Neorganiniai katalizatoriai praktiškai nepriklauso nuo terpės reakcijos.  

Neorganiniai katalizatoriai, kaip rodo patirtis, puikiai gali veikti aukštesnėje – iki kelių šimtų laipsnių – temperatūroje.  

Fermentai nuo neorganinių katalizatorių skiriasi daugeliu būdingų savybių. Visų pirma, fermentai yra itin veiksmingi ir pasižymi milijonus ir milijardus kartų didesniu kataliziniu aktyvumu esant vidutinei temperatūrai (kūno temperatūrai), normaliam slėgiui ir artimoms neutralioms pH vertėms.  

Kaip ir neorganiniai katalizatoriai, fermentai pagreitina tik tas reakcijas, kurios vyksta spontaniškai, bet labai mažu greičiu.  

Skirtingai nuo neorganinių katalizatorių, fermentai veikia griežtai apibrėžtame pH verčių diapazone. Lentelėje 43 rodo pH vertes, kurioms esant įvairūs fermentai pasižymi didžiausiu aktyvumu.  

Skirtingai nuo neorganinių katalizatorių, fermentai veikia griežtai apibrėžtame pH verčių diapazone. Lentelėje 20 rodo pH vertes, kurioms esant įvairūs fermentai pasižymi didžiausiu aktyvumu.  

Fermentai skiriasi nuo neorganinių katalizatorių didžiuliu aktyvumu, kuris kartu su cheminiu specifiškumu yra pagrindinis fermentinės katalizės bruožas. Absoliutus fermentų aktyvumas pasiekia milžiniškas vertes, kurios yra keliomis eilėmis didesnės nei net produktyviausių neorganinių katalizatorių.  

Fermentai yra žymiai efektyvesni nei įprasti neorganiniai katalizatoriai. Taikant fermentinę katalizę, reakcijos dažnai vyksta 100 000–1 000 000 kartų greičiau nei naudojant įprastą katalizę. Jei reakcijos vyktų lėčiau, gyvenimas būtų neįmanomas. Pavyzdžiui, žinoma, kad viena pagrindinių nervų sistemos reakcijų įvyksta vos per milijonines sekundės dalis.  

Jei lygintume organinių ir neorganinių katalizatorių įtaką, pirmieji buvo efektyvesni deginant TNT žemu slėgiu, o deginant nitroguanidiną – aukštu slėgiu. Deginant sprogmenis organinėmis metalo druskomis, tuo atveju, kai šis metalas nėra katalizatorius, vyrauja priedo molekulės organinės dalies, kuri yra reduktorius, slopinamasis poveikis.  

Palyginti su neorganiniais katalizatoriais, fermentai turi daug sudėtingesnę struktūrą. Kiekvienas fermentas turi baltymą, kuris lemia didelį biologinių katalizatorių specifiškumą. Pagal struktūrą fermentai skirstomi į dvi dideles klases: vienkomponentinius ir dvikomponentinius. Vieno komponento fermentai apima fermentus, susidedančius tik iš baltymų kūnų, turinčių katalizinių savybių. Šiuose fermentuose aktyvių grupių vaidmenį atlieka tam tikros cheminės grupės, kurios yra baltymo molekulės dalis ir vadinamos aktyviais centrais.  

Palyginti su neorganiniais katalizatoriais, fermentų struktūra yra daug sudėtingesnė.  

Palyginti su neorganiniais katalizatoriais, fermentai turi daug sudėtingesnę struktūrą. Kiekvienas fermentas turi baltymą, kuris lemia didelį biologinių katalizatorių specifiškumą. Pagal struktūrą fermentai skirstomi į dvi dideles klases: vienkomponentinius ir dvikomponentinius. Vieno komponento fermentai apima fermentus, susidedančius tik iš baltymų kūnų, turinčių katalizinių savybių. Šiuose fermentuose aktyvių grupių vaidmenį atlieka tam tikros cheminės grupės, kurios yra baltymo molekulės dalis ir vadinamos aktyviais centrais.  

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 alosteriniai 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.

Šios funkcijos veikia kaip kofermentai:

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 tipų polipeptidinės grandinės turi vienodą molekulinę masę, tačiau pirmosiose vyrauja karboksirūgštys, antrosiose – 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-organelėms būdingas

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 specifines reguliavimo įtakas 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. Pagal sisteminę nomenklatūrą, kurią 1961 m. priėmė Tarptautinė biochemijos sąjunga, fermentą ir jo katalizuojamą reakciją galima tiksliai identifikuoti.

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.

1. Fermentai turi didesnį katalizinį aktyvumą (milijoną kartų didesnį);

2. Katalizinis aktyvumas pasireiškia labai švelniomis sąlygomis (vidutinė temperatūra 37-40ºС, normalus slėgis, artimos neutralios pH vertės 6,0÷8,0). Pavyzdžiui, baltymų hidrolizė, dalyvaujant neorganinėms rūgštims ir šarmams, vyksta 100ºC ir aukštesnėje temperatūroje kelias dešimtis valandų. Dalyvaujant fermentams, šis procesas vyksta per keliasdešimt minučių 30÷40ºС temperatūroje;

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

4. Fermentų veikla ląstelėse yra griežtai kontroliuojama ir reguliuojama;

5. Nesukelti jokių nepageidaujamų reakcijų;

6. Skirtumai, susiję su fermentų baltymingumu (terminis labilumas, priklausomybė nuo aplinkos pH, aktyvatorių ir inhibitorių buvimas ir kt.).

Fermentų struktūra

Dar visai neseniai buvo manoma, kad absoliučiai visi fermentai yra baltyminės prigimties medžiagos. Tačiau devintajame dešimtmetyje kai kuriose mažos molekulinės RNR buvo aptiktas katalizinis aktyvumas. Šie fermentai buvo pavadinti ribozimai . Likę, daugiau nei 2000 šiuo metu žinomų fermentų, savo prigimtimi yra baltyminiai ir pasižymi visomis baltymų savybėmis.

