Šiuo metu fermentų tyrimas yra pagrindinis biochemijos dalykas ir yra atskirtas į nepriklausomą mokslą - enzimologija . Enzimologijos pasiekimai naudojami medicinoje diagnostikai ir gydymui, patologijos mechanizmams tirti, be to, kitose srityse, pavyzdžiui, žemės ūkyje, maisto pramonėje, chemijoje, farmacijoje ir kt.

Fermentų struktūra

Metabolitas - medžiaga, dalyvaujanti medžiagų apykaitos procesuose.

Substratas – medžiaga, kuriai vyksta cheminė reakcija.

Produktas – medžiaga, kuri susidaro cheminės reakcijos metu.

Fermentams būdingi specifiniai katalizės centrai.

Aktyvus centras (Ac) yra fermento molekulės dalis, kuri specifiškai sąveikauja su substratu ir tiesiogiai dalyvauja katalizėje. Ats, kaip taisyklė, yra nišoje (kišenėje). Ac galima išskirti dvi sritis: substrato surišimo vietą - substrato plotas (kontaktinis blokas) ir iš tikrųjų katalizinis centras .

Dauguma substratų su fermentu sudaro bent tris ryšius, dėl kurių substrato molekulė vieninteliu įmanomu būdu prisitvirtina prie aktyviosios vietos, o tai užtikrina fermento substrato specifiškumą. Katalizinis centras suteikia galimybę pasirinkti cheminės transformacijos kelią ir fermento katalizinį specifiškumą.

Reguliuojančių fermentų grupė turi allosteriniai centrai , kurie yra už aktyvaus centro ribų. Prie allosterinio centro galima prijungti „+“ arba „–“ moduliatorius, reguliuojančius fermentų aktyvumą.

Yra paprasti fermentai, susidedantys tik iš aminorūgščių, ir sudėtingi fermentai, į kuriuos taip pat įeina mažos molekulinės masės organiniai nebaltyminiai junginiai (kofermentai) ir (arba) metalų jonai (kofaktoriai).

Kofermentai yra nebaltyminės organinės medžiagos, kurios dalyvauja katalizėje kaip aktyvaus centro katalizinės vietos dalis. Šiuo atveju baltymų komponentas vadinamas apofermentas , o kataliziškai aktyvi kompleksinio baltymo forma yra holofermentas . Taigi: holofermentas = apofermentas + kofermentas.

Kofermentai veikia taip:

nukleotidai,

kofermentas Q,

Glutationas

vandenyje tirpių vitaminų dariniai:

Kofermentas, kuris kovalentiniais ryšiais yra prijungtas prie baltyminės dalies, vadinamas protezų grupė . Tai, pavyzdžiui, FAD, FMN, biotinas, lipoinė rūgštis. Protezinė grupė nėra atskirta nuo baltyminės dalies. Kofermentas, kuris yra prijungtas prie baltyminės dalies nekovalentiniais ryšiais, vadinamas kosubstratas . Tai, pavyzdžiui, NAD +, NADP +. Reakcijos metu kosubstratas prisijungia prie fermento.

Fermentų kofaktoriai yra metalų jonai, būtini daugelio fermentų kataliziniam aktyvumui. Kalio, magnio, kalcio, cinko, vario, geležies ir kt. jonai veikia kaip kofaktoriai. Jų vaidmuo yra įvairus, jie stabilizuoja substrato molekules, aktyvųjį fermento centrą, jo tretinę ir ketvirtinę struktūrą, užtikrina substrato surišimą ir katalizę. Pavyzdžiui, ATP prie kinazių jungiasi tik kartu su Mg 2+.

Izofermentai - tai yra kelios vieno fermento formos, kurios katalizuoja tą pačią reakciją, tačiau skiriasi fizinėmis ir cheminėmis savybėmis (afinitetas substratui, didžiausias katalizuojamos reakcijos greitis, elektroforezinis mobilumas, skirtingas jautrumas inhibitoriams ir aktyvatoriams, pH optimalus ir terminis stabilumas) . Izofermentai turi ketvirtinę struktūrą, kurią sudaro lyginis subvienetų skaičius (2, 4, 6 ir kt.). Fermentų izoformos susidaro iš skirtingų subvienetų derinių.

