Cheat sheet хормонални ензими. Основи на биохимията на Lehninger. Методи за регулиране на метаболитната активност в клетката

ДИНАМИЧНА БИОХИМИЯ

ГлаваIV.8.

Метаболизъм и енергия

Метаболизъм или метаболизъм - съвкупност от химични реакции в организма, които му осигуряват необходимите за живота вещества и енергия. В обмяната на веществата могат да се разграничат два основни етапа: подготвителен - когато дадено вещество, получено по храносмилателния път, претърпява химични трансформации, в резултат на което може да попадне в кръвта и след това да проникне в клетките, и самият метаболизъм, т.е. химически трансформации на съединения, които са проникнали в клетките.

Метаболитен път - това е естеството и последователността на химичните трансформации на определено вещество в тялото. Междинните продукти, образувани по време на метаболитния процес, се наричат ​​метаболити, а последното съединение на метаболитния път е крайният продукт.

Процесът на разграждане на сложни вещества на по-прости се нарича катаболизъм. По този начин протеините, мазнините и въглехидратите в храната се разграждат на по-прости компоненти (аминокиселини, мастни киселини и монозахариди) под действието на ензими в храносмилателния тракт. Това освобождава енергия. Нарича се обратният процес, т.е. синтезът на сложни съединения от по-прости анаболизъм . Това идва с разход на енергия. От аминокиселини, мастни киселини и монозахариди, образувани в резултат на храносмилането, в клетките се синтезират нови клетъчни протеини, мембранни фосфолипиди и полизахариди.

Има концепция амфиболизъм когато едно съединение се разрушава, но се синтезира друго.

Метаболитен цикъл е метаболитен път, при който един от крайните продукти е идентичен на едно от съединенията, участващи в този процес.

Конкретен метаболитен път е набор от трансформации на едно специфично съединение (въглехидрати или протеини). Общият метаболитен път е, когато участват два или повече вида съединения (въглехидрати, липиди и частично протеини участват в енергийния метаболизъм).

Метаболитни субстрати - съединения, доставяни с храна. Сред тях има основни хранителни вещества (протеини, въглехидрати, липиди) и второстепенни, които идват в малки количества (витамини, минерали).

Интензивността на метаболизма се определя от нуждата на клетката от определени вещества или енергия; регулирането се извършва по четири начина:

1) Общата скорост на реакция на определен метаболитен път се определя от концентрацията на всеки от ензимите в този път, стойността на pH на околната среда, вътреклетъчната концентрация на всеки от междинните продукти и концентрацията на кофактори и коензими.

2) Активността на регулаторните (алостерични) ензими, които обикновено катализират началните етапи на метаболитните пътища. Повечето от тях се инхибират от крайния продукт на този път и този тип инхибиране се нарича "обратна връзка".

3) Генетичен контрол, който определя скоростта на синтез на определен ензим. Ярък пример е появата на индуцируеми ензими в клетка в отговор на доставянето на съответния субстрат.

4) Хормонална регулация. Редица хормони могат да активират или инхибират много ензими в метаболитните пътища.

Живите организми са термодинамично нестабилни системи. За тяхното формиране и функциониране е необходимо непрекъснато снабдяване с енергия във вид, подходящ за многостранно използване. За да получат енергия, почти всички живи същества на планетата са се приспособили да хидролизират една от пирофосфатните връзки на АТФ. В тази връзка една от основните задачи на биоенергетиката на живите организми е попълването на използвания АТФ от АДФ и АМФ.

Основният източник на енергия в клетката е окисляването на субстратите с атмосферен кислород. Този процес протича по три начина: добавяне на кислород към въглеродния атом, отнемане на водород или загуба на електрон. В клетките окислението протича под формата на последователно прехвърляне на водород и електрони от субстрата към кислорода. В този случай кислородът играе ролята на редуциращо съединение (окислител). Окислителните реакции протичат с освобождаване на енергия.Биологичните реакции се характеризират с относително малки промени в енергията. Това се постига чрез разделяне на процеса на окисление на няколко междинни етапа, което позволява да се съхранява на малки порции под формата на високоенергийни съединения (ATP). Редукцията на кислороден атом при взаимодействие с двойка протони и електрони води до образуването на водна молекула.

