Теория кислотно-основного катализа — Биохимия. Шпаргалка с картинками | iFREEstore

Теория кислотно-основного катализа

В составе активного центра фермента имеются как кислые, так и основные функциональные группы. В результате этого фермент проявляет в ходе катализа кислотно-основные свойства, т.е. играет как роль донора, так и роль акцептора протонов. Кислотно-основной катализ характерен для гидролаз, лиаз, изомераз.

При закреплении субстрата в активном центре на его молекулу влияют электрофильные и нуклеофильные группы каталитического участка, что вызывает перераспределение электронной плотности в субстрате. Такое перераспределение облегчает перестройку и разрыв связей в молекуле субстрата.

Пр.: Реакция превращения ацетилхолина в холин. На первом этапе между СОО- глутамина и N ацетилхолина возникает ионная связь, и возникает фермент-субстратный комплекс. Начинается вторая стадия.

После образования фермент-субстратного комплекса в действие вступают остальные аминокислоты, остатки активного центра. Между углеродом С=О группы ацетилхолина и кислородом ОН-группы серина возникает взаимодействие, т.е. возникает водородная связь между кислородом ацетилхолина и ОН-группы тирозина – эффект «дыбы».

Затем гистидин оттягивает протоны от ОН-группы серина. Вследствие этого упрочняется сложноэфирная связь между серином и остатком уксусной кислоты. Одновременно происходит разрыв другой сложноэфирной связи в молекуле ацетилхолина и переход протона от тирозина к остатку холина.

На третьем этапе холин высвобождается из активного центра. Его место занимает вода. Эта вода располагается между карбонильным кислородом ацетильной группы и кислородом тирозина. Фермент освобождён от продуктов реакции и готов к следующему циклу. На первом и последнем этапе продолжительность этапа зависит от скорости диффузии субстрата к ферменту или от фермента соответственно. Вторая стадия очень часто является лимитирующей весь процесс. Именно на этой стадии происходит снижение энергии активации реагирующих веществ.

Также существует ковалентный катализ – когда субстрат ковалентно связывается в активном центре фермента перед его превращением.

Регуляция активности ферментов

Ферменты являются регулируемыми катализаторами. В качестве регуляторов могут выступать метаболиты, яды. Различают:

- активаторы – вещества, увеличивающие скорость реакции;

- ингибиторы – вещества, уменьшающие скорость реакции.

Активация ферментов. Различные активаторы могут связываться либо с активным центром фермента, либо вне его. К группе активаторов, влияющих на активный центр, относятся: ионы металла, коферменты, сами субстраты.

Активация с помощью металлов протекает по различным механизмам:

- металл входит в состав каталитического участка активного центра;

- металл с субстратом образуют комплекс;

- за счет металла образуется мости между субстратом и активным центром фермента.

Субстраты также являются активаторами. При увеличении концентрации субстрата скорость реакции повышается. по достижению концентрации насыщения субстрата эта скорость не изменяется.

Если активатор связывается вне активного центра фермента, то происходит ковалентная модификация фермента:

1) частичный протеолиз (ограниченный протеолиз). Таким образом активируются ферменты пищеварительного канала: пепсин, трипсин, химотрипсин. Трипсин имеет состояние профермента трипсиногена, состоящего из 229 АК остатков. Под действием фермента энтерокиназы и с добавлением воды он превращается в трипсин, при этом отщепляется гексапептид. Изменяется третичная структура белка, формируется активный центр фермента и он переходит в активную форму.

2) фосфорилирование - дефосфорилирование. Пр.: липаза+АТФ= (протеинкиназа) фосфорилированная липаза+АДФ. Это трансферная реакция, использующая фосфат АТФ. При этом осуществляется перенос группы атомов от одной молекулы к другой. Фосфорилированная липаза является активной формой фермента.

Таким же путем происходит активация фосфорилазы: фосфорилаза B+ 4АТФ= фосфорилаза А+ 4АДФ

Также при связывании активатора вне активного центра происходит диссоциация неактивного комплекса «белок-активный фермент». Например, протеинкиназа – фермент, осуществляющий фосфорилирование (цАМФ-зависимое). Протеинкиназа – это белок, имеющий четвертичную структуру и состоящий из 2-х регуляторный и 2-х каталитических субъединиц. R2C2+2цАМФ=R2цАМФ2+ 2С. Такой тип регуляции называется аллостерической регуляцией (активацией).

Ингибирование ферментов. Ингибитор – это вещество, вызывающее специфическое снижение активности фермента. Следует различать ингибирование и инактивацию. Инактивация – это, например, денатурация белка в результате действия денатурирующих агентов.

По прочности связывания ингибитора с ферментом ингибиторы делят на обратимые и необратимые.

Необратимые ингибиторы прочно связаны и разрушают функциональные группы молекулы фермента, которые необходимы для проявления его каталитической активности. Все процедуры по очистке белка не влияют на связь ингибитора и фермента. Пр.: действие фосфорорганических соединений на фермент – холинэстеразу. Хлорофос, зарин, зоман и др. фосфорорганические соединения связываются с активным центром холинэстеразы. В результате происходит фосфорилирование каталитических групп активного центра фермента. В следствии молекулы фермента, связанные с ингибитором, не могут связываться с субстратом и наступает тяжелое отравление.