Pavyzdžiui, apsvarstykite laktato dehidrogenazę (LDH), fermentą, katalizuojantį grįžtamąją reakciją:

NADH 2 NAD +

piruvatas ← LDH → laktatas

LDH egzistuoja 5 izoformų pavidalu, kurių kiekviena susideda iš 4 protomerų (subvienetų) iš 2 tipų M (raumenų) ir H (širdies). M ir H tipo protomerų sintezę koduoja du skirtingi genetiniai lokusai. LDH izofermentai skiriasi ketvirtinės struktūros lygiu: LDH 1 (NNNN), LDH 2 (NNMM), LDH 3 (NNMM), LDH 4 (NMMM), LDH 5 (MMMM).

H ir M tipo polipeptidinės grandinės turi vienodą molekulinę masę, tačiau pirmosiose vyrauja karboksirūgštys, antrose – diamino rūgštys, todėl jos turi skirtingus krūvius ir gali būti atskirtos elektroforezės būdu.

Deguonies metabolizmas audiniuose veikia LDH izofermentinę sudėtį. Kur dominuoja aerobinis metabolizmas, vyrauja LDH 1, LDH 2 (miokardas, antinksčiai), kur anaerobinis metabolizmas - LDH 4, LDH 5 (skeleto raumenys, kepenys). Individualiai vystantis organizmui audiniuose kinta deguonies kiekis ir LDH izoformos. Embrione vyrauja LDH 4 ir LDH 5. Po gimimo kai kuriuose audiniuose padidėja LDH 1 ir LDH 2 kiekis.

Izoformų buvimas padidina audinių, organų ir viso kūno prisitaikymą prie besikeičiančių sąlygų. Organų ir audinių metabolinė būklė vertinama pagal izofermentų sudėties pokyčius.

Fermentų lokalizavimas ir suskaidymas ląstelėse ir audiniuose.

Pagal lokalizaciją fermentai skirstomi į 3 grupes:

I – bendrieji fermentai (universalūs)

II – būdingas organams

III – būdingas organelėms

Įprasti fermentai randami beveik visose ląstelėse, užtikrina ląstelės gyvybinę veiklą, katalizuodami baltymų ir nukleorūgščių biosintezės reakcijas, biomembranų ir pagrindinių ląstelių organelių susidarymą bei energijos mainus. Tačiau bendri skirtingų audinių ir organų fermentai skiriasi savo veikla.

Organams būdingi fermentai būdingas tik konkrečiam organui ar audiniui. Pavyzdžiui: Kepenims – arginazė. Inkstams ir kauliniam audiniui – šarminė fosfatazė. Prostatos liaukai – AF (rūgštinė fosfatazė). Kasai – α-amilazė, lipazė. Miokardui – CPK (kreatino fosfokinazė), LDH, AST ir kt.

Fermentai taip pat netolygiai pasiskirsto ląstelių viduje. Kai kurie fermentai yra koloidiškai ištirpę citozolyje, kiti yra įterpti į ląstelių organelius (struktūrinė būsena).

Organeliams būdingi fermentai . Skirtingos organelės turi specifinį fermentų rinkinį, kuris lemia jų funkcijas.

Organelėms specifiniai fermentai yra tarpląstelinių darinių, organelių žymenys:

Ląstelių membrana: ALP (šarminė fosfatazė), AC (adenilato ciklazė), K-Na-ATPazė

Citoplazma: glikolizės fermentai, pentozės ciklas.

ER: fermentai, užtikrinantys hidroksilinimą (mikrozominę oksidaciją).

Ribosomos: fermentai, užtikrinantys baltymų sintezę.

Mitochondrijos: oksidacinio fosforilinimo fermentai, TCA ciklas (citochromo oksidazė, sukcinato dehidrogenazė), riebalų rūgščių β-oksidacija.

Ląstelės branduolys: fermentai, užtikrinantys RNR, DNR sintezę (RNR polimerazė, NAD sintetazė).

Nukleolis: nuo DNR priklausoma RNR polimerazė

Dėl to ląstelėje susidaro skyriai, kurie skiriasi fermentų rinkiniu ir metabolizmu (metabolizmo suskaidymas).

