea peroxidului de hidrogen, care se formează în timpul reacțiilor metabolice.

1.5. Oxigenazele - catalizează reacțiile de adăugare de oxigen la substrat.

2. Transferaze - catalizează transferul diverșilor radicali de la o moleculă donor la o moleculă acceptor.

A A+ E + B = E A+ A + B = E + B A+ A

2.1. Metiltransferaza (CH3-).

2.2.Carboxil- și carbamoiltransferaze.

2.2. Aciltransferaze – Coenzima A (transfer al grupării acil - R-C=O).

Exemplu: sinteza neurotransmițătorului acetilcolină (vezi capitolul „Metabolismul proteinelor”).

2.3. Hexosiltransferazele catalizează transferul reziduurilor de glicozil.

Exemplu: scindarea unei molecule de glucoză din glicogen sub influența fosforilaze.

2.4. Aminotransferaze - transfer de grupări amino

R1-CO-R2+R1-CH- N.H. 3 - R2 = R1 - CH - N.H. 3 -R2+R1-CO-R2

Ele joacă un rol important în transformarea AK. Coenzima comună este piridoxal fosfat.

Exemplu: alanin aminotransferaza(ALT): piruvat + glutamat = alanină + alfa-cetoglutarat (vezi capitolul „Metabolismul proteinelor”).

2.5. Fosfotransferaza (kinaza) - catalizează transferul unui reziduu de acid fosforic. În cele mai multe cazuri, donatorul de fosfat este ATP. Enzimele din această clasă participă în principal la descompunerea glucozei.

Exemplu: Hexo(gluco)kinază.

3. Hidrolazele - catalizează reacțiile de hidroliză, i.e. scindarea substanțelor cu adaos la locul unde legătura de apă este ruptă. Această clasă include în principal enzime digestive; acestea sunt monocomponente (nu conțin o parte neproteică)

R1-R2 +H20 = R1H + R2OH

3.1. Esterazele - descompun legăturile esterice. Aceasta este o subclasă mare de enzime care catalizează hidroliza esterilor tiolici și fosfoessterilor.
Exemplu: NH2).

Exemplu: arginaza(ciclul ureei).

4.Lyaze - catalizează reacțiile de scindare moleculară fără a adăuga apă. Aceste enzime au o parte neproteică sub formă de tiamină pirofosfat (B 1) și piridoxal fosfat (B 6).

4.1. Liaze de legătură C-C. Ele sunt de obicei numite decarboxilaze.

Exemplu: piruvat decarboxilază.

5.Izomeraze - catalizează reacţiile de izomerizare.

Exemplu: fosfopentoză izomeraza, pentozo fosfat izomeraza(enzime din ramura neoxidativă a căii pentozei fosfatului).

6. Ligaze catalizează reacţii pentru sinteza unor substanţe mai complexe din altele mai simple. Astfel de reacții necesită energia ATP. La numele unor astfel de enzime se adaugă „sintetază”.

REFERINȚE PENTRU CAPITOLUL IV.3.

1. Byshevsky A. Sh., Tersenov O. A. Biochimie pentru medic // Ekaterinburg: Uralsky Rabochiy, 1994, 384 p.;

2. Knorre D. G., Myzina S. D. Chimie biologică. – M.: Mai sus. şcoală 1998, 479 p.;

3. Filippovici Yu. B., Egorova T. A., Sevastyanova G. A. Atelier de biochimie generală // M.: Enlightenment, 1982, 311 p.;

4. Leninger A. Biochimie. Baza moleculară a structurii și funcțiilor celulare // M.: Mir, 1974, 956 p.;

5. Pustovalova L.M. Atelier de biochimie // Rostov-pe-Don: Phoenix, 1999, 540 p.

Descrierea prezentării PRELEȚIA Nr. 1 Introducere în biochimie. Enzime pe lame

Schema cursului I. Biochimia ca știință. Subiectul, scopurile și obiectivele biochimiei. II. Metabolism. Noțiuni de bază. Tipuri de reacții metabolice. III. Enzimologie. 1. Enzime. Definiție, natură chimică, proprietăți fizico-chimice, semnificație biologică. 2. Comparația dintre enzime și catalizatori anorganici 3. Structura enzimelor