Также выделяют обратимые игнибиторы, например прозерин для холинэстеразы. Обратимое ингибирование зависит от концентрации субстрата и ингибитора и снимается избытком субстрата.

По механизму действия выделяют:

- конкурентное ингибирование;

- неконкурентное ингибирование;

- субстратное ингибирование;

- аллостерическое.

1) Конкурентное (изостерическое) ингибирование – это торможение ферментативной реакции, вызванное связыванием ингибитора с активным центром фермента. При этом ингибитор имеет сходство с субстратом. В процессе происходит конкуренция за активный центр: образуются фермент-субстратные и ингибитор-ферментные комплексы. E+SES EP E+P; E+I E. Пр.: сукцинатдегидрогеназная реакция [рис. COOH-CH2-CH2-COOH(над стрелкой СДГ, под ФАДФАДН2) COOH-CH=CH-COOH]. Истинным субстратом этой реакции является сукцинат (янтарная к-та). Ингибиторы: малоновая к-та (COOH-CH2-COOH) и оксалоацетат (COOH-CO-CH2-COOH). [рис. фермента с 3 дырками+ субстрат+ ингибитор= комплекс ингибитора с ферментом]

Пр.: фермент холинэстераза катализирует превращение ацетилхолина в холин: (CH3)3-N-CH2-CH2-O-CO-CH3 (над стрелкой ХЭ, под – вода) CH3СOOH+(CH3)3-N-CH2-CH2-OH. Конкурентными ингибиторами являются прозерин, севин.

2) Неконкурентное ингибирование – торможение, связанное с влиянием ингибитора на каталитическое превращение, но не на связывание фермента с субстратом. В этом случае ингибитор может связываться и с активным центром (каталитический участок) и вне его.

Присоединение ингибитора вне активного центра приводит к изменению конформации (третичной структуры) белка, вследствие чего изменяется конформация активного центра. Это затрагивает каталитический участок и мешает взаимодействию субстрата с активным центром. При этом ингибитор не имеет сходства с субстратом и это ингибирование нельзя снять избытком субстрата. Возможно образование тройных комплексов фермент-ингибитор-субстрат. Скорость такой реакции не будет максимальной.

К неконкурентным ингибиторам относят:

- цианиды. Они связываются с атомом железа в цитохромоксидазе и в результате этого фермент теряет свою активность, а т.к. это фермент дыхательной цепи, то нарушается дыхание клеток и они гибнут.

- ионы тяжёлых металлов и их органические соединения (Hg, Pb и др.). Механизм их действия связан с соединением их с различными SH-группами. [рис. фермента с SH-группами, иона ртути, субстрата. Все это соединяется в тройной комплекс]

- ряд фармакологических средств, которые должны поражать ферменты злокачественных клеток. Сюда же относятся ингибиторы, использующиеся в сельском хозяйстве, бытовые отравляющие вещества.

3) Субстратное ингибирование – торможение ферментативной реакции, вызванное избытком субстрата. Происходит в результате образования фермент-субстратного комплекса, неспособного подвергаться каталитическому превращению. Его можно снять и уменьшить концентрацию субстрата. [рис. связывания фермента сразу с 2 субстратами]

4) Аллостерическое ингибирование – торможение ферментативной реакции, вызванное присоединением аллостерического ингибитора в аллостерическом центре аллостерического фермента. Такой тип ингибирования характерен для аллостерических ферментов, имеющих четвертичную структуру. В качестве ингибиторов могут выступать метаболиты, гормоны, ионы металлов, коферменты.

Механизм действия:

а) присоединение ингибитора к аллостерическому центру;

б) изменяется конформация фермента;

в) изменяется конформация активного центра;

г) нарушается комплиментарность активного центра фермента к субстрату;

д) уменьшается число молекул ES;

е) уменьшается скорость ферментативной реакции.

[рис. фермент с 2 дырками, к одной аллостерический ингибитор и вторая меняет форму]

К особенностям аллостерических ферментов относят ингибирование по отрицателтной обратной связи. A(E1)B(E2) C(E3) D (от D стрелочка к стрелке между А и В). D – метаболит, действующий как аллостерический ингибитор на фермент Е1.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

шпора бх с картинками.doc

шпора бх с картинками.doc
Размер: 1.3 Мб

.

Пожаловаться на материал

Шпоры по биохимии.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Эта тема принадлежит разделу:

Биохимия. Шпаргалка с картинками

Шпоры по биохимии.