Tarp fermentų yra nedidelė grupė r reguliuojantys fermentai, kurios geba reaguoti į konkrečią reguliavimo įtaką keisdamos veiklą. Šie fermentai yra visuose organuose ir audiniuose ir yra lokalizuoti medžiagų apykaitos takų pradžioje arba šakojimosi taškuose.

Griežta visų fermentų lokalizacija yra užkoduota genuose.

Klinikinėje diagnostikoje plačiai taikomas organelėms specifinių fermentų aktyvumo plazmoje ar serume nustatymas.

Fermentų klasifikacija ir nomenklatūra

Nomenklatūra – atskirų junginių pavadinimai, jų grupės, klasės, taip pat šių pavadinimų darymo taisyklės. Fermentų nomenklatūra gali būti triviali (trumpasis darbinis pavadinimas) arba sisteminė. Naudojant sisteminę nomenklatūrą, kurią 1961 m. patvirtino Tarptautinė biochemijos sąjunga, galima tiksliai nustatyti fermentą ir jo katalizuojamą reakciją.

Klasifikacija - kažko padalijimas pagal pasirinktas charakteristikas.

Fermentai klasifikuojami pagal jų katalizuojamos cheminės reakcijos tipą;

Remiantis 6 tipų cheminėmis reakcijomis, jas katalizuojantys fermentai skirstomi į 6 klases, kurių kiekviena turi keletą poklasių ir poklasių (4-13);

Kiekvienas fermentas turi savo kodą EC 1.1.1.1. Pirmasis skaitmuo nurodo klasę, antrasis - poklasį, trečias - poklasį, ketvirtas - jo poklasio fermento serijos numerį (atradimo tvarka).

Fermento pavadinimas susideda iš 2 dalių: 1 dalis – substrato (substratų) pavadinimas, 2 dalis – katalizuojamos reakcijos tipas. Pabaiga – AZA;

Papildoma informacija, jei reikia, rašoma pabaigoje ir skliausteliuose: L-malatas + NADP+ ↔ PVK + CO 2 + NADH 2 L-malatas: NADP+ - oksidoreduktazė (dekarboksilinanti);

Nėra vienodo požiūrio į fermentų pavadinimo taisykles.

Seminaras

Bendra ir aplinkos biochemija

„Fermentai. Fermentų kinetika"

Minsko MSEU

UDC 577:574 (076.5)

Baltarusijos Respublikos aplinkosauginio švietimo

Bokut S.B., galva Biochemijos ir biofizikos katedros docentė, mokslų daktarė,

Syakhovičius V.E., Art.

Bogdanova N.V., Biochemijos ir biofizikos katedros lektorius,

Dokuchaeva E.A., Biochemijos ir biofizikos katedros lektorius,

Drozdovas A.S. Biochemijos ir biofizikos katedros aspirantas

Recenzentai:

Valstybinės aukštosios mokyklos „Baltarusijos medicinos magistrantūros akademija“ Klinikinės laboratorinės diagnostikos katedra;

G.I. Novikas, Laboratorijos „Mikroorganizmų kolekcija“ vedėjas

Valstybinė mokslo institucija "Baltarusijos nacionalinės mokslų akademijos Mikrobiologijos institutas", biologijos mokslų kandidatas

P69 Bendrosios ir aplinkos biochemijos seminaras. II dalis: „Fermentas-tu. Fermentinė kinetika“ / Bokut S.B. ir kiti - Mn., 2013 - 74 p.

Seminare yra mokomoji ir metodinė medžiaga, skirta laboratoriniams darbams atlikti kurse „Bendroji ir aplinkos biochemija“ su II kurso studentais. Kiekvienam laboratoriniam darbui pateikiama pagrindinė teorija konkrečia tema, testo klausimai ruošiantis pamokai, rekomenduojamos literatūros sąrašas, pamokos užduočių sąrašas, laboratoriniuose darbuose naudojamų instrumentų, medžiagų ir reagentų aprašymas. . Įtraukiamos medžiagos, apibūdinančios fermentų klasifikaciją, jų aktyvumo nustatymo metodų principus, taip pat fermentinių reakcijų kinetikos pagrindus.

Atitinka Maskvos valstybinio ekonomikos universiteto, pavadinto A.D., kurso „Bendroji ir aplinkos biochemija“ programą. Sacharovas.