Тъканно дишане

Това е процесът на консумация на кислород от клетките на телесните тъкани, който участва в биологичното окисление. Този тип окисление се нарича аеробно окисление . Ако крайният акцептор във веригата за пренос на водород не е кислород, а други вещества (например пирогроздена киселина), тогава този тип окисление се нарича анаеробни.

Че. биологичното окисление е дехидрогениране на субстрат с помощта на междинни носители на водород и неговия краен акцептор.

Дихателна верига (ензими за тъканно дишане) са преносители на протони и електрони от окисления субстрат към кислорода. Окислителят е съединение, което може да приема електрони. Тази способност се характеризира количествено редокс потенциал спрямо стандартен водороден електрод, чието pH е 7,0. Колкото по-нисък е потенциалът на едно съединение, толкова по-силни са неговите редуциращи свойства и обратно.

Че. всяко съединение може да отдаде електрони само на съединение с по-висок редокс потенциал. В дихателната верига всяка следваща връзка има по-висок потенциал от предишната.

Дихателната верига се състои от:

1. NAD-зависима дехидрогеназа;

2. FAD-зависима дехидрогеназа;

3. Убихинон (Ko Q);

4. Цитохром b, c, a + a 3.

NAD-зависими дехидрогенази . Съдържа като коензим ПО-ГОРЕИ NADP. Пиридиновият пръстен на никотинамида е способен да приема електрони и водородни протони.

FAD и FMN-зависими дехидрогенази съдържат фосфорен естер на витамин B 2 като коензим ( ПРИЩЯВКА).

Убихинон (Ко Q ) отнема водород от флавопротеините и се превръща в хидрохинон.

Цитохроми - хромопротеинови протеини, способни да придобиват електрони поради наличието на железни порфирини като простетични групи в техния състав. Те приемат електрон от вещество, което е малко по-силен редуциращ агент и го прехвърлят на по-силен окислител. Железният атом е свързан към азотния атом на имидазоловия пръстен на хистидиновата аминокиселина от едната страна на равнината на порфириновия пръстен, а от другата страна към серния атом на метионина. Следователно, потенциалната способност на железния атом в цитохромите да свързва кислорода е потисната.

IN цитохром c порфириновата равнина е ковалентно свързана с протеина чрез два цистеинови остатъка и в цитохромексб И , той не е ковалентно свързан с протеини.

IN цитохром а+а 3 (цитохромоксидаза) вместо протопорфирин съдържа порфирин А, който се различава по редица структурни характеристики. Петата координационна позиция на желязото е заета от аминогрупа, принадлежаща към аминозахарен остатък, който е част от самия протеин.

За разлика от хема, хемолгобина, атомът на желязото в цитохромите може обратимо да се трансформира от двувалентно състояние в тривалентно, което осигурява електронен транспорт (вижте Приложение 1 „Атомна и електронна структура на хемопротеините“ за повече подробности).

Механизмът на действие на електронтранспортната верига

Външната мембрана на митохондриите (фиг. 4.8.1) е пропусклива за повечето малки молекули и йони, вътрешната мембрана е пропусклива за почти всички йони (с изключение на Н протоните) и за повечето незаредени молекули.

Всички горепосочени компоненти на дихателната верига са вградени във вътрешната мембрана. Транспортът на протони и електрони по дихателната верига се осигурява от потенциалната разлика между нейните компоненти. В този случай всяко увеличение на потенциала с 0,16 V освобождава енергия, достатъчна за синтеза на една ATP молекула от ADP и H 3 PO 4. Когато се консумира една молекула O2, се образуват 3 АТФ.

Процесите на окисление и образуване на АТФ от АДФ и фосфорна киселина т.е. Фосфорилирането се извършва в митохондриите. Вътрешната мембрана образува много гънки - кристи. Пространството е ограничено от вътрешна мембрана - матрицата. Пространството между вътрешната и външната мембрана се нарича интермембрана.

Такава молекула съдържа три високоенергийни връзки. Макроергичен или богата на енергия е химическа връзка, която при разкъсване освобождава повече от 4 kcal/mol. Хидролитичното разграждане на АТФ до АДФ и фосфорна киселина освобождава 7,3 kcal/mol. Точно толкова се изразходва за образуването на АТФ от АДФ и остатъка от фосфорна киселина и това е един от основните начини за съхраняване на енергия в тялото.

