- 2. Organisme heterotrofe și autotrofe: diferențe de nutriție și surse de energie. Catabolism și anabolism.
- 3. Sisteme multimoleculare (lanțuri metabolice, procese membranare, sisteme de sinteză a biopolimerilor, sisteme de reglare moleculară) ca obiecte principale ale cercetării biochimice.
- 4. Niveluri de organizare structurală a viețuitoarelor. Biochimia ca nivel molecular al studierii fenomenelor vieții. Biochimie și medicină (biochimie medicală).
- 5. Secțiuni și direcții principale în biochimie: chimie bioorganică, biochimie dinamică și funcțională, biologie moleculară.
- 6. Istoria studiului proteinelor. O idee despre proteinele ca cea mai importantă clasă de substanțe organice și o componentă structurală și funcțională a corpului uman.
- 7. Aminoacizi care alcătuiesc proteinele, structura și proprietățile acestora. Legătura peptidică. Structura primară a proteinelor.
- 8. Dependenţa proprietăţilor biologice ale proteinelor de structura primară. Specificitatea speciei a structurii primare a proteinelor (insuline de la diferite animale).
- 9. Conformarea lanțurilor peptidice în proteine (structuri secundare și terțiare). Interacțiuni intramoleculare slabe în lanțul peptidic; legături disulfurice.
- 11. Structura domeniului și rolul său în funcționarea proteinelor. Otrăvuri și medicamente ca inhibitori de proteine.
- 12. Structura cuaternară a proteinelor. Caracteristici ale structurii și funcționării proteinelor oligomerice folosind exemplul proteinei care conțin hem - hemoglobina.
- 13. Labilitatea structurii spațiale a proteinelor și denaturarea acestora. Factorii care cauzează denaturarea.
- 14. Chaperonele sunt o clasă de proteine care protejează alte proteine de denaturare în condiții celulare și facilitează formarea conformației lor native.
- 15.Varietate de proteine. Proteine globulare și fibrilare, simple și complexe. Clasificarea proteinelor în funcție de funcțiile și familiile lor biologice: (serin proteaze, imunoglobuline).
- 17. Proprietăţile fizico-chimice ale proteinelor. Greutate moleculară, dimensiune și formă, solubilitate, ionizare, hidratare
- 18.Metode de izolare a proteinelor individuale: precipitare cu săruri și solvenți organici, filtrare pe gel, electroforeză, schimb ionic și cromatografia de afinitate.
- 19.Metode de măsurare cantitativă a proteinelor. Caracteristicile individuale ale compoziției proteice a organelor. Modificări ale compoziției proteice a organelor în timpul ontogenezei și bolilor.
- 21. Clasificarea și nomenclatura enzimelor. Izoenzime. Unități de măsurare a activității și cantității enzimelor.
- 22. Cofactori enzimatici: ioni metalici si coenzime. Funcțiile coenzimatice ale vitaminelor (de exemplu, vitaminele B6, pp, B2).
- 23.Inhibitori de enzime. Inhibarea reversibilă și ireversibilă. Inhibarea competitivă. Medicamentele ca inhibitori ai enzimelor.
- 25. Reglarea activității enzimatice prin fosforilare și defosforilare. Participarea enzimelor la conducerea semnalelor hormonale.
- 26. Diferențele în compoziția enzimatică a organelor și țesuturilor. Enzime specifice organelor. Modificări ale enzimelor în timpul dezvoltării.
- 27. Modificări ale activității enzimatice în boli. Enzimopatii ereditare. Originea enzimelor sanguine și semnificația determinării lor în boli.
- 29. Metabolism: nutriția, metabolismul și excreția produselor metabolice. Componente alimentare organice și minerale. Componente majore și minore.
- 30. Nutrienti de baza: carbohidrati, grasimi, proteine, necesar zilnic, digestie; interschimbabilitate parțială la hrănire.
- 31. Componente esențiale ale nutrienților de bază. Aminoacizi esențiali; valoarea nutritivă a diferitelor proteine alimentare. Acidul linoleic este un acid gras esențial.
- 32. Istoria descoperirii și studiului vitaminelor. Clasificarea vitaminelor. Funcțiile vitaminelor.
- 34.Minerale din alimente. Patologii regionale asociate cu insuficiența microelementelor din alimente și apă.
- 35. Conceptul de metabolism și căi metabolice. Enzime și metabolism. Conceptul de reglare metabolică. Produse finale majore ale metabolismului uman
- 36. Cercetări pe organisme întregi, organe, secțiuni de țesut, omogenate, structuri subcelulare și la nivel molecular
- 37.Reacții endergonice și exergonice într-o celulă vie. Compuși macroergici. Exemple.
- 39. Fosforilarea oxidativă, raportul p/o. Structura mitocondriilor și organizarea structurală a lanțului respirator. Potenţialul electrochimic transmembranar.
- 40. Reglarea lanțului de transport de electroni (controlul respirator). Disociarea respirației tisulare și fosforilarea oxidativă. Funcția de termoreglare a respirației tisulare
- 42. Formarea formelor toxice de oxigen, mecanismul efectului lor dăunător asupra celulelor. Mecanisme de eliminare a formelor toxice de oxigen.
- 43. Catabolismul nutrienților de bază – carbohidrați, grăsimi, proteine. Conceptul de căi specifice de catabolism și căi generale de catabolism.
- 44. Decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic. Secvența reacțiilor. Structura complexului de piruvat decarboxilază.
- 45.Ciclul acidului citric: succesiunea reacțiilor și caracteristicile enzimelor. Relația dintre căile catabolice comune și lanțul de transport de electroni și protoni.
- 46. Mecanisme de reglare a ciclului citratului. Funcțiile anabolice ale ciclului acidului citric. Reacții care reînnoiesc ciclul citratului
- 47. Carbohidrații de bază ai animalelor, conținutul lor în țesuturi, rol biologic. Carbohidrații de bază din alimente. Digestia carbohidraților
- 49. Defalcarea aerobă este calea principală a catabolismului glucozei la oameni și la alte organisme aerobe. Secvența reacțiilor care duc la formarea piruvatului (glicoliză aerobă).
- 50. Distribuția și semnificația fiziologică a defalcării aerobe a glucozei. Utilizarea glucozei pentru sinteza grăsimilor din ficat și țesutul adipos.
- 52. Biosinteza glucozei (gluconeogeneza) din aminoacizi, glicerol si acid lactic. Relația dintre glicoliză în mușchi și gluconeogeneză în ficat (ciclul Cori).
- 54. Proprietăți și distribuție a glicogenului ca polizaharidă de rezervă. Biosinteza glicogenului. Mobilizarea glicogenului.
- 55. Caracteristici ale metabolismului glucozei în diferite organe și celule: globule roșii, creier, mușchi, țesut adipos, ficat.
- 56. O idee despre structura și funcțiile părții carbohidrate a glicolipidelor și glicoproteinelor. Acizii sialici
- 57. Tulburări ereditare ale metabolismului monozaharidelor și dizaharidelor: galactozemie, intoleranță la fructoză și dizaharide. Glicogenoze și glicogenoze
- Gliceraldehidă-3-fosfat
- 58. Cele mai importante lipide ale țesuturilor umane. Lipide de rezervă (grăsimi) și lipide membranare (lipide complexe). Acizi grași din lipidele țesuturilor umane.
- Compoziția de acizi grași a grăsimii subcutanate umane
- 59. Factori nutritivi esentiali de natura lipidica. Acizi grași esențiali: ω-3- și ω-6-acizi ca precursori pentru sinteza eicosanoidelor.
- 60.Biosinteza acizilor grași, reglarea metabolismului acizilor grași
- 61. Chimia reacțiilor de β-oxidare a acizilor grași, rezumat energetic.
- 6Z. Grăsimile alimentare și digestia lor. Absorbția produselor de digestie. Tulburări de digestie și absorbție. Resinteza triacilglicerolilor în peretele intestinal.
- 64. Formarea chilomicronilor și transportul grăsimilor. Rolul apoproteinelor în compoziția chilomicronilor. Lipoprotein lipaza.
- 65.Biosinteza grăsimilor din ficat din carbohidrați. Structura și compoziția lipoproteinelor de transport în sânge.
- 66. Depunerea și mobilizarea grăsimilor în țesutul adipos. Reglarea sintezei și mobilizării grăsimilor. Rolul insulinei, glucagonului și adrenalinei.
- 67.Principalele fosfolipide și glicolipide ale țesuturilor umane (glicerofosfolipide, sfingofosfolipide, glicoglicerolipide, glicosfigolipide). O idee despre biosinteza și catabolismul acestor compuși.
- 68.Tulburarea metabolismului grăsimilor neutre (obezitate), fosfolipidelor și glicolipidelor. Sfingolipidoze
- Sfingolipide, metabolism: boli sfingolipidoze, tabel
- 69.Structura și funcțiile biologice ale eicosanoidelor. Biosinteza prostaglandinelor și leucotrienelor.
- 70.Colesterolul ca precursor al unui număr de alți steroizi. Conceptul de biosinteză a colesterolului. Scrieți cursul reacțiilor înainte de formarea acidului mevalonic. Rolul hidroximetilglutaril-CoA reductazei.
- 71. Sinteza acizilor biliari din colesterol. Conjugarea acizilor biliari, acizilor biliari primari și secundari. Eliminarea acizilor biliari și a colesterolului din organism.
- 72. LDL și HDL - transport, forme de colesterol din sânge, rol în metabolismul colesterolului. Hipercolesterolemie. Baza biochimică pentru dezvoltarea aterosclerozei.
- 73. Mecanismul bolii litiază biliară (pietre de colesterol). Utilizarea acidului chenodesokeicolic pentru tratamentul colelitiaza.
- 75. Digestia proteinelor. Proteinaze - pepsină, tripsină, chimotripsină; proenzimele proteinazelor și mecanismele conversiei lor în enzime. Specificitatea de substrat a proteinazelor. Exopeptidaze și endopeptidaze.
- 76. Valoarea diagnostică a analizei biochimice a sucului gastric și duodenal. Faceți o scurtă descriere a compoziției acestor sucuri.
- 77. Proteinaze pancreatice și pancreatită. Utilizarea inhibitorilor de proteinază pentru tratamentul pancreatitei.
- 78. Transaminare: aminotransferaze; funcția coenzimă a vitaminei B6. Specificitatea aminotransferazelor.
- 80. Dezaminarea oxidativă a aminoacizilor; glutamat dehidrogenază. Dezaminarea indirectă a aminoacizilor. Semnificație biologică.
- 82. Glutaminaza renală; formarea și excreția sărurilor de amoniu. Activarea glutaminazei renale în timpul acidozei.
- 83. Biosinteza ureei. Relația dintre ciclul ornitinei și ciclul TCA. Originea atomilor de azot ai ureei. Tulburări în sinteza și excreția ureei. Hiperamoniemia.
- 84. Metabolizarea reziduului fără azot al aminoacizilor. Aminoacizi glicogeni și cetogeni. Sinteza glucozei din aminoacizi. Sinteza aminoacizilor din glucoză.
- 85. Transmetilarea. Metionina și s-adenosilmetionina. Sinteza creatinei, adrenalinei si fosfatidilcolinelor
- 86. Metilarea ADN-ului. Conceptul de metilare a compușilor străini și medicinali.
- 88. Antivitamine cu acid folic. Mecanismul de acțiune al medicamentelor sulfonamide.
- 89. Schimb de fenilalanină și tirozină. fenilcetonurie; defect biochimic, manifestare a bolii, metode de prevenire, diagnostic și tratament.