Pagal struktūrą fermentai skirstomi į:

Paprastas arba vienkomponentis;

Sudėtingi arba dviejų komponentų (holofermentai).

Paprasti fermentai yra paprasti baltymai ir, hidrolizuoti, skyla tik į aminorūgštis. Paprastiems fermentams priskiriami hidroliziniai fermentai (pepsinas, tripsinas, ureazė ir kt.).

Kompleksiniai baltymai yra sudėtingi baltymai ir, be polipeptidinių grandinių, turi nebaltyminį komponentą ( kofaktorius ). Dauguma fermentų yra sudėtingi baltymai.

Dviejų komponentų fermento baltyminė dalis vadinama apofermentas.

Kofaktoriai gali turėti skirtingą jungties stiprumą su apofermentu.

Jei kofaktorius yra glaudžiai susietas su polipeptidine grandine, jis vadinamas protezų grupė . Tarp protezų grupės ir apofermento yra kovalentinis ryšys.

Jei kofaktorius lengvai atskiriamas nuo apofermento ir gali egzistuoti savarankiškai, tai toks kofaktorius vadinamas kofermentas.

Ryšiai tarp apofermento ir kofermento yra silpni – vandenilio, elektrostatinės ir kt.

Cheminė kofaktorių prigimtis itin įvairus. Kofaktorių vaidmenį dviejų komponentų fermentuose atlieka:

1 – dauguma vitaminų (E, K, Q, C, H, B1, B2, B6, B12 ir kt.);

2- nukleotidinio pobūdžio junginiai (NAD, NADP, ATP, CoA, FAD, FMN), taip pat daugybė kitų junginių;

3 – lipolio rūgštis;

4 – daug dvivalenčių metalų (Mg 2+, Mn 2+, Ca 2+ ir kt.).

Aktyvi fermentų vieta.

Fermentai yra didelės molekulinės medžiagos, kurių molekulinė masė siekia kelis milijonus Su fermentais sąveikaujančių substratų molekulės paprastai yra daug mažesnio dydžio. Todėl natūralu manyti, kad su substratu sąveikauja ne visa fermento molekulė kaip visuma, o tik tam tikra jo dalis – vadinamasis fermento „aktyvusis centras“.

Aktyvusis fermento centras yra jo molekulės dalis, kuri tiesiogiai sąveikauja su substratais ir dalyvauja katalizės veiksme.

Fermento aktyvusis centras susidaro tretinės struktūros lygyje. Todėl denatūruojant, sutrikus tretinei struktūrai, fermentas praranda katalizinį aktyvumą. !

Aktyvųjį centrą savo ruožtu sudaro:

- katalizinis centras kuri atlieka cheminę substrato transformaciją;

- substrato centras („inkaras“ arba kontaktinis padas), kuris užtikrina substrato prisirišimą prie fermento, fermento-substrato komplekso susidarymą.

Ne visada įmanoma nubrėžti aiškią ribą tarp katalizinių ir substratų centrų kai kuriuose fermentuose jie sutampa arba persidengia.

Be aktyvaus centro, fermento molekulėje yra vadinamasis allosterinis centras . Tai yra fermento molekulės dalis, atsirandanti dėl tam tikros mažos molekulinės medžiagos prijungimo ( efektorius ), pasikeičia tretinė fermento struktūra. Dėl to pasikeičia aktyviosios vietos konfigūracija ir, atitinkamai, pasikeičia fermento aktyvumas. Tai yra fermentų aktyvumo allosterinio reguliavimo reiškinys.

Daugelis fermentų yra multimerai (arba oligomerai ), t.y. susideda iš dviejų ar daugiau subvienetų - protomerai(panašus į ketvirtinę baltymo struktūrą).

Ryšiai tarp subvienetų paprastai yra nekovalentiniai. Fermentas pasižymi didžiausiu kataliziniu aktyvumu multimero pavidalu. Disociacija į protomerus smarkiai sumažina fermentų aktyvumą.

Fermentai – multimerai dažniausiai turi aiškų skaičių subvienetų (2-4), t.y. yra di- ir tetramerai. Nors heksa- ir oktamerai yra žinomi (6-8), trimeriai ir pentamerai (3-5) yra labai reti.

Multimeriniai fermentai gali būti sudaryti iš tų pačių arba skirtingų subvienetų.

Jei multimeriniai fermentai susidaro iš skirtingų tipų subvienetų, jie gali egzistuoti kaip keli izomerai. Kelios fermento formos vadinamos izofermentais (izofermentais arba izofermentais).

Pavyzdžiui, fermentas susideda iš 4 A ir B tipų subvienetų. Jis gali sudaryti 5 izomerus: AAAA, AAAB, AABB, ABBB, BBBB. Šie izomeriniai fermentai yra izofermentai.

Izofermentai katalizuoja tą pačią cheminę reakciją, dažniausiai veikia tą patį substratą, tačiau skiriasi kai kuriomis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis (molekulinė masė, aminorūgščių sudėtis, elektroforezinis mobilumas ir kt.), lokalizacija organuose ir audiniuose.

Speciali fermentų grupė susideda iš vadinamųjų. multimeriniai kompleksai. Tai yra fermentų sistemos, kurios katalizuoja nuoseklius bet kurio substrato transformacijos etapus. Tokios sistemos pasižymi stipriais ryšiais ir griežta erdvine fermentų organizacija, užtikrinančia minimalų kelią per substratą ir maksimalų jo virsmo greitį.

Pavyzdys yra daugiafermentinis kompleksas, kuris atlieka oksidacinį piruvo rūgšties dekarboksilinimą. Kompleksas susideda iš 3 rūšių fermentų (M.v. = 4 500 000).

Fermentų veikimo mechanizmas

Fermentų veikimo mechanizmas yra toks. Kai substratas susijungia su fermentu, susidaro nestabilus fermento-substrato kompleksas. Jis aktyvina substrato molekulę dėl:

1. cheminių ryšių poliarizacija substrato molekulėje ir elektronų tankio persiskirstymas;

2. reakcijoje dalyvaujančių ryšių deformacija;

3. požiūris ir būtina substrato molekulių (S) tarpusavio orientacija.