O S.B. Bokut, V.E. Syakhovičius, N. V. Bogdanova, E.A. Dokuchaeva, A.S. Drozdovas 2012 m

Ó Tarptautinis valstybinis ekologijos universitetas pavadintas. PRAGARAS. Sacharova, 2012 m

Laboratorinis darbas Nr.4

Įranga ir medžiagos:

Spektrofotometras Solar PV 1251B

· Termostatas

· Elektrinė viryklė

· Stiklinės pipetės 1 ml ir 5 ml

Automatinės mikropipetės

· Matavimo cilindrai 250 ml ir 100 ml

· 300 ml stiklinės

· Stikliniai mėgintuvėliai

· Mėgintuvėlių stelažai

· Stiklo strypai

· Stiklinės skaidrės

Reagentai:

· Krakmolas, 1% tirpalas

· Natrio hidroksidas (NaOH), 10% tirpalas

Vario sulfatas (CuSO 4), 1% tirpalas

Lugolio tirpalas (jodas, 1% KJ tirpalas, 2,5%)

Vandenilio chlorido rūgštis (HCl), 10% tirpalas

· Distiliuotas vanduo

Teorinė dalis

Fermentai

Gyvosios sistemos susideda iš gana riboto cheminių elementų rinkinio, kurie (C, H, O, N, P, S) sudaro daugiau nei 99% visos ląstelės masės. Kadangi ląstelių cheminė sudėtis labai skiriasi nuo žemės plutos cheminės sudėties, tai reiškia, kad biologinės sistemos gali atlikti specialias chemines reakcijas.

Be vandens, beveik visos ląstelės molekulės yra anglies junginiai. Tarp cheminių Žemės elementų anglis užima ypatingą vietą, nes ji gali sudaryti daug mažų ir didelių molekulių ( makromolekulių). Dėl mažo atomo dydžio ir keturių elektronų išoriniame apvalkale anglies atomai gali sudaryti stiprius kovalentinius ryšius su kitais atomais ir vienas su kitu, todėl susidaro žiedai arba ilgos grandinės ir dėl to dideli. ir sudėtingos molekulės.

Vienas iš labiausiai paplitusių biologinių sistemų apibrėžimų yra tas gyvi organizmai yra autonominės savaime besidauginančios cheminės sistemos, sukurtos iš specifinio ir tuo pat metu gana riboto anglies turinčių mažų molekulių ir makromolekulių rinkinio..

Taigi bet kurio organizmo gyvybinės veiklos pagrindą sudaro tam tikri cheminiai procesai. Beveik visos reakcijos gyvoje ląstelėje vyksta dalyvaujant labai veiksmingiems natūraliems biokatalizatoriams, vadinamiems fermentai, arba fermentai. Atsižvelgiant į ląstelių metabolizmo kelius, gali atrodyti, kad ląstelė turi galimybę atlikti bet kokią jai reikalingą reakciją, naudodama tam reikalingą fermentą. Iš tikrųjų taip nėra. Nors fermentai yra galingi katalizatoriai, jie gali tik pagreitinti termodinamiškai „leistinas“ reakcijas. Tarp daugelio energetiškai galimų reakcijų fermentai selektyviai konvertuoja atitinkamus „reagentus“, vadinamus substratai, fiziologiškai naudingu keliu. Taigi, fermentai kontroliuoti visus medžiagų apykaitos procesus organizme.

Dar visai neseniai buvo manoma, kad absoliučiai visi biokatalizatoriai yra baltyminės medžiagos. Tačiau XX amžiaus devintajame dešimtmetyje buvo aptiktos specifinės mažos molekulinės RNR, turinčios katalizinį aktyvumą. Pagal analogiją šios katalizinės RNR vadinamos ribozimai. Likę šiuo metu žinomi ląstelių biokatalizatoriai, kurių skaičius viršija 2500, yra baltyminio pobūdžio ir pasižymi visomis baltymų savybėmis. Iki šiol buvo iššifruotos šimtų skirtingų fermentų aminorūgščių sekos, remiantis rentgeno spindulių difrakcijos analize, nustatyta erdvinė struktūra, aprašyti jų veikimo mechanizmai; , ir buvo ištirtas jų vaidmuo ląstelių metabolinėse transformacijose.

