Лекция по биологической химии


НазваниеЛекция по биологической химии
страница5/15
Дата публикации16.03.2013
Размер1.65 Mb.
ТипЛекция
userdocs.ru > Химия > Лекция
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
^

A ---> X ---> Б ---> B ---> Г ---> ... P


Накопление продукта P оказывает мощное ингибирующее действие на фермент E1.

Аллостерическая регуляция.

Аллостерические ферменты - это ферменты, располагающиеся в начале метаболического потока или на его узловых этапах и управляют этим метаболическим потоком.

Свойства аллостерических ферментов:

1. Являются олигомерами состоящими из протомеров.

2. Имеют как минимум два центра: активный центр и центр аллостерической регуляции.

3. Имеют ось симметрии.

4. Протомеры изменяют свою структуру в пределах олигомеров.

5. Изменение конформации олигомеров ограничено конформациями отдельных протомеров.

Существует 2 вида веществ (эффекторы), которые оказывают на фермент двоякое действие:

1) активаторы; 2) ингибиторы.

Аллостерический фермент имеет 2 центра аллостерической регуляции - центр аллостерической активации

- центр аллостерического ингибирования.

При взаимодействии аллостерического фермента с аллостерическим активатором резко возрастает степень сродства фермента к субстрату, точнее возрастает степень сродства активного центра к субстрату.

При взаимодействии аллостерического ингибитора с аллостерическим ферментом, резко понижается степень сродства фермента к субстрату.

Наличие двух центров в аллостерическом ферменте доказывается путем технической денатурации в мягких условиях (под действием мочевины) ---> при этом аллостерический фермент теряет регуляторные свойства (они связаны с центрами аллостерической регуляции), но сохраняет каталитические свойства, связанные с активным центром.


Заведующий кафедрой биологической химии, д.м.н., проф.

Грицук А. И.

___________

21.10.2006



Министерство здравоохранения Республики Беларусь

УО «Гомельский государственный медицинский университет»
Кафедра биологической химии
Обсуждено на заседании кафедры (МК или ЦУНМС)

Протокол № _________________200__года

ЛЕКЦИЯ
по биологической химии

наименование дисциплины

для студентов _2__ курса лечебного факультета

Тема Ферменты 3. Регуляция активности.
Время 90 мин.
Учебные и воспитательные цели:

Дать представление:

  1. О механизмах и роли аллостерической регуляции. Характеристике аллостерических ферментов. Видах ингибирования (обратимое, необратимое, конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное).

  2. О регуляции активности ферментов путем химической модификации:
    Реакциях ограниченного протеолиза, аденилирования, рибозилирования, ацетилирования, фосфорилирования (роли гормонов, АЦ-комплекса, цАМФ, цГМФ, ионов Ca).

  3. Об изоферментах, их природе, биологической роли, строении ЛДГ.

  4. Об изменении активности ферментов в онтогенезе.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 1990. С. 126–132; 1998. С. 157–168.

  2. Николаев А. Я. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1989. С. 52–92.

Дополнительная

  1. Марри Р. и др. Биохимия человека. М.: Мир, 1993. Т. 1. С. 63–75.

  2. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М.: Высшая школа, 1993. С. 105–144.

  3. Врожденные и приобретенные энзимопатии / Под ред. Ташева Т. М.: Медицина, 1980.

  4. Вилкинсон Д. Принципы и методы диагностической энзимологии. М.: Медицина, 1981.

  5. Руководство по клинической лабораторной диагностике. Киев: Вища школа, 1990. С. 167–186.

  6. Зилва Ф., Пеннел Дж. Клиническая химия в диагностике и лечении. М.: Медицина, 1986. С. 372–388.


^ МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1. Мультимедийная презентация.
РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№ п/п

Перечень учебных вопросов

Количество выделяемого времени в минутах



Механизмы и роль аллостерической регуляции. Характеристика аллостерических ферментов. Виды ингибирования (обратимое, необратимое, конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное).