Substrato molekulė fiksuojama aktyviajame fermento centre įtemptoje konfigūracijoje, deformuotoje būsenoje, dėl to susilpnėja cheminių ryšių stiprumas ir sumažėja energetinio barjero lygis, t.y. substratas aktyvuojamas.

Yra 4 fermentinės reakcijos proceso etapai:

1 – substrato molekulės prijungimas prie fermento ir fermento-substrato komplekso susidarymas;

2 – substrato pasikeitimas veikiant fermentui, padarant jį prieinamą cheminei reakcijai, t.y. substrato aktyvinimas;

3 – cheminė reakcija;

4 – reakcijos produktų atskyrimas nuo fermento.

Tai galima parašyti kaip diagramą:

E + S ES ES* EP E + P

kur: E – fermentas, S – substratas, S* – aktyvuotas substratas, P – reakcijos produktas.

Pirmajame etape ta substrato molekulės dalis, kuri nevyksta cheminių transformacijų, yra prijungta prie substrato centro naudojant silpną sąveiką.

Kad susidarytų fermento-substrato kompleksas (ES), turi būti įvykdytos trys sąlygos, kurios lemia didelį fermento veikimo specifiškumą.

Fermento ir substrato komplekso susidarymo sąlygos:

1 - struktūrinis atitikimas tarp substrato ir aktyviosios fermento vietos. Kaip sako Fischer, jie turi derėti „kaip raktas nuo spynos“. Šis panašumas užtikrinamas fermento tretinės struktūros lygyje, t.y. aktyviųjų funkcinių grupių erdvinis išsidėstymas centras.

2 Elektrostatinis atitikimas aktyvusis fermento ir substrato centras, kurį sukelia priešingai įkrautų grupių sąveika.

3 Fermento tretinės struktūros lankstumas yra „sukeltas atitikimas“. Pagal priverstinio arba sukelto atitikties teoriją, kataliziškai aktyvi fermento molekulės konfigūracija gali atsirasti tik substrato prisitvirtinimo momentu dėl deformuojančio jo poveikio pagal „rankinės pirštinės“ principą.

Vieno komponento ir dviejų komponentų fermentų veikimo mechanizmas yra panašus.

Tiek apofermentas, tiek kofermentas dalyvauja formuojant fermento-substrato kompleksą kompleksiniuose fermentuose. Šiuo atveju substrato centras dažniausiai yra ant apofermento, o kofermentas tiesiogiai dalyvauja substrato cheminės transformacijos veiksme. Paskutiniame reakcijos etape apofermentas ir kofermentas išsiskiria nepakitę.

2 ir 3 stadijose substrato molekulės transformacija yra susijusi su kovalentinių ryšių nutrūkimu ir uždarymu.

Po cheminių reakcijų fermentas grįžta į pradinę būseną, o reakcijos produktai yra atskiriami.

Specifiškumas

Fermento gebėjimas katalizuoti tam tikros rūšies reakciją vadinamas specifiškumu.

Yra trys specifiškumo tipai:

1. - santykinis ar grupės specifiškumas – fermentas veikia tam tikro tipo cheminį ryšį (pavyzdžiui, fermentas pepsinas suardo peptidinę jungtį);

2. – absoliutus specifiškumas - fermentas veikia tik vieną griežtai apibrėžtą substratą (pavyzdžiui, fermentas ureazė skaido amido jungtį tik karbamide);

3. – stechiometrinis specifiškumas – fermentas veikia tik vieną iš stereoizomerų (pavyzdžiui, fermentas gliukozidazė fermentuoja tik D-gliukozę, bet neveikia L-gliukozės).

Fermento specifiškumas užtikrina medžiagų apykaitos reakcijų tvarkingumą.

Cheminė fermentų prigimtis

Pagal jų struktūrą yra vieno komponento baltymų fermentai ir dviejų komponentų baltymų fermentai.

Į grupę baltymų fermentai apima fermentus, sudarytus kaip paprasti baltymai, priešingai nei fermentas turi aktyvų centrą. Aktyvaus centro buvimas jų molekulėje užtikrina katalizinį fermento aktyvumą. Beveik visi virškinimo trakto fermentai yra vieno komponento fermentai.

Baltymų fermentai- dviejų komponentų (holofermentai) - kompleksiniai baltymai. Jie susideda iš baltyminės dalies (apofermento) ir nebaltyminės dalies (kofermento). Kai kuriuose fermentuose apofermentas ir kofermentas yra sujungti taip stipriai, kad nutrūkus šiam ryšiui fermentas sunaikinamas. Tačiau yra fermentų, kurių ryšys silpnas. Apofermento ir kofermento vaidmenys skiriasi. Baltymų dalis lemia fermento substrato specifiškumą, o kofermentas, būdamas fermento katalizinio centro dalimi, užtikrina fermento veikimo specifiškumą, reakcijos, kurią vykdo fermentas, tipą. Kofermentų vaidmenį atlieka įvairių vitaminų ir metalų (geležies, vario) dariniai.

Fermento aktyvaus centro struktūra, jo vaidmuo.

Aktyvusis centras – tai aminorūgščių liekanų funkcinių grupių rinkinys, išsidėstęs fermentų paviršiuje ir griežtai orientuotas erdvėje dėl tretinės, o kartais ir ketvirtinės fermentų struktūros. Aktyvusis centras turi 2 skyrius: a) substratas (kontaktinė arba inkaro vieta), kuris lemia fermento substrato specifiškumą ir užtikrina jo sąveiką su substratu; b) katalizinis centras, atsakingas už chemines substrato transformacijas, nulemiantis fermento veikimo specifiškumą.