По време на транспортирането на електрони по дихателната верига се освобождава енергия, която се изразходва за добавяне на остатък от фосфорна киселина към ADP, за да се образуват една молекула АТФ и една молекула вода. По време на преноса на една двойка електрони по дихателната верига се отделят 21,3 kcal/mol и се съхраняват под формата на три ATP молекули. Това представлява около 40% от енергията, освободена по време на електронния транспорт.

Този метод за съхраняване на енергия в клетката се нарича окислително фосфорилиране или свързано фосфорилиране.

Молекулярните механизми на този процес са най-пълно обяснени от хемоосмотичната теория на Мичъл, представена през 1961 г.

Механизъм на окислително фосфорилиране (Фиг. 4.8.2.):

1) NAD-зависимата дехидрогеназа се намира на повърхността на матрицата на вътрешната митохондриална мембрана и дарява двойка водородни електрони на FMN-зависимата дехидрогеназа. В този случай двойка протони също преминава от матрицата към FMN и в резултат на това се образува FMN H 2. По това време двойка протони, принадлежащи на NAD, се изтласква в междумембранното пространство.

2) FAD-зависимата дехидрогеназа дарява двойка електрони на Co Q и избутва няколко протона в междумембранното пространство. След получаване на електрони Co Q приема двойка протони от матрицата и се превръща в CoБърза помощ 2.

3) Ко Q H2 избутва двойка протони в междумембранното пространство и двойка електрони се прехвърля към цитохромите и след това към кислорода, за да образува водна молекула.

В резултат на това, когато двойка електрони се прехвърля по веригата от матрицата към междумембранното пространство, се изпомпват 6 протона (3 двойки), което води до създаване на потенциална разлика и рН разлика между повърхностите на вътрешната мембрана.

4) Потенциалната разлика и рН разликата осигуряват движението на протоните през протонния канал обратно в матрицата.

5) Това обратно движение на протоните води до активиране на АТФ синтазата и синтеза на АТФ от АДФ и фосфорна киселина. При прехвърляне на една двойка електрони (т.е. три двойки протони) се синтезират 3 молекули АТФ (фиг. 4.7.3.).

Дисоциация на процесите на дишане и окислително фосфорилиране възниква, когато протоните започнат да проникват през вътрешната мембрана на митохондриите. В този случай градиентът на pH се изравнява и движещата сила за фосфорилиране изчезва. Химическите разединители се наричат ​​протонофори; те са способни да транспортират протони през мембрана. Те включват 2,4-динитрофенол, тиреоидни хормони и др. (фиг. 4.8.3.).

Полученият АТФ от матрицата в цитоплазмата се пренася от транслоказни ензими, докато в обратна посока една молекула ADP и една молекула фосфорна киселина се прехвърлят в матрицата. Ясно е, че нарушаването на ADP и фосфатния транспорт инхибира синтеза на АТФ.

Скоростта на окислителното фосфорилиране зависи главно от съдържанието на АТФ; колкото по-бързо се консумира, толкова повече се натрупва ADP, толкова по-голяма е необходимата енергия и следователно процесът на окислително фосфорилиране е по-активен. Регулирането на скоростта на окислителното фосфорилиране чрез клетъчната концентрация на ADP се нарича дихателен контрол.

ЛИТЕРАТУРА КЪМ ГЛАВАТА IV.8.

1. Бишевски А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия за лекаря // Екатеринбург: Уралский рабочий, 1994, 384 с.;

2. Knorre D. G., Myzina S. D. Биологична химия. – М.: Висше. училище 1998, 479 стр.;

3. Leninger A. Биохимия. Молекулярна основа на клетъчната структура и функции // М .: Мир, 1974, 956 с.;

4. Пустовалова Л.М. Семинар по биохимия // Ростов на Дон: Феникс, 1999, 540 с.;

5. Степанов В. М. Молекулярна биология. Структура и функции на протеини // М .: Висше училище, 1996, 335 с.;

Метаболизмът, неразривно свързан с енергийния обмен, е естествен ред на трансформация на материята и енергията в живите системи, насочен към тяхното запазване и самовъзпроизвеждане. Ф. Енгелс отбелязва обмяната на веществата като най-важното свойство на живота, с прекратяването на което самият живот престава. Той подчерта диалектическия характер на този процес и изтъкна, че

