Тема 1.5. Ферменты. Строение и свойства

Цель занятия. Изучить ферменты как биологические катализаторы, их особенности, строение и свойства. Уметь применять знания о свойствах ферментов и ферментном составе органов при последующем изучении метаболизма, функций органов и систем, для изучения патогенеза болезней, связанных с нарушением функционирования ферментов, для понимания методов энзимодиагностики и энзимотерапии. Изучить свойства амилазы слюны.

Исходный уровень. Химическая реакция, понятие об энергии активации и энергетическом барьере (курс биоорганической химии). Строение гомополисахаридов – крахмала и гликогена; дисахаридов – сахарозы и мальтозы (курс биоорганической химии).

Повторить. Физико-химические свойства белков.

Содержание теоретического материала. 1. История открытия и изучения ферментов. 2. Особенности функционирования биокатализаторов. Специфичность действия ферментов. Методы выделения и очистки ферментов 3. Международная классификация и номенклатура. 4. Структурная и функциональная организация ферментов. Активный и аллостерический центры. Общие черты, характерные для активного центра ферментов (4). 5. Кофакторы ферментов: ионы металлов и коферменты. Структурные формулы НАД⁺, ФАД⁺, КоА, пиридоксальфосфата, биотина и роль витаминов в функционировании коферментов, как промежуточных переносчиков различных групп в ферментативных реакциях. 6. Изоферменты (на примере ЛДГ). 7. Механизмы и стадии ферментативного катализа (на примере связывания субстрата в активном центре карбоксипептидазы). Уметь записать в общем виде реакцию с участием ферментов, используя символы: S - субстрат, Е - фермент, ЕS – промежуточный комплекс, Р – продукт. Теории ферментативного катализа: Фишера и Кошланда (теория индуцированного соответствия). 8. Единицы измерения активности ферментов, удельная активность ферментов. 9. Специфичность действия ферментов: абсолютная, субстратная, групповая, специфичность путей превращения.

Для усвоения материала темы следует обратить внимание на то, что:

1). Белковая природа ферментов определяет специфичность их действия. Именно это свойство играет большую роль в определении направления метаболизма. Специфичность ферментов обусловлена комплементарностью структуры активного центра белка структуре субстрата.

2) Активный центр фермента – это небольшая часть молекулы фермента, образованная боковыми радикалами аминокислотных остатков, которые на уровне третичной структуры образуют центр взаимодействия с субстратом (комплементарный субстрату). Радикалы аминокислот принадлежат разным участкам полипептидной цепи.

3) Активный центр ориентирован в глубь молекулы фермента и представляет собой сложную трехмерную структуру.

4) Понятие «комплементарность» включает в себя геометрическое (пространственное) и электростатическое соответствие активного центра фермента и субстрата.

5) Для проявления активности многих ферментов необходим небелковый компонент – кофактор. Роль кофакторов могут выполнять ионы металлов и производные витаминов – коферменты (НАД, ФАД, КоА, биотин, ТГФК, ТПФ).

6) Образованию продукта ферментативной реакции предшествует образование фермент-субстратного комплекса.

7) В основе деления ферментов на классы лежит тип катализируемой реакции. Название фермента складывается: названия субстрата + тип катализируемой реакции + окончание «-аза».

8) Исследование изоферментного спектра позволяет использовать определение их активности в клинической практике.

Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы

1. Дайте определение понятия «ферменты» и охарактеризуйте их значение для жизнедеятельности организма.

2. Определите, что общего и чем отличаются друг от друга (по действию) катализаторы белковой природы – ферменты и катализаторы небелковой природы?

3. Что такое энергетический барьер реакции? Что такое энергия активации? Что такое «активированное состояние» (переходное)?

4. Дайте определение активному центру фермента. Охарактеризуйте участки активного центра. Какова их функция? Объясните принцип комплементарности субстрата и активного центра.

5. С помощью каких связей происходит присоединение субстрата к активному центру фермента? Каково значение «многоточечного» контакта фермента с субстратом?

6. Назовите и охарактеризуйте теории (2) ферментативного катализа. Изобразите схематически протекание реакции превращения субстрата S в продукт реакции Р по теории промежуточных соединений.

7. В чем суть гипотезы «индуцированного» соответствия?

8. Дайте структурную и функциональную характеристику активного центра фермента. Используя схему: основные этапы ферментативного катализа, ответьте на вопросы:

для протекания ферментативной реакции необходимы:

а) определенная ориентация субстрата в области активного центра фермента;

б) взаимное изменение конформации субстрата и фермента;

в) комплементарность структуры активного центра фермента структуре субстрата;

г) деформация и дестабилизация связей субстрата.

8. Раскройте химическую структуру простых и сложных ферментов. Примеры.

9. Дайте определения понятиям «холофермент», «апофермент», «кофактор», «простетическая группа фермента».

10. Перечислите кофакторы, производные витаминов (6).

11. Напишите формулы НАД⁺ и ФАД⁺ в окисленной и восстановленной формах. Дайте их полное название. Обведите в формуле ту ее часть, которая представляет собой витамин. Назовите этот витамин. Назовите ферменты, содержащие НАД⁺ и ФАД⁺ , и их функцию.

12. Нарисуйте и дополните таблицу, отображающую классификацию ферментов.

Класс	Название класса	Характер реакции	Пример
1.	оксидоредуктазы	окислительно-восстановительные	2Н 2О 2 каталаза Н 2О+ О 2

Какой принцип лежит в основе классификации ферментов?

13. Что понимают под специфичностью действия ферментов? Чем она обусловлена? Перечислите основные типы специфичности действия ферментов (не менее четырех).

14. В каких единицах измеряется активность ферментов. Рассчитайте удельную активность фермента, если за 15 сек при 25^о 5мг этого фермента расщепляет 100 мкмоль субстрата.

15. Из каких частей (3) составлены систематические наименования ферментов? Приведите примеры.

16. Назовите и охарактеризуйте первый класс ферментов. Каков тип катализируемых ими реакций? Какова химическая природа ферментов этого класса? Назовите важнейшие группы ферментов внутри класса. Назовите несколько представителей.

17. Ученый, сформулировавший представление о предсуществующем соответствии активного центра фермента и субстрата: а) Кошланд; б) Нортроп; в) Фишер; г) Самнер.

18. К какому классу относится фермент, катализирующий реакцию превращения глюкозо-6-фосфат во фруктозу-6-фосфат: гидролазы, трансферазы, лигазы, лиазы, изомеразы, оксидоредуктазы?

19. Выберите характерные особенности аллостерических ферментов:

а) локализованы в начале метаболического пути;

б) локализованы в конце метаболического пути;

в) при связывании с субстратом проявляют кооперативность действия;

г) являются мультимерами;

д) являются олигомерами.

20. Заполните таблицу:

Изофермент	Строение	Локализация в организме
ЛДГ1
ЛДГ2
ЛДГ3
ЛДГ4
ЛДГ5

20. Изучите содержание лабораторной работы «Изучение активности и специфичности альфа-амилазы слюны» и подготовтесь к ее выполнению на лабораторном занятии.

Литература для самоподготовки.  Лекционный материал; (1) - С. 61-80, 89-92; (2) - С. 114-126, 129-133, 142, 157-162, 307-309; (3) - С. 33-40, 44-48; (4) - 1т. С. 63-70, 76-81, 95-97.

Дата добавления: 2015-07-25