Aktyvus centras turi siauros įdubos arba plyšio formą. Šioje įduboje yra keletas polinių aminorūgščių liekanų, skirtų surišimui arba katalizei. Aktyvūs centrai užima nedidelę fermento molekulės dalį. Likusi fermento dalis išlaiko aktyvumą. Centras nuo sunaikinimo.

Pradinis aktyvaus centro modelis, kurį pasiūlė E. Fisher, substrato ir fermento sąveiką interpretavo pagal analogiją su sistema RAKTŲ UŽRAKTA, buvo manoma, kad aktyvus fermento centras ir substratas turi visiškai atitikti. Šis modelis kartais vadinamas modeliu KIETA MATRIKA. Šiuo metu manoma, kad nėra visiško atitikimo tarp substrato ir fermento, jis atsiranda sąveikos tarp substrato ir fermento procese (Koshlando teorija arba indukuoto atitikimo teorija).

Kas yra alosterinis fermentų centras ir jo vaidmuo?

Kai kurie fermentai turi vadinamąjį alosterinį centrą, kuris dalyvauja reguliuojant aktyvaus centro veiklą. Nėra bendro sutarimo dėl šio centro vietos. Kai kuriais duomenimis, alostotinis centras yra šalia aktyvaus centro. Kai alosteriniai efektoriai veikia šį centrą, fermento molekulėje vyksta konformaciniai pokyčiai, įskaitant aktyvaus centro topografijos pokyčius, dėl kurių fermento struktūrinis giminingumas substratui didėja arba sumažėja. Allost. centras būdingas tik fermentams, kurie turi kelis subvienetus.

Fermentų veikimo mechanizmas

Yra 3 fermentinės katalizės mechanizmo etapai:

1. Fermento-substrato komplekso susidarymas. Substratas prisitvirtina prie fermento molekulės dalies, vadinamos aktyviuoju centru, jame yra inkaro vietos. Ryšys vyksta per ryšius, kurių pobūdis priklauso nuo substrato cheminės prigimties. Pavyzdžiui, jei substrato molekulėje yra įkrautų grupių, tai dėl elektrostatinės sąveikos galimas komplekso susidarymas. Vieta, kur yra pritvirtintas substratas, yra fermento molekulės paviršiuje. Tokių zonų gali būti 2-3, jos išsidėsčiusios tam tikru atstumu viena nuo kitos.

2. Sudėtingo fermento – reakcijos produktų susidarymas. Funkciškai aktyvios fermento aktyvios vietos grupės veikia substratą, destabilizuodamos ryšius. Dėl šios sąveikos keičiasi substrato konfigūracija, vyksta jo deformacija, substrato molekulė poliarizuojasi, ryšys tarp atskirų substrato sekcijų ištempiamas, elektronai persiskirsto, o tai lemia elektros krūvio vietos pasikeitimą, sumažėja aktyvacijos energija, o substratas suyra.

3.Fermento-reakcijos produktų komplekso skilimas su laisvo fermento išsiskyrimu. Trečiasis etapas yra lėtesnis ir nuo jo priklauso visų reakcijų greitis. Atskleista, kad fermentų veikimo mechanizme didelę reikšmę turi substrato struktūros pasikeitimas, dėl kurio sumažėja aktyvacijos energija. Įvairių substratų aktyvinimo energija yra skirtinga.

6. Fermentų specifiškumas: a) substratas, b) veikimo specifiškumas.

Fermentai turi specifiškumą, t.y. selektyviai veikti tam tikrą substratą (substrato specifiškumas) ir pagreitinti tam tikrą cheminę reakciją (veiksmo specifiškumas), t.y. veiksmo specifiškumas - tai fermentų gebėjimas atlikti tik vieną iš galimų cheminių transformacijų su substratu. Fermentai gali veikti kelis substratus, bet katalizuoti tik vieną specifinę reakciją. Substrato specifiškumas: jei fermentas katalizuoja tik vieno substrato virsmą, tada specifiškumas absoliutus(arginazė skaido argininą). Jei fermentas katalizuoja substratų grupės, kurią vienija vieno tipo jungtis, transformaciją, tai toks specifiškumas vadinamas giminaitis(pepsinas skaido tiek gyvūninės, tiek augalinės kilmės riebalus). Stereocheminis Specifiškumas atsiranda dėl to, kad yra optinių L ir D formų izomerų arba cheminių medžiagų geometrinių izomerų. medžiagų. Taigi fermentas gali veikti tik vieną iš izomerų (fumarazė katalizuoja tik fumaro rūgšties konversiją, bet neveikia maleino rūgšties)

7. Fermentų galia. Dauguma fermentų katalizuojamų reakcijų vyksta 10–100 kartų greičiau nei nekatalizuojamos reakcijos. Fermento veikimo galiai apibūdinti buvo įvesta katalo sąvoka – substrato molekulių skaičius, veikiamas viena fermento molekulė 1 minutę. Daugumos fermentų galia yra 1000 katalų, katalazės – 1 000 000 katalų, amilazės – 240 000, o acetilcholinesterazės – daugiau nei 1 000 000 katalų. Didelė fermentų veikimo galia lemia didelį cheminių procesų greitį organizme.

8. Izofermentai, jų diagnostinė reikšmė. Izofermentai yra molekulinės fermentų formos, kurios katalizuoja tą pačią reakciją su tuo pačiu substratu, bet skirtingomis sąlygomis. Jie skiriasi apofermento struktūra, fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis bei apofermento afinitetu substratui. Izofermentų kofermentai yra vienodi, todėl ir biologinis izofermentų poveikis toks pat. Ląstelės ir organai skiriasi tam tikrų izofermentų kiekiu, t.y. izofermentai yra organotropiniai. Tai turi didelę diagnostinę reikšmę, nes pažeidžiant vieną ar kitą organą į kraują išsiskiria daugiausia tam tikrų izofermentų, kurie leidžia atlikti organų diagnostiką. Pavyzdžiui, laktatdehidrogenazė (LDH), kuri pagreitina pieno rūgšties dehidrogenavimo reakciją, turi 5 izofermentus su tuo pačiu kofermentu – NAD. LDH apofermentas susideda iš 4 polipeptidinių grandinių. Yra H grandinės (širdis) ir M grandinės (raumenys).