Kaip ir neorganiniai katalizatoriai, fermentai: nesunaudojami reakcijos metu, padidina tiek tiesioginių, tiek atvirkštinių reakcijų greitį, nekeičia pusiausvyros padėties. Tačiau fermentų baltymingumas suteikia jiems daug savybių, kurios paprastai nebūdingos neorganiniams katalizatoriams.

Skirtumas tarp fermentų ir neorganinių katalizatorių

1. Fermentai turi didesnį katalizinį aktyvumą (milijonus kartų didesnį už neorganinių katalizatorių poveikį). Pavyzdžiui, baltymų hidrolizė, esant neorganinėms rūgštims ir šarmams, vyksta 100°C temperatūroje kelias dešimtis valandų. Dalyvaujant fermentams, šis procesas sutrumpėja iki dešimčių minučių 30–40 ° C temperatūroje;

2. Fermentų katalizinis aktyvumas pasireiškia labai švelniomis sąlygomis (vidutinė temperatūra 37-40°C, normalus slėgis, artimos neutralios pH vertės 6,0-8,0);

3. Fermentai pasižymi dideliu veikimo specifiškumu, t.y. kiekvienas fermentas katalizuoja iš esmės tik griežtai apibrėžtą cheminę reakciją (palyginimui, platina organinėje sintezėje katalizuoja kelias dešimtis cheminių virsmų);

4. Fermentinių reakcijų greitis priklauso nuo tam tikrų kinetinių dėsnių;

5. Nemažai fermentų po transliacijos modifikuojasi formuojantis tretinėms ir ketvirtinėms struktūroms;

6. Fermentų molekulių dydis paprastai yra daug didesnis nei jų substratų dydis;

7. Fermentų veikla ląstelėse yra griežtai kontroliuojama ir reguliuojama.

Fermentų ir neorganinių katalizatorių katalizinio veikimo palyginimas

Šiuo metu fermentų tyrimas yra pagrindinis biochemijos dalykas ir yra atskirtas į nepriklausomą mokslą - enzimologija . Enzimologijos pasiekimai naudojami medicinoje diagnostikai ir gydymui, patologijos mechanizmams tirti, be to, kitose srityse, pavyzdžiui, žemės ūkyje, maisto pramonėje, chemijoje, farmacijoje ir kt.

Fermentų struktūra

Metabolitas- medžiaga, dalyvaujanti medžiagų apykaitos procesuose.

Substratas – medžiaga, kuriai vyksta cheminė reakcija.

Produktas – medžiaga, kuri susidaro cheminės reakcijos metu.

Fermentams būdingi specifiniai katalizės centrai.

Aktyvus centras(Ac) yra fermento molekulės dalis, kuri specifiškai sąveikauja su substratu ir tiesiogiai dalyvauja katalizėje. Ats, kaip taisyklė, yra nišoje (kišenėje). Ac galima išskirti dvi sritis: substrato surišimo vietą - substrato plotas (kontaktinis blokas) ir iš tikrųjų katalizinis centras .

Dauguma substratų su fermentu sudaro bent tris ryšius, dėl kurių substrato molekulė vieninteliu įmanomu būdu prisitvirtina prie aktyviosios vietos, o tai užtikrina fermento substrato specifiškumą. Katalizinis centras suteikia galimybę pasirinkti cheminės transformacijos kelią ir fermento katalizinį specifiškumą.

Reguliuojančių fermentų grupė turi allosteriniai centrai , kurie yra už aktyvaus centro ribų. Prie allosterinio centro galima prijungti „+“ arba „–“ moduliatorius, reguliuojančius fermentų aktyvumą.

Yra paprasti fermentai, susidedantys tik iš aminorūgščių, ir sudėtingi fermentai, į kuriuos taip pat įeina mažos molekulinės masės organiniai nebaltyminiai junginiai (kofermentai) ir (arba) metalų jonai (kofaktoriai).

Kofermentai yra nebaltyminės organinės medžiagos, kurios dalyvauja katalizėje kaip aktyvaus centro katalizinės vietos dalis. Šiuo atveju baltymų komponentas vadinamas apofermentas , o kataliziškai aktyvi kompleksinio baltymo forma yra holofermentas . Taigi: holofermentas = apofermentas + kofermentas.