- 90. Alcaptonurie și albinism: defecte biochimice în care se dezvoltă. Deteriorarea sintezei dopaminei, parkinsonism.
- 91. Decarboxilarea aminoacizilor. Structura aminelor biogene (histamină, serotonină, acid γ-aminobutiric, catecolamine). Funcțiile aminelor biogene.
- 92. Dezaminarea și hidroxilarea aminelor biogene (ca reacții de neutralizare a acestor compuși).
- 93. Acizi nucleici, compoziție chimică, structură. Structura primară a ADN-ului și ARN-ului, legături care formează structura primară
- 94. Structura secundară și terțiară a ADN-ului. Denaturarea, renativarea ADN-ului. Hibridizare, diferențe de specii în structura primară a ADN-ului.
- 95. ARN, compoziție chimică, niveluri de organizare structurală. Tipuri de ARN, funcții. Structura ribozomului.
- 96. Structura cromatinei și cromozomilor
- 97. Dezintegrarea acizilor nucleici. Nucleazele tubului digestiv și ale țesuturilor. Dezintegrarea nucleotidelor purinice.
- 98. Idee despre biosinteza nucleotidelor purinice; fazele inițiale ale biosintezei (de la riboză-5-fosfat la 5-fosforibozilamină).
- 99. Acidul inozinic ca precursor al acizilor adenilic și guanilic.
- 100. Conceptul de descompunere și biosinteză a nucleotidelor pirimidinice.
- 101. Tulburări ale metabolismului nucleotidelor. Gută; utilizarea alopurinolului pentru tratamentul gutei. Xantinurie. Orotacidurie.
- 102. Biosinteza dezoxiribonucleotidelor. Utilizarea inhibitorilor sintezei dezoxiribonucleotidelor pentru tratamentul tumorilor maligne.
- 104. Sinteza ADN-ului și fazele diviziunii celulare. Rolul ciclinelor și proteinazelor dependente de ciclină în progresia celulară prin ciclul celular.
- 105. Deteriorarea și repararea ADN-ului. Enzimele complexului de reparare a ADN-ului.
- 106. Biosinteza ARN-ului. ARN polimeraza. Conceptul structurii mozaic a genelor, transcrierea primară, procesarea post-transcripțională.
- 107. Cod biologic, concepte, proprietăți ale codului, coliniaritate, semnale de terminare.
- 108. Rolul ARN-urilor de transport în biosinteza proteinelor. Biosinteza aminoacil-t-ARN. Specificitatea substratului aminoacil-ARNt sintetazelor.
- 109. Secvența evenimentelor pe ribozom în timpul asamblării unui lanț polipeptidic. Funcționarea poliribozomilor. Procesarea post-translațională a proteinelor.
- 110. Reglarea adaptivă a genelor la pro- și eucariote. Teoria operonilor. Funcționarea operonilor.
- 111. Conceptul de diferențiere celulară. Modificări ale compoziției proteice a celulelor în timpul diferențierii (folosind exemplul compoziției proteice a lanțurilor polipeptidice ale hemoglobinei).
- 112. Mecanisme moleculare ale variabilitatii genetice. Mutații moleculare: tipuri, frecvență, semnificație
- 113. Eterogenitatea genetică. Polimorfismul proteinelor în populația umană (variante ale hemoglobinei, glicoziltransferazei, substanțe specifice grupului etc.).
- 114. Baza biochimică a apariției și manifestării bolilor ereditare (diversitate, distribuție).
- 115. Sisteme de bază ale comunicării intercelulare: reglare endocrină, paracrină, autocrină.
- 116. Rolul hormonilor în sistemul de reglare metabolică. Celulele țintă și receptorii celulari hormonali
- 117. Mecanisme de transmitere a semnalului hormonal în celule.
- 118. Clasificarea hormonilor după structura chimică și funcțiile biologice
- 119. Structura, sinteza și metabolismul iodotironinelor. Efectul asupra metabolismului. Modificări ale metabolismului în timpul hipo și hipertiroidismului. Cauzele și manifestările gușii endemice.
- 120. Reglarea metabolismului energetic, rolul insulinei și al hormonilor contrainsulari în asigurarea homeostaziei.
- 121. Modificări ale metabolismului în diabetul zaharat. Patogeneza principalelor simptome ale diabetului zaharat.
- 122. Patogenia complicațiilor tardive ale diabetului zaharat (macro- și microangiopatii, nefropatie, retinopatie, cataractă). Comă diabetică.
- 123. Reglarea metabolismului apă-sare. Structura și funcțiile aldosteronului și vasopresinei
- 124. Sistemul renină-angiotensină-aldosteron. Mecanisme biochimice ale hipertensiunii renale, edem, deshidratare.
- 125. Rolul hormonilor în reglarea metabolismului calciului și fosfatului (hormon paratiroidian, calcitonina). Cauzele și manifestările hipo- și hiperparatiroidismului.
- 126. Structura, biosinteza și mecanismul de acțiune al calcitriolului. Cauzele și manifestările rahitismului
- 127. Structura și secreția corticosteroizilor. Modificări ale catabolismului în timpul hipo și hipercortizolismului.
- 128. Reglarea secreţiei hormonale prin sinteză pe baza principiului feedback-ului.
- 129. Hormoni sexuali: structura, influenta asupra metabolismului si functiei gonadelor, uterului si glandelor mamare.
- 130. Hormon de creștere, structură, funcții.
- 131. Metabolismul substanțelor toxice endogene și străine: reacții de oxidare microzomală și reacții de conjugare cu glutation, acid glucuronic, acid sulfuric.
- 132. Metalotioneina și neutralizarea ionilor de metale grele. Proteine de șoc termic.
- 133. Toxicitatea oxigenului: formarea de specii reactive de oxigen (anion superoxid, peroxid de hidrogen, radical hidroxil).
- 135. Biotransformarea substanţelor medicamentoase. Efectul medicamentelor asupra enzimelor implicate în neutralizarea xenobioticelor.
- 136. Bazele carcinogenezei chimice. O idee despre unele substanțe cancerigene chimice: hidrocarburi aromatice policiclice, amine aromatice, dioxizi, mitoxine, nitrozamine.
- 137. Caracteristici ale dezvoltării, structurii și metabolismului globulelor roșii.
- 138. Transportul oxigenului și dioxidului de carbon prin sânge. Hemoglobina fetală (HbF) și semnificația ei fiziologică.
- 139. Forme polimorfe ale hemoglobinelor umane. Hemoglobinopatii. Hipoxie anemică
- 140. Biosinteza hemului și reglarea acestuia. Subiect tulburări de sinteză. Porfiria.
- 141. Defectarea hemei. Neutralizarea bilirubinei. Tulburări ale metabolismului bilirubinei - icter: hemolitic, obstructiv, hepatocelular. Icterul nou-născuților.
- 142. Valoarea diagnostică a determinării bilirubinei și a altor pigmenți biliari în sânge și urină.
- 143. Metabolismul fierului: absorbție, transport sanguin, depunere. Tulburări ale metabolismului fierului: anemie feriprivă, hemocromatoză.
- 144. Principalele fracții proteice ale plasmei sanguine și funcțiile acestora. Semnificația definiției lor pentru diagnosticul bolilor. Enzimodiagnostic.
- 145. Sistemul de coagulare a sângelui. Stadiile formării cheagurilor de fibrină. Căile de coagulare interne și externe și componentele acestora.
- 146. Principii de formare și succesiune de funcționare a complexelor enzimatice ale căii procoagulante. Rolul vitaminei K în coagularea sângelui.
- 147. Mecanisme de bază ale fibrinolizei. Activatori de plasminogen ca agenți trombolitici. Anticoagulante sanguine de bază: antitrombina III, macroglobulina, anticonvertin. Hemofilie.
- 148. Semnificația clinică a testului biochimic de sânge.
- 149. Principalele membrane celulare și funcțiile lor. Proprietăți generale ale membranelor: fluiditate, asimetrie transversală, permeabilitate selectivă.
- 150. Compozitia lipidica a membranelor (fosfolipide, glicolipide, colesterol). Rolul lipidelor în formarea stratului dublu lipidic.
Inhibarea reversibilă Inhibitorii reversibili se leagă de enzimă cu legături necovalente slabe și, în anumite condiții, sunt ușor separați de enzimă. Inhibitorii reversibile pot fi competitivi sau necompetitivi.
Inhibarea competitivă Inhibarea competitivă se referă la o scădere reversibilă a vitezei unei reacții enzimatice cauzată de un inhibitor care se leagă de locul activ al enzimei și previne formarea unui complex enzimă-substrat. Acest tip de inhibiție se observă atunci când inhibitorul este un analog structural al substratului, rezultând o competiție între moleculele substrat și inhibitor pentru un loc în centrul activ al enzimei. În acest caz, fie substratul, fie inhibitorul interacționează cu enzima, formând complexe enzimă-substrat (ES) sau enzimă-inhibitor (EI). Când se formează un complex enzimă-inhibitor (EI), nu se formează niciun produs de reacție. Pentru tipul competitiv de inhibiție sunt valabile următoarele ecuații:
E + S ⇔ ES → E + P,
Medicamentele ca inhibitori competitivi Multe medicamente își exercită efectul terapeutic prin mecanismul inhibiției competitive. De exemplu, bazele cuaternare de amoniu inhibă acetilcolinesteraza, care catalizează hidroliza acetilcolinei în colină și acid acetic. Când se adaugă inhibitori, activitatea acetilcolinesterazei scade, crește concentrația de acetilcolină (substrat), ceea ce este însoțit de o creștere a conducerii impulsurilor nervoase. Inhibitorii colinesterazei sunt utilizați în tratamentul distrofiilor musculare. Medicamente anticolinesterazice eficiente - prozerină, endrofoniu etc.
Inhibarea necompetitivă Inhibarea necompetitivă a unei reacții enzimatice se numește atunci când inhibitorul interacționează cu enzima la un alt loc decât cel activ. Inhibitorii necompetitivi nu sunt analogi structurali ai substratului. Un inhibitor necompetitiv se poate lega fie de enzimă, fie de complexul enzimă-substrat, formând un complex inactiv. Adăugarea unui inhibitor necompetitiv provoacă o modificare a conformației moleculei enzimatice în așa fel încât interacțiunea substratului cu centrul activ al enzimei este întreruptă, ceea ce duce la o scădere a vitezei reacției enzimatice.
Inhibare ireversibilă Inhibarea ireversibilă se observă în cazul formării de legături covalente stabile între molecula inhibitoare și enzimă. Cel mai adesea, centrul activ al enzimei este modificat. Prin urmare, enzima nu poate îndeplini o funcție catalitică. Inhibitorii ireversibili includ ioni de metale grele, cum ar fi mercur (Hg 2+), argint (Ag +) și arsen (As 3+), care în concentrații scăzute blochează grupările sulfhidril ale centrului activ. Substratul nu poate suferi transformari chimice. În prezența reactivatorilor, funcția enzimatică este restabilită. În concentrații mari, ionii de metale grele provoacă denaturarea moleculei proteice a enzimei, adică. duce la inactivarea completă a enzimei.
Inhibitori de enzime ireversibili ca medicamente. Un exemplu de medicament a cărui acțiune se bazează pe inhibarea ireversibilă a enzimelor este medicamentul larg utilizat aspirina. Medicamentul antiinflamator nesteroidian aspirina oferă un efect farmacologic prin inhibarea enzimei ciclooxigenaza, care catalizează formarea de prostaglandine din acidul arahidonic. Ca rezultat al unei reacții chimice, reziduul acetil al aspirinei este atașat la gruparea NH2 terminală liberă a uneia dintre subunitățile ciclooxigenazei. Acest lucru determină o scădere a formării produselor de reacție a prostaglandinelor, care au o gamă largă de funcții biologice, inclusiv mediatori ai inflamației.
24. Reglarea acțiunii enzimatice: inhibitori și activatori alosterici. Centre catalitice și de reglementare. Structura cuaternară a enzimelor alosterice și modificările cooperante în conformația protomerilor enzimatici.
Reglarea alosterică . În multe reacții strict biosintetice, principalul tip de reglare a ratei unui proces enzimatic în mai multe etape este inhibarea feedback-ului. Aceasta înseamnă că produs final lanțul biosintetic inhibă activitatea enzimei care catalizează prima etapă de sinteză, care este cheia pentru acest lanț de reacție. Deoarece produsul final este structural diferit de substrat, se leagă de centrul alosteric (necatalitic) al moleculei de enzimă, provocând inhibarea întregului lanț de reacție sintetică.
Să presupunem că în celule are loc un proces de biosinteză în mai multe etape, fiecare etapă fiind catalizată de propria sa enzimă:
Viteza unei astfel de secvențe totale de reacții este determinată în mare măsură de concentrația produsului final P, a cărui acumulare peste nivelul permis are un efect inhibitor puternic asupra primei etape a procesului și, în consecință, asupra enzimei E1.
Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că modulatorii enzimelor alosterice pot fi atât activatori, cât și inhibitori. Adesea se dovedește că substratul în sine are un efect de activare. Interconversia enzimelor alosterice active și inactive într-o formă simplificată, precum și modificări conformaționale observate la atașarea substratului și a efectorilor. Atașarea unui efector negativ la centrul alosteric provoacă modificări semnificative în configurația centrului activ al moleculei de enzimă, în urma cărora enzima își pierde afinitatea pentru substratul său (formarea unui complex inactiv).
Interacțiunile alosterice se manifestă în natura curbelor de dependență a vitezei inițiale de reacție de concentrația substratului sau efectorului, în special în forma S a acestor curbe (abatere de la curba hiperbolică Michaelis-Menten). Natura în formă de S a dependenței lui v de [S] în prezența unui modulator se datorează efectului de cooperare. Aceasta înseamnă că legarea unei molecule a substratului facilitează legarea unei a doua molecule la locul activ, crescând astfel viteza reacției. În plus, enzimele reglatoare alosterice sunt caracterizate printr-o dependență neliniară a vitezei de reacție de concentrația substratului.
Toate reacțiile biochimice care apar în organism sunt supuse unui control specific, care se efectuează printr-un efect activator sau inhibitor asupra enzimelor de reglare. Acestea din urmă sunt de obicei la începutul lanțurilor de transformări metabolice și fie încep un proces în mai multe etape, fie îl inhibă. Unele reacții individuale sunt, de asemenea, supuse reglementării. Inhibarea competitivă este unul dintre principalele mecanisme de control al activității catalitice a enzimelor.
Mecanismul catalizei enzimatice se bazează pe legarea centrului activ al enzimei cu o moleculă substrat (complex ES), rezultând în reacție chimică cu formarea si eliberarea produsului (E+S = ES = EP = E+P).
Inhibarea enzimatică este o reducere a vitezei sau oprirea completă a procesului de cataliză. Într-un sens mai restrâns, acest termen înseamnă o scădere a afinității centrului activ pentru substrat, care se realizează prin legarea moleculelor de enzime de substanțe inhibitoare. Acesta din urmă poate acționa în diverse moduri, pe baza cărora sunt împărțite în mai multe tipuri, care corespund mecanismelor de inhibiție cu același nume.
Principalele tipuri de inhibiție
În funcție de natura procesului, inhibiția poate fi de două tipuri:
- Ireversibil - provoacă modificări permanente ale moleculei de enzimă, privând-o de activitate funcțională (cea din urmă nu poate fi restabilită). Poate fi atât specific, cât și nespecific. Inhibitorul se leagă strâns de enzimă prin interacțiune covalentă.
- Reversibil este principalul tip de reglare negativă a enzimelor. Se realizează datorită atașării specifice reversibile a inhibitorului la proteina enzimatică prin legături slabe necovalente, susceptibile de descriere cinetică conform ecuației Michaelis-Menten (excepția este reglarea alosterică).
Există două tipuri principale de inhibiție reversibilă a enzimelor: competitivă (poate fi slăbită prin creșterea concentrației substratului) și necompetitivă. În acest din urmă caz, viteza maximă posibilă de cataliză scade.
Principala diferență dintre inhibiția competitivă și cea necompetitivă este locul în care substanța de reglementare se atașează de enzimă. În primul caz, inhibitorul se leagă direct la locul activ, iar în al doilea, la o altă parte a enzimei sau la complexul enzimă-substrat.
Există de asemenea tip mixt inhibiție, în care legarea la un inhibitor nu împiedică formarea ES, ci încetinește cataliza. În acest caz, substanța regulatoare face parte din complexe duble sau ternare (EI și EIS). La tipul necompetitiv, enzima se leagă numai de ES.
Caracteristici ale inhibiției reversibile a enzimelor competitive
Mecanismul competitiv de inhibiție se bazează pe asemănarea structurală a substanței de reglare cu substratul. Ca rezultat, se formează un complex al centrului activ cu inhibitorul, denumit în mod convențional EI.
Inhibarea competitivă reversibilă are următoarele caracteristici:
- legarea la inhibitor are loc în situsul activ;
- inactivarea moleculei de enzimă este reversibilă;
- efectul inhibitor poate fi redus prin creșterea concentrației de substrat;
- inhibitorul nu afectează viteza maximă de cataliză enzimatică;
- complexul EI se poate dezintegra, care se caracterizează printr-o constantă de disociere corespunzătoare.
Cu acest tip de reglare, inhibitorul și substratul par să concureze (concureze) unul cu celălalt pentru un loc în centrul activ, de unde provine numele procesului.
Ca urmare, inhibiția competitivă poate fi definită ca un proces reversibil de inhibare a catalizei enzimatice, bazat pe afinitatea specifică a centrului activ pentru substanța inhibitoare.
Mecanismul de acțiune
Legarea inhibitorului la locul activ previne formarea complexului enzimă-substrat necesar catalizei. Ca urmare, molecula de enzimă devine inactivă. Cu toate acestea, centrul catalitic poate intra în contact nu numai cu inhibitorul, ci și cu substratul. Probabilitatea formării unui anumit complex depinde de raportul de concentrație. Dacă există semnificativ mai multe molecule de substrat, enzima va reacționa cu ele mai des decât cu inhibitorul.
Efectul asupra vitezei unei reacții chimice
Gradul de inhibare a catalizei în timpul inhibării competitive este determinat de cantitatea de enzimă pe care o vor forma complecșii EI. În acest caz, este posibilă creșterea concentrației substratului într-o asemenea măsură încât rolul inhibitorului să fie deplasat, iar viteza de cataliză va atinge valoarea maximă posibilă corespunzătoare valorii lui V max conform Michaelis. -Ecuația Menten.
Acest fenomen se explică prin diluția puternică a inhibitorului. Ca urmare, probabilitatea ca moleculele de enzimă să se lege de acesta este redusă la zero, iar centrii activi reacţionează numai cu substratul.
Dependențe cinetice ale unei reacții enzimatice cu participarea unui inhibitor competitiv
Inhibarea competitivă crește constanta Michaelis (Km), care este egală cu concentrația de substrat necesară pentru a atinge ½ din viteza maximă de cataliză la începutul reacției. Cantitatea de enzimă ipotetic capabilă să intre în contact cu substratul rămâne constantă, iar numărul de complexe ES formate efectiv depinde doar de concentrația acestuia din urmă (complecșii EI nu sunt constanți și pot fi deplasați de substrat).
Inhibarea competitivă a enzimelor poate fi determinată cu ușurință din graficele de dependență cinetică reprezentate grafic pentru diferite concentrații de substrat. În acest caz, valoarea lui K m se va modifica, dar V max va rămâne constantă.
În cazul inhibiției necompetitive, opusul este adevărat: inhibitorul se leagă în afara locului activ și prezența substratului nu poate afecta în niciun fel acest lucru. Ca rezultat, unele molecule de enzime sunt „deconectate” de la cataliză, iar viteza maximă posibilă scade. Cu toate acestea, moleculele de enzime active se pot lega liber de substrat atât la concentrații scăzute, cât și la concentrații mari ale acestuia din urmă. Prin urmare, constanta Michaelis rămâne constantă.
Graficele inhibiției competitive în sistemul de coordonate duble inverse reprezintă mai multe drepte care intersectează axa ordonatelor în punctul 1/V max. Fiecare linie dreaptă corespunde unei anumite concentrații de substrat. Diferite puncte de intersecție cu axa x (1/[S]) indică o modificare a constantei Michaelis.
Efectul unui inhibitor competitiv folosind exemplul de malonat
Un exemplu tipic de inhibiție competitivă este procesul de reducere a activității succinat dehidroginazei, o enzimă care catalizează oxidarea acidului succinic (succinat) în acid fumaric. Malonatul, care este similar structural cu succinatul, acţionează aici ca un inhibitor.
Adăugarea unui inhibitor la mediu determină formarea de complexe de malonat cu succinat dehidrogenază. O astfel de legătură nu dăunează centrului activ, ci blochează accesibilitatea acestuia la acidul succinic. Creșterea concentrației de succinat reduce efectul inhibitor.
Utilizare în medicină
Acțiunea multora se bazează pe mecanismul de inhibiție competitivă. medicamente, care sunt analogi structurali ai substraturilor unor căi metabolice, a căror inhibare este o parte necesară a tratamentului bolilor.
De exemplu, pentru a îmbunătăți conducerea impulsurilor nervoase în distrofiile musculare, este necesară creșterea nivelului de acetilcolină. Acest lucru se realizează prin inhibarea activității acetilcolinesterazei care o hidrolizează. Bazele cuaternare de amoniu care fac parte din medicamente (prorezin, endrofoniu etc.) acţionează ca inhibitori.
Un grup special include antimetaboliți, care, pe lângă efectul lor inhibitor, prezintă proprietățile unui pseudosubstrat. În acest caz, formarea complexului EI duce la formarea unui produs anormal inert biologic. Antimetaboliții includ sulfonamide (utilizate în tratamentul infecțiilor bacteriene), analogi nucleotidici (utilizați pentru a opri creșterea celulară a unei tumori canceroase) etc.
Inhibarea competitivă: definiție, caracteristici și exemple - totul despre călătoria pe site
În anumite condiții, inhibitorul poate fi ușor separat de enzimă.
Inhibarea competitivă reversibilă
În acest caz, o substanță, similară ca structură cu substratul obișnuit al enzimei, se leagă de centrul activ al enzimei, dar nu poate reacționa cu acesta. Fiind aici, blochează accesul la centrul activ la orice moleculă a substratului real. Deoarece în acest caz inhibitorul și substratul concurează pentru spațiu pe locul activ al enzimei, această formă de inhibiție se numește inhibiție competitivă. Este reversibilă, deoarece pe măsură ce concentrația de substrat crește, viteza de reacție crește.
6.4. De ce va crește viteza de reacție în aceste condiții?
Orez. Figura 6.15 ilustrează un exemplu de inhibiție competitivă.
Fenomenul de inhibiție competitivă este utilizat în chimioterapie. Scopul chimioterapiei este de a distruge agentul cauzal al bolii folosind anumite substanțe chimice fără a deteriora țesuturile organismului gazdă. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, au fost utilizate pe scară largă pentru combaterea bolilor infecțioase. medicamente cu sulfa, sau sulfonamide, - derivați ai acidului sulfanilic. Sulfonamide în felul lor structura chimica sunt aproape de acidul para-aminobenzoic (PABA), un factor de creștere necesar pentru multe bacterii patogene. PABA este necesar de bacterii pentru sinteza acidului folic, care servește ca cofactor pentru enzimă. Efectul sulfonamidelor este asociat cu perturbarea sintezei acidului folic din PABA.
Celulele animale nu sunt sensibile la sulfonamide, deși au nevoie de acid folic pentru unele reacții. Acest lucru se explică prin faptul că folosesc acid folic transformat; calea metabolică care ar asigura sinteza acesteia este absentă la animale.
Inhibare reversibilă necompetitivă
Inhibitorii de acest tip nu au legătură ca structură cu substratul acestei enzime; În acest caz, nu centrul activ al enzimei este cel care participă la formarea complexului cu inhibitorul, ci o altă parte a moleculei sale (Fig. 6.16). Formarea complexului implică o modificare a structurii globulare a enzimei și, deși substratul real este încă atașat de enzimă, cataliza este totuși imposibilă. Un exemplu este cianura. Se leagă de ionii metalici care acționează ca o grupare protetică în unele enzime (în special, ionii de cupru ai citocrom oxidazei) și inhibă activitatea acestor enzime. Pe măsură ce concentrația inhibitorului crește, viteza reacției enzimatice scade din ce în ce mai mult. Până la momentul saturației cu inhibitorul, se dovedește a fi practic egal cu zero.
Viteza reacțiilor enzimatice poate fi parțial redusă sau complet blocată de anumite substanțe numite inhibitori de enzime. Unii inhibitori de enzime sunt substanțe medicinale eficiente pentru animale și oameni, în timp ce alții sunt otrăvuri mortale.
Inhibitori reversibile
Există trei tipuri de inhibare reversibilă a enzimelor: competitivă, necompetitivă și necompetitivă.
Competitiv numit inhibitor care interacționează reversibil cu centrul activ al enzimei. De regulă, inhibitorii competitivi sunt similari ca structură cu substratul și pot fi îndepărtați din complexul enzimă-inhibitor prin excesul de substrat. Interacțiunea cu un inhibitor competitiv nu duce la denaturarea sau inactivarea enzimei, prin urmare, la înlocuirea inhibitorului cu un substrat, viteza reacției enzimatice nu scade (Fig. 6.Y).
Când o enzimă interacționează cu un inhibitor competitiv, valoarea se modifică K m reacția enzimatică corespunzătoare.
Asemănarea substratului și a inhibitorului competitiv este suficientă pentru interacțiunea și formarea unui complex enzimă-inhibitor, dar nu suficientă pentru o reacție enzimatică. Un exemplu este efectul acidului malonic asupra unei reacții care este catalizată de succinat dehidrogenază și este asociată cu conversia acidului succinic în acid fumaric.
Orez. 6.10.
Adăugarea de acid malonic la amestecul de reacție reduce sau oprește complet reacția enzimatică deoarece este un inhibitor competitiv al succinat dehidrogenazei.
Asemănarea acidului malonic cu acidul succinic este suficientă pentru a forma un complex cu enzima, dar descompunerea acestui complex nu are loc. Când concentrația de acid succinic crește, acesta înlocuiește acidul malonic din complex, ca urmare, activitatea succinat dehidrogenazei este restabilită.
Multe medicamente inhibă competitiv enzimele umane și animale. Un exemplu sunt medicamentele sulfa, care sunt similare structural cu acidul l-aminobenzoic (PABA). Acest compus din celulele microbiene este un intermediar al acidului folic, o componentă importantă a metabolismului acidului nucleic. Atunci când medicamentele sulfatice sunt introduse în organism, enzimele metabolismului PABA sunt inhibate, ceea ce duce la o scădere a sintezei acizilor nucleici și la moartea microorganismului.
În acest caz, sulfonamida este un inhibitor competitiv al enzimei de sinteză a acidului folic.
Structura peptoglicanului peretelui celular bacterian include D-alanina, care este absentă în corpul animalelor și al oamenilor. Pentru a sintetiza peretele celular, bacteriile folosesc enzima alanin racemaza pentru a transforma L-alanina animală în forma D. Alanin racemaza este caracteristică bacteriilor și nu se găsește la mamifere. Prin urmare, reprezintă o țintă bună pentru inhibarea medicamentului. Înlocuirea unuia dintre protonii grupării metil cu fluor produce fluoroalanina, care se leagă de alanin racemaza, ceea ce duce la inhibarea acesteia.
Astfel, este posibil să se proiecteze medicamente care inhibă enzimele în mod competitiv. Pentru a fi eficient, un inhibitor trebuie să aibă afinitate mare pentru enzimă. În caz contrar, este necesar să se prescrie doze mari de medicamente pentru a concura activ cu substratul endogen pentru locul activ al enzimei.
Necompetitiv inhibitorii interacționează cu enzimele nu în zona centrului activ, ci la o anumită distanță de acesta și nu se îndepărtează excesul de substrat din complex. Când un inhibitor interacționează cu o enzimă, are loc o modificare a conformației acesteia, urmată de dezintegrarea parțială a centrului activ. Când o enzimă interacționează cu un inhibitor necompetitiv, reacția enzimatică se modifică.
Necompetitiv inhibarea apare atunci când inhibitorul interacționează cu enzima doar ca parte a complexului enzimă-substrat, prevenind descompunerea acesteia. Un exemplu de efect ireversibil al inhibitorilor asupra enzimelor sunt substanțele organofosforice utilizate ca insecticide.
Orez. 6.11. Linewsr-Burk parcelă pentru identificare diverse tipuri inhibiţie: O- inhibitie competitiva; b- inhibiţie necompetitivă
Tipul de inhibiție poate fi determinat grafic folosind metodele Lineweaver-Burk sau Edy-Hofstee (Fig. 6.11).
După cum se poate observa din fig. 6.11, influența unui inhibitor competitiv asupra vitezei de reacție duce la o modificare a /G m, în timp ce viteza maximă de reacție rămâne neschimbată. Inhibarea necompetitivă este asociată cu o scădere Vmax, fără a schimba constanta Mechaelis.
Activitatea multor enzime este inhibată de excesul de substrat și există mai multe mecanisme pentru acest proces.
- Dacă în formarea complexului enzimă-substrat sunt implicate mai multe grupe funcționale ale enzimei, atunci este posibilă atașarea simultană a două sau mai multe substraturi la centrul activ, ceea ce va duce cu siguranță la formarea unui complex inactiv.
- În cazul unui exces de substrat, acesta poate fi atașat nu numai centrului activ, ci și altor grupe chimice asociate funcțional cu centrul activ. Acest tip de interacțiune poate interfera cu reacția enzimatică.
- O creștere a concentrației substratului poate crește puterea ionică a mediului de reacție și, ca urmare, poate încetini viteza reacției enzimatice.
Inhibarea prin produșii de reacție se datorează faptului că aceștia se pot lega la enzimă sau la o altă componentă a sistemului în așa fel încât viteza reacției directe este redusă.
Inhibarea competitivă
Există două tipuri de inhibitori reversibili: competitivi și necompetitivi. Studiul inhibitorilor de enzime reversibile a făcut posibilă obținerea unor informații foarte importante despre structura centrilor activi ai diferitelor enzime.
Un inhibitor competitiv concurează cu un substrat pentru legarea la situsul activ, dar spre deosebire de un substrat, un inhibitor competitiv legat de enzimă nu suferă conversie enzimatică (Figura 1). Trăsătură distinctivă inhibiția competitivă este că poate fi eliminată sau slăbită pur și simplu prin creșterea concentrației substratului.
Figura 1 — Schema de inhibare competitivă a activității enzimatice
De exemplu, dacă la concentrații date de substrat și inhibitor competitiv, activitatea enzimatică este inhibată cu 50%, atunci putem reduce gradul de inhibiție prin creșterea concentrației de substrat.
În structura lor tridimensională, inhibitorii competitivi seamănă de obicei cu substratul unei enzime date. Datorită acestei asemănări, inhibitorul competitiv reușește să „înșele” enzima și să o contacteze. Inhibarea competitivă poate fi studiată cantitativ pe baza teoriei lui Michaelis-Menten. Inhibitorul competitiv I se leagă pur și simplu reversibil de enzima E, formând un complex EI cu aceasta. Cu toate acestea, spre deosebire de substrat, inhibitorul nu este afectat de enzimă și nu se formează noi produse de reacție (Figura 1).
Exemplu clasic inhibarea competitivă este inhibarea succinat dehidrogenazei de către anionul acidului malonic (Figura 2). Succinat dehidrogenaza face parte dintr-un grup de enzime care catalizează reacțiile ciclului acidului tricarboxilic - calea metabolică finală pentru distrugerea oxidativă a carbohidraților și grăsimilor din mitocondrii. Această enzimă catalizează extracția a doi atomi de hidrogen din succinat - unul din fiecare dintre cele două grupări metilen (-CH 2 -). Succinat dehidrogenaza este inhibată de malonat, care este similar succinatului prin faptul că conține, de asemenea, două grupări carboxil care iau o formă ionizată (deprotonată) la pH 7,0. Cu toate acestea, diferă de succinat prin faptul că are doar trei atomi de carbon în moleculă. Succinat dehidrogenaza nu este capabilă să extragă hidrogenul din malonat, dar maponatul ocupă locul activ al enzimei, împiedicând-o să interacționeze cu un substrat normal. Malonatul este un inhibitor reversibil, deoarece creșterea concentrației de succinat la o concentrație dată de malonat reduce gradul de inhibare a enzimei. Alți compuși care conțin două grupări încărcate negativ situate la o distanță adecvată unul de celălalt pot acționa, de asemenea, ca inhibitori competitivi ai succinat dehidrogenazei. Acestea includ, de exemplu, oxaloacetat, un produs intermediar în ciclul acidului tricarboxilic.
Figura 2 - Reacția catalizată de succinat dehidrogenază și inhibarea competitivă a acesteia
Inhibitorii competitivi amintesc structural de succinat: conțin două grupe încărcate negativ situate într-un mod specific în spațiu, care corespund conformației centrului activ.
Studiind caracteristici structurale Toți acești inhibitori au condus la concluzia că în centrul catalitic al succinat dehidrogenazei există două grupări încărcate pozitiv situate într-un anumit mod în spațiu, capabile să atragă două grupări carboxil încărcate negativ ale anionului succinat. Astfel, centrul catalitic al succinat dehidrogenazei pare a fi complementar cu structura substratului său (Figura 2).
Inhibarea competitivă poate fi recunoscută cel mai ușor experimental prin determinarea efectului concentrației inhibitorului asupra dependenței vitezei inițiale de reacție de concentrația substratului. Pentru a clarifica întrebarea ce tip de inhibiție reversibilă a enzimei competitive sau necompetitive are loc, este foarte convenabil să se transforme ecuația Michaelis-Menten în formă liniară. Cel mai adesea, metoda dublei reciproce este utilizată în acest scop. Din grafice construite în coordonate inverse duble, se poate determina și valoarea constantei de disociere a complexului inhibitor de enzime. Pentru reacția de disociere
constanta de disociere este egală cu