От последователно материалистична гледна точка основателят на руската физиология И. М. Сеченов разглежда ролята на метаболизма в живота на организмите. К. А. Тимирязев последователно поддържа идеята, че основното свойство, което характеризира живите организми, е постоянен активен обмен между веществото, което изгражда организма, и веществото на околната среда, което организмът постоянно възприема, асимилира, превръща го в нещо подобно, отново променя и разграничава в процеса на дисимилация. I.P. Павлов разглежда метаболизма като основа за проявата на жизнената активност, като основа за физиологичните функции на тялото. Значителен принос в познаването на химията на жизнените процеси е направен от А. И. Опарин, който изучава основните закономерности на еволюцията на метаболизма по време на възникването и развитието на живота на Земята.

ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНИ

Или метаболизмът е съвкупност от химични реакции в организма, които му осигуряват необходимите за живота вещества и енергия: самосъхранение и самовъзпроизвеждане. Самовъзпроизвеждането се разбира като трансформация на субстанция, идваща отвън, в субстанции и структури на самото тяло, което води до непрекъснато обновяване, растеж и възпроизводство на тъканите.

В метаболизма има:

• външен обмен- включва извънклетъчната трансформация на веществата по пътя на навлизането им в тялото и отстраняването на метаболитни продукти от него [покажи] .

  Приемането на вещества в тялото и отделянето на метаболитни продукти заедно представляват обмен на вещества между околната среда и организма и се определя като външен обмен.

  Външният обмен на вещества (и енергия) се извършва постоянно.

  Човешкото тяло получава от външната среда кислород, вода, минерални соли, хранителни вещества, витамини, необходими за изграждането и обновяването на структурните елементи на клетките и тъканите и образуването на енергия. Всички тези вещества могат да се нарекат хранителни продукти, част от които са с биологичен произход (растителни и животински продукти) и по-малка част с небиологичен (вода и минерални соли, разтворени в нея).

  Хранителните вещества, доставени с храната, се разлагат с образуването на аминокиселини, монозахариди, мастни киселини, нуклеотиди и други вещества, които, смесени със същите вещества, образувани по време на непрекъснатото разграждане на структурните и функционални компоненти на клетката, съставляват общия пул на метаболитите на тялото. Този фонд се изразходва в две посоки: част се използва за обновяване на разпадналите се структурни и функционални компоненти на клетката; другата част се превръща в крайни продукти на метаболизма, които се изхвърлят от организма.

  Когато веществата се разграждат до крайни метаболитни продукти, се освобождава енергия; при възрастен човек 8000-12000 kJ (2000-3000 kcal) на ден. Тази енергия се използва от клетките на тялото за извършване на различни видове работа, както и за поддържане на телесната температура на постоянно ниво.

• междинен обмен- включва трансформацията на вещества в биологичните клетки от момента на влизането им до образуването на крайни продукти (например метаболизъм на аминокиселини, метаболизъм на въглехидрати и др.)

Метаболитни етапи. Има три последователни етапа.

Прочетете повече за

• прием (Храненето е неразделна част от метаболизма (приемането на вещества от околната среда в организма))
• храносмилане (Биохимия на храносмилането (смилане на хранителни вещества))
• абсорбция (Биохимия на храносмилането (усвояване на хранителни вещества))

Междинният метаболизъм (или метаболизъм) е трансформацията на вещества в тялото от момента, в който те навлязат в клетките до образуването на крайните метаболитни продукти, т.е. набор от химични реакции, които протичат в живите клетки и осигуряват на тялото вещества и енергия за неговата жизнена дейност, растеж и размножаване. Това е най-сложната част от метаболизма.

След като влезе в клетката, хранителното вещество се метаболизира - претърпява поредица от химични промени, катализирани от ензими. Специфичната последователност от такива химични промени се нарича метаболитен път, а получените междинни продукти се наричат ​​метаболити. Метаболитните пътища могат да бъдат представени под формата на метаболитна карта.

В резултат на метаболитната активност във всички части на тялото се образуват вредни вещества, които попадат в кръвта и трябва да бъдат отстранени. Тази функция се изпълнява от бъбреците, които отделят вредните вещества и ги изпращат в пикочния мехур, откъдето след това се изхвърлят от тялото. В метаболитния процес участват и други органи: черен дроб, панкреас, жлъчен мехур, черва, потни жлези.

