Metų laikai

Pradžia

Pasaulio šalys

Cheminė fermentų prigimtis Pagal jų struktūrą išskiriami 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., 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, alostazės 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 paspartinti 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 vienodas. 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 daugiausia išsiskiria tam tikri izofermentai, todėl galima 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 (širdies) 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 grandinė 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 sergant bakterinėmis infekcijomis 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, 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 neišsaugoma, o ATP išleidžiama 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 įtraukiami abu deguonies atomai. Paprastai tai atsitinka su medžiagomis, kurių trūkimo 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 – tai 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 kiekis 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. Fermentų aktyvumo matavimo vienetas yra katalas;

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

· Fermentai yra kontroliuojamo aktyvumo katalizatoriai.

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.

Sukūrimo data: 2015-04-30

Visų organizmo gyvybės procesų materialinis pagrindas yra sudarytas iš tūkstančių cheminių reakcijų, katalizuojamų fermentų. Fermentų reikšmę labai teisingai ir perkeltine prasme apibrėžė I. P. Pavlovas, vadindamas juos „gyvybės stimuliatoriais“. Bet kurio fermento sintezės pažeidimas darnioje medžiagų apykaitos reakcijų sistemoje organizme sukelia ligų, kurios dažnai baigiasi mirtimi, vystymąsi. Pavyzdžiui, vaikams trūkstant fermento, paverčiančio galaktozę į gliukozę, atsiranda galaktozemija. Sergantys šia liga vaikai apsinuodija galaktozės pertekliumi ir miršta pirmaisiais gyvenimo mėnesiais. Padidėjęs ksantino oksidazės aktyvumas yra podagros priežastis. Tokių pavyzdžių galima pateikti daug. Štai kodėl fermentai yra visų tų begalinių cheminių transformacijų, kurios kartu sudaro gyvybės metabolizmą, varomoji jėga. Štai kodėl fermentų tyrimas yra labai svarbus. Fermentų mokslas yra svarbi biochemijos šaka, o medicinoje aiškiai matoma kryptis – medicinos enzimologija.

Fermentologija arba, kitaip, fermentologija – tai fermentų (fermentų) – baltyminio pobūdžio biologinių katalizatorių, kuriuos sudaro bet kuri gyva ląstelė ir kurie gali suaktyvinti įvairias organizme vykstančias chemines reakcijas, tyrimas.

Fermentai plačiai naudojami daugelyje mokslo ir pramonės sričių. Pastaraisiais metais, naudojant labai išgrynintus fermentų preparatus, pavyko iššifruoti sudėtingų organizmą sudarančių junginių, įskaitant kai kuriuos baltymus ir nukleino rūgštis, struktūrą.

Fermentai turi didelę praktinę reikšmę, nes daugelis pramonės sričių – vyndarystė, kepykla, alkoholio, arbatos, aminorūgščių, vitaminų, antibiotikų gamyba – yra pagrįstos įvairių fermentinių procesų naudojimu. Todėl fermentų savybių ir veikimo mechanizmo tyrimas leidžia chemikams sukurti naujus, pažangesnius chemijos pramonės katalizatorius. Įvairių medicinoje ir žemės ūkyje naudojamų fiziologiškai aktyvių junginių – vaistinių medžiagų, augalų augimo stimuliatorių ir kt., veikimas galiausiai susiveda į tai, kad šios medžiagos aktyvina ar slopina vieną ar kitą organizmo medžiagų apykaitos grandį, vieną ar kitą fermentinį procesą. Be jokios abejonės, fermentų veikimo dėsningumų ir įvairių stimuliatorių ar paralyžiuojančių medžiagų įtakos jiems tyrimas yra itin svarbus medicinai ir žemės ūkiui.

Enzimologijos tiriamų klausimų spektras yra labai platus. Fermentų išskyrimo ir valymo metodų kūrimas, siekiant nustatyti jų struktūrą, tirti fermentų susidarymo procesus gyvoje ląstelėje, veikimo reguliavimą, fermentų vaidmenį įgyvendinant įvairias fiziologines funkcijas - tai nėra visas sąrašas. svarbiausios biologinės problemos, kurios šiuo metu intensyviai tiriamos.

Apie fermentų tyrimo istoriją

Fermentų istorija siekia ilgą laiką. Net ir vystantis žmonių visuomenei žmonės susidūrė su įvairiais fermentiniais procesais ir juos naudojo gyvenime. Alkoholio ir pieno rūgšties fermentacija, starterių naudojimas gaminant duoną, šliužo fermento naudojimas sūriams gaminti ir kt. – visi šie fermentiniai procesai buvo gerai žinomi nuo neatmenamų laikų.

Vieni pirmųjų pasekėjų, tyrinėjusių fermentinius procesus, buvo Reaumur ir Spallanzani. Atlikdami eksperimentus su mėsos virškinimu paukščių skrandyje, jie pirmiausia iškėlė klausimą, ar reikia ištirti virškinimo sulčių cheminę sudėtį. Rusų mokslininkas K. S. Kirchhoffas (1814 m.)

Jis parodė, kad daigintų miežių ekstrakte yra medžiagos, sukeliančios krakmolo pavertimą cukrumi. Taigi, Kirchhoffas pirmasis gavo amilazės (fermento, skaidančio krakmolą) fermentinį preparatą ir šią datą pagrįstai galime laikyti fermentologijos atsiradimo data. Tyrinėdamas fermentacijos procesus, olandų mokslininkas Van Helmontas pirmą kartą į mokslą įvedė terminą „fermentai“ (fermentum – raugas). Žodis „fermentas“ kilęs iš senovės graikų kalbos žodžio en zume, kuris reiškia „mielės“.

Iki šeštojo dešimtmečio vidurio moksle tvirtai įsitvirtino fermentų kaip biologinių katalizatorių samprata. Didelis ginčas tarp dviejų didžiausių pasaulio mokslininkų Louiso Pasteuro ir Liebig Yu dėl fermentų buvimo ląstelėje kilo nuo šių laikų – ginčas, kuris iš esmės buvo kova tarp dviejų pasaulėžiūrų moksle – idealizmo ir materializmą ir beveik 50 metų sulėtino fermentų doktrinos raidą . Louisas Pasteuras, įrodęs, kad fermentų veikla neatsiejama nuo ląstelės struktūros ir nutrūksta jai sunaikinus, tvirtai atsistojo į virchovizmo, vienos iš idealizmo atmainų biologijoje, poziciją. Liebigas teigė, kad fermentų veikimas nėra susijęs su ląstelės struktūra. Šios diskusijos praktiškai tęsėsi daugiau nei 100 metų ir vėl, ir dar kartą patvirtino materialistinio požiūrio į biologinių dėsnių tyrimą poreikį. Pirmasis J. Liebigo požiūrio teisingumą patvirtino rusų tyrinėtojas M.M.Manasseinas 1871. Sumaldamas mielių ląsteles kvarciniu smėliu, t.y. visiškai sunaikindama ląstelių struktūrą, ji įrodė, kad ląstelių sultys turi savybę fermentuoti krakmolą. Tačiau, kaip dažnai nutikdavo carinėje Rusijoje, M. M. Manasseinos tyrimai buvo ignoruojami, o delnas šiuo klausimu buvo atiduotas vokiečių mokslininkams broliams Buchneriams, kurie po 26 metų atliko panašų eksperimentą (sunaikino ląsteles naudodami aukštą slėgį). ir gavo tuos pačius rezultatus. Vėliau A. N. Lebedevo, I. P. Pavlovo, M. Ducloso, E. Fisherio, L. Michaelio ir daugelio kitų mokslininkų darbai galutinai paneigė idealistų požiūrį. Būtent materialistinis požiūris į mokslinius tyrimus suteikė J. Sumneriui galimybę 1927 m. pirmą kartą gauti fermentą ureazę, o J. Northropui 1931 m. – kristalinį tripsiną ir pepsiną.

Šiuo metu tiek mūsų šalyje, tiek užsienyje, dirbant gausiai mokslininkų armijai, sėkmingai vystosi fermentų tyrimai. Šiuo metu žinoma apie 1000 fermentų. Akademiko A. E. Braunshteino, A. I. Oparino, V. N. Orekhovičiaus ir daugelio kitų vietinių mokslininkų darbai, tiriantys žmogaus organizmą. Diagnozės nustatymas, tinkamo gydymo ir profilaktikos parinkimas, įvairių vaistų kūrimas ir vartojimas ir kt.

Ką mes žinome apie katalizę?

Katalizė – tai procesas, kai keičiamas cheminės reakcijos greitis, veikiant įvairioms medžiagoms – katalizatoriams, dalyvaujantiems šiame procese ir liekantiems chemiškai nepakitusiems reakcijai pasibaigus. Jeigu katalizatoriaus pridėjimas pagreitina cheminį procesą, tai šis reiškinys vadinamas teigiama katalize, o reakcijos sulėtėjimas – neigiamu. Dažniausiai susiduriame su teigiama katalizė. Pagal cheminę prigimtį katalizatoriai skirstomi į neorganinius ir organinius. Pastariesiems priskiriami ir biologiniai katalizatoriai – fermentai.

Norint suprasti katalizatorių veikimą, būtina trumpai apsvarstyti katalizės esmę. Bet kurios cheminės reakcijos greitis priklauso nuo reaguojančių medžiagų aktyvių molekulių susidūrimų. Aktyvuota molekulė yra ta, kuri turi tam tikrą potencialios energijos kiekį. Dviejų tokių molekulių sąveika įvyks tik tuo atveju, jei šių molekulių energijos tiekimo pakanka įveikti susidūrimo jėgas tarp jų - vadinamąjį reakcijos „energijos barjerą“. Jei reaguojančios molekulės turi didesnę energetinę vertę nei energijos barjeras, tada reakcija įvyks. Jei reaguojančių kūnų energijos rezervo neužtenka energetiniam barjerui įveikti, jie nesąveikauja. Tokiu atveju, kad reakcija įvyktų, reikia aktyvuoti molekules, t.y., suteikti joms papildomą energijos kiekį, kurio, kartu su molekulėse esančia potencialia energija, pakaks energetiniam barjerui įveikti. Ši papildoma energija vadinama „aktyvinimo energija! Molekules galima aktyvuoti kaitinant, didinant slėgį, švitinant ir kt.

Katalizatorių veikimo esmė ta, kad, pirma, jie turi galimybę aktyvuoti reaguojančių medžiagų molekules, antra, molekulių (arba medžiagų) sąveika vyksta ne vienu, o keliais etapais.

Taigi, pasirodo, kad katalizatorius ne tik sumažina reakcijų energijos sąnaudas, bet ir žymiai padidina jų greitį.

Pagrindinės katalizatorių charakteristikos yra šios: a) katalizatoriai gali pagreitinti tik tas chemines reakcijas, kurios paprastai gali vykti pagal savo termodinaminius dėsnius, b) katalizatoriai nekeičia cheminės reakcijos krypties, o tik pagreitina būsenos pasiekimą. pusiausvyros.

Skirtumas tarp fermentų ir kitų tipų katalizatorių

Tiriant fermentų savybes, buvo nustatyta, kad jie yra katalizatoriai, daugiausia teikiantys teigiamą katalizę. Todėl jiems būdingos visos katalizės proceso ypatybės.

Be to, fermentai turi tam tikrų skirtumų, tarp kurių yra „kosminis“ jų katalizuojamų reakcijų greitis, labai sudėtinga cheminė struktūra, kuri kai kuriais atvejais gali pasikeisti reakcijos metu ir pasibaigus jai atstatyti į pradinę formą, , galiausiai, didelis veiksmų specifiškumas.

Norėdami patvirtinti didelį fermentų katalizuojamų reakcijų greitį, dar kartą pažvelkime į mūsų pavyzdį su vandenilio peroksidu. Organizme H2O2 skilimą katalizuoja fermentas katalazė 2x1011 kartų didesniu nei nekatalizuojamos reakcijos greitis ir 107 kartus platinos juodos spalvos atveju. Aktyvacijos energija fermentinės reakcijos metu sumažėja atitinkamai 9 ir 6 kartus. Kiti pavyzdžiai yra šie. Žmogaus skrandis gamina fermentą pepsiną, kuris skaido baltymus. Vienas gramas pepsino per valandą gali hidrolizuoti 50 kg kiaušinio baltymo, o 1,6 g amilazės, susintetintos kasoje ir seilių liaukose, per valandą gali suskaidyti 175 kg krakmolo.

Fermentų struktūros sudėtingumą lemia tai, kad jie visi yra baltymai, tai yra didelės molekulinės masės junginiai, turintys didelę molekulinę masę.

Tiriant fermentus buvo nustatyta, kad jie visi yra baltymai, todėl turi visas baltymų savybes. Fermentai turi sudėtingą struktūrą, panašią į baltymus, skaidomi veikiant proteolitiniams fermentams, susidaro ištirpus vandenyje ir kt. Fermentų molekulinė masė svyruoja nuo šimtų tūkstančių iki milijonų molekulinės masės vienetų.

Ribonukleazės molekulinė masė yra 12 700, pepsino - 35 500, kraujo katalizės - 248 000, glutamato dehidrogenazės - 1 000 000.

Pagal struktūrą visi fermentai skirstomi į paprastus ir sudėtingus.

Paprasti fermentai, baltyminiai fermentai, susideda tik iš aminorūgščių, o kompleksiniai fermentai, baltyminiai fermentai, turi baltyminę dalį, apofermentą, susidedantį tik iš aminorūgščių, ir nebaltyminę dalį – kofermentą arba protezinę grupę. Nebaltyminė dalis gali būti atstovaujama mineralais ir vitaminais.

Baltyminiai fermentai apima, pavyzdžiui, virškinamojo trakto hidrolizinius fermentus, kurie skaido maisto produktus, įskaitant vandenį.

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.

Apibrėžimas

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.

Palyginimas

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 37 0 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.

Išvadų svetainė

1. 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.
2. Fermentai gali veikti tam tikrame siaurame temperatūros diapazone, tam tikrame aplinkos slėgyje ir rūgštingumui.
3. Fermentinės reakcijos yra greitos.

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-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 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.