К данному материалу относятся разделы:

Биохимия и ее задачи

Белки и их биологическая роль

Классификация белков

Методы разделения (фракционирования) белков

Характеристика сложных белков

Хромопротеины

Липид-белковые комплексы

Нуклеопротеины

Углевод-белковые комплексы

Фосфопротеины

ФЕРМЕНТЫ

Изоферменты

Классификация и номенклатура ферментов

Номенклатура ферментов

Современные представления о ферментативном катализе

Молекулярные эффекты действия ферментов

Теория кислотно-основного катализа

Обмен веществ

Обмен белков Переваривание и всасывание белков

Переваривание сложных белков и их катаболизм

Гниение белков и обезвреживание его продуктов

Метаболизм аминокислот

Общие пути обмена веществ

Временное обезвреживание аммиака

Орнитиновый цикл мочевинообразования

Синтез и распад нуклеотидов

Образование креатинина

Образование конечных безазотистых продуктов

Функции ЦТК

Дыхательная цепь (ДЦ) (или Цепь Переноса Электронов – ЦПЭ, или Электрон-Транспортная Цепь – ЭТЦ)

Функционирование ДЦ

Окислительное фосфорилирование

Альтернативные варианты биологического окисления

Матричный биосинтез. Генетический код

Репликация (самоудвоение, биосинтез) ДНК

Транскрипция (передача информации с ДНК на РНК) или биосинтез РНК

Трансляция (биосинтез белка)

Адресование белков

Регуляция биосинтеза белка

Нарушения матричных биосинтезов

Система репарации ДНК

Генные мутации

Ингибиторы матричных биосинтезов (Антибиотики)

Антибактериальные

Биохимический полиморфизм

Биологические последствия обратной транскрипции

Теломеры и теломеразы

Патология белкового обмена

Механизмы развития раковой опухоли

Генная инженерия

Обмен углеводов

Биологический синтез гликогена

Распад гликогена

Гликогеновые болезни

Пути катаболизма глюкозы

Гексозодифосфатный путь превращения углеводов в тканях

Гексозомонофосфатный путь превращения углеводов в тканях

Глюконеогенез и другие источники глюкозы для организма человека

Патология углеводного обмена

Липиды

Простагландины, простациклины, тромбоксаны и лейкотриены

Переваривание липидов

Механизм ресинтеза жира

Транспортные формы липидов в организме

Превращение липидов в тканях

Окисление масляной кислоты

Биосинтез глицерина и ВЖК в тканях

Биосинтез холестерина (ХС)

Патология липидного обмена

Гормоны

Классификация гормонов

Гидрофильные гормоны

Семейство проопиомеланокортина (ПОМК)

Гормоны щитовидной железы

Механизм действия тиреоидных гормонов

Гормоны поджелудочной железы (ПЖ)

Гормоны коры и мозгового вещества надпочечников

Клетки-мишени для глюкокортикоидов - печень, почки, лимфоидная ткань, соединительная ткань, мышцы

Гормоны половых желез

Витамины

Классификация витаминов

Роль витаминов в обмене веществ

Причины гиповитаминозов

Причины недостаточной витаминной обеспеченности в современных условиях

Витамин А

Причины гипо- и авитаминозов А

Витамин D

Витамин Е

Витамин К

Водорастворимые витамины Витамин С

Роль витамина С в обмене веществ

Витамин Р

Витамин В1

Витамин В2

Витамин РР

Витамин В6

Витамин В9, В10, ВС (фолиевая кислота)

Витамин В12

Витамин В3

Витамин Н (биотин)

Холин

Биохимия печени. Роль печени в обмене веществ

Гидроксилирование ксенобиотиков с участием микросомальной монооксигеназной системы

Роль печени в пигментном обмене

Биосинтез гема

Распад гема

Патология пигментного обмена

Биохимия крови Типы изменения биохимического состава крови

Альбумины

Небелковые азотсодержащие вещества

Углеводный обмен

Липидный обмен

Минеральный обмен

Ферменты плазмы крови

Биохимия почек. Функции почек

Физические свойства мочи здорового человека, их изменения при патологии

Показатели химического состава мочи

Биохимия нервной ткани. Химические компоненты нервной ткани

Особенности обмена веществ в нервной ткани

Химическая передача нервного возбуждения

Биохимия мышечной ткани

Углеводы мышечной ткани

Энергетическое обеспечение мышечного сокращения

Нарушения метаболизма при ишемической болезни сердца

Биохимия мышечного сокращения

Биохимия соединительной ткани

Похожие материалы:

Теория потребительского поведения. Затраты и результаты. Экономическая теория

Реакция потребителя на изменение дохода и цены товара. Кривые \"доход-потребление\", \"цена-потребление\". Эффект дохода и эффект замены. Подходы Хикса и Слуцкого. Понятие издержек: общие, постоянные и переменные издержки. Средние и предельные издержки. Понятие прибыли. Валовой и предельный доходы

Имя существительного в русском языке. Курсовая работа по русскому языку

Предметом изучения данной курсовой работы была категория общего рода имени существительного в русском языке.

Дипломна робота магістра «Мотивы катастрофизма и профетизма в лирике И.Живагина»

Договор на оказание образовательных услуг физическими лицами

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Деятельность. Виды.

Деятельность многообразна. Материальная и духовная деятельность Творчество и общение. Общение и труд как виды деятельности