LDH 1 – 4 H tipo grandinės, širdyje

LDH 2 – 3 H tipo grandinės ir 1 M tipo grandinė, širdyje, inkstuose

LDH 3 – 2 H tipo grandinės ir 2 M tipo grandinės, plaučiuose

LDH 4 – 1 H tipo grandinės ir 3 M tipo grandinės, kepenyse

LDH 5 – 4 M tipo grandinės, raumenyse ir kepenyse.

Aminorūgščių dekarboksilazė

Pagal cheminę prigimtį aminorūgščių dekarboksilazės yra sudėtingi fermentai, kurių kofermentai gali būti fosfopiridoksalis (vitaminas B6, susijęs su fosforu).

Ir pirolochinolinochinonas (PQQ). Aminorūgščių DC yra fermentai bakterijose, pavyzdžiui, gyvūnų ir žmonių storojoje žarnoje. Šie storojoje žarnoje esantys fermentai dekarboksilindami aminorūgštis sukelia baltymų puvimą. Žmogaus ir gyvūnų nuolatinės srovės ląstelėse yra nedaug aminorūgščių. Aminorūgščių dekarboksilinimas vyksta ir lavono skaidymosi metu, kai, veikiami katepsinų, audinių baltymai skyla į aminorūgštis, o aminorūgščių DC atlieka tolesnius jų pokyčius.

Poklasis-hidroliazės

Reprezentatyvioji karbanhidazė yra dviejų komponentų fermentas, kofermentas nebuvo iki galo ištirtas, tačiau žinoma, kad jame yra cinko. Fermentas pagreitina grįžtamąją anglies rūgšties sintezės ir skilimo reakciją H2O + CO2 = H2CO3

Reakcijos kryptis priklauso nuo CO2 koncentracijos, todėl fermentas pašalina anglies rūgšties perteklių ir atlieka kvėpavimo centro reguliavimo funkciją.

Aminorūgščių dekarboksilazė

Aminorūgščių dekarboksilazės, dažniausiai bakterinės kilmės, vaidina svarbų vaidmenį bakterinėse infekcijose ir puvimo procese. Nemažai jų randama ir gyvūnų audiniuose, kur jie dalyvauja tam tikrų aminorūgščių apykaitoje, skatindami biogeninių aminų susidarymą (medžiagų, susidarančių gyvūnų ar augalų organizme iš aminorūgščių jas dekarboksilinant dekarboksilazės fermentais ir turinčių daug biologinis aktyvumas.). Pagal struktūrą tai yra dviejų įmonių pastatas. Fermentai, kof-t – fosfopiridoksalis (vitaminas B6 su H3PO4).

Anglies anhidrazė.

Karboanhidrazė arba karboanhidrazė yra hidrolizės poklasio atstovas. Dviejų komponentų fermentas, sudarytas iš apofermento ir kofermento, turi cinko jonų. Katalizuoja anglies junginių skilimą ir sintezę. Soda yra raudonuosiuose kraujo kūneliuose ir atlieka vaidmenį CO2 pernešimo iš audinių į plaučius procesuose.

H2O + CO2 ↔ H2CO3

Reakcijos kryptis priklauso nuo CO2 koncentracijos. Jis svarbus šalinant anglies dioksido (CO2) perteklių ir reguliuoja kvėpavimo centrą.

36 Oksiresuktazė. Klasifikacija. Tai didelė fermentų klasė, katalizuojanti redokso reakcijas (vandenilio ar elektronų pašalinimo ar pridėjimo reakcijas). Jie yra dviejų komponentų cheminės prigimties ir yra ląstelėse. Yra apie 90 poklasių. Kad būtų lengviau pateikti ir įsisavinti, šią medžiagą galima suskirstyti į 4 grupes pagal oksidacijos metodą:

1) dehidrolazės(Atstovai: 1) piridino fermentai; 2) flavino fermentai)

citochromai,

katalazė ir peroksidazė,

Hidroksilazės ir oksigenazės

Dehidrogenazės, atstovai

Dehidrogenazėms apima fermentus, kurie atlieka medžiagų oksidaciją jas dehidrindami (pašalindami vandenilį), dalyvaujantys BO ir redukcijoje, t.y. reakcijose, susijusiose su audinių kvėpavimo, glikolizės ir fermentacijos procesais. Yra žinoma daugiau nei 150 DG-asis. Atstovai: 1) piridino fermentai; 2) flavino fermentai

Atstovai. 1.

TCA reakcijos

Sąsajos taškai tarp BO ir OF

BO turi 3 taškus, kuriuose išsiskiria pakankamai energijos ATP susidarymui. Šie taškai vadinami BO ir OP konjugacijos taškais, tai yra 2 (kai NADH 2 oksiduojasi FF), 6 (oksiduojasi Cxx, redukuojasi CXa3), 9 ir 10 (CXO Cxa oksiduojasi, CXa3 yra sumažintas)

BO ir OF atskyrimas

Svarbiausia yra tai, kad jie nutraukia ryšį tarp BO ir OF, tai yra, 3 ir 4 energijos etapų. Mainai.

A. 2.4 dinitrofenolis (vartojamas nuo nutukimo)

B. Dicumarol – klinikinėje praktikoje naudojamas kaip antikoaguliantas. Praktika.

B. Ca transportavimas į mitochondrijas. ATP neišsaugomas, o ATP išleidžiamas kalcio pasisavinimui.

Fermentų ansambliai.

Su membranomis susiję fermentai, dalyvaujantys BO mitochondrijose, nėra tiesiškai išsidėstę, bet yra sujungti į kompleksą:

1. FP(FMN) kompleksas

Oksidazės oksidacija.