30



Регуляция активности ферментов путем химической модификации:
Реакции ограниченного протеолиза, аденилирования, рибозилирования, ацетилирования, фосфорилирования (роль гормонов, АЦ-комплекса, цАМФ, цГМФ, ионов Ca).

30



Изоферменты, их природа, биологическая роль, строение ЛДГ.

20



Изменение активности ферментов в онтогенезе.

10

Всего 90 мин


  1. Механизмы и роль аллостерической регуляции. Характеристика аллостерических ферментов. Виды ингибирования (обратимое, необратимое, конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное).

^ Кинетика многих ферментов не подчиняется принципам кинетики Михаэлиса и Ментен

При знакомстве с материалом по кинетике ферментов могло сложиться впечатление, что кинетика всех ферментов основана на принципах Михаэлиса и Ментен. Исключением было только влияние избытка субстрата. У ферментов, подчиняющимся принципам кинетики Михаэлиса и Ментен с позиций процессов, протекающих в клетке, имеется ряд недостатков. Для обеспечения нормальной жизнеспособности клетки требуется тонкая регуляция концентрации большинства метаболитов. Существует довольно узкий диапазон допустимых концентраций субстратов в клетке при потребности быстро реагировать изменениями скоростей реакции в широких пределах в ответ на постоянно меняющееся функциональное состояние клетки. Приведенный ранее расчет показывает, что скорости реакций мало чувствительны к изменениям концентрации субстрата. Например, повышение скорости от 0,1 Vmax до 0.9 Vmax требует повышения концентрации субстрата в 81 раз. Такие же цифры характеризуют и действие ингибиторов. Ферменты, управляющие превращениями метаболитов должны быть более чувствительны к изменению концентраций и субстрата и ингибитора. Таким образом, природа вынуждена обратиться к "кооперативным" системам, в которых маленькие изменения в одном параметре, например концентрации ингибитора, вызывают большие изменения в скорости. Графически результат работы такой кооперативной системы (график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата) выражается не гиперболой, а S-образной сигмоидной кривой (сигмоидальные кривые всегда сдвинуты вправо в сравнении с гиперболой). Существует большое семейство ферментов, которые представляют такие кооперативные системы. Это аллостерические ферменты.

Определение. Аллостерический белок определяется как белок, содержащий два или больше топологически различающихся центра связывания лигандов (субстраты, ингибиторы и т.д), которые функционально взаимодействуют друг с другом. Связывание лиганда, с одним центром изменяет свойства другого (их).

Большая часть аллостерических белков – аллостерические ферменты, но некоторые белки, типа гемоглобина, выполняют и другие функции.

Кооперативность Кооперативность - модификация константы связывания лиганда белком предшествующим связыванием другого лиганда. Константы связывания - подобны Ks для субстрата или Ki для ингибитора, являются в основном константами диссоциации белка и лиганда и указывает силу связывания, или сродство белка и лиганда. Км обычно принимается как константа связывания субстрата, поскольку ее проще измерять, чем Ks. Понятие кооперативность означает, что связывание одного лиганда к белку или увеличит или уменьшит способность белка, связывать вторую молекулу лиганда. Если модификация увеличивает способность связывания (или сродство), это называют положительной кооперативностью. Если способность связывания снижается - это отрицательная кооперативность. Два лиганда один из которых влияет на связывание другого, могут быть химически идентичны, например, одна молекула субстрата, изменяет связывание другой молекулы субстрата. Такое взаимодействие называют гомотропным эффектом. Если они химически различаются, например, влияние ингибитора на связывание субстрата, тогда это - гетеротропный эффект.
^ У аллостерических ферментов особые свойства

Аллостерические ферменты обладают рядом свойств, которые отличают их от не аллостерических. Следует подчеркнуть, что приведенные ниже свойства не обязательны для всех аллостерических белков. Это – общие особенности, по крайней мере некоторые из них проявляются у отдельных аллостерических белков.

  • Полимерная структура

  • Сигмоидная ( в отличие от гиперболической для не аллостерических) форма кривой зависимости скорости реакции от концентрация субстрата

  • Существование эффекторов

  • Двухфазный ответ на конкурентные ингибиторы

  • Потеря аллостерических свойств при денатурации

Полимерная структура. Все аллостерические ферменты и белки имеют полимерную или четверичную структуру. Это значит, что типичный аллостерический белок будет состоять из ряда отдельных белковых цепей или субъединиц, которые связаны друг с другом слабыми взаимодействиями типа водородных связей и гидрофобного взаимодействия. Полимерная структура – ключевое свойство для функции аллостерического белка.






Кооперативное связывание

Не кооперативное связывание


Аллостерический фермент содержит ряд активных центров, в самом простом случае по одному на субъединицу, каждый из которых может связываться с лигандом. Взаимодействие между этими центрами и является основой кооперативности. Так, в типичном аллостерическом ферменте связывание молекулы лиганда к одному из активных центров инициирует изменение конформации, которое увеличит способность других активных центров связывать лиганды (положительная кооперативность. K2 << K1) или понизит их сродство к лиганду (отрицательная кооперативность K1 << K2). При отсутствии кооперативного взаимодействия -K1 = K2.

Субъединицы связаны друг с другом слабым взаимодействием, поэтому аллостерический фермент будет часто существовать в растворе в равновесии между целым ферментом и индивидуальными субъединицами. При большом числе субъединиц могут возникать промежуточные формы между этими крайними формами, в которых будут связаны несколько субъединиц, но в меньшем количестве, чем в целом ферменте. В этом случае одиночная субъединица не может быть каталитически активна. Самая маленькая каталитически активная структура названа протомером. Связывание лигандов (субстрат, продукт или эффектор) к ферменту изменяет позицию равновесия между субъединицами.
^ Сигмоидная кинетика. При составлении графика зависимости скорости от концентрации субстрата для ферментативной реакции для аллостерических ферментов получается несколько иной тип кривой, называемой сигмоидальной в отличие от гиперболической для не аллостерических ферментов. Ключевой элемент этой кривой, который отличает ее от гиперболической - «носок» у основания кривой , который можно видеть при низких концентрациях субстрата. В этой точке увеличение концентрации субстрата вызывает очень незначительное увеличение в скорости - диаграмма имеет очень небольшой наклон. При более высоких уровнях субстрата, (выше 0.5 единиц концентрации на этом графике) можно видеть, что увеличение концентрации субстрата начинает вызывать намного более значительное увеличение в скорости, и кривая становится более крутой. При высоких концентрациях субстрата график становится очень похожим на гиперболический график, и можно видеть такую же пологую кривую как и на графике уравнения Михаэлиса и Ментен.

Такой тип диаграммы характерен для положительной субстратной кооперативности. При очень низких концентрациях субстрата лишь небольшое количество активных центров фермента связываются с субстратом и фермент будет иметь низкое сродство к субстрату. Поэтому добавление большего количества субстрата вызывает только небольшое увеличение в скорости реакции, поскольку субстраты связываются очень плохо. Однако, по мере повышения числа связавшихся молекул субстрата, положительный кооперативный эффект увеличивает способность фермента связывать субстраты, и кривая на графике начинает это показывать, круто перемещаясь вверх. В конечном счете, точно так же как и в случае классической гиперболической кривой, ферменты постепенно насыщаются субстратом и линия делается пологой, показывая достижение максимальной скорости. Такой тип кривой не обязателен для всех аллостерических ферментов. В частности, многие ферменты катализируют превращение нескольких субстратов и исследования показывают, что такие ферменты могут проявлять положительную кооперативность (сигмоидальная кривая) для одного субстрата и катализировать реакцию по гиперболической кривой для другого.

