🗊Презентация Предмет и задачи биохимии. Ферменты. Регуляция активности ферментов. (Лекция 3)

Регуляция активности ферментов (регуляция скорости ферментативных реакций) 1. Эффекторы. Типы. Механизмы действия. 2.Уровни регуляции активности ферментов; 3.Механизмы регуляции активности регуляторных ферментов. 4. Изоферменты

Влияние эффекторов на активность (скорость реакции) ферментов Эффекторы – вещества, которые связываясь с молекулой фермента, ингибируют( ингибиторы) или усиливают (активаторы) активность фермента. Эффекторы: а. метаболиты, гормоны, образующиеся в организме, регулируют метаболизм, направляя его в нужное русло. б. лекарственные препараты В. яды.

Ингибиторы. Типы. По степени прочности связывания с ферментом делят на необратимые и обратимые. Обратимые ингибиторы – нековалентно связываются с ферментами, образуя комплекс E I , который способен диссоциировать при определенных условиях. Активность фермента восстанавливается EI E + I

Ингибиторы. Типы. Необратимые ингибиторы – ковалентно связываются c ферментом, образуя прочный комплекс E I , который препятствуют образованию нормального комплекса ES. EI – практически не диссоциирует. Примеры: яды !!( ДФФ- диизопропилфторфосфат) – нервнопаралитический яд. Ингибируют фермент ацетилхолинэстеразу, которая участвует в передаче нервных импульсов от нейрона к нейрону. (На его основе – синтезированы многие инсектициды) Лекарственные препараты: Аспирин – противовоспалительный нестероидный препарат. Ингибирует фермент циклооксигеназу, который катализирует образование простагландинов из арахидоновой кислоты. Ингибированные молекулы фермента разрушаются. Простагландины – медиаторы воспаления. Их синтез восстанавливается только после синтеза новых молекул фермента.

Типы обратимых ингибиторов. Конкурентные ингибиторы Обратимые ингибиторы делят на конкурентные и неконкурентные. К конкурентным ингибиторам (тип ингибирования конкурентный) относят эффекторы, которые обратимо ингибируют активность фермента, путем связывания с активным центром фермента. Ингибитор структурный аналог субстрата. В результате чего возникает конкуренция субстрата и ингибитора за активный центр фермента. Виды взаимодействия молекул в этой ситуации: E+S → ES→E+P; E+I→EI

Результат действия конкурентного ингибирования на графике зависимости V от [S]

Конкурентные ингибиторы Тип ингибирования распространен в организме: Конкурентными ингибиторами могут быть: промежуточные, конечные метаболиты, образующиеся в ходе метаболизма (антиметаболиты). Примеры: А.(В метаболизме:) Глюкоза-6-фосфат глюкоза + Р

Неконкурентные ингибиторы Неконкурентные ингибиторы. Тип ингибирования – неконкурентный. Неконкурентный ингибитор не обладает сходством структуры с субстратом и связывается с ферментом вне активного центра (иногда затрагивается каталитический участок). Образуется тройной неактивный комплекс: E + S + I ESI Сродство фермента к субстрата не изменяется, т.е. Км – не меняется

Результат действия неконкурентного ингибитора на графике зависимости [S]

Уровни регуляции скорости ферментативных реакций Для сохранения клеточного гомеостаза в клетках скорости ферментативных реакций в клетке изменяются в зависимости от условий среды и физиологического состояния организма (гипоксия, голод, физические нагрузки, стресс). Регуляция скорости реакции в клетке осуществляется на 3-х независимых уровнях: Регуляция количества фермента в клетке; Наличие и концентрация субстрата в клетке; Изменение активности фермента

1. Регуляция количества молекул фермента в клетке Количество ферментов определяется соотношением скоростей двух процессов – синтеза, фолдинга белка и распада белка в клетке (тканевой протеолиз):

2. Наличие и концентрация субстрата фермента Наличие субстрата обязательно. Чем больше концентрация субстрата , тем скорость реакции выше, но не беспредельно. Возможно субстратное торможение. Кривая Михаэлиса.

3. Регуляция каталитической активности ключевого (регуляторного) фермента метаболического пути Высокоэффективный способ регуляции метаболизма. Основные механизмы регуляции каталитической активности регуляторного ферментов: Аллостерическая регуляция; Регуляция путем ассоциации/диссоциации протомеров молекул ферментов; Регуляция путем фосфорилирования/ дефосфорилирования молекулы фермента; 4. Регуляция путем частичного протеолиза

Аллостерическая регуляция Характерна для олигомерных ферментов (четвертичная структура). В структуре имеются каталитические протомеры( с активным центром) и протомеры - регуляторные ( с аллостерич. центром) Аллостерические ферменты меняют активность не только от концентрации субстрата , но и под действием эффекторов (результат- изменение конфигурации молекулы и активного центра). Аллостерические ферменты- регуляторные ферменты метаболических путей, катализируют 1-ю необратимую (самую медленную) реакцию метаболического пути. Активность остальных ферментов этого пути от [S] S P 1 P2 P3→ P

Аллостерические эффекторы Отличаются по химической природе от субстрата. Активаторы и ингибиторы. Аллостерические ингибиторы- конечный продукт метаболического пути. Аллостерическое ингибирование распространено в регуляции скорости метаболических путей. Аллостерическое ингибирование часто называют – механизм отрицательной обратной связи S P1 P2 P3 P

Аллостерическая регуляция

Регуляция активности путем ассоциация/диссоциация Ферменты- олигомерные белки; состоят из каталитических протомеров (с активным центром) и регуляторных ( центр связывания с эффектором). Диссоциация ( ковалентная химическая модификация обратимая): В состоянии «покоя»( неактивном) структура молекулы фермента представлена комплексом этих субъединиц. В этом состоянии активный центр закрыт регуляторными протомерами – комплекс - неактивный. Активатор связывается с регуляторными единицами – комплекс диссоциирует и активный центр открывается. E –неактивный E-активный

Регуляция путем ассоциации/диссоциации молекулы фермента

Регуляция активности путем ассоциации/диссоциации Ассоциация – ковалентная химическая модификация обратимая Ферменты - олигомерные белки.

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТА ПУТЕМ ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ/ДЕФОСФОРИЛИРОВАНИЯ МОЛЕКУЛЫ ФЕРМЕНТА Химическая модификация молекулы фермента ковалентная обратимая. Модификации подвергается ОН –группа аминокислоты в составе фермента. К ОН- группе присоединяется фосфат ( или, наоборот, отщепляется фосфат). Одни ферменты активны в фосфорилированом состоянии, другие - в дефосфорилированом.

Регуляция путем ассоциации/диссоциации молекулы фермента(протеинкиназа) с последующей активацией фосфорилированием( фермент-фосфорилаза)

Регуляция активности путем ограниченного протеолиза Химическая модификация ковалентная необратимая. Активация профермента путем отщепления пептида под действием пептидаз(протеазы ЖКТ, факторы гемостаза)

Изоферменты Изоферменты – множественные формы ферментов, которые катализируют один тип реакции в разных тканях, но отличаются по составу, заряду и иммунологическим свойствам. Это олигомерные белки. например: лактатдегидрогеназа: Лактат +НАД это тетрамер состоит из двух типов протомеров (субъединиц), Н – сердце ( heart) и М –мышцы( muscle) – Существует 5 изомеров. Строго распределены по органам. ЛДГ1(Н4); ЛДГ2 (Н3М1); ЛДГ3 (Н2М2); ЛДГ4 (Н1М3); ЛДГ5 (М4) Определяются с помощью электрофореза. Принцип метода- разная скорость движения в электрическом поле всвязи с разным зарядом и ММ.