PP ir FP oksiduoja substratus, perkeldami vandenilį ant ubichinono, jie suyra į protonus ir elektronus. Toliau elektronai pernešami įvairiais citochromais, perkeliami į deguonį, jį jonizuojantys. Deguonies jonas, junginys. Su vandenilio protonais jis sudaro endogeninį vandenį. BO proceso metu išsiskiria energija, kuri eina į ATP susidarymą 40% ir šilumą 60%.

½ O2 + 2H+ = energija + H2O

61. Oksigenazės oksidacija, reikšmė, fermentai, galutiniai produktai. Daugiau nei pusė likusio deguonies sunaudojama oksigenazės tipo oksidacijai, kuri vyksta dviem būdais – monooksigenaze ir dioksigenaze. Monooksigenazės kelias vyksta mitochondrijose ir mikrosomose. Hidroksilinimas vyksta mitochondrijose (dalyvauja NADPH2, CxP450). Hidroksilinant susidaro oksiduotas produktas, vanduo ir NADP. Oksigenazės tipo dioksigenazės kelyje, veikiant oksigenazėms, į substratą patenka abu deguonies atomai. Paprastai tai atsitinka su medžiagomis, kurių lūžio vietoje yra nesočiųjų ryšių, pavyzdžiui, nesočiosios riebalų rūgštys.

62. Peroksidazės oksidacija. Peroksidazės oksidacija yra šalutinis oksidacijos kelias, paprastai stebimas, kai sugenda citochromo sistema arba kai substratas nėra oksiduojamas kitu būdu, pavyzdžiui, šlapimo rūgštimi. Atsiranda dalyvaujant oksidazės fermentams, kurie aktyviausi peroksisomose.

Peroksisomos yra mikrokūnai, randami hepotocituose; oksidaciniai organeliai. Šiuose mikrokūnuose yra šlapimo rūgšties oksidazės, D-aminorūgšties oksidazės ir katalazės, kuri skaido vandenilio peroksidą.

Pavyzdžiui: Ksantinas + H2O2 + O2 = (ksantino oksidazės fermentas) gamina pieno rūgštį + H2O2; 2% deguonies organizme patenka į redukuoto FP (FAD) oksidaciją ir susidaro vandenilio peroksidas.

FPN2 + O2 = FP + H2O2 (katalazės fermentas)

H2O2 = H2O + O2 (katalazės fermentas)

63. Peroksido oksidacija. Išsilavinimas AFK. Peroksido tipo oksidacija, arba peroksidas, arba laisvasis radikalas, vyksta redukuojant O2 vienu elektronu. PL membranose esantys PUFA yra oksiduojami. LPO inicijuojamas veikiant ROS, yra skirstomos į 2 grupes: 1 grupė – laisvieji radikalai: superoksido anijonų radikalas, hidroksiperoksi radikalas (HOO), hidroksilo radikalas, azoto oksido radikalas, alkiloksi radikalas (LO), lipoperoksi radikalas (LOO). 2 grupė – neradikalinės medžiagos: hipochlorito anijonas, vandenilio peroksidas, vienkartinis deguonis (1O2), ozonas (O3), geležies-deguonies kompleksas (Fe++-O2) ir GPL (LOOH). Dideli ROS kiekiai yra pavojingi ląstelėms. Taigi, superoksido anijonas gali sukelti GAG depolimerizaciją, adrenalino ir tiolių oksidaciją. Vandenilio peroksidas yra toksiškas, nors toksiškumo mechanizmas neaiškus. Yra žinoma, kad vandenilio peroksido perteklius sukelia baltymų tio grupių oksidaciją ir gali sukelti hidroksilo radikalų susidarymą. Pagrindinis ROS pavojus yra LPO inicijavimas. Laisvųjų radikalų oksidacija (FRO) turi grandininį pobūdį:

PUFA – DC – GPL – MDA (malondialdehidas)

dienų konjugatai hidroperoksidai

SEX yra pagrindinis PUFA naudojimo būdas. LPO produktai yra būtini tam tikrų hormonų ir baltymų sintezei (pavyzdžiui, skydliaukės hormonų sintezei), prostaglandinų (PRG) susidarymui, fagocitų funkcionavimui, membranų lipidų pralaidumo ir sudėties reguliavimui, ląstelių dauginimosi greitis ir jų sekrecinė funkcija.

Tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad padidėjęs LPO greitis ir LPO produktų koncentracija sukelia ląstelių pažeidimą ir mirtį, pavyzdžiui, LPO produktai yra labai toksiški, pažeidžia DNR ir RNR bei sukelia mutacijas. LPO produktai sukelia baltymų denatūravimą, atskiria BO ir OP, sutrikdo membranų struktūrą.

64. Fermentiniai ir nefermentiniai antioksidantai LPO normą valdo AOS. AOS skirstomas į fermentinį ir nefermentinį.

Pirmoji apima: 1) SOD (Superoksido dismutazė), kuri superoksido radikalą paverčia mažiau toksišku vandenilio peroksidu 2O2 + 2H+ = H2O2 + O2 2) Katalazė, kuri sunaikina vandenilio peroksidą į vandenį ir molekulinį deguonį; 3) Glutationo peroksidazė (GPO) oksiduoja lipidų hidroperoksidą iki lengvai oksiduojamų FA. 4) Glutationo reduktazė (GR), kuri sumažina oksiduotą glutationą. Nefermentiniai AOS apima riebaluose tirpius vitaminus, karotinoidus, vitaminą C, vitaminą P, vitaminą B2, karnoziną (neutralizuoja hidroksilo radikalus), feritiną (sujungia juodąją geležį, kuri yra elektronų šaltinis ROS susidarymui), ceruloplazminą (jungiasi). dvivalentis varis, kuris sumažina jo oksidacijos ir superoksido anijonų radikalų susidarymo galimybę, taip pat oksiduoja juodąją geležį, veikdama kaip feroksidazė), metalotioneinai (suriša varį ir kitus metalus, atlikdami ne tik antioksidacinę, bet ir antitoksinę funkciją) , taurinas (neutralizuoja hipochlorito anijoną).

Sąsajos taškai tarp BO ir OF

Tai apima elementus Nr.2,6,9,10

2) 2 taškas- NADH 2 oksiduoja FP. Praradus vandenilius, NADH 2 oksiduojasi, o flavoproteinai, pridedant vandenilio, redukuojasi.

6) 6 taškas- ORR atsiranda tarp ferroCxb (oksiduotas) ir ferriCxc 1 (sumažintas).

9-10) yra labai glaudžiai vieningi, nes atsiranda daugiafermentiniame komplekse – citochromo oksidazėje. 2 ferro Txa (Fe2+) perkelia 2e 2 ferro Txa3 (Fe3+).

Tskha (Fe2+) oksiduojasi, Tskha3 (Fe3+) redukuojasi

BO ir OF atskyrimas

Kai kurie lipofilinės medžiagos(2,4-dinitrofenolis, kai kurie vaistai, riebalų rūgštys) per vidinę mitochondrijų membraną gali pernešti vandenilio jonus į matricą, aplenkdami ATP sintazės kanalą. Dėl to protonų gradientas mažėja ir ATP sintezė sustoja. Šis reiškinys vadinamas nesutapimas, ir medžiagos - sujungėjai kvėpavimas ir fosforilinimas.

OF skyriklių prototipai

2,4-dinitrofenolis yra klasikinis OF atjungiklis. Toksiškas, bet kažkada buvo naudojamas kaip vaistas nuo nutukimo.

Dicumarol - turi panašų poveikį ir yra naudojamas kaip antikoaguliantas

Ca2+ pernešimas į mitochondrijas taip pat keičia ryšį tarp elektronų pernešimo ir OF.

Fermentų ansambliai

Su membrana susiję fermentai, dalyvaujantys CP mitochondrijose, nėra tiesiškai išsidėstę, bet yra sujungti į 4 kompleksus: 1 kompleksas FP(FMN), 2 kompleksas FP(FAD), 3 kompleksas Cxb ir Cxc1, 4 – Cxa ir Cxa3.

Fermentai, koncepcija. Fermentų ir neorganinių katalizatorių veikimo panašumai. Bendrosios fermentų savybės.

Fermentai yra baltyminio pobūdžio biologiniai katalizatoriai, kurie pagreitina gyvūnų organizmų biochemines reakcijas.

Panašumai: 1) fermentas ir neorganinis katalizatorius sumažina aktyvacijos energiją;

2) fermentinis ir neorganinis. katė. paspartinti tik energetiškai įmanomas reakcijas;

3) fer. ir ne org.katė. nekeisti reakcijos krypties, netrikdyti grįžtamosios reakcijos pusiausvyros, o tik paspartinti pusiausvyros atsiradimą;

4) fer. ir ne org.katė. nėra sunaudojami reakcijos metu ir nėra galutinių reakcijos produktų dalis.

Bendrosios savybės: Bendrosios fermentų savybės tuo pat metu skiriasi nuo fermentų ir neįprastų kat.

· Fermentai yra baltyminės prigimties, todėl turi baltymams būdingų savybių;

· Fermentai turi sudėtingą struktūrą;

· Fermentai pasižymi dideliu specifiškumu, tiek substrato, tiek veikimo specifiškumu;

· Fermentai pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu, kurį lemia didelis fermento afinitetas substratui, ir jie daug stipriau sumažina aktyvacijos energiją. Fermento aktyvumo matavimo vienetas yra katalas;

· Fermentai veikia švelniomis sąlygomis (esant T-37-45, slėgis 1 atm.);

· Fermentai yra kontroliuojamo aktyvumo katalizatoriai.

18 klausimas. Fermentų ir neorganinių katalizatorių panašumai ir skirtumai. Fermentinių reakcijų greičio priklausomybė nuo temperatūros, pH. Specifiškumo rūšys.

Paprastų ir sudėtingų fermentų struktūra (pavyzdžiui, hidrolazės, dehidrogenazės).

Pagal sudėtį fermentai skirstomi į paprastus ir sudėtingus.

Paprasti fermentai yra pagaminti iš aminorūgščių. Tai apima virškinimo trakto fermentus – α-amilazę, pepsiną, tripsiną, lipazę ir kt. Visi šie fermentai priklauso 3 klasei – hidrolazėms.

Sudėtingus fermentus sudaro baltyminė dalis, apofermentas, ir nebaltyminė dalis, kofaktorius. Kataliziškai aktyvus fermento-kofaktoriaus kompleksas vadinamas holofermentu. Tiek metalų jonai, tiek organiniai junginiai, kurių daugelis yra vitaminų dariniai, gali veikti kaip kofaktoriai.

Pavyzdžiui, oksidoreduktazės kaip kofaktorius naudoja Fe²+, Cu²+, Mn²+, Mg²+ kinazes; glutationo peroksidazei, fermentui, neutralizuojančiam vandenilio peroksidą, reikalingas selenas.

Kofermentai yra organinės medžiagos, kurios yra silpnai surištos su baltymų dalimi. Pavyzdžiui, nuo NAD priklausomos dehidrogenazės susideda iš baltymų ir kofermentų NAD, NADP, vitamino PP darinių.

Protezinė grupė yra kofermentas, glaudžiai (dažnai kovalentiškai) susijęs su apofermentu. Pavyzdžiui, flavino dehidrogenazės susideda iš baltymų ir protezų grupių FAD, FMN ir vitamino B2 darinių. Apofermentas nustato fermento veikimo kryptį arba specifiškumą.

. Bendrosios fermentų savybės: specifiškumas, temperatūros, aplinkos pH įtaka fermentų aktyvumui.

Fermentų veiklai įtakos turi temperatūra, aplinkos pH, tirpalų joninė jėga.

Kadangi fermentai pagal cheminę prigimtį yra baltymai, temperatūros padidėjimas virš 45-50˚C sukelia terminę denatūraciją ir fermentai inaktyvuojami (išskyrus raumenų miokinazę, papainą).

Žema temperatūra fermentų nesunaikina, o tik sustabdo jų veikimą. Optimali temperatūra fermentų aktyvumui pasireikšti yra 37-40˚C.

Fermentų veiklai įtakos turi aplinkos reakcija. Aplinkos, kurioje fermentas pasižymi didžiausiu aktyvumu, pH vertė vadinama optimaliu šio fermento veikimo aplinkos pH. Fermentų veikimo pH optimalus fiziologinis diapazonas yra 6,0–8,0. Išimtys: pepsinas, kurio pH optimalus yra 2,0; arginazė – pH optimalus yra 10,0.

Fermentai turi specifiškumą. Yra keletas specifiškumo tipų:

1. Absoliutus specifiškumas – fermentas sąveikauja tik su vienu substratu. Pavyzdžiui, ureazė pagreitina karbamido hidrolizę, bet neskaido tiokarbamido.

2. Stereospecifiškumas – fermentas sąveikauja su specifiniu optiniu ir geometriniu izomeru.

3. Absoliutus grupės specifiškumas – fermentai yra specifiniai ryšio prigimties atžvilgiu, taip pat tie junginiai, kurie sudaro šį ryšį. Pavyzdžiui, α-amilazė skaido α-glikozidinę jungtį maltozės molekulėje, kurią sudaro dvi gliukozės molekulės, bet neskaido sacharozės molekulės, susidedančios iš gliukozės molekulės ir fruktozės molekulės.

4. Santykinis grupės specifiškumas. Šiuo atveju fermentai yra specifiniai tik ryšio atžvilgiu, tačiau yra abejingi tiems junginiams, kurie sudaro šį ryšį. Pavyzdžiui, proteazės pagreitina įvairių baltymų peptidinių jungčių hidrolizę, lipazės – riebaluose esančių esterinių ryšių irimą.

19 klausimas Fermentų aktyvatoriai ir inhibitoriai. Jų veikimo mechanizmas. Grįžtamasis ir negrįžtamas, konkurencinis ir nekonkurencinis slopinimas. Konkurencinio slopinimo principo taikymas medicinoje.

.Fermentų aktyvatoriai ir inhibitoriai, jų įtakos mechanizmai ir reikšmė.

Cheminių reakcijų greičiui įtakos turi įvairios medžiagos. Pagal poveikio pobūdį medžiagos skirstomos į aktyvatorius, didinančius fermentų aktyvumą, ir inhibitorius (paralyžierius), slopinančius fermentų aktyvumą.

Fermentų aktyvavimą gali sukelti:

1. Kofaktorių buvimas – metalo jonai Fe²+, Mg²+, Mn²+, Cu²+, Zn²+, ATP, lipoinė rūgštis.

2. Jų dalinė proteolizė.

Virškinimo trakto fermentai gaminami neaktyvių formų – zimogenų – pavidalu. Įvairių veiksnių įtakoje peptidas suskaidomas ir susidaro aktyvus centras, o zimogenas paverčiamas aktyvia fermento forma.

Pepsinogen HCl pepsinas + peptidas

Tripsinogeno enterokinazė tripsinas + peptidas

Šis aktyvinimo būdas apsaugo virškinamojo trakto ląsteles nuo savaiminio virškinimo.

3. Fosforilinimas ir defosforilinimas. Pavyzdžiui:

neaktyvus lipazė + ATP → lipazė-fosfatas (aktyvi lipazė);

lipazė-fosfatas + H3PO4 → lipazė (neaktyvi lipazė)

Inhibitoriai pagal jų veikimo pobūdį skirstomi į grįžtamuosius ir negrįžtamuosius. Šis skirstymas pagrįstas jungties tarp inhibitoriaus ir fermento stiprumu.

Grįžtamieji inhibitoriai yra junginiai, kurie nekovalentiškai sąveikauja su fermentu ir gali būti atskirti nuo fermento.

Negrįžtami inhibitoriai yra junginiai, kurie sudaro kovalentinius stiprius ryšius su fermentu.

Negrįžtamas slopinimas gali būti specifinis arba nespecifinis.

Esant specifiniam slopinimui, inhibitoriai slopina tam tikrų fermentų veikimą, surišdami atskiras aktyvaus centro funkcines grupes. Pavyzdžiui, tiolio nuodai slopina fermentus, kurių aktyvusis centras apima SH grupes; anglies monoksidas (CO) slopina fermentus, kurių aktyvioje vietoje yra Fe2+.

Nespecifiniai inhibitoriai slopina visų fermentų veikimą. Tai apima visus denatūruojančius veiksnius (aukštą temperatūrą, organines ir mineralines rūgštis, sunkiųjų metalų druskas ir kt.).

Grįžtamasis slopinimas gali būti konkurencinis. Šiuo atveju inhibitorius yra struktūrinis substrato analogas ir konkuruoja su juo dėl prisijungimo aktyvaus centro substrato surišimo vietoje.

Išskirtinis konkurencinio slopinimo bruožas yra tai, kad jį galima susilpninti arba visiškai pašalinti padidinus substrato koncentraciją.

Sukcinato dehidrogenazė (SDH), citrato ciklo fermentas, dehidrogenuoja sukcinatą, paverčiant jį fumaratu. Malonatas, struktūriškai panašus į sukcinatą, jungiasi prie aktyvios LDH vietos, bet negali būti dehidrogenizuotas. Todėl malonatas yra konkurencingas SDH inhibitorius.

Daugelis vaistų yra konkurencingi fermentų inhibitoriai. Pavyzdžiui, sulfonamidiniai vaistai, būdami para-aminobenzenkarboksirūgšties (PABA), pagrindinio patogeninių mikroorganizmų augimo faktoriaus, struktūriniai analogai, konkuruoja su ja dėl prisijungimo fermento aktyvaus centro substrato surišimo vietoje. Tuo grindžiamas antimikrobinis sulfonamidų vaistų poveikis.