Човек отделя основните крайни продукти на метаболизма в урината, изпражненията, потта и издишания въздух - CO 2, H 2 O, урея H 2 N - CO - NH 2. Водородът от органични вещества се отделя под формата на H 2 O и тялото отделя повече вода, отколкото консумира (вижте таблица 24): приблизително 400 g вода се образуват на ден в тялото от водород от органични вещества и кислород от вдишания въздух (метаболитна вода). Въглеродът и кислородът от органичните вещества се отстраняват под формата на CO 2, а азотът се отстранява под формата на урея.

Освен това човек отделя много други вещества, но в малки количества, така че техният принос за общия баланс на метаболизма между тялото и околната среда е малък. Все пак трябва да се отбележи, че физиологичното значение на освобождаването на такива вещества може да бъде значително. Например, нарушаването на освобождаването на продукти от разпада на хема или метаболитни продукти на чужди съединения, включително лекарства, може да причини тежки метаболитни нарушения и функции на тялото.

Метаболитни субстрати- химически съединения, идващи от храната. Сред тях могат да се разграничат две групи: основни хранителни вещества (въглехидрати, протеини, липиди) и второстепенни, доставяни в малки количества (витамини, минерални съединения).

Прието е да се прави разлика между заменими и незаменими хранителни вещества. Основните хранителни вещества са тези, които не могат да се синтезират в организма и следователно трябва да се набавят с храната.

Метаболитен път- това е естеството и последователността на химичните трансформации на определено вещество в тялото. Междинните продукти, образувани по време на процеса на трансформация, се наричат ​​метаболити, а последното съединение на метаболитния път е крайният продукт.

Химичните трансформации се извършват непрекъснато в тялото. В резултат на храненето на тялото изходните вещества претърпяват метаболитни трансформации; Крайните продукти на метаболизма непрекъснато се отстраняват от тялото. По този начин организмът е термодинамично отворена химическа система. Най-простият пример за метаболитна система е единична неразклонена метаболитна верига:

-->a -->b -->c -->d -->

При постоянен поток от вещества в такава система се установява динамично равновесие, когато скоростта на образуване на всеки метаболит е равна на скоростта на неговото потребление. Това означава, че концентрацията на всеки метаболит остава постоянна. Това състояние на системата се нарича стационарно, а концентрациите на веществата в това състояние се наричат ​​стационарни концентрации.

Живият организъм във всеки един момент не отговаря на дадената дефиниция за стационарно състояние. Въпреки това, като се има предвид средната стойност на неговите параметри за сравнително голям период от време, може да се отбележи тяхното относително постоянство и по този начин да се оправдае прилагането на концепцията за стационарна система към живите организми [покажи] .

На фиг. 64 е представен хидродинамичен модел на неразклонена метаболитна верига. В това устройство височината на течния стълб в цилиндрите моделира съответно концентрациите на метаболитите a-d, а пропускателната способност на свързващите тръби между цилиндрите моделира скоростта на съответните ензимни реакции.

При постоянна скорост на течността, навлизаща в системата, височината на колоната на течността във всички цилиндри остава постоянна: това е стационарно състояние.

Ако скоростта на навлизане на течност се увеличи, тогава височината на колоната на течността във всички цилиндри и скоростта на потока на течността през цялата система ще се увеличат: системата се е преместила в ново стационарно състояние. Подобни преходи се случват в метаболитните процеси в живата клетка.

Регулиране на метаболитните концентрации

Обикновено има реакция в метаболитната верига, която протича много по-бавно от всички други реакции - това е ограничаващата скоростта стъпка в пътя. На фигурата такъв етап е моделиран чрез тясна свързваща тръба между първия и втория цилиндър. Етапът на ограничаване на скоростта определя общата скорост на превръщане на изходното вещество в крайния продукт на метаболитната верига. Често ензимът, който катализира реакцията, ограничаваща скоростта, е регулаторен ензим: неговата активност може да се промени под въздействието на клетъчни инхибитори и активатори. По този начин се осигурява регулиране на метаболитния път. На фиг. 64, преходна тръба с клапан между първия и втория цилиндър моделира регулаторен ензим: чрез повдигане или спускане на клапана системата може да бъде прехвърлена в ново стационарно състояние, с различен общ дебит на течността и други нива на течност в цилиндри.

В разклонените метаболитни системи регулаторните ензими обикновено катализират първите реакции в мястото на разклоняване, като реакции b --> c и b --> i на фиг. 65. Това осигурява възможност за независимо регулиране на всеки клон на метаболитната система.

Много метаболитни реакции са обратими; посоката на техния поток в жива клетка се определя от консумацията на продукта в последваща реакция или отстраняването на продукта от реакционната сфера, например чрез екскреция (фиг. 65).

При промяна на състоянието на тялото (прием на храна, преход от покой към физическа активност и др.) Концентрацията на метаболитите в тялото се променя, т.е. установява се ново стационарно състояние. Но при едни и същи условия, например след нощен сън (преди закуска), те са приблизително еднакви при всички здрави хора; Благодарение на действието на регулаторните механизми, концентрацията на всеки метаболит се поддържа на характерното за него ниво. Средните стойности на тези концентрации (посочващи границите на колебанията) служат като една от характеристиките на нормата. При заболявания концентрациите на метаболитите в стационарно състояние се променят и тези промени често са специфични за конкретно заболяване. На това се основават много биохимични методи за лабораторна диагностика на заболявания.

Има две посоки в метаболитния път – анаболизъм и катаболизъм (фиг. 1).

• Анаболните реакции са насочени към превръщане на по-прости вещества в по-сложни, които образуват структурните и функционални компоненти на клетката, като коензими, хормони, протеини, нуклеинови киселини и др. Тези реакции са предимно редукционни, придружени от изразходване на свободна химична енергия (ендергонични реакции). Източникът на енергия за тях е процесът на катаболизъм. В допълнение, катаболната енергия се използва за осигуряване на функционалната активност на клетката (двигателна и други).
• Катаболните трансформации са процесите на разграждане на сложни молекули, както тези, получени с храната, така и тези, включени в клетката, до прости компоненти (въглероден диоксид и вода); тези реакции обикновено са окислителни и са придружени от освобождаване на свободна енергия (екзергонични реакции).

Амфиболен път(двойно) - път, по време на който се комбинират катаболни и анаболни трансформации, т.е. Заедно с разрушаването на едно съединение се получава синтез на друго.

Амфиболичните пътища са свързани с крайната или крайната окислителна система на веществата, където те изгарят до крайни продукти (CO 2 и H 2 O) с образуването на големи количества енергия. В допълнение към тях, крайните продукти на метаболизма са урея и пикочна киселина, които се образуват при специални реакции на обмен на аминокиселини и нуклеотиди. Връзката между метаболизма чрез системата ATP-ADP и амфиболичния цикъл на метаболитите е показана схематично на фиг. 2.

ATP-ADP система(ATP-ADP цикъл) е цикъл, при който протича непрекъснато образуване на ATP молекули, чиято хидролиза енергия се използва от тялото при различни видове работа.

Това е метаболитен път, при който един от крайните продукти е идентичен на едно от съединенията, участващи в този процес (фиг. 3).

Анаплеротичен път- метаболитен, чийто краен продукт е идентичен с един от междинните продукти на всеки цикличен път. Анаплеротичният път в примера на фиг. 3 попълва цикъла с продукт X (анаплероза - попълване).

Нека използваме този пример. В града се движат автобуси с марки X, Y, Z. Маршрутите им са показани на диаграмата (фиг. 4).

Въз основа на този пример ние дефинираме следното.

• Конкретен метаболитен път е набор от трансформации, характерни само за конкретно съединение (например въглехидрати, липиди или аминокиселини).
• Общият метаболитен път е набор от трансформации, които включват два или повече вида съединения (например въглехидрати и липиди или въглехидрати, липиди и аминокиселини).

Локализация на метаболитните пътища

Катаболните и анаболните пътища при еукариотни индивиди се различават по своята локализация в клетката (Таблица 22.).

Това разделение се дължи на ограничаването на ензимните системи в определени области на клетката (компартментализация), което осигурява както сегрегация, така и интегриране на вътреклетъчните функции, както и подходящ контрол.

