substanțe organice de natură proteică care se sintetizează în celule și de multe ori accelerează reacțiile care apar în ele fără a suferi transformări chimice. Substanțele care au un efect similar există și în natura neînsuflețită și sunt numite catalizatori. Enzime (din lat. ferment - fermentație, drojdie) sunt uneori numite enzime (din greacă. ro - înăuntru, zyme - ferment). Toate celulele vii conțin un set foarte mare de enzime, a căror activitate catalitică determină funcționarea celulelor. Aproape fiecare dintre numeroasele reacții diferite care apar într-o celulă necesită participarea unei enzime specifice. Studiul proprietăților chimice ale enzimelor și reacțiile pe care le catalizează este un domeniu special, foarte important al biochimiei - enzimologie.

Multe enzime sunt în stare liberă în celulă, pur și simplu dizolvate în citoplasmă; altele sunt asociate cu structuri complexe, foarte organizate. Există, de asemenea, enzime care se află în mod normal în afara celulei; Astfel, enzimele care catalizează descompunerea amidonului și proteinelor sunt secretate de pancreas în intestin. Secretat de enzime și multe microorganisme.

Primele date despre enzime au fost obținute din studiul proceselor de fermentație și digestie. L. Pasteur a adus o mare contribuție la studiul fermentației, dar el credea că numai celulele vii pot efectua reacțiile corespunzătoare. La începutul secolului al XX-lea. E. Buchner a arătat că fermentarea zaharozei cu formarea de dioxid de carbon și alcool etilic poate fi catalizată de extractul de drojdie fără celule. Această descoperire importantă a stimulat izolarea și studiul enzimelor celulare. În 1926, J. Sumner de la Universitatea Cornell (SUA) a izolat ureaza; a fost prima enzimă obţinută în formă aproape pură. De atunci, au fost descoperite și izolate peste 700 de enzime, dar multe altele există în organismele vii. Identificarea, izolarea și studiul proprietăților enzimelor individuale ocupă un loc central în enzimologia modernă.

Enzimele implicate în procesele fundamentale de conversie a energiei, cum ar fi descompunerea zaharurilor și formarea și hidroliza compusului de înaltă energie adenozin trifosfat (ATP), sunt prezente în toate tipurile de celule - animale, vegetale, bacteriene. Cu toate acestea, există enzime care sunt produse numai în țesuturile anumitor organisme. Astfel, enzimele implicate în sinteza celulozei se găsesc în celulele vegetale, dar nu și în celulele animale. Astfel, este important să se facă distincția între enzimele „universale” și enzimele specifice anumitor tipuri de celule. În general, cu cât o celulă este mai specializată, cu atât este mai probabil să sintetizeze setul de enzime necesare pentru a îndeplini o anumită funcție celulară.

Enzimele și digestia. Enzimele sunt participanți necesari în procesul de digestie. Doar compușii cu greutate moleculară mică pot trece prin peretele intestinal și pot intra în sânge, astfel încât componentele alimentare trebuie mai întâi descompuse în molecule mici. Acest lucru are loc în timpul hidrolizei enzimatice (descompunerea) proteinelor în aminoacizi, amidonului în zaharuri, grăsimilor în acizi grași și glicerol. Hidroliza proteinelor este catalizată de enzima pepsină, care se găsește în stomac. O serie de enzime digestive extrem de eficiente sunt secretate în intestin de către pancreas. Acestea sunt tripsina și chimotripsina, care hidrolizează proteinele; lipaza, care descompune grăsimile; amilaza, care catalizează descompunerea amidonului. Pepsina, tripsina și chimotripsina sunt secretate într-o formă inactivă, sub forma așa-numitelor. zimogene (proenzime) și devin active numai în stomac și intestine. Aceasta explică de ce aceste enzime nu distrug celulele pancreatice și stomacale. Pereții stomacului și intestinelor sunt protejați de enzimele digestive și de un strat de mucus. Mai multe enzime digestive importante sunt secretate de celulele intestinului subțire.

Cea mai mare parte a energiei stocate în alimentele vegetale, cum ar fi iarba sau fânul, este concentrată în celuloză, care este descompusă de enzima celulază. Această enzimă nu este sintetizată în organismul ierbivorelor, iar rumegătoarele, precum bovinele și oile, pot mânca alimente care conțin celuloză doar pentru că celulaza este produsă de microorganismele care populează prima secțiune a stomacului - rumenul. Termitele folosesc, de asemenea, microorganisme pentru a digera alimentele.

Enzimele sunt utilizate în industria alimentară, farmaceutică, chimică și textilă. Un exemplu este o enzimă vegetală obținută din papaya și folosită pentru fragezirea cărnii. La pulberile de spălat se adaugă enzime.

Enzime în medicină și agricultură. Conștientizarea rolului cheie al enzimelor în toate procesele celulare a condus la utilizarea lor pe scară largă în medicină și agricultură. Funcționarea normală a oricărui organism vegetal și animal depinde de funcționarea eficientă a enzimelor. Acțiunea multor substanțe toxice (otrăvuri) se bazează pe capacitatea lor de a inhiba enzimele; Un număr de medicamente au același efect. Adesea, efectul unui medicament sau al unei substanțe toxice poate fi urmărit prin efectul său selectiv asupra funcționării unei anumite enzime în organism în ansamblu sau într-un anumit țesut. De exemplu, insecticidele organofosforice puternice și gazele nervoase dezvoltate în scopuri militare au efectul lor distructiv prin blocarea activității enzimelor - în primul rând colinesterazei, care joacă un rol important în transmiterea impulsurilor nervoase.

Pentru a înțelege mai bine mecanismul de acțiune al medicamentelor asupra sistemelor enzimatice, este util să luăm în considerare modul în care funcționează unii inhibitori de enzime. Mulți inhibitori se leagă de locul activ al enzimei - același loc cu care interacționează substratul. La astfel de inhibitori, cele mai importante caracteristici structurale sunt apropiate de caracteristicile structurale ale substratului, iar dacă atât substratul, cât și inhibitorul sunt prezenți în mediul de reacție, există competiție între ele pentru legarea la enzimă; Mai mult, cu cât concentrația substratului este mai mare, cu atât concurează mai cu succes cu inhibitorul. Inhibitorii de alt tip induc modificări conformaționale în molecula enzimei, care implică grupări chimice importante din punct de vedere funcțional. Studierea mecanismului de acțiune al inhibitorilor îi ajută pe chimiști să creeze noi medicamente.

UNELE ENZIME ȘI REACȚIILE PE CARE LE CATALIZAZĂ
Tip de reacție chimică	Enzimă	Sursă	Reacție catalizată 1)
Hidroliză	Tripsină	Intestinul subtire	Proteine ​​+ H2O ® Diverse polipeptide
Hidroliză	b-Amilaza	Grâu, orz, cartofi dulci etc.	Amidon + H2O ® Amidon hidrolizat + Maltoză
Hidroliză	Trombina	Sânge	Fibrinogen + H2O ® Fibrină + 2 polipeptide
Hidroliză	Lipaze	Intestin, semințe bogate în grăsimi, microorganisme	Grăsimi + H2O ® Acizi grași + Glicerol
Hidroliză	Fosfataza alcalina	Aproape toate celulele	Fosfați organici + H 2 O ® Produs defosforilat + Fosfat anorganic
Hidroliză	Urază	Unele celule vegetale și microorganisme	Uree + H2O ® Amoniac +dioxid de carbon
Fosforoliza	Fosforilază	Țesuturi animale și vegetale care conțin polizaharide	Polizaharidă (amidon sau glicogen dinnmolecule de glucoză) + Anorganice fosfat Glucoză-1-fosfat+ Polizaharidă ( n – 1unități de glucoză)
Decarboxilarea	Decarboxilază	Drojdie, unele plante și microorganisme	Acid piruvic ® Acetaldehida + Dioxid de carbon
Condensare	Aldolaza		2 Trioză fosfați Hexoza difosfat
Condensare	Oxaloacetat transacetilază	Aceleaşi	Acid oxaloacetic + acetil coenzima AAcid citric+ Coenzima A
Izomerizarea	Fosfohexoza izomeraza	Aceleaşi	Glucoză-6-fosfat Fructoza 6-fosfat
Hidratarea	Fumaraza	Aceleaşi	Acid fumaric+H2O Acid malic
Hidratarea	Anhidraza carbonică	Diverse țesuturi animale; frunze verzi	dioxid de carbon+H2O Acidul carbonic
Fosforilarea	Piruvat kinaza	Aproape toate (sau toate) celulele	ATP + acid piruvic fosfoenolpiruvic acid + ADP
Transferul grupării fosfat	Fosfoglucomutaza	Toate celulele animale; multe plante și microorganisme	Glucoză-1-fosfat Glucoză-6-fosfat
Transaminarea	Transaminaze	Majoritatea celulelor	Acid aspartic + acid piruvic Acid sorreaceticacid + alanină
Sinteză cuplată cu hidroliza ATP	Glutamina sintetaza	Aceleaşi	Acid glutamic + Amoniac + ATP Glutamina + ADP + Fosfat anorganic
Oxido-reducere	Citocrom oxidaza	Toate celulele animale, multe plante și microorganisme	O2+ Citocrom redus c ® Citocrom oxidat c+H2O
Oxido-reducere	Oxidaza acidului ascorbic	Multe celule vegetale	Acid ascorbic+O2 ® Acid dehidroascorbic + Peroxid de hidrogen
Oxido-reducere	Citocrom c reductaza	Toate celulele animale; multe plante și microorganisme	PESTE · H (coenzimă redusă) + Citocrom oxidatc ® Citocrom redusc + NAD (coenzima oxidata)
Oxido-reducere	Lactat dehidrogenază	Majoritatea animalelor lipici - actual; unele plante și microorganisme	Acid lactic + NAD (coenzima oxidata) Pyrovinogradnaya acid + NAD · N (renovat) coenzima)
1) O singură săgeată înseamnă că reacția merge într-o singură direcție, iar săgețile duble înseamnă că reacția este reversibilă.

LITERATURĂ

Fersht E. Structura și mecanismul de acțiune al enzimelor . M., 1980
Strayer L. Biochimie , vol. 1 (p. 104-131), vol. 2 (p. 23-94). M., 1984-1985
Murray R., Grenner D., Mayes P., Rodwell W.Biochimia umană , vol. 1. M., 1993

Este ușor să trimiți munca ta bună la baza de cunoștințe. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http:// www. toate cele mai bune. ru/

Structura, proprietățile și mecanismul de acțiune al enzimelor

Conţinut

• Structura enzimei
• Mecanismul de acțiune al enzimelor
• Nomenclatura enzimelor
• Clasificarea enzimelor
• Proprietățile enzimelor
• Enzimologie clinică
• Literatură

O scurtă istorie a fermentației

Studiul experimental al enzimelor în secolul al XIX-lea a coincis cu studiul proceselor de fermentare a drojdiei, care s-a reflectat în termenii „enzime” și „enzime”. Denumirea de enzime provine din cuvântul latin fermentatio - fermentație. Termenul de enzime provine de la conceptul en zyme - de la drojdie. La început acestor nume li s-au dat semnificații diferite, dar în prezent sunt sinonime.

Prima reacție enzimatică de zaharificare a amidonului cu malț a fost studiată de omul de știință K.S. Kirchhoff în 1814. Ulterior, s-au făcut încercări de izolare a enzimelor din celulele de drojdie (E. Buchner, 1897). La începutul secolului al XX-lea, L. Michaelis și M. Menten au dezvoltat teoria catalizei enzimatice. În 1926, D. Sumner a izolat pentru prima dată un preparat purificat al enzimei urază în stare cristalină. În 1966, B. Merrifield a reușit să sintetizeze artificial enzima RNază.

Structura enzimei

Enzimele sunt proteine ​​foarte specializate care pot crește viteza reacțiilor în organismele vii. Enzimele sunt catalizatori biologici.

Toate enzimele sunt proteine, de obicei globulare. Se pot referi atât la proteine ​​simple, cât și la cele complexe. Partea proteică a enzimei poate consta dintr-un lanț polipeptidic - proteine ​​monomerice - enzime (de exemplu, pepsină). Un număr de enzime sunt proteine ​​oligomerice și includ mai mulți protomeri sau subunități. Protomerii, combinându-se într-o structură oligomerică, sunt conectați spontan prin legături slabe necovalente. În timpul procesului de asociere (cooperare), în protomerii individuali apar modificări structurale, în urma cărora activitatea enzimei crește semnificativ. Separarea (disocierea) protomerilor și asocierea lor într-o proteină oligomerică este un mecanism de reglare a activității enzimatice.

Subunitățile (protomerii) din oligomeri pot fi fie aceleași, fie diferite în structura (conformația) primară - terțiară. În cazul combinării diferiților protomeri în structura oligomeră a unei enzime, apar mai multe forme ale aceleiași enzime - izoenzime .

Izoenzimele catalizează aceeași reacție, dar diferă în setul de subunități, proprietăți fizico-chimice, mobilitate electroforetică și afinitate pentru substraturi, activatori și inhibitori. De exemplu, lactat dehidrogenază (LDH) - enzima care oxidează acidul lactic în acid piruvic este un tetramer. Este format din patru protomeri de două tipuri. Un tip de protomer este desemnat H (izolat de mușchiul cardiac), al doilea protomer este desemnat M (izolat de mușchiul scheletic). Există 5 combinații posibile ale acestor protomeri în LDH: N 4 , N 3 M, N 2 M 2 , N 1 M 3 , M 4 .

Rolul biologic al izoenzimelor.

· Izoenzimele asigură apariția reacțiilor chimice în conformitate cu condițiile din diferite organe. Astfel, izoenzima LDH 1 are o afinitate mare pentru oxigen, deci este activă în țesuturile cu o rată mare de reacții oxidative (eritrocite, miocard). Izoenzima LDH 5 este activă în prezența unor concentrații mari de lactat, cel mai caracteristic țesutului hepatic

· Specificitatea pronunțată de organ este utilizată pentru a diagnostica boli ale diferitelor organe.

· Izoenzimele își schimbă activitatea odată cu vârsta. Astfel, la un fat cu lipsa de oxigen predomina LDH 3, iar odata cu cresterea varstei si cresterea aportului de oxigen, proportia de LDH 2 creste.

energia inhibitoare a activatorului enzimatic

Dacă o enzimă este o proteină complexă, atunci ea constă dintr-o proteină și o parte neproteică. Partea proteică este o parte a enzimei cu greutate moleculară mare, termolabilă și se numește apoenzima . Are o structură unică și determină specificitatea enzimelor.

Se numește partea neproteică a enzimei cofactor ( coenzima ). Cofactorul este cel mai adesea ioni metalici care se pot lega strâns de apoenzimă (de exemplu, Zn în enzima anhidrază carbonică, Cu în enzima citocrom oxidază). Coenzimele sunt cel mai adesea substanțe organice mai puțin strâns legate de apoenzimă. Coenzimele sunt nucleotidele NAD și FAD. Coenzima - greutate moleculară mică, parte termostabilă a enzimei. Rolul său este că determină aranjarea spațială (conformația) apoenzimei și determină activitatea acesteia. Cofactorii pot transfera electroni, grupuri funcționale și pot participa la formarea de legături suplimentare între enzimă și substrat.

În ceea ce privește funcționalitatea, se obișnuiește să se distingă două secțiuni importante în molecula enzimatică: centrul activ și secțiunea alosterică.

Activ centru - aceasta este o secțiune a moleculei enzimatice care interacționează cu substratul și participă la procesul catalitic. Centrul activ al enzimei este format din radicali de aminoacizi care sunt îndepărtați unul de celălalt în structura primară. Centrul activ are un aranjament tridimensional pe care îl conține cel mai adesea

grupele OH ale serinei

SH - cisteină

NH2 lizină

g-COOH de acid glutamic

Există două zone în centrul activ - zona de legare a substratului și zona catalitică.

Zonă legare are de obicei o structură rigidă de care substratul de reacție este atașat complementar. De exemplu, tripsina scindează proteinele din zonele bogate în aminoacidul încărcat pozitiv lizină, deoarece zona sa de legare conține reziduuri de acid aspartic încărcat negativ.

catalitic zonă - Aceasta este o regiune a centrului activ care afectează direct substratul și îndeplinește o funcție catalitică. Această zonă este mai mobilă poziția relativă a grupurilor funcționale în ea.

Într-un număr de enzime (de obicei oligomerice), pe lângă centrul activ, există alosterică complot - o secțiune a moleculei enzimatice care este îndepărtată de centrul activ și interacționează nu cu substratul, ci cu substanțe suplimentare (regulatori, efectori). În enzimele alosterice, o subunitate poate conține centrul activ, iar cealaltă - situsul alosteric. Enzimele alosterice își schimbă activitatea astfel: un efector (activator, inhibitor) acționează asupra subunității alosterice și îi modifică structura. Apoi, o modificare a conformației subunității alosterice, conform principiului modificărilor cooperative, modifică indirect structura subunității catalitice, care este însoțită de o modificare a activității enzimatice.

Mecanismul de acțiune al enzimelor

Enzimele au o serie de proprietăți catalitice generale:

nu schimbați echilibrul catalitic

· nu se consumă în timpul reacţiei

· catalizează numai reacţii reale termodinamic. Astfel de reacții sunt acelea în care rezerva inițială de energie a moleculelor este mai mare decât cea finală.

În timpul reacției, o barieră energetică ridicată este depășită. Diferența dintre energia acestui prag și nivelul de energie inițial este energia de activare.

Viteza reacțiilor enzimatice este determinată de energia de activare și de o serie de alți factori.

Constanta de viteză a unei reacții chimice este determinată de ecuația:

LA= P* Z* e - ( Ea / RT )

K - constanta vitezei de reacție

P - coeficientul spațial (steric).

Z - numărul de molecule care interacționează

E a - energia de activare

R - constanta de gaz

T - temperatura absolută universală

e - baza logaritmilor naturali

În această ecuație, Z, e, R, T sunt constante, iar P și Ea sunt variabile. Mai mult, există o relație directă între viteza de reacție și coeficientul steric și o relație inversă și putere-lege între viteza și energia de activare (cu cât Ea este mai mică, cu atât este mai mare viteza de reacție).

Mecanismul de acțiune al enzimelor este redus la o creștere a coeficientului steric de către enzime și la o scădere a energiei de activare.

Reducerea energiei de activare de către enzime

De exemplu, energia divizării H 2 O 2 fără enzime și catalizatori este de 18.000 kcal pe mol. Dacă se utilizează platină și temperatură ridicată, aceasta este redusă la 12.000 kcal/mol. Cu participarea unei enzime catalaza energia de activare este de numai 2.000 kcal/mol.

O scădere a Ea are loc ca urmare a formării complexelor intermediare enzimă-substrat conform următoarei scheme: F+ S <=> FS-complex > F + produse reactii. Pentru prima dată, posibilitatea formării unor complexe enzimă-substrat a fost dovedită de Michaelis și Menten. Ulterior, au fost izolate multe complexe enzimă-substrat. Pentru a explica selectivitatea ridicată a enzimelor atunci când interacționează cu un substrat, a fost propus teorie " cheie Şi castel" Pescar. Potrivit acesteia, enzima interacționează cu substratul numai dacă sunt în acord absolut unul cu celălalt (complementaritate), ca o cheie și o încuietoare. Această teorie a explicat specificitatea enzimelor, dar nu a dezvăluit mecanismele acțiunii lor asupra substratului. Mai târziu, a fost dezvoltată teoria corespondenței induse între enzimă și substrat - teorie Koshlanda(teoria mănușilor de cauciuc). Esența sa este următoarea: centrul activ al enzimei este format și conține toate grupările funcționale chiar înainte de interacțiunea cu substratul. Cu toate acestea, aceste grupuri funcționale sunt într-o stare inactivă. În momentul atașării substratului, acesta induce modificări ale poziției și structurii radicalilor din centrul activ al enzimei. Ca urmare, centrul activ al enzimei, sub influența substratului, intră într-o stare activă și, la rândul său, începe să afecteze substratul, adică. are loc interacțiunea între centrul activ al enzimei și substrat. Ca urmare, substratul intră într-o stare instabilă, instabilă, ceea ce duce la o scădere a energiei de activare.

Interacțiunea dintre enzimă și substrat poate implica reacții de substituție nucleofilă, substituție electrofilă și deshidratare a substratului. Este posibilă și interacțiunea covalentă pe termen scurt a grupărilor funcționale ale enzimei cu substratul. Practic, are loc o reorientare geometrică a grupelor funcționale ale locului activ.

Creșterea coeficientului steric de către enzime

Coeficientul steric este introdus pentru reacțiile care implică molecule mari cu structură spațială. Coeficientul steric arată proporția de ciocniri reușite între moleculele active. De exemplu, este egal cu 0,4 dacă 4 din 10 ciocniri de molecule active au dus la formarea unui produs de reacție.

Enzimele măresc coeficientul steric deoarece modifică structura moleculei substrat în complexul enzimă-substrat, în urma căruia crește complementaritatea enzimei și substratului. În plus, enzimele, datorită centrilor lor activi, ordonează dispunerea în spațiu a moleculelor de substrat (înainte de interacțiunea cu enzima, moleculele de substrat sunt situate haotic) și facilitează reacția.

Nomenclatura enzimelor

Enzimele au mai multe tipuri de denumiri.

1) Nume banale (tripsină, pepsină)

2) Nomenclatura de lucru. Acest nume de enzimă conține terminația - aza, care se adaugă:

· la numele substratului (zaharază, amilază),

· la tipul de legătură asupra căreia acționează enzima (peptidază, glicozidază),

· la tipul de reacție, proces (sintetază, hidrolază).

3) Fiecare enzimă are un nume de clasificare, care reflectă tipul de reacție, tipul de substrat și coenzima. De exemplu: LDH - L lactat-NAD + - oxidoreductaza.

Clasificarea enzimelor

Clasificarea enzimelor a fost dezvoltată în 1961. Conform clasificării, fiecare enzimă este situată într-o anumită clasă, subclasă, subsubclasă și are un număr de serie. În acest sens, fiecare enzimă are un cod digital în care prima cifră indică clasa, a doua - subclasa, a treia - subclasa, a patra - numărul de serie (LDG: 1,1,1,27). Toate enzimele sunt clasificate în 6 clase.

1. Oxidorreductaze

2. Transferaze

3. Hidrolaze

4. Liaze

5. Izomeraze

6. Sintetaze (ligaze)

Oxidorreductaze .

Enzime care catalizează procesele redox. Tip general de reacție: A ok + B ok = A ok + B ok. Această clasă de enzime include mai multe subclase:

1 . dehidrogenaza, catalizează reacțiile prin îndepărtarea hidrogenului din substanța care se oxidează. Ele pot fi aerobe (transferă hidrogen în oxigen) și anaerobe (transferă hidrogenul nu în oxigen, ci către o altă substanță).

2. Oxigenazele - enzime care catalizează oxidarea prin adăugarea de oxigen la substanța care se oxidează. Dacă se adaugă un atom de oxigen, sunt implicate monooxigenaze, dacă se adaugă doi atomi de oxigen sunt implicate dioxigenaze.

3. Peroxidazele - enzime care catalizează oxidarea substanţelor care implică peroxizi.

Transferaze .

Enzime care efectuează transferul intramolecular și intermolecular al grupărilor funcționale de la o substanță la alta conform schemei: AB + C = A + BC. Subclasele de transferaze se disting în funcție de tipul grupelor transferate: aminotransferaze, metiltransferaze, sulfotransferaze, aciltransferaze (reziduuri de acizi grași de transfer), fosfotransferaze (reziduuri de acid fosforic de transfer).

Hidrolazele .

Enzimele din această clasă catalizează ruperea unei legături chimice cu adăugarea de apă la locul ruperii, adică reacția de hidroliză conform schemei: AB + HOH = AN + BOH. Subclasele de hidrolaze se disting în funcție de tipul de legături care se rup: peptidazele scindează legăturile peptidice (pepsină), glicozidaze - legături glicozidice (amilaza), esterazele - legături ester (lipază).

Lyases .

Liazele catalizează ruperea unei legături chimice fără a adăuga apă la locul ruperii. În acest caz, în substraturi se formează duble legături conform schemei: AB = A + B. Subclasele de liazelor depind de ce atomi este întreruptă legătura și de ce substanțe se formează. Aldolazele rup legătura dintre doi atomi de carbon (de exemplu, fructoza 1,6-difosfat aldolaza „taie” fructoza și două trioze). Liazele includ enzimele decarboxilaza (ele elimină dioxidul de carbon) și deshidratazele - „elimină” moleculele de apă.

Izomeraze .

Izomerazele catalizează interconversia diferiților izomeri. De exemplu, fosfohexoimeraza transformă fructoza în glucoză. Subclasele de izomeraze includ mutaze (fosfoglucomutaza transformă glucoza-1-fosfat în glucoză-6-fosfat), epimerazele (de exemplu, transformă riboza în xiluloză), tautomerazele

Sintetaze ( ligaze ).

Enzimele din această clasă catalizează reacții pentru sinteza de noi substanțe folosind energia ATP conform schemei: A+B+ATP = AB. De exemplu, glutamin sintetaza combină acidul glutamic, NH 3 + cu participarea ATP pentru a forma glutamina.

Proprietățile enzimelor

Enzimele, pe lângă proprietățile comune catalizatorilor anorganici, au anumite diferențe față de catalizatorii anorganici. Acestea includ:

· activitate mai mare

specificitate mai mare

condiții mai blânde pentru cataliză

capacitatea de a regla activitatea

Ridicat catalitic activitate enzime .

Enzimele se caracterizează printr-o activitate catalitică ridicată. De exemplu, o moleculă de anhidrază carbonică catalizează formarea (sau descompunerea) a 36 de milioane de molecule de acid carbonic (H2CO3) într-un minut. Activitatea ridicată a enzimelor se explică prin mecanismul acțiunii lor: reduc energia de activare și măresc spațial (coeficientul steric). Activitatea ridicată a enzimelor are o semnificație biologică importantă prin faptul că asigură o rată ridicată de reacții chimice în organism.

Ridicat specificitate enzime .

Toate enzimele au specificitate, dar gradul de specificitate variază de la enzimă la enzimă. Există mai multe tipuri de specificitate enzimatică.

Specificitatea substratului absolută, în care enzima acționează numai asupra unei substanțe specifice. De exemplu, enzima ureaza descompune numai ureea.

Specificitatea absolută de grup, în care enzima are același efect catalitic asupra unui grup de compuși care sunt similare ca structură. De exemplu, enzima alcool dehidrogenaza oxidează nu numai C2H5OH, ci și omologii săi (metil, butilic și alți alcooli).

Specificitate relativă de grup, în care enzima catalizează diferite clase de substanțe organice. De exemplu, enzima tripsina prezintă activitate de peptidază și esterază.

Specificitate stereochimică (specificitate optică), în care este scindată doar o anumită formă de izomeri (forme D, L, b, c, izomeri cis - trans). De exemplu, LDH acționează numai asupra L-lactatului, L-aminoacizi oxidazele acționează asupra L-izomerii aminoacizilor.

Specificitatea ridicată se explică prin structura unică a centrului activ pentru fiecare enzimă.

Termolabilitatea enzime .

Termolabilitatea este dependența activității enzimelor de temperatură. Când temperatura crește de la 0 la 40 de grade, activitatea enzimatică crește conform regulii lui Van't Hoff (cu o creștere a temperaturii cu 10 grade, viteza de reacție crește de 2 - 4 ori). Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, activitatea enzimelor începe să scadă, ceea ce se explică prin denaturarea termică a moleculei proteice a enzimei. Grafic, dependența de temperatură a enzimelor are forma:

Inactivarea enzimei la 0 grade este reversibilă, iar la temperaturi ridicate inactivarea devine ireversibilă. Această proprietate a enzimelor determină viteza maximă de reacție în condițiile de temperatură a corpului uman. În practica medicală practică trebuie luată în considerare termolabilitatea enzimelor. De exemplu, atunci când se efectuează o reacție enzimatică într-o eprubetă, este necesar să se creeze o temperatură optimă. Această proprietate a enzimelor poate fi folosită în criochirurgie, atunci când se efectuează o operație complexă de lungă durată cu scăderea temperaturii corpului, ceea ce încetinește rata reacțiilor care apar în organism și reduce consumul de oxigen de către țesuturi. Preparatele enzimatice trebuie păstrate la temperaturi scăzute. Pentru neutralizarea și dezinfectarea microorganismelor se folosesc temperaturi ridicate (autoclavare, fierberea instrumentelor).

Fotolabilitatea .

Fotolabilitatea este dependența activității enzimelor de acțiunea razelor ultraviolete. Razele UV provoacă fotodenaturarea moleculelor de proteine ​​și reduc activitatea enzimatică. Această proprietate a enzimelor este utilizată în efectul bactericid al lămpilor cu ultraviolete.

Dependenta activitate din pH.

Toate enzimele au un anumit interval de pH în care activitatea enzimatică este maximă - pH optim. Pentru multe enzime, optimul este de aproximativ 7. În același timp, pentru pepsină mediul optim este de 1-2, pentru fosfatază alcalină este de aproximativ 9. Când pH-ul se abate de la optim, activitatea enzimei scade, la fel ca poate se vede din grafic. Această proprietate a enzimelor se explică printr-o modificare a ionizării grupărilor ionogene din moleculele de enzime, ceea ce duce la o modificare a legăturilor ionice în molecula proteică a enzimei. Aceasta este însoțită de o modificare a conformației moleculei de enzimă, iar aceasta, la rândul său, duce la o schimbare a activității acesteia. În condițiile corpului, dependența de pH determină activitatea maximă a enzimelor. Această proprietate își găsește și aplicație practică. Reacțiile enzimatice în afara corpului sunt efectuate la un pH optim. Când aciditatea sucului gastric este redusă, se prescrie o soluție de HCl în scop terapeutic.

Dependenta viteză enzimatic reactii din concentratii enzimă Şi concentratii substrat

Dependența vitezei de reacție de concentrația enzimei și concentrația substratului (cinetica reacțiilor enzimatice) este prezentată în grafice.

programul 1 programul 2

Într-o reacție enzimatică ( F+ S 2 1 FS> 3 F + P) Se disting vitezele a trei trepte componente:

1 - formarea complexului enzimatic-substrat FS,

2 - descompunerea inversă a complexului enzimă - substrat,

3 - descompunerea complexului enzima-substrat cu formarea produselor de reactie. Viteza fiecăreia dintre aceste reacții respectă legea acțiunii în masă:

V 1 = K 1 [F] * [S]

V 2 = K 2 *

V 3 = K 3 *

În momentul echilibrului, viteza de reacție a formării FS este egală cu suma vitezelor de dezintegrare a acestuia: V 1 = V 2 + V 3 . Dintre cele trei etape ale unei reacții enzimatice, cea mai importantă și mai lentă este a treia, deoarece este asociată cu formarea produselor de reacție. Folosind formula de mai sus, este imposibil să găsiți viteza V 3, deoarece complexul enzimă-substrat este foarte instabil, măsurarea concentrației sale este dificilă. În acest sens, Michaelis-Menten a introdus Km - constanta Michaelis și a transformat ecuația de măsurare a V 3 într-o nouă ecuație în care există de fapt cantități măsurabile:

V 3 = K 3 * * [S] / Km + [S] sau V 3 =V max * [S] / Km+ [S]

- concentraţia iniţială a enzimei

Km este constanta Michaelis.

Semnificația fizică a Km: LAm = (LA 2 +K 3 ) /LA 1 . Arată raportul dintre constantele de viteză pentru descompunerea complexului enzimă-substrat și constanta de viteză pentru formarea acestuia.

Ecuația Michaelis-Menten este universală. Acesta ilustrează dependența vitezei de reacție de [S]

1. Dependența vitezei de reacție de concentrația substratului. Această dependență este dezvăluită la concentrații scăzute de substrat [S]

V 3 = K 3* [ F 0 ] * [ S] / Km.

În această ecuație K 3 , F 0 ], Km - constante și poate fi înlocuită cu o nouă constantă K*. Astfel, la o concentrație scăzută de substrat, viteza de reacție este direct proporțională cu această concentrație

V 3 = K* * [ S].

Această dependență corespunde primei secțiuni a graficului 2.

2. Dependenţa ratei de concentraţia enzimei apare la concentraţii mari de substrat.

S?Km.

În acest caz, Km poate fi neglijat și ecuația devine:

V 3 = K 3* (([ F 0 ] * [ S]) / [ S]) = K 3* [ F 0 ] = V max.

Astfel, la concentrații mari de substrat, viteza de reacție este determinată de concentrația de enzimă și atinge valoarea sa maximă.

V 3 = K 3 [ F 0 ] = V max. ( a treia secțiune a graficului 2).

3. Vă permite să determinați valoarea numerică a Km în condiția V 3 = V max /2. În acest caz, ecuația ia forma:

V max /2 = ((V max * [S]) /Km+ [S]), ceea ce înseamnă că Km= [S]

Astfel, Km este numeric egal cu concentrația de substrat la o viteză de reacție egală cu jumătate din maxim. Km este o caracteristică foarte importantă a unei enzime, se măsoară în moli (10 -2 - 10 -6 mol) și caracterizează specificitatea enzimei: cu cât Km este mai mic, cu atât specificitatea enzimei este mai mare.

Grafic definiţie constante Michaelis.

Este mai convenabil să folosiți un grafic care reprezintă o linie dreaptă.

Un astfel de grafic a fost propus de Lineweaver - Burke (graficul dublelor reciproce), care corespunde ecuației inverse Michaelis - Menten

Dependența vitezei reacțiilor enzimatice de prezența activatorilor și inhibitorilor

Activatori - substanţe care cresc viteza reacţiilor enzimatice. Există activatori specifici care măresc activitatea unei enzime (HCl - activator pepsinogen) și activatori nespecifici care măresc activitatea unui număr de enzime (ioni Mg - activatori ai hexokinazei, K, Na - ATPază și alte enzime). Ionii metalici, metaboliții și nucleotidele pot servi ca activatori.

Mecanismul de acțiune al activatorilor

1. Completarea centrului activ al enzimei, în urma căreia se facilitează interacțiunea enzimei cu substratul. Acest mecanism apare în principal în ionii metalici.

2. Un activator alosteric interacționează cu situsul (subunitatea) alosteric al enzimei, prin modificările sale modifică indirect structura centrului activ și crește activitatea enzimei. Metaboliții reacțiilor enzimatice, ATP, au un efect alosteric.

3. Mecanismul alosteric poate fi combinat cu o modificare a oligomericității enzimei. Sub influența activatorului, mai multe subunități sunt combinate într-o formă oligomerică, ceea ce crește brusc activitatea enzimei. De exemplu, izocitratul este un activator al enzimei acetil-CoA carboxilază.

4. Fosforilarea - defosforilarea enzimelor se referă la modificarea reversibilă a enzimelor. Adaosul de H3PO4 mărește cel mai adesea brusc activitatea enzimei. De exemplu, doi dimeri inactivi ai enzimei fosforilază se combină cu patru molecule de ATP pentru a forma forma fosforilată tetramerică activă a enzimei. Fosfolilarea enzimelor poate fi combinată cu o modificare a oligomerității lor. În unele cazuri, fosforilarea unei enzime, dimpotrivă, își reduce activitatea (de exemplu, fosforilarea enzimei glicogen sintetaza)

5. Proteoliza parțială (modificare ireversibilă). Cu acest mecanism, un fragment al moleculei este separat de forma inactivă a enzimei (proenzimă), blocând centrul activ al enzimei. De exemplu, pepsinogenul inactiv este transformat în pepsină activă sub influența HCL.

Inhibitori - substanțe care reduc activitatea enzimatică.

De specificitate distinge inhibitorii specifici și nespecifici

De reversibilitate efect, se face o distincție între inhibitorii reversibili și ireversibili.

De loc actiuni Există inhibitori care acționează asupra centrului activ și în afara centrului activ.

De mecanism actiuni se disting în inhibitori competitivi și necompetitivi.

Competitiv inhibiţie .

Inhibitorii de acest tip au o structură apropiată de structura substratului. Din această cauză, inhibitorii și substratul concurează pentru legarea la locul activ al enzimei. Inhibarea competitivă este o inhibiție reversibilă Efectul unui inhibitor competitiv poate fi redus prin creșterea concentrației substratului de reacție.

Un exemplu de inhibiție competitivă este inhibarea activității succinat dehidrogenazei, care catalizează oxidarea acidului succinic dicarboxilic, de către acidul malonic dicarboxilic, care este similar ca structură cu acidul succinic.

Principiul inhibiției competitive este utilizat pe scară largă în dezvoltarea medicamentelor. De exemplu, medicamentele sulfonamide au o structură apropiată de cea a acidului para-aminobenzoic, care este necesar pentru creșterea microorganismelor. Sulfonamidele blochează enzimele microbiene necesare pentru absorbția acidului para-aminobenzoic. Unele medicamente anticancerigene sunt analoge ale bazelor azotate și, prin urmare, inhibă sinteza acizilor nucleici (fluorouracil).

Grafic, inhibiția competitivă are forma:

Necompetitiv inhibiţie .

Inhibitorii necompetitivi nu sunt similari structural cu substraturile de reacție și, prin urmare, nu pot fi înlocuiți la concentrații mari de substrat. Există mai multe opțiuni pentru acțiunea inhibitorilor necompetitivi:

1. Blocarea grupului funcțional al centrului activ al enzimei și, ca urmare, reducerea activității. De exemplu, activitatea grupărilor SH poate lega otrăvurile tiol reversibil (săruri metalice, mercur, plumb) și ireversibil (moniodoacetat). Efectul inhibitor al inhibitorilor tiol poate fi redus prin introducerea de substanțe suplimentare bogate în grupe SH (de exemplu, unithiol). Se găsesc și se folosesc inhibitori de serină care blochează grupările OH ale centrului activ al enzimelor. Substanțele organice care conțin fosfofluor au acest efect. Aceste substanțe pot, în special, inhiba grupările OH din enzima acetilcolinesteraza, care distruge neurotransmițătorul acetilcolina.

2. Blocarea ionilor metalici care fac parte din situsul activ al enzimelor. De exemplu, cianurile blochează atomii de fier, EDTA (etilendiaminotetraacetat) blochează ionii de Ca și Mg.

3. Un inhibitor alosteric interacţionează cu situsul alosteric, indirect prin intermediul acestuia conform principiului cooperativităţii, modificând structura şi activitatea situsului catalitic. Grafic, inhibiția necompetitivă are forma:

Viteza maximă de reacție în inhibarea necompetitivă nu poate fi atinsă prin creșterea concentrației substratului.

Reglarea activității enzimelor în timpul metabolismului

Adaptarea organismului la condițiile în schimbare (dietă, influențe ale mediului etc.) este posibilă datorită modificărilor activității enzimelor. Există mai multe posibilități de reglare a ratei reacțiilor enzimatice din organism:

1. Modificarea ratei de sinteza a enzimelor (acest mecanism necesită o perioadă lungă de timp).

2. Creșterea disponibilității substratului și a enzimei prin modificarea permeabilității membranelor celulare.

3. Modificări ale activității enzimelor deja prezente în celule și țesuturi. Acest mecanism are loc la viteză mare și este reversibil.

În procesele enzimatice în mai multe etape, sunt izolate enzime cheie de reglare care limitează viteza totală a procesului. Cel mai adesea acestea sunt enzime ale etapelor inițiale și finale ale procesului. Modificările activității enzimelor cheie apar prin diferite mecanisme.

1. Mecanism alosteric:

2. Modificarea oligomerității enzimei:

Monomerii nu sunt activi - oligomerii sunt activi

3. Fosforilare - defosforilare:

Enzimă (inactivă) + H 3 PO 4 - enzimă activă fosforilată.

Mecanismul de autoreglare este larg răspândit în celule. Mecanismul de autoreglare este, în special, retroinhibarea, în care produsele procesului enzimatic inhibă enzimele din etapele inițiale. De exemplu, concentrațiile mari de nucleotide purinice și pirimidinice inhibă etapele inițiale ale sintezei lor.

Uneori, substraturile inițiale activează enzimele finale, în diagramă: substratul A activează F 3. De exemplu, forma activă a glucozei (glucoză-6-fosfat) activează enzima finală în sinteza glicogenului din glucoză (glicogen sintetaza).

Organizarea structurală a enzimelor în celulă

Coerența proceselor metabolice din organism este posibilă datorită unității structurale a enzimelor din celule. Enzimele individuale sunt localizate în anumite structuri intracelulare - compartimentare . De exemplu, enzima potasiu - ATPaza de sodiu - este activă în membrana plasmatică. Enzimele reacțiilor oxidative (succinat dehidrogenaza, citocrom oxidază) sunt active în mitocondrii. Enzimele pentru sinteza acizilor nucleici (ADN polimeraza) sunt active în nucleu. Enzimele care descompun diferite substanțe (ARNază, fosfatază și altele) sunt active în lizozomi.

Se numesc enzimele care sunt cele mai active într-o anumită structură celulară indicator sau enzime marker. Definiția lor în practica clinică reflectă profunzimea leziunilor structurale ale țesuturilor. Unele enzime sunt combinate în complexe multienzimatice, de exemplu, complexul de piruvat dehidrogenază (PDC), care realizează oxidarea acidului piruvic.

PrincipiidetectareŞicantitativdefinițiienzime:

Detectarea enzimelor se bazează pe specificitatea lor ridicată. Enzimele sunt identificate prin acțiunea pe care o produc, adică. pe baza apariţiei reacţiei pe care o catalizează această enzimă. De exemplu, amilaza este detectată prin reacția care descompune amidonul în glucoză.

Criteriile pentru apariția unei reacții enzimatice pot fi:

dispariția substratului de reacție

apariția produselor de reacție

· modificarea proprietăților optice ale coenzimei.

Cuantificarea enzimelor

Deoarece concentrația de enzime în celule este foarte scăzută, concentrația lor adevărată nu este determinată, dar cantitatea de enzimă este judecată indirect, după activitatea enzimei.

Activitatea enzimatică este evaluată prin viteza reacției enzimatice care are loc în condiții optime (temperatura optimă, pH, concentrație excesiv de mare a substratului). În aceste condiţii, viteza de reacţie este direct proporţională cu concentraţia enzimei (V= K 3 ).

Unități activitate ( cantități ) enzimă

În practica clinică se folosesc mai multe unități de activitate enzimatică.

1. Unitatea internațională este cantitatea de enzimă care catalizează conversia a 1 micromol de substrat pe minut la o temperatură de 25 0 C.

2. Catal (în sistemul SI) este cantitatea de enzimă care catalizează conversia a 1 mol de substrat pe secundă.

3. Activitate specifică - raportul dintre activitatea enzimatică și masa proteinei enzimatice.

4. Activitatea moleculară a unei enzime arată câte molecule ale substratului sunt convertite sub acțiunea unei molecule de enzimă.

Enzimologie clinică

Aplicarea informațiilor despre enzime în practica medicală este o ramură a enzimologiei medicale. Include 3 secțiuni:

1. Enzimodiagnostic

2. Enzimopotologie

3. Terapia cu enzime

Enzimodiagnostic - secțiune de explorare a posibilităților de studiu a activității enzimelor pentru diagnosticarea bolilor. Pentru a evalua deteriorarea țesuturilor individuale, se folosesc enzime și izoenzime specifice organelor.

În practica pediatrică, atunci când se efectuează diagnosticul enzimatic, este necesar să se țină cont de caracteristicile copiilor. La copii, activitatea unor enzime este mai mare decât la adulți. De exemplu, activitatea LDH ridicată reflectă predominarea proceselor anaerobe în perioada postnatală timpurie. Conținutul de transaminaze din plasma sanguină a copiilor este crescut ca urmare a creșterii permeabilității țesutului vascular. Activitatea glucozei-6-fosfat dehidrogenazei este crescută ca urmare a defalcării crescute a globulelor roșii. Activitatea altor enzime, dimpotrivă, este mai mică decât la adulți. De exemplu, activitatea pepsinei și a enzimelor pancreatice (lipază, amilază) este redusă din cauza imaturității celulelor secretoare.

Odată cu vârsta, este posibilă redistribuirea izoenzimelor individuale. Astfel, la copii predomină LDH 3 (forma mai anaerobă), iar la adulți predomină LDH 2 (forma mai aerobă).

Enzimopatologie - o ramură a enzimologiei care studiază bolile, al căror mecanism principal de dezvoltare este o încălcare a activității enzimelor. Acestea includ tulburări metabolice ale carbohidraților (galactozemie, glicogenoză, mucopolizaharidoză), aminoacizi (fenilcetonurie, cistinurie), nucleotide (orotatacidurie), porfirine (porfirie).

Terapia cu enzime - o ramură a enzimologiei care studiază utilizarea enzimelor, coenzimelor, activatorilor și inhibitorilor în scopuri medicinale. Enzimele pot fi utilizate în scopuri de înlocuire (pepsină, enzime pancreatice), în scopuri litice pentru a elimina mase necrotice, cheaguri de sânge și pentru a lichefia exsudatele vâscoase.

Literatură

1. Avdeeva, L.V. Biochimie: Manual / L.V. Avdeeva, T.L. Aleynikova, L.E. Andrianova; Editat de E.S. Severin. - M.: GEOTAR-MED, 2013. - 768 p.

2. Auerman, T.L. Fundamentele biochimiei: Manual / T.L. Auerman, T.G. Generalova, G.M. Suslyanok. - M.: NIC INFRA-M, 2013. - 400 p.

3. Bazarnova, Yu.G. Principii biochimice de prelucrare și depozitare a materiilor prime de origine animală: Manual / Yu.G. Bazarnova, T.E. Burova, V.I. Marchenko. - Sankt Petersburg: Prosp. Științe, 2011. - 192 p.

4. Baishev, I.M. Biochimie. Întrebări test: Manual / D.M. Zubairov, I.M. Baishev, R.F. Baykeev; Editat de D.M. Zubairov. - M.: GEOTAR-Media, 2008. - 960 p.

5. Bokut, S.B. Biochimia filogenezei și ontogenezei: Manual / A.A. Chirkin, E.O. Danchenko, S.B. Bokut; Sub general ed.A. A. Chirkin. - M.: NIC INFRA-M, nov. cunoștințe, 2012. - 288 p.

6. Gidranovici, V.I. Biochimie: Manual / V.I. Gidranovici, A.V. Gidranovici. - Mn.: TetraSystems, 2012. - 528 p.

7. Goloshchapov, A.P. Aspecte genetice și biochimice ale adaptării umane la condițiile unui oraș cu o industrie chimică dezvoltată / A.P. Goloshchapov. - M.: KMK, 2012. - 103 p.

8. Gunkova, P.I. Biochimia laptelui și a produselor lactate / K.K. Gorbatova, P.I. Gunkova; Sub general ed.K. K. Gorbatova. - Sankt Petersburg: GIORD, 2010. - 336 p.

9. Dimitriev, A.D. Biochimie: Manual / A.D. Dimitriev, E.D. Ambrosieva. - M.: Dashkov și K, 2013. - 168 p.

10. Ershov, Yu.A. Biochimie generală și sport: Manual / Yu.A. Ershov. - M.: MSU, 2010. - 368 p.

11. Ershov, Yu.A. Fundamentele biochimiei pentru ingineri: Manual / Yu.A. Ershov, N.I. Zaitseva; Editat de S.I. Şciukin. - M.: MSTU im. Bauman, 2010. - 359 p.

12. Kamyshnikov, V.S. Manual de diagnostic de laborator clinic și biochimic: În 2 volume. În 2 volume Manual de diagnostic de laborator clinic și biochimic: În 2 volume / V.S. Kamyshnikov. - Mn.: Belarus, 2012. - 958 p.

13. Klopov, M.I. Substanțe biologic active în procesele fiziologice și biochimice din corpul animalului: Manual / M.I. Klopov, V.I. Maksimov. - Sankt Petersburg: Lan, 2012. - 448 p.

14. Mihailov, S.S. Biochimie sportivă: Manual pentru universități și colegii de educație fizică / S.S. Mihailov. - M.: Sov. sport, 2012. - 348 p.

15. Repnikov, B.T. Știința mărfurilor și biochimia produselor din pește: Manual / B.T. Repnikov. - M.: Dashkov și K, 2013. - 220 p.

16. Rogojin, V.V. Biochimia laptelui și cărnii: Manual / V.V. Rogojin. - Sankt Petersburg: GIORD, 2012. - 456 p.

17. Rogojin, V.V. Biochimia plantelor: Manual / V.V. Rogojin. - Sankt Petersburg: GIORD, 2012. - 432 p.

18. Rogojin, V.V. Atelier de fiziologie și biochimie a plantelor: Manual / V.V. Rogojin, T.V. Rogojina. - Sankt Petersburg: GIORD, 2013. - 352 p.

19. Taganovich, A.D. Biochimie patologică: Monografie / A.D. Taganovici. - M.: BIOM, 2013. - 448 p.

20. Filippovici, Yu.B. Fundamentele biochimice ale vieții umane: un manual pentru studenți / Yu.B. Filippovici, A.S. Konichev, G.A. Sevastyanova, N.M. Kutuzova. - M.: VLADOS, 2005. - 407 p.

21. Șcherbakov, V.G. Biochimia și știința mărfurilor materiilor prime oleaginoase / V.G. Șcherbakov, V.G. Lobanov. - M.: KolosS, 2012. - 392 p.

Postat pe Allbest.ru

...

Documente similare

Clasificarea, mecanismul de acțiune al enzimelor, utilizarea lor în activitățile umane practice. Funcționarea enzimelor în cavitatea bucală, stomac și intestinul subțire. Determinarea principalelor cauze de disfuncție a organelor digestive la adolescenți.

lucrare curs, adaugat 10.05.2014


Metode de determinare a activității, studierea parametrilor cinetici ai reacțiilor enzimatice. Metode de izolare și purificare a enzimelor. Studiul localizării subcelulare. Utilizarea enzimelor ca reactivi analitici. Determinarea activității tripsinei.

manual de instruire, adăugat 19.07.2009


Istoricul studiului, funcțiile și clasificarea enzimelor: semnificația lor medicală și utilizarea în reacțiile catalizate. Relația dintre enzime și bolile metabolice ereditare. Dezvoltarea metodelor de tratament, importanța lor în prevenirea bolilor.

prezentare, adaugat 16.04.2012


Istoria descoperirii vitaminelor; proprietățile lor. Structura chimică, mecanismul de acțiune biologică și doza zilnică teoretică de vitamine solubile în apă. Principalele caracteristici ale grupului de vitamine liposolubile. Metode de cercetare cromatografică.

rezumat, adăugat 07.05.2014


Clasificarea și tipurile de retrovirusuri ca purtători și activatori ai oncogenelor: puternic oncogen, oncogen scăzut, mecanism de acțiune. Structura, elementele și ciclul de dezvoltare al acestor viruși. Virușii T-limfotropi umani: epidemiologie, descriere, prevenire.

lucrare curs, adaugat 27.06.2011


Conceptul și clasificarea enzimelor (enzimelor). Proprietățile lor, comune și diferite de catalizatorii anorganici, sunt natura proteică. Reacțiile pe care le catalizează. Tipuri de izoenzime și rolul lor în metabolism. Activitatea relativă a enzimelor în țesuturile umane.

prezentare, adaugat 11.11.2016


Concepte de inducție a enzimelor din subfamilia CYP3A de către xenobiotice și alți compuși chimici. Caracteristicile ontogenezei în acest proces. Aspecte genetice care influențează activitatea enzimelor subfamiliei CYP 3A. Familiile de receptori nucleari.

lucrare stiintifica, adaugat 05.12.2009


Studiul medicamentelor sub denumirea generală „antibiotice”. Agenți chimioterapeutici antibacterieni. Istoria descoperirii antibioticelor, mecanismul lor de acțiune și clasificare. Caracteristicile utilizării antibioticelor și efectele secundare ale acestora.

lucrare curs, adaugat 16.10.2014


Grupul de peniciline este dezvoltat pe baza produselor reziduale ale microorganismelor. Clasificarea penicilinelor în naturale și sintetice. Mecanismul de acțiune: efectul bactericid și rolul enzimelor. Caracteristicile spectrului de activitate, farmacocinetica.

rezumat, adăugat 24.01.2012


Baza molecular-biochimică a acțiunii terapeutice a medicamentelor peptidice. Mecanismul de acțiune al neuroprotectorilor. Mecanismul molecular de acțiune al actoveginului și nimodipinei. Antioxidanți enzimatici și neenzimatici. Principiile generale de acțiune ale nootropicelor.

ENZIME
substanțe organice de natură proteică care se sintetizează în celule și de multe ori accelerează reacțiile care apar în ele fără a suferi transformări chimice. Substanțele care au un efect similar există și în natura neînsuflețită și sunt numite catalizatori. Enzimele (din latinescul fermentum - fermentație, drojdie) sunt uneori numite enzime (din greacă en - interior, zyme - drojdie). Toate celulele vii conțin un set foarte mare de enzime, a căror activitate catalitică determină funcționarea celulelor. Aproape fiecare dintre numeroasele reacții diferite care apar într-o celulă necesită participarea unei enzime specifice. Studiul proprietăților chimice ale enzimelor și reacțiile pe care le catalizează este un domeniu special, foarte important al biochimiei - enzimologie. Multe enzime sunt în stare liberă în celulă, pur și simplu dizolvate în citoplasmă; altele sunt asociate cu structuri complexe, foarte organizate. Există, de asemenea, enzime care se află în mod normal în afara celulei; Astfel, enzimele care catalizează descompunerea amidonului și proteinelor sunt secretate de pancreas în intestin. Secretat de enzime și multe microorganisme. Primele date despre enzime au fost obținute din studiul proceselor de fermentație și digestie. L. Pasteur a adus o mare contribuție la studiul fermentației, dar el credea că numai celulele vii pot efectua reacțiile corespunzătoare. La începutul secolului al XX-lea. E. Buchner a arătat că fermentarea zaharozei pentru a forma dioxid de carbon și alcool etilic poate fi catalizată de extractul de drojdie fără celule. Această descoperire importantă a stimulat izolarea și studiul enzimelor celulare. În 1926, J. Sumner de la Universitatea Cornell (SUA) a izolat ureaza; a fost prima enzimă obţinută în formă aproape pură. De atunci, au fost descoperite și izolate peste 700 de enzime, dar multe altele există în organismele vii. Identificarea, izolarea și studiul proprietăților enzimelor individuale ocupă un loc central în enzimologia modernă. Enzimele implicate în procesele fundamentale de conversie a energiei, cum ar fi descompunerea zaharurilor și formarea și hidroliza compusului de înaltă energie adenozin trifosfat (ATP), sunt prezente în toate tipurile de celule - animale, vegetale, bacteriene. În general, cu cât o celulă este mai specializată, cu atât este mai probabil să sintetizeze setul de enzime necesare pentru a îndeplini o anumită funcție celulară.
Enzimele sunt ca proteinele. Toate enzimele sunt proteine, simple sau complexe (adică, care conțin o parte non-proteică împreună cu componenta proteică).
Vezi și PROTEINE. Enzimele sunt molecule mari, cu greutăți moleculare cuprinse între 10.000 și peste 1.000.000 de daltoni (Da). Pentru comparație, indicăm că mase de substanțe cunoscute: glucoză - 180, dioxid de carbon - 44, aminoacizi - de la 75 la 204 Da. Enzimele care catalizează aceleași reacții chimice, dar izolate din diferite tipuri de celule, diferă în proprietăți și compoziție, dar au de obicei o anumită similitudine în structură. Caracteristicile structurale ale enzimelor necesare funcționării lor se pierd ușor. Astfel, la încălzire, are loc o restructurare a lanțului proteic, însoțită de o pierdere a activității catalitice. Proprietățile alcaline sau acide ale soluției sunt de asemenea importante. Majoritatea enzimelor funcționează cel mai bine în soluții al căror pH este aproape de 7, când concentrația ionilor H+ și OH- este aproximativ aceeași. Acest lucru se datorează faptului că structura moleculelor de proteine ​​și, prin urmare, activitatea enzimelor, depinde puternic de concentrația ionilor de hidrogen din mediu. Nu toate proteinele prezente în organismele vii sunt enzime. Astfel, proteinele structurale, multe proteine ​​specifice din sânge, hormonii proteici etc. îndeplinesc o funcție diferită.
Coenzime și substraturi. Multe enzime cu greutate moleculară mare prezintă activitate catalitică numai în prezența unor substanțe specifice cu greutate moleculară mică numite coenzime (sau cofactori). Cele mai multe vitamine și multe minerale joacă rolul coenzimelor; de aceea trebuie să intre în organism cu mâncare. Vitaminele PP (acid nicotinic sau niacina) și riboflavina, de exemplu, fac parte din coenzimele necesare funcționării dehidrogenazelor. Zincul este o coenzimă a anhidrazei carbonice, o enzimă care catalizează eliberarea de dioxid de carbon din sânge, care este îndepărtat din organism împreună cu aerul expirat. Fierul și cuprul servesc ca componente ale enzimei respiratorii citocrom oxidaza. Substanța care suferă transformarea în prezența unei enzime se numește substrat. Substratul se atașează de o enzimă, care accelerează ruperea unor legături chimice din molecula sa și crearea altora; produsul rezultat este desprins de enzimă. Acest proces este reprezentat astfel:

Produsul poate fi considerat și un substrat, deoarece toate reacțiile enzimatice sunt reversibile într-un grad sau altul. Adevărat, echilibrul este de obicei deplasat către formarea produsului, iar reacția inversă poate fi dificil de detectat.
Mecanismul de acțiune al enzimelor. Viteza unei reacții enzimatice depinde de concentrația substratului [[S]] și de cantitatea de enzimă prezentă. Aceste cantități determină câte molecule de enzimă se vor combina cu substratul, iar viteza reacției catalizate de această enzimă depinde de conținutul complexului enzimă-substrat. În majoritatea situațiilor de interes pentru biochimiști, concentrația de enzime este foarte scăzută, iar substratul este prezent în exces. În plus, biochimiștii studiază procesele care au atins o stare de echilibru, în care formarea unui complex enzimă-substrat este echilibrată prin transformarea acestuia într-un produs. În aceste condiții, dependența ratei (v) de transformare enzimatică a substratului de concentrația sa [[S]] este descrisă de ecuația Michaelis-Menten:

unde KM este constanta Michaelis, care caracterizează activitatea enzimei, V este viteza maximă de reacție la o concentrație totală dată de enzimă. Din această ecuație rezultă că la [[S]] mic, viteza de reacție crește proporțional cu concentrația substratului. Cu toate acestea, cu o creștere suficient de mare a acestuia din urmă, această proporționalitate dispare: viteza de reacție încetează să mai depindă de [[S]] - saturația apare atunci când toate moleculele de enzime sunt ocupate de substrat. Elucidarea mecanismelor de acțiune a enzimelor în toate detaliile este o chestiune de viitor, dar unele dintre caracteristicile lor importante au fost deja stabilite. Fiecare enzimă are unul sau mai multe situsuri active de care se leagă substratul. Aceste centre sunt foarte specifice, adică. „recunoaște” doar substratul „lor” sau compuși strâns înrudiți. Centrul activ este format din grupe chimice speciale din molecula de enzimă, orientate unul față de celălalt într-un anumit mod. Pierderea activității enzimatice care apare atât de ușor este asociată tocmai cu o schimbare a orientării reciproce a acestor grupuri. Molecula de substrat asociată cu enzima suferă modificări, în urma cărora unele legături chimice sunt rupte și se formează alte legături chimice. Pentru ca acest proces să aibă loc, este nevoie de energie; rolul enzimei este de a scădea bariera energetică pe care substratul trebuie să o depășească pentru a fi transformat într-un produs. Cum se asigură exact o astfel de reducere nu a fost pe deplin stabilit.
Reacții enzimatice și energie. Eliberarea de energie din metabolismul nutrienților, cum ar fi oxidarea zahărului cu șase atomi de carbon pentru a forma dioxid de carbon și apă, are loc printr-o serie de reacții enzimatice concertate. În celulele animale, 10 enzime diferite sunt implicate în conversia glucozei în acid piruvic (piruvat) sau acid lactic (lactat). Acest proces se numește glicoliză. Prima reacție, fosforilarea glucozei, necesită participarea ATP. Conversia fiecărei molecule de glucoză în două molecule de acid piruvic necesită două molecule de ATP, dar în etapele intermediare se formează 4 molecule de ATP din adenozin difosfat (ADP), astfel încât întregul proces produce 2 molecule de ATP. Apoi, acidul piruvic este oxidat la dioxid de carbon și apă cu participarea enzimelor asociate cu mitocondriile. Aceste transformări formează un ciclu numit ciclul acidului tricarboxilic sau ciclul acidului citric.
Vezi și METABOLISM. Oxidarea unei substanțe este întotdeauna asociată cu reducerea alteia: prima renunță la un atom de hidrogen, iar a doua îl adaugă. Aceste procese sunt catalizate de dehidrogenaze, care asigură transferul atomilor de hidrogen de la substraturi la coenzime. În ciclul acidului tricarboxilic, unele dehidrogenaze specifice oxidează substraturile pentru a forma o formă redusă a coenzimei (nicotinamidă dinucleotidă, denumită NAD), în timp ce altele oxidează coenzima redusă (NADCH), reducând alte enzime respiratorii, inclusiv citocromi (hemoproteine ​​care conțin fier) , în care atomul de fier alternează între oxidat, apoi redus. În cele din urmă, forma redusă de citocrom oxidază, una dintre principalele enzime care conțin fier, este oxidată de oxigenul care intră în corpul nostru cu aerul inhalat. Când zahărul arde (oxidare de către oxigenul atmosferic), atomii săi de carbon interacționează direct cu oxigenul, formând dioxid de carbon. Spre deosebire de ardere, atunci când zahărul este oxidat în organism, oxigenul oxidează însuși fierul citocrom oxidază, dar potențialul său oxidativ este utilizat în cele din urmă pentru a oxida complet zaharurile într-un proces în mai multe etape mediat de enzime. În anumite etape de oxidare, energia conținută în nutrienți este eliberată în principal în porțiuni mici și poate fi stocată în legăturile fosfatice ale ATP. La aceasta iau parte enzime remarcabile, care cuplează reacțiile oxidative (furnizează energie) cu reacțiile de formare a ATP (înmagazinează energie). Acest proces de conjugare este cunoscut sub numele de fosforilare oxidativă. Fără reacții enzimatice cuplate, viața în formele pe care le cunoaștem nu ar fi posibilă. Enzimele îndeplinesc, de asemenea, multe alte funcții. Ele catalizează o varietate de reacții de sinteză, inclusiv formarea de proteine ​​tisulare, grăsimi și carbohidrați. Sisteme enzimatice întregi sunt folosite pentru a sintetiza o gamă largă de compuși chimici găsiți în organisme complexe. Acest lucru necesită energie și, în toate cazurile, sursa sa sunt compuși fosforilați, cum ar fi ATP.

Enzime și digestie. Enzimele sunt participanți necesari în procesul de digestie. Doar compușii cu greutate moleculară mică pot trece prin peretele intestinal și pot intra în sânge, astfel încât componentele alimentare trebuie mai întâi descompuse în molecule mici. Acest lucru are loc în timpul hidrolizei enzimatice (descompunerea) proteinelor în aminoacizi, amidonului în zaharuri, grăsimilor în acizi grași și glicerol. Hidroliza proteinelor este catalizată de enzima pepsină, care se găsește în stomac. O serie de enzime digestive extrem de eficiente sunt secretate în intestin de către pancreas. Acestea sunt tripsina și chimotripsina, care hidrolizează proteinele; lipaza, care descompune grăsimile; amilaza, care catalizează descompunerea amidonului. Pepsina, tripsina și chimotripsina sunt secretate într-o formă inactivă, sub forma așa-numitelor. zimogene (proenzime) și devin active numai în stomac și intestine. Aceasta explică de ce aceste enzime nu distrug celulele pancreatice și stomacale. Pereții stomacului și intestinelor sunt protejați de enzimele digestive și de un strat de mucus. Mai multe enzime digestive importante sunt secretate de celulele intestinului subțire. Cea mai mare parte a energiei stocate în alimentele vegetale, cum ar fi iarba sau fânul, este concentrată în celuloză, care este descompusă de enzima celulază. Această enzimă nu este sintetizată în organismul ierbivorelor, iar rumegătoarele, precum bovinele și oile, pot mânca alimente care conțin celuloză doar pentru că celulaza este produsă de microorganismele care populează prima secțiune a stomacului - rumenul. Termitele folosesc, de asemenea, microorganisme pentru a digera alimentele. Enzimele sunt utilizate în industria alimentară, farmaceutică, chimică și textilă. Un exemplu este o enzimă vegetală obținută din papaya și folosită pentru fragezirea cărnii. La pulberile de spălat se adaugă enzime.
Enzime în medicină și agricultură. Conștientizarea rolului cheie al enzimelor în toate procesele celulare a condus la utilizarea lor pe scară largă în medicină și agricultură. Funcționarea normală a oricărui organism vegetal și animal depinde de funcționarea eficientă a enzimelor. Acțiunea multor substanțe toxice (otrăvuri) se bazează pe capacitatea lor de a inhiba enzimele; Un număr de medicamente au același efect. Adesea, efectul unui medicament sau al unei substanțe toxice poate fi urmărit prin efectul său selectiv asupra funcționării unei anumite enzime în organism în ansamblu sau într-un anumit țesut. De exemplu, insecticidele organofosforice puternice și gazele nervoase dezvoltate în scopuri militare au efectul lor distructiv prin blocarea activității enzimelor - în primul rând colinesterazei, care joacă un rol important în transmiterea impulsurilor nervoase. Pentru a înțelege mai bine mecanismul de acțiune al medicamentelor asupra sistemelor enzimatice, este util să luăm în considerare modul în care funcționează unii inhibitori de enzime. Mulți inhibitori se leagă de locul activ al enzimei - același loc cu care interacționează substratul. La astfel de inhibitori, cele mai importante caracteristici structurale sunt apropiate de caracteristicile structurale ale substratului, iar dacă atât substratul, cât și inhibitorul sunt prezenți în mediul de reacție, există competiție între ele pentru legarea la enzimă; Mai mult, cu cât concentrația substratului este mai mare, cu atât concurează mai cu succes cu inhibitorul. Inhibitorii de alt tip induc modificări conformaționale în molecula enzimei, care implică grupări chimice importante din punct de vedere funcțional. Studierea mecanismului de acțiune al inhibitorilor îi ajută pe chimiști să creeze noi medicamente.

Cursul 15. Enzime: structură, proprietăți, funcții.

Schema cursului:

1. Caracteristicile generale ale enzimelor.

2. Structura enzimelor.

3. Mecanismul catalizei enzimatice.

4. Proprietăţile enzimelor.

5. Nomenclatura enzimelor.

6. Clasificarea enzimelor.

7. izoenzime

8. Cinetica reacțiilor enzimatice.

9. Unităţi de măsură ale activităţii enzimatice

1. Caracteristicile generale ale enzimelor.

În condiții fiziologice normale, reacțiile biochimice din organism au loc la viteze mari, ceea ce este asigurat de catalizatori biologici de natură proteică - enzime.

Ele sunt studiate de știința enzimologiei - știința enzimelor (enzimelor), proteinelor specifice - catalizatori sintetizați de orice celulă vie și activând diferite reacții biochimice care au loc în organism. Unele celule pot conține până la 1000 de enzime diferite.

2. Structura enzimelor.

Enzimele sunt proteine ​​cu greutate moleculară mare. Ca orice proteine, enzimele au niveluri primare, secundare, terțiare și cuaternare de organizare moleculară. Structura primară este o combinație secvențială de aminoacizi și este determinată de caracteristicile ereditare ale organismului; aceasta este cea care caracterizează în mare măsură proprietățile individuale ale enzimelor. Structura secundară enzimele sunt organizate sub forma unei elice alfa. Structura terțiară are forma unui glob și participă la formarea centrelor active și a altora. Multe enzime au structura cuaternară și reprezintă o unire a mai multor subunități, fiecare dintre acestea fiind caracterizată de trei niveluri de organizare a moleculelor care diferă unele de altele, atât în ​​termeni calitativi, cât și cantitativi.

Dacă enzimele sunt reprezentate de proteine ​​simple, adică constau numai din aminoacizi, se numesc enzime simple. Enzimele simple includ pepsina, amilaza, lipaza (aproape toate enzimele gastrointestinale).

Enzimele complexe constau din părți proteice și non-proteice. Partea proteică a enzimei se numește - apoenzima, non-protein - coenzima. Se formează coenzima și apoenzima holoenzima. Coenzima se poate conecta cu partea proteică fie numai pe durata reacției, fie se poate lega una de cealaltă printr-o legătură puternică permanentă (atunci partea neproteică se numește - grupul protetic). În orice caz, componentele non-proteice sunt direct implicate în reacțiile chimice prin interacțiunea cu substratul. Coenzimele pot fi reprezentate prin:

Nucleozidici trifosfați.

Minerale (zinc, cupru, magneziu).

Forme active de vitamine (B 1 face parte din enzima decarboxilaza, B 2 face parte din dehidrogenază, B 6 face parte din transferazei).

Principalele funcții ale coenzimelor:

Participarea la actul de cataliză.

Stabilirea contactului între enzimă și substrat.

Stabilizarea apoenzimei.

Apoenzima, la rândul său, îmbunătățește activitatea catalitică a părții non-proteice și determină specificitatea acțiunii enzimelor.

Fiecare enzimă conține mai mulți centri funcționali.

Centru activ- o zonă a unei molecule de enzimă care interacționează în mod specific cu substratul. Centrul activ este reprezentat de grupuri funcționale ale mai multor resturi de aminoacizi, aici are loc atașarea și transformarea chimică a substratului.

Centru alosteric sau de reglementare - aceasta este zona enzimei responsabile de atașarea activatorilor și inhibitorilor. Acest centru este implicat în reglarea activității enzimelor.

Acești centri sunt localizați în diferite părți ale moleculei de enzimă.