Biochimia este o știință care studiază substanțele care alcătuiesc organismele vii, transformările acestora, precum și relația acestor transformări cu activitatea organelor și țesuturilor.Biochimia este o știință tânără; în urmă cu aproximativ o sută de ani a apărut la intersecția dintre fiziologie și chimie organică. Termenul de biochimie a fost introdus în 1903 de biochimistul german Carl Neuberg (1877 -1956). I. BIOCHIMIE

Biochimia ca știință se împarte în: Statică (chimia bioorganică) analizează structura și compoziția chimică a organismelor Studii dinamice metabolismul și energia din organism Studii funcționale interacțiunea proceselor chimice cu funcțiile biologice și fiziologice OH H O H O HO HH HO HCO 2 + H 2 O ÀÄÔ + Ôí ÀÒÔ À Ò Ô À Ä Ô + Ô í

După obiectele de cercetare, biochimia se împarte în: biochimia oamenilor și animalelor; biochimia plantelor; biochimia microorganismelor; biochimia ciupercilor; biochimia virusurilor. Tu și cu mine vom fi angajați în biochimia medicală, una dintre ramurile biochimiei oamenilor și animalelor

Obiectul biochimiei medicale este persoana.Scopul cursului de biochimie medicală este de a studia: fundamentele moleculare ale funcţiilor fiziologice umane; mecanismele moleculare ale patogenezei bolii; baza biochimică pentru prevenirea și tratamentul bolilor; metode biochimice de diagnosticare a bolilor și monitorizare a eficacității tratamentului (biochimie clinică) Obiectivele cursului de biochimie medicală: studiu material teoretic; dobândiți abilități practice în cercetarea biochimică; învață să interpreteze rezultatele studiilor biochimice

II. Metabolism Activitatea vitală a oricărui organism se bazează pe procese chimice. Metabolism (metabolism) - totalitatea tuturor reacțiilor care apar într-un organism viu A FB C DEEnergy Heat Catabolism Anabolism

Metaboliți - substanțe implicate în procesele metabolice (substraturi, A, B, C, produse) Substrat - o substanță care intră într-o reacție chimică Produs - o substanță care se formează în timpul unei reacții chimice Substrat Produs. Secvența reacțiilor în urma cărora substratul este transformat într-un produs se numește calea metabolică A B. Compușii organici au o structură complexă și sunt sintetizați numai în timpul mai multor reacții secvențiale.Exemplu de cale metabolică: Glicoliză, lanț de fosforilare oxidativă

Substrat Produsul 2 Secvența de reacții care ocolesc calea metabolică principală se numește șunt metabolic A B D EProdusul 3 Produsul 1 Exemple de șunturi metabolice: 1. șunt de pentoză fosfat, 2. 2, șunt 3-difosfoglicerat

S 1 Secvența de reacții în timpul cărora produsul rezultat este și substratul acestor reacții se numește ciclu metabolic S 2 (P) A CBProduct 1 Produs 2 Exemple de cicluri metabolice: 1. Ciclul Krebs, 2. Ciclul ornitinei 3. β ciclu - acizi grași de oxidare 4. Ciclul glucoză-lactat, 5. Ciclul glucoză-alanină

Enzimologia este o știință, o ramură a biochimiei, despre enzime. III. Enzimologia, structura și proprietățile enzimelor; reacții enzimatice și mecanisme de cataliză a acestora; reglarea activității enzimelor. Subiectul enzimologiei sunt enzimele. Studii de enzimologie: Enzimologie medicală - studiază utilizarea enzimelor în medicină.

Aproape toate reacțiile dintr-un organism viu au loc cu participarea enzimelor.Enzimele sunt catalizatori biologici de natură proteică. Rolul biologic al enzimelor este că ele catalizează cursul controlat al tuturor proceselor metabolice din organism.Proprietăți fizico-chimice Fiind substanțe de natură proteică, enzimele au toate proprietățile proteinelor Definiție și natură chimică Până în 2013, peste 5.000 de enzime diferite au fost descris

Caracteristici ale acțiunii enzimelor 1. Acceleră doar reacțiile posibile termodinamic 2. Nu modifică starea de echilibru a reacțiilor, ci doar accelerează realizarea acesteia 3. reacțiile sunt accelerate semnificativ, de 10 8 -10 14 ori 4. Acţionează în cantităţi mici 5. Nu se consumă în reacţii 6. Sensibili la activatori şi inhibitori. 7. Activitatea enzimelor este reglată de factori specifici și nespecifici 8. Enzimele acționează numai în condiții blânde (t = 36 -37ºС, pH ~ 7,4, presiunea atmosferică) 9. Au o gamă largă de acțiune, catalizează majoritatea reacțiilor în body 10. Pentru Enzimele se caracterizează prin specificitate ridicată: specificitatea substratului: ▪ absolută (1 enzimă - 1 substrat), ▪ grup (1 enzimă - mai multe substraturi similare), ▪ stereospecificitate (enzimele lucrează cu substraturile L sau D). specificitate catalitică (enzimele catalizează reacțiile unuia dintre tipurile de reacții chimice) Comun anorganici și catalizatori

1. Centrul activ este o parte a moleculei de enzimă care interacționează în mod specific cu substratul și este direct implicat în cataliză b). Centru catalitic. Centrul activ, de regulă, este situat într-o nișă (buzunar) Conține cel puțin trei puncte pentru legarea substratului, datorită cărora molecula de substrat se atașează la centrul activ în singurul mod posibil, ceea ce asigură specificitatea substratului. enzima 1. Centru activ a). Locul substratului (zona de contact) Caracteristica structurală a centrului catalitic permite enzimei să catalizeze o reacție folosind un mecanism de cataliză specific: acido-bazic, electrofil, nucleofil etc. Astfel. centrul catalitic asigură alegerea căii de transformare chimică şi specificitatea catalitică a enzimei. Structura enzimelor Enzimele sunt proteine ​​globulare care conțin un centru activ

Enzima t + - 0 Substrat Enzimele se caracterizează prin prezenţa unor centri specifici de cataliză Situl substratului Catalit. centru Centru activ + 0 -Produs t

02. Centrul alosteric Grupul de enzime reglatoare are centri alosterici situati in afara centrului activ.Centrul alosteric pot fi atasati modulatori „+” (activatori), crescand activitatea enzimelor. Centrul alosteric și tamponul de contact sunt dispuse în mod similar + -0+ Activator

02. Centrul alosteric De asemenea, la centrul alosteric pot fi atașați modulatorii „-” (inhibitori), inhibând activitatea enzimelor. -0+ inhibitor —

După compoziția lor, enzimele sunt împărțite în: Simplu Constă numai din aminoacizi - Enzimele complexe constau din: 1. Aminoacizi; 2. Ioni metalici 3. Substante organice de natura neproteica 0+ Apoenzima. Grupa protetică + - 0 Partea proteică (din aminoacizi) a unei enzime complexe se numește Apoenzimă Partea neproteică a unei enzime complexe se numește Grupa protetică Ioni metalici (cofactori) Substanțe organice de natură neproteică (coenzime)

Coenzimele sunt substanțe organice de natură non-proteică care participă la cataliză ca parte a situsului catalitic al centrului activ al enzimei. Forma activă catalitic a unei proteine ​​complexe se numește holoenzimă.Holoenzimă = Apoenzimă + Coenzimă. Se numesc cofactori - ioni metalici necesari pentru manifestarea activitatii catalitice a enzimelor

Următoarele funcționează ca coenzime: Vitamine Activare Coenzime PP (acid nicotinic) NAD + , NADP + B 1 (tiamină) B 2 (riboflavină) Tiamină pirofosfat FAD, FMN B 6 (piridoxal) Piridoxal fosfat B 12 Cobalamine Hemes (citocrom); Nucleotide (coenzime ribozomale); coenzima Q; FAFS (coenzime transferaze); SAM ; Glutation (coenzima glutation peroxidază); Derivați de vitamine solubile în apă:

— 0+ +- 0++ — 0+ + — 0 Cosubstratul este un grup protetic care este atașat de partea proteică prin legături slabe necovalente. Un cosubstrat este adăugat la enzimă în momentul reacției: De exemplu, NAD +, NADP +. +- 0+ Produs Enzimă + Substrat Enzimă Cosubstrat Complex enzimă-substrat Cosubstrat- 0+ Grupul protetic este de obicei strâns asociat cu apoenzima.

Cofactori Ionii de potasiu, magneziu, calciu, zinc, cupru, fier etc actioneaza ca cofactori, stabilizeaza moleculele substratului si asigura legarea acestuia; stabilizează centrul activ al enzimei, stabilizează structura terțiară și cuaternară a enzimei; asigură cataliză. Rolul cofactorilor este variat, ei sunt:

De exemplu, ATP unește kinazele numai împreună cu Mg 2+ + Substrat (ATP) Cofactor (Mg 2+) + - 0 Enzimă Substrat activ (ATP- Mg 2+) - 0+ + - 0+ Produs complex enzimă-substrat (ADP) ) — 0+ Enzimă. Cofactor (Mg 2+)

Localizarea și compartimentarea enzimelor în celule și țesuturi În funcție de localizarea în organism, enzimele se împart în: Enzime generale (universale) Enzime specifice organelor Enzime specifice organelor. Organele-enzime nespecifice. După localizarea lor în celulă, enzimele se împart în: creatin kinaze, aminotransferaze etc. Enzime de glicoliză, ribozomi etc.

Găsite în aproape toate celulele, ele asigură procesele de bază ale vieții celulare: 1. Enzime generale (universale) Enzime: glicoliză, ciclul Krebs, fosforilarea oxidativă, PPS, etc. Sinteza și utilizarea ATP; metabolismul proteinelor, acizilor nucleici, lipidelor, carbohidraților și altor substanțe organice; crearea potențialului electrochimic; mișcare etc.

2. Enzime specifice organelor Tesut osos Fosfataza alcalina Miocard AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 Transamidinaza renala a, fosfataza alcalina Arginaza hepatica, ALT, AST, LDH 4, 5, fosfataza alcalina, γ-glutamil glutamat transpeptidaza, colinesteraza. Caracteristic anumitor organe sau țesuturi (sau unui grup de organe și țesuturi). Asigurați-vă că îndeplinesc funcții specifice Fosfataza acidă de prostată. Pancreas α-amilaza, lipaza, γ-glutamil transpeptidaza

Distribuția enzimelor în organele miocului hepatic. Skel. mosc Rinichi Er Os Prostată AST ALT LDH CK ALP CP 0 -10% 10 -50% 50 -75% 75 -100%

3. Enzime specifice organelor Membrana celulara Fosfataza alcalina, Adenilat ciclaza, K-Na-ATPaza Citoplasma Enzime de glicoliza, PFS Smooth ER Enzime de oxidare microzomala Ribozomi Enzime de biosinteza proteinelor. Lizozomi Fosfataza acidă. Mitocondrii Enzime de fosforilare oxidativă, ciclu TCA, β-oxidare a acizilor grași Core ARN polimerază, NAD sintetaza

Izoenzimele sunt forme multiple ale unei enzime care catalizează aceeași reacție și diferă în compoziția chimică.Izoenzimele diferă prin: afinitate pentru substrat (diferiți Km), viteza maximă a reacției catalizate, mobilitate electroforetică, sensibilitate diferită la inhibitori și activatori, p optimă. . Termostabilitatea H Izoenzimele au o structură cuaternară, care este formată dintr-un număr par de subunități (2, 4, 6 etc.): Izoenzime Proteinele cu structură cuaternară și subunități diferite creează o varietate mai mare de forme datorită unui număr mai mic de gene .

Lactat dehidrogenază (LDH) LDH este format din 4 subunități de 2 tipuri M (mușchi) și H (inima), care în combinații diferite formează 5 izoforme M (mușchi)H (inima) AA dicarboxilici predomină în compoziție AA diaminomonocarboxilici predomină în compoziție 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 C H 3 O H Ë à ê ò à òH enzimă a glicolizei și gluconeogenezei

LDH 1 NNNN LDH 2 NNNM LDH 3 NNMM LDH 4 NMMM LDH 5 MMMM O 2 H (inima) M (mușchi) epiteliu pulmonar alveolmiocard, eritrocite, cortexul renal în secțiune transversală mușchii scheletici, hepatocite. N neutru r. H acidă

Creatin kinaza (creatina fosfokinaza) CPK este formată din 2 subunități de 2 tipuri M (din engleză, muscle - muscle) și B (din engleză, brain - brain), care în diferite combinații formează 3 izoforme: CPK BB CPK MMKPK joacă un rol important în schimbul de energie al țesutului muscular și nervos

Determinarea activității enzimelor și izoenzimelor specifice organelor din sânge este utilizată pe scară largă în diagnosticul clinic: infarctul miocardic AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 Pancreatită Amilaza pancreatică, γ-glutamil transpeptidază, lipază Hepatită ALT, AST, LDH 4, 5, y - glutamil transpeptidază, glutamat dehidrogenază

Nomenclatură - denumirile compușilor individuali, grupurile lor, clasele, precum și regulile de compilare a acestor nume. Clasificare - împărțirea a ceva în funcție de caracteristicile selectate Nomenclatura și clasificarea enzimelor

Nomenclatura modernă a enzimelor este internațională, tradusă în diferite limbi. conversie + aza (piruvat carboxilază) Trivial Sistematic Denumirea poate identifica cu exactitate enzima și reacția ei catalizată. Fiecare clasă este construită după o schemă specifică adoptată în 1961 de Uniunea Internațională a Biochimiștilor

Clasificarea enzimelor Pe baza celor 6 tipuri cunoscute de reacții chimice, enzimele care le catalizează sunt împărțite în 6 clase. Pe baza substraturilor, grupurilor transferabile etc., în fiecare clasă se disting mai multe subclase și subsubclase (de la 5 la 23); Fiecare enzimă are propriul său cod CF 1. 1. Prima cifră indică clasa, a doua - subclasa, a treia - subsubclasa, a patra - numărul de serie al enzimei din subclasa sa (în ordinea descoperirii). http://www. chimic. qmul. ac. uk/iubmb/enzima/

Nr. Tip de reacție Clasa Subclasa Subclasa 1 ORV Oxidoreductaze 23 subclase Oxidaze DG Aerobe DG Oxigenaze anaerobe Hidroxiperoxidaze 2 transfer de grupări funcționale Transferaze 10 subclase Kinaze Aminotransferaze Protein kinaze Hexokinaze 3 Hidrolitic grupări hidrolitice Substraturi 13 subclase Phosfotazei - îndepărtarea hidrolitică a unei grupări din substrat a Liazele 7 subclasele 5 izomerizarea izomerazei 5 subclasele 6 sinteza datorită energiei compușilor cu energie înaltă ligază 6 subclase C-O-ligaze, C-S-ligaze, C-N-ligaze, C-C-ligaze

Nomenclatura enzimelor Nu există o abordare unică a regulilor de denumire a enzimelor - fiecare clasă are propriile reguli.Numele unei enzime este format din 2 părți: 1 parte - numele substratului (substratelor), 2 părți - tipul de reacție catalizată. Finalizare – AZA; Informații suplimentare, dacă este necesar, sunt scrise la sfârșit și incluse între paranteze: L -malat + NADP + ↔ PVK + CO 2 + NADH 2 L -malat: NADP + - oxidoreductază (decarboxilant);

1. Oxidoreductaze Denumirea clasei: donator: acceptor (cosubstrat) oxidoreductaza R - CH 2 - O H + NAD + R - CH =O + NAD H 2 Denumire sistematica: Alcool: NAD + oxidoreductaza Denumire banala: alcool dehidrogenaza Cod: CF 1. 1 ℮ - și N +

2. Transferaze Denumirea clasei: de unde: unde până ce poziție – ce – donator de transferază: acceptor – grup transportat – transferază AT F + D-hexoză ADP + D-hexoză -6 f Denumire sistematică: AT F: D -hexoză -6 - fosfotransferaza Denumire banala: hexokinaza Cod: CF 2. 7. 1. 1 Atomi si reziduuri moleculare

3. Hidrolaze Denumirea clasei: Substrat - ce se desprinde - hidrolaza Substrat - hidrolaza Acetilcolina + H 2 O Acetat + Colina Denumire sistematica: Acetilcolina -acil hidrolaza Denumire banala: Acetilcolinesteraza Cod: EC 3. 1. 1.

4. Liazele Denumirea clasei: substrat: ce se scindează – liază L-malat H 2 O + fumarat Denumire sistematică: L-malat: hidro-lază Denumire banală: fumarază Cod: EF 4. 2. 1.

5. Izomeraze Denumirea clasei: Substrat – tip de izomerizare – izomerază Substrat – produs – izomerază Acid fumaric Acid maleic Denumire sistematică: Fumarat – cis, trans – izomerază

6. Ligaze (sintetaze) Denumirea clasei: substrat: substrat – ligaza (sursa de energie) L-glutamat + NH 4 + + ATP L-glutamină + ADP + Fn Denumire sistematică: L-glutamat: amoniac – ligază (ATP → ADP + Fn ) Denumire banala: glutamin sintetaza Cod: KF 6. 3. 1.

Cursul 15. Enzime: structură, proprietăți, funcții.

Schema cursului:

1. Caracteristicile generale ale enzimelor.

2. Structura enzimelor.

3. Mecanismul catalizei enzimatice.

4. Proprietăţile enzimelor.

5. Nomenclatura enzimelor.

6. Clasificarea enzimelor.

7. izoenzime

8. Cinetica reacțiilor enzimatice.

9. Unităţi de măsură ale activităţii enzimatice

1. Caracteristicile generale ale enzimelor.

În condiții fiziologice normale, reacțiile biochimice din organism au loc cu viteze mari, ceea ce este asigurat de catalizatori biologici de natură proteică - enzime.

Ele sunt studiate de știința enzimologiei - știința enzimelor (enzimelor), proteinelor specifice - catalizatori sintetizați de orice celulă vie și activând diferite reacții biochimice care au loc în organism. Unele celule pot conține până la 1000 de enzime diferite.

2. Structura enzimelor.

Enzimele sunt proteine ​​cu greutate moleculară mare. Ca orice proteine, enzimele au niveluri primare, secundare, terțiare și cuaternare de organizare moleculară. Structura primară este o combinație secvențială de aminoacizi și este determinată de caracteristicile ereditare ale organismului; aceasta este cea care caracterizează în mare măsură proprietățile individuale ale enzimelor. Structura secundară enzimele sunt organizate sub forma unei elice alfa. Structura terțiară are forma unui glob și participă la formarea centrelor active și a altora. Multe enzime au structura cuaternară și reprezintă o unire a mai multor subunități, fiecare dintre acestea fiind caracterizată de trei niveluri de organizare a moleculelor care diferă unele de altele, atât în ​​termeni calitativi, cât și cantitativi.

Dacă enzimele sunt reprezentate de proteine ​​simple, adică constau numai din aminoacizi, se numesc enzime simple. Enzimele simple includ pepsina, amilaza, lipaza (aproape toate enzimele gastrointestinale).

Enzimele complexe constau din părți proteice și non-proteice. Partea proteică a enzimei se numește - apoenzima, non-protein - coenzima. Se formează coenzima și apoenzima holoenzima. Coenzima se poate conecta cu partea proteică fie numai pe durata reacției, fie se poate lega una de cealaltă printr-o legătură puternică permanentă (atunci partea neproteică se numește - grupare prostetică). În orice caz, componentele non-proteice sunt direct implicate în reacțiile chimice prin interacțiunea cu substratul. Coenzimele pot fi reprezentate prin:

Nucleozidici trifosfați.

Minerale (zinc, cupru, magneziu).

Forme active de vitamine (B 1 face parte din enzima decarboxilaza, B 2 face parte din dehidrogenază, B 6 face parte din transferazei).

Principalele funcții ale coenzimelor:

Participarea la actul de cataliză.

Stabilirea contactului între enzimă și substrat.

Stabilizarea apoenzimei.

Apoenzima, la rândul său, îmbunătățește activitatea catalitică a părții non-proteice și determină specificitatea acțiunii enzimelor.

Fiecare enzimă conține mai mulți centri funcționali.

Centru activ- o zonă a unei molecule de enzimă care interacționează în mod specific cu substratul. Centrul activ este reprezentat de grupuri funcționale ale mai multor resturi de aminoacizi; aici are loc atașarea și transformarea chimică a substratului.

Centru alosteric sau de reglementare - aceasta este zona enzimei responsabile de adăugarea de activatori și inhibitori. Acest centru este implicat în reglarea activității enzimelor.

Acești centri sunt localizați în diferite părți ale moleculei de enzimă.

S-a stabilit de mult timp că toate enzimele sunt proteine ​​și au toate proprietățile proteinelor. Prin urmare, ca și proteinele, enzimele sunt împărțite în simple și complexe.

Enzime simple constau numai din aminoacizi - de exemplu, pepsină , tripsină , lizozimă.

Enzime complexe(holoenzimele) au o parte proteică constând din aminoacizi - apoenzima și o parte neproteică - cofactor. Exemple de enzime complexe sunt succinat dehidrogenază(conține FAD), aminotransferaze(conțin fosfat de piridoxal), diverse peroxidazele(conțin hem), lactat dehidrogenază(conține Zn 2+), amilază(conține Ca2+).

Cofactor, la rândul său, poate fi numită coenzimă (NAD+, NADP+, FMN, FAD, biotină) sau grupare protetică (hem, oligozaharide, ioni metalici Fe2+, Mg2+, Ca2+, Zn2+).

Împărțirea în coenzime și grupe protetice nu este întotdeauna clară:
dacă legătura cofactorului cu proteina este puternică, atunci în acest caz se vorbește despre prezență grupare prostetică,
dar dacă un derivat de vitamină acționează ca un cofactor, atunci se numește coenzima, indiferent de puterea conexiunii.

Pentru a efectua cataliză, este necesar un complex complet de apoproteină și cofactor; acestea nu pot efectua cataliză separat. Cofactorul face parte din centrul activ și participă la legarea substratului sau la transformarea acestuia.

Ca multe proteine, enzimele pot fi monomeri, adică consta dintr-o subunitate și polimeri, format din mai multe subunităţi.

Organizarea structurală și funcțională a enzimelor

Enzima conține zone care îndeplinesc diferite funcții:

1. Centru activ - o combinație de resturi de aminoacizi (de obicei 12-16) care asigură legarea directă la molecula de substrat și efectuează cataliză. Radicalii de aminoacizi din centrul activ pot fi în orice combinație, cu aminoacizi localizați în apropiere care sunt semnificativ îndepărtați unul de celălalt în lanțul liniar. Există două regiuni în centrul activ:

• ancoră(contact, legare) - responsabil pentru legarea și orientarea substratului în centrul activ,
• catalitic– este direct responsabil pentru implementarea reacției.

Diagrama structurii enzimelor

Enzimele care conțin mai mulți monomeri pot avea mai mulți centri activi în funcție de numărul de subunități. De asemenea, două sau mai multe subunități pot forma un site activ.

În enzimele complexe, grupele funcționale ale cofactorului sunt în mod necesar localizate în centrul activ.

Schema de formare a unei enzime complexe

2. Centru alosteric (allos- străin) este un centru de reglare a activității enzimatice, care este separat spațial de centrul activ și nu este prezent în toate enzimele. Legarea la centrul alosteric al oricărei molecule (numit activator sau inhibitor, precum și efector, modulator, regulator) determină o modificare a configurației proteinei enzimatice și, ca urmare, a vitezei reacției enzimatice.

Enzimele alosterice sunt proteine ​​polimerice; centrii activi și de reglare sunt localizați în diferite subunități.

Schema structurii unei enzime alosterice

Un astfel de regulator poate fi produsul acestei reacții sau uneia dintre reacțiile ulterioare, un substrat de reacție sau o altă substanță (vezi „Reglarea activității enzimatice”).

Izoenzime

Izoenzimele sunt forme moleculare ale aceleiași enzime care apar ca urmare a unor diferențe genetice ușoare în structura primară a enzimei, dar catalizează aceeași reacție. Izoenzimele sunt diferite afinitate la substrat, maxim viteză reacție catalizată sensibilitate la inhibitori și activatori, conditii lucru (pH și temperatură optime).

De regulă, izoenzimele au cuaternar structura, adica constau din două sau mai multe subunități. De exemplu, enzima dimerică creatin kinaza (CK) este reprezentată de trei forme de izoenzimă compuse din două tipuri de subunități: M (ing. muşchi– mușchi) și B (ing. creier- creier). Creatin kinaza-1 (CK-1) constă din subunități de tip B și este localizată în creier, creatin kinaza-2 (CK-2) - câte o subunitate M și B, activă în miocard, creatin kinaza-3 ( CK-3) conține două subunități M, specifice mușchiului scheletic. Determinarea activității diferitelor izoenzime CK în serul sanguin are.

Există, de asemenea, cinci izoenzime lactat dehidrogenază(rolul LDH) - o enzimă implicată în metabolismul glucozei. Diferențele dintre ele constă în raportul diferit al subunităților H. inima- inima) și M (ing. muşchi– mușchi). Lactat dehidrogenazele de tipuri 1 (H 4) și 2 (H 3 M 1) sunt prezente în țesuturi cu aerobic metabolismul (miocard, creier, cortex renal), au o mare afinitate pentru acidul lactic (lactat) și îl transformă în piruvat. LDH-4 (H 1 M 3) și LDH-5 (M 4) se găsesc în țesuturile predispuse la anaerob metabolismul (ficat, mușchi scheletici, piele, medular renal), au o afinitate scăzută pentru lactat și catalizează conversia piruvatului în lactat. In tesuturile cu intermediar tip de metabolism (splină, pancreas, suprarenale, ganglioni limfatici) predomină LDH-3 (H 2 M 2). Determinarea activității diferitelor izoenzime LDH în serul sanguin are semnificație clinică și diagnostică.

Un alt exemplu de izoenzime este grupul hexokinaza, care atașează o grupare fosfat la monozaharidele de hexoză și le implică în reacții metabolice celulare. Dintre cele patru izoenzime, hexokinaza IV ( glucokinaza), care diferă de alte izoenzime prin specificitatea ridicată pentru glucoză, afinitatea scăzută pentru aceasta și insensibilitatea la inhibarea de către produsul de reacție.