Kofermentai veikia taip:

· nukleotidai,

· kofermentas Q,

Glutationas

vandenyje tirpių vitaminų dariniai:

Kofermentas, kuris kovalentiniais ryšiais yra prijungtas prie baltyminės dalies, vadinamas protezų grupė . Tai, pavyzdžiui, FAD, FMN, biotinas, lipoinė rūgštis. Protezinė grupė nėra atskirta nuo baltyminės dalies. Kofermentas, kuris yra prijungtas prie baltyminės dalies nekovalentiniais ryšiais, vadinamas kosubstratas . Tai, pavyzdžiui, NAD +, NADP +. Reakcijos metu kosubstratas prisijungia prie fermento.

Fermentų kofaktoriai yra metalų jonai, būtini daugelio fermentų kataliziniam aktyvumui. Kalio, magnio, kalcio, cinko, vario, geležies ir kt. jonai veikia kaip kofaktoriai. Jų vaidmuo yra įvairus, jie stabilizuoja substrato molekules, aktyvųjį fermento centrą, jo tretinę ir ketvirtinę struktūrą, užtikrina substrato surišimą ir katalizę. Pavyzdžiui, ATP prie kinazių jungiasi tik kartu su Mg 2+.

Izofermentai- tai yra kelios vieno fermento formos, kurios katalizuoja tą pačią reakciją, tačiau skiriasi fizinėmis ir cheminėmis savybėmis (afinitetas substratui, didžiausias katalizuojamos reakcijos greitis, elektroforezinis mobilumas, skirtingas jautrumas inhibitoriams ir aktyvatoriams, pH optimalus ir terminis stabilumas) . Izofermentai turi ketvirtinę struktūrą, kurią sudaro lyginis subvienetų skaičius (2, 4, 6 ir kt.). Fermentų izoformos susidaro iš skirtingų subvienetų derinių.

Pavyzdžiui, apsvarstykite laktato dehidrogenazę (LDH), fermentą, katalizuojantį grįžtamąją reakciją:

NADH 2 NAD +

piruvatas ← LDH → laktatas

LDH egzistuoja 5 izoformų pavidalu, kurių kiekviena susideda iš 4 protomerų (subvienetų) iš 2 tipų M (raumenų) ir H (širdies). M ir H tipo protomerų sintezę koduoja du skirtingi genetiniai lokusai. LDH izofermentai skiriasi ketvirtinės struktūros lygiu: LDH 1 (NNNN), LDH 2 (NNMM), LDH 3 (NNMM), LDH 4 (NMMM), LDH 5 (MMMM).

H ir M tipo polipeptidinės grandinės turi vienodą molekulinę masę, tačiau pirmosiose vyrauja karboksirūgštys, antrose – diamino rūgštys, todėl jos turi skirtingus krūvius ir gali būti atskirtos elektroforezės būdu.

Deguonies metabolizmas audiniuose veikia LDH izofermentinę sudėtį. Kur dominuoja aerobinis metabolizmas, vyrauja LDH 1, LDH 2 (miokardas, antinksčiai), kur anaerobinis metabolizmas - LDH 4, LDH 5 (skeleto raumenys, kepenys). Individualiai vystantis organizmui audiniuose kinta deguonies kiekis ir LDH izoformos. Embrione vyrauja LDH 4 ir LDH 5. Po gimimo kai kuriuose audiniuose padidėja LDH 1 ir LDH 2 kiekis.

Izoformų buvimas padidina audinių, organų ir viso kūno prisitaikymą prie besikeičiančių sąlygų. Organų ir audinių metabolinė būklė vertinama pagal izofermentų sudėties pokyčius.

Fermentų lokalizavimas ir suskaidymas ląstelėse ir audiniuose.

Pagal lokalizaciją fermentai skirstomi į 3 grupes:

I – bendrieji fermentai (universalūs)

II – būdingas organams

III – būdingas organelėms

Įprasti fermentai randami beveik visose ląstelėse, užtikrina ląstelės gyvybinę veiklą, katalizuodami baltymų ir nukleorūgščių biosintezės reakcijas, biomembranų ir pagrindinių ląstelių organelių susidarymą bei energijos mainus. Tačiau bendri skirtingų audinių ir organų fermentai skiriasi savo veikla.

Organams būdingi fermentai būdingas tik konkrečiam organui ar audiniui. Pavyzdžiui: Kepenims – arginazė. Inkstams ir kauliniam audiniui – šarminė fosfatazė. Prostatos liaukai – AF (rūgštinė fosfatazė). Kasai – α-amilazė, lipazė. Miokardui – CPK (kreatino fosfokinazė), LDH, AST ir kt.

Fermentai taip pat netolygiai pasiskirsto ląstelių viduje. Kai kurie fermentai yra koloidiškai ištirpę citozolyje, kiti yra įterpti į ląstelių organelius (struktūrinė būsena).

Organeliams būdingi fermentai. Skirtingos organelės turi specifinį fermentų rinkinį, kuris lemia jų funkcijas.

Organelėms specifiniai fermentai yra tarpląstelinių darinių, organelių žymenys:

1) Ląstelių membrana: ALP (šarminė fosfatazė), AC (adenilato ciklazė), K-Na-ATPazė

2) Citoplazma: glikolizės fermentai, pentozės ciklas.

3) ER: fermentai, užtikrinantys hidroksilinimą (mikrozominę oksidaciją).

4) Ribosomos: fermentai, užtikrinantys baltymų sintezę.

5) Lizosomos: turi hidrolizinių fermentų, AF (rūgštinės fosfatazės).

6) Mitochondrijos: oksidacinio fosforilinimo fermentai, TCA ciklas (citochromo oksidazė, sukcinato dehidrogenazė), riebalų rūgščių β-oksidacija.

7) Ląstelės branduolys: fermentai, užtikrinantys RNR, DNR sintezę (RNR polimerazė, NAD sintetazė).

8) Nukleolis: nuo DNR priklausoma RNR polimerazė

Dėl to ląstelėje susidaro skyriai, kurie skiriasi fermentų rinkiniu ir metabolizmu (metabolizmo suskaidymas).

Tarp fermentų yra nedidelė grupė reguliuojantys fermentai, kurios geba reaguoti į konkrečią reguliavimo įtaką keisdamos veiklą. Šie fermentai yra visuose organuose ir audiniuose ir yra lokalizuoti medžiagų apykaitos takų pradžioje arba šakojimosi taškuose.

Griežta visų fermentų lokalizacija yra užkoduota genuose.

Klinikinėje diagnostikoje plačiai taikomas organelėms specifinių fermentų aktyvumo plazmoje ar serume nustatymas.

Neorganiniai katalizatoriai ir fermentai (biokatalizatoriai), patys nesuvartodami, pagreitina cheminių reakcijų eigą ir savo energetines galimybes. Esant bet kokiam katalizatoriui, energija cheminėje sistemoje išlieka pastovi. Katalizės proceso metu cheminės reakcijos kryptis išlieka nepakitusi.

Kas yra fermentai ir neorganiniai katalizatoriai

Fermentai yra biologiniai katalizatoriai. Jų pagrindas yra baltymai. Aktyviojoje fermentų dalyje yra neorganinių medžiagų, pavyzdžiui, metalų atomų. Tuo pačiu metu į fermento molekulę įtrauktų metalų katalizinis efektyvumas padidėja milijonus kartų. Pažymėtina, kad organiniai ir neorganiniai fermento fragmentai negali atskirai parodyti katalizatoriaus savybių, o kartu jie yra galingi katalizatoriai.
Neorganinis katalizatoriai pagreitina visų rūšių chemines reakcijas.

Fermentų ir neorganinių katalizatorių palyginimas

Kuo skiriasi fermentai ir neorganiniai katalizatoriai? Neorganiniai katalizatoriai iš prigimties yra neorganinės medžiagos, o fermentai yra baltymai. Neorganiniuose katalizatoriuose baltymų nėra.
Fermentai, lyginant su neorganiniais katalizatoriais, pasižymi substrato specifiškumu ir didžiausiu efektyvumu. Dėl fermentų reakcija vyksta milijonus kartų greičiau.
Pavyzdžiui, vandenilio peroksidas suyra gana lėtai, nedalyvaujant katalizatoriams. Esant neorganiniam katalizatoriui (dažniausiai geležies druskoms), reakcija šiek tiek paspartėja. O pridėjus fermento katalazės peroksidas skyla neįsivaizduojamu greičiu.
Fermentai gali veikti ribotame temperatūros diapazone (dažniausiai 370 C). Neorganinių katalizatorių veikimo greitis padidėja 2-4 kartus, kai temperatūra padidėja 10 laipsnių. Fermentai yra reguliuojami (yra fermentų inhibitorių ir aktyvatorių). Neorganiniams katalizatoriams būdingas nereguliuojamas veikimas.
Fermentams būdingas konformacinis labilumas (jų struktūroje vyksta nedideli pakitimai, atsirandantys nutraukiant senus ryšius ir formuojant naujus ryšius, kurių stiprumas yra silpnesnis). Reakcijos, kuriose dalyvauja fermentai, vyksta tik fiziologinėmis sąlygomis. Fermentai gali veikti organizmo viduje, jo audiniuose ir ląstelėse, kur susidaro reikiama temperatūra, slėgis ir pH.

TheDifference.ru nustatė, kad skirtumas tarp fermentų ir neorganinių katalizatorių yra toks:

Fermentai yra didelės molekulinės masės baltymų kūnai, jie yra gana specifiniai. Fermentai gali katalizuoti tik vienos rūšies reakciją. Jie yra biocheminių reakcijų katalizatoriai. Neorganiniai katalizatoriai pagreitina įvairias reakcijas.
Fermentai gali veikti tam tikrame siaurame temperatūros diapazone, tam tikrame aplinkos slėgyje ir rūgštingumui.
Fermentinės reakcijos yra greitos.

Visi gyvybės procesai yra pagrįsti tūkstančiais fermentų katalizuojamų cheminių reakcijų. Fermentų reikšmę tiksliai ir perkeltine prasme apibrėžė I. P. Pavlovas, vadindamas juos „gyvybės patogenai“. Fermentų veikimo sutrikimai sukelia sunkių ligų – fenilketonurija, glikogenozė, galaktozemija, tirozinemija arba reikšmingas gyvenimo kokybės pablogėjimas – dislipoproteinemija, hemofilija atsiradimą.

Yra žinoma, kad cheminei reakcijai įvykti būtina, kad reaguojančių medžiagų bendra energija būtų didesnė už vertę, vadinamą energetinis barjeras reakcijos. Siekdamas apibūdinti energijos barjero dydį, Arrhenius pristatė koncepciją aktyvinimo energijos. Aktyvacijos energija cheminėje reakcijoje įveikiama arba padidinant sąveikaujančių molekulių energiją, pavyzdžiui, kaitinant, švitinant, didinant slėgį, arba sumažinant reakcijai reikalingą energiją (t. y. aktyvacijos energiją) naudojant katalizatorius.

Aktyvinimo energijos vertė su fermentu ir be jo

Pagal savo funkciją fermentai yra biologiniai katalizatoriai. Fermentų, taip pat neorganinių katalizatorių, veikimo esmė yra tokia:

• aktyvuojant reaguojančių medžiagų molekules,
• dalijant reakciją į kelias stadijas, kurių kiekvienos energetinis barjeras yra žemesnis nei visos reakcijos.

Tačiau fermentai nekatalizuoja energetiškai neįmanomų reakcijų, jie pagreitina tik tas reakcijas, kurios gali įvykti tam tikromis sąlygomis.

Fermentų ir neorganinių katalizatorių panašumai ir skirtumai

Reakcijų pagreitis naudojant fermentus yra labai reikšmingas, pavyzdžiui:

A. Ureazė 10 13 kartų pagreitina visiškai stabilaus karbamido skilimo reakciją į amoniaką ir vandenį, todėl, esant šlapimo takų infekcijai (pasireiškus bakterinei ureazei), šlapimas įgauna amoniako kvapą.

B. Apsvarstykite vandenilio peroksido skilimo reakciją:

2H 2 O 2 → O 2 + 2H 2 O

Jei reakcijos greitis be katalizatoriaus laikomas vienetu, tai esant platinos juodumui, reakcijos greitis padidėja 2 × 10 4 kartus, o aktyvacijos energija sumažėja nuo 18 iki 12 kcal/mol, esant fermentui katalazei; reakcijos greitis padidėja 2 × 10 11 kartų, kai energija aktyvuojama 2 kcal/mol.