Понастоящем, благодарение на електронномикроскопските и хистохимичните изследвания, както и метода на диференциалното центрофугиране, е постигнат значителен напредък в определянето на вътреклетъчната локализация на ензимите. Както се вижда от фиг. 74, в клетка можете да намерите клетъчна или плазмена мембрана, ядро, митохондрии, лизозоми, рибозоми, система от тубули и везикули - ендоплазмен ретикулум, ламеларен комплекс, различни вакуоли, вътреклетъчни включвания и др. Основната недиференцирана част от клетъчната цитоплазма по отношение на масата е хиалоплазма (или цитозол).

Установено е, че РНК полимеразите, т.е. ензимите, които катализират образуването на иРНК, са локализирани в ядрото (по-точно в нуклеола). Ядрото съдържа ензими, участващи в процеса на репликация на ДНК и някои други (Таблица 23).

Връзка между ензими и клетъчни структури:

• Митохондриите. С митохондриите са свързани ензими на веригата на биологично окисление (тъканно дишане) и окислително фосфорилиране, както и ензими на комплекса пируват дехидрогеназа, цикъл на трикарбоксилна киселина, синтез на урея, окисление на мастни киселини и др.
• Лизозоми. Лизозомите съдържат главно хидролитични ензими с оптимално рН около 5. Именно поради хидролитичната природа на ензимите тези частици се наричат ​​лизозоми.
• Рибозоми. Ензимите на протеиновия синтез са локализирани в рибозомите; в тези частици иРНК се транслира и аминокиселините се свързват в полипептидни вериги, за да образуват протеинови молекули.
• Ендоплазмения ретикулум. Ендоплазменият ретикулум съдържа ензими за липидния синтез, както и ензими, участващи в реакциите на хидроксилиране.
• Плазмената мембрана. АТФ-азата, която транспортира Na+ и K+, аденилатциклазата и редица други ензими са предимно свързани с плазмената мембрана.
• Цитозол. Цитозолът (хиалоплазмата) съдържа ензими на гликолизата, пентозния цикъл, синтеза на мастни киселини и мононуклеотиди, активирането на аминокиселини, както и много ензими на глюконеогенезата.

В табл 23 са обобщени данни за локализацията на най-важните ензими и отделните метаболитни етапи в различни субклетъчни структури.

Мултиензимните системи са локализирани в структурата на органелите по такъв начин, че всеки ензим е разположен в непосредствена близост до следващия ензим в дадена последователност от реакции. Поради това времето, необходимо за дифузия на реакционните междинни продукти, се намалява и цялата последователност от реакции е строго координирана във времето и пространството. Това важи например за ензимите, участващи в окисляването на пирогроздена киселина и мастни киселини, в синтеза на протеини, както и за ензимите на преноса на електрони и окислителното фосфорилиране.

Компартментализацията също така гарантира, че химически несъвместими реакции протичат едновременно, т.е. независимост на пътищата на катаболизъм и анаболизъм. По този начин в клетката може едновременно да протича окисление на дълговерижни мастни киселини до етапа на ацетил-КоА и обратния процес, синтез на мастни киселини от ацетил-КоА. Тези химически несъвместими процеси протичат в различни части на клетката: окислението на мастните киселини в митохондриите и техния синтез извън митохондриите в хиалоплазмата. Ако тези пътища съвпадаха и се различаваха само в посоката на процеса, тогава в обмена биха възникнали така наречените безполезни или безполезни цикли. Такива цикли възникват в патологията, когато е възможна безполезна циркулация на метаболити.

Изясняването на отделните връзки на обмяната на веществата в различни класове растения, животни и микроорганизми разкрива фундаментална общност на пътищата на биохимичните преобразувания в живата природа.

ОСНОВНИ РАЗПОРЕДБИ ЗА РЕГУЛИРАНЕ НА МЕТАБОЛИЗМА

Извършва се регулиране на метаболизма на клетъчно и субклетъчно ниво

1. чрез регулиране на синтеза и каталитичната активност на ензимите.

   Такива регулаторни механизми включват

   • потискане на ензимния синтез от крайните продукти на метаболитния път,
   • индуциране на синтеза на един или повече ензими от субстрати,
   • модулиране на активността на вече присъстващи ензимни молекули,
   • регулиране на скоростта на навлизане на метаболитите в клетката. Тук водеща роля играят биологичните мембрани, обграждащи протоплазмата и разположените в нея ядро, митохондрии, лизозоми и други субклетъчни органели.
2. чрез регулиране на синтеