Различают две основные теории специфичности ферментов: презентация

Различают две основные теории специфичности ферментов: «жесткого соответствия» «индуцированного соответствия»

1-ая теория предложена Э. Фишером предусматривает наличие абсолютного совпадения А и S («ключ-замок»): S является как бы «ключом», соответствующим «замку» – А

«Ключ к замку»

2-ую теорию предложил Кошленд По данной теории молекула фермента является гибкой, конформация фермента и активного центра могут изменяться при присоединении субстрата, т.е. взаимодействие происходит как бы «перчатка на руке»

«Рука в перчатке»

Модуль «Ферменты» Лекция 2 Механизм действия ферментов. Кинетика ферментативных реакций .

Рассмотрим механизм действия ферментов: с точки зрения изменения энергетики химических реакций с точки зрения событий в активном центре

Изменение энергии в ходе химической реакции

Ферменты, как истинные катализаторы значительно повышают V определенных химических реакций, которые в их отсутствии протекают очень медленно.

Диаграмма изменения свободной энергии реакции без и с Е

V реакции зависит от энергетического барьера, который реагирующим веществам нужно преодолеть. E + S = ES → E + P E – фермент, S – субстрат, P – продукт реакции.

При образовании [E-S] комплекса происходит перераспределение электронной плотности в S и ослабление разрываемой связи → под действием фермента (Е) энергетический барьер (Ea) снижается и → реакция протекает очень быстро.

Механизм катализа на примере ацетихолинэстеразы

Для выражения активности ферментов используют: международную единицу, катал, удельную активность, молярную активность

Единицы ферментативной активности Международная единица – это такое количество Е, которое катализирует 1 мкмоль S или образование 1 мкмоль P за 1 мин при оптимальных условиях (t, pH, [S]), обозначается буквой Е 1Е = 1 мкМ/мин

В системе СИ выражение активности фермента в каталах 1 катал (кат) – это такая каталитическая активность фермента, при которой 1 моль S превращается в P за 1 сек 1 кат = 1 М/сек

1 кат = 1 М/сек = 60 М /мин = 60∙106 мкМ/мин = 6∙107 Е 1 Е = 1 мкМ/мин = 1/60 мкМ/сек = 1/60 мккат (·103) ≈ 16,67 нкат

Удельная активность – ферментативная активность на единицу массы белка: Е/мг или кат/кг

Молярная активность (число оборотов фермента) – количество молекул S, которое превращается в P одной молекулой фермента за 1 сек (при полном насыщении фермента субстратом)

Ферментативная кинетика Основы кинетики ферментативных реакций были заложены в работах Л.Михаэлиса и М. Ментен

Ферментативная кинетика k1 k3 E + S ↔ ES → E +P k2 По закону действующих масс: V1 = k1 [E]·[S] V2 = k2 [ES] V3 = k3 [ES]

В момент наступления равновесия: V1 = V2 + V3 k1·[E]·[S] = k2·[ES] + k3·[ES] k1·[E]·[S] = (k2 + k3)·[ES] [E]·[S]/[ES] = (k2 + k3)/[k1] = Кm Кm - константа Михаэлиса

Кm – основная характеристика ферментативной реакции, характеризует сродство E к S. Чем > Кm, тем < сродство E к S Кm измеряется в молях (10-5-10-6 М)

Бриггс и Холдейн вывели математическое выражение зависимости V реакции от [S]: V = Vmax · [S] / (Кm+ [S]) Это уравнение Михаэлиса-Ментен (Бриггса-Холдейна)

Графическая зависимость V от [S]

Возможно 3 варианта решения уравнения Михаэлиса: 1. [S] > Кm → V = Vmax·[S]/ [S] = Vmax 2. Кm > [S] → V = Vmax·[S]/ Кm = К1 [S] т.е. V прямо пропорциональна [S] 3. [S] = Кm → V = Vmax·[S]/([S] + [S]) = Vmax/2

Физический смысл Кm заключается в том, что Кm численно равна [S], при которой V ферментативной реакции равна 1/2 Vmax

Г. Лайнуивер и Д. Берк преобразовали уравнение Михаэлиса-Ментен, выразив обе части уравнения в виде обратных величин: 1/V = Кm/(Vmax·[S]) + [S]/(Vmax·[S]) или: Уравнение Лайнуивера-Берка

Графическое выражение уравнения Лайнуивера-Берка

Зависимость скорости реакции от концентрации фермента

Зависимость скорости реакции от температуры

Правило Вант-Гоффа справедливо лишь до 50-60о С

Зависимость скорости ферментативной реакции от рН

pH среды влияет на скорость диссоциации различных функциональных группировок, входящих в активный центр фермента (COOH, NH2)

При изменении pH изменяется количество ионных связей в молекуле, а, значит, и конформация активного центра, что отражается на V реакции. Обычно оптимальное значение pH находится в ИЭТ.

Оптимумы рН для некоторых ферментов

Ингибиторы ферментов Ингибиторы – вещества, снижающие активность фермента. Ингибирование неспецифическое специфическое обратимое необратимое конкурентное неконкурентное

Неспецифическое Обусловлено денатурацией фермента под влиянием физических и химических факторов: to, кислот, щелочей, ионизирующего излучения и т.д. Неспецифические ингибиторы (I) могут действовать на все ферменты.

Специфическое Избирательный процесс, при котором I действует только на определенный фермент в низкой концентрации Необратимое I образует с E комплекс за счет прочных ковалентных связей, который не диссоциирует. Активность E после этого не восстанавливается.

Пример – препарат аспирин

Обратимое I связывается с E нековалентными связями → [IE] легко распадается, активность E при этом восстанавливается

Конкурентное (изостерическое) I - структурный аналог S I связывается с активным центром E → между I и S возникает конкуренция за активный центр

Пример конкурентного ингибирования – торможение сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой

Для устранения действия конкурентного I необходимо увеличить концентрацию S или удалить I

Конкурентное ингибирование графически выражается с помощью кривой Михаэлиса (а) и прямой Лайнуивера-Берка (б):

На принципе конкурентного ингибирования основано действие многих ЛВ, например, группа ацетилхолинэстеразных препаратов, являющихся конкурентными I АХЭ по отношению к его S ацетилхолину: прозерин, физостигмин, севин и др.

Присоединение конкурентного I прозерина в акт.ц. АХЭ