Эффектор. Аллостерические ингибиторы и активаторы объединяют общим названием эффекторы. Эффектор - одна из важных особенностей аллостерических ферментов. Возможность изменять скорость реакции, катализируемой ферментом, ингибиторами и активаторами - краеугольный камень принципов регуляции метаболизма. Следующий график показывает пути, по которым эффекторы изменяют кинетический график типичного аллостерического фермента с положительной субстратной кооперативностью.

Центральная линия графика - типичная сигмовидная кривая в отсутствии любого эффектора. В присутствии активатора (А) скорость реакции повышается при любой данной концентрации субстрата, в то время как ингибитор уменьшает скорость реакции. Интересны и изменения общей формы кривой по сравнению с центральной линией. Ингибитор увеличил сигмовидную форму, удлиняя «носок» кривой, в то время как активатор оказывал противоположный эффект. При более высокой концентрации активатора график в целом приобретает характер гиперболы. Это указывает на то, что аллостерический ингибитор увеличивает уровень субстратной кооперативности, в то время как активатор уменьшает его.

^ K-системы и V-системы Как видно из графика все линии стремятся к одному значению Vmax, но при этом эффектор влияет на связывание субстрата, что отмечено в изменении Км. Такая ситуация названа K-системой. Некоторые ферменты имеют эффекторы, которые изменяют Vmax. Тогда говорят о V-системе..

^ Двухфазный ответ на конкурентные ингибиторы. Помимо взаимодействия с эффекторами, аллостерические ферменты являются объектом обычного конкурентного торможения, подобно любому другому ферменту. Классические конкурентные ингибиторы действуют, потому что они структурно подобны субстрату фермента. В аллостерическом ферменте, с положительной субстратной кооперативностью конкурентный ингибитор также достаточно близок по строению субстрату, мог бы иметь те же самые свойства кооперативности как и субстрат. В этом случае, низкая концентрация конкурентного ингибитора увеличивает способность фермента связывать молекулы субстрата, что фактически равно увеличению скорости реакции. При более высоких концентрациях ингибитора это блокировало бы связывание субстрата обычным способом, и реакция замедлится. Ингибитор тем самым оказывает двухфазный эффект. При низких концентрациях - он действует как активатор, в то время как при высоких концентрациях, он действует как ингибитор.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Лекция по биологической химии icon«Биологическая химия»
Предмет биологической химии, ее значение для биологии, медицины, ветеринарии, сельскохозяйственного производства, ветеринарной биотехнологии...
Лекция по биологической химии iconЛекция по биологической химии
Понятия «ферменты»: особенностях ферментативного катализа. О строении и структуре ферментов
Лекция по биологической химии iconБиохимия лабораторный практикум
Разработана: докт мед наук, профессор Т. П. Бондарь кафедры Физико-химические основы медицины, лабораторной диагностики и фармакологии;...
Лекция по биологической химии iconУчебно-методическое пособие к практическим занятиям по биологической химии
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов лечебного и медико-профиоактического факультетов медицинских вузов, выполняющих...
Лекция по биологической химии iconМетодические указания для самостоятельной подготовки студентов медицинских...
Методические указания для самостоятельной подготовки сту-дентов медицинских факультетов к практическим занятиям по биологической...
Лекция по биологической химии iconМетодические указания для самостоятельной подготовки студентов медицинских...
Методические указания для самостоятельной подготовки сту-дентов медицинских факультетов к практическим занятиям по биологической...
Лекция по биологической химии iconЗанятие 1 Аминокислоты и белки
Предмет и задачи биологической и клинической химии. Понятие о биохимических реакциях
Лекция по биологической химии iconВопросы к экзамену по Биологической химии для студентов 2 курса медицинского...
Предмет, задачи, методы и место биохимии среди других медицинских и биологических дисциплин
Лекция по биологической химии iconМетодические указания по биоорганической химии для студентов к занятию...
Проекционные формулы Фишера. Относительная и абсолютная конфигурация. D и L система стереохимической номенклатуры
Лекция по биологической химии iconТезисы доклада
Уважаемые коллеги! Приглашаем Вас принять участие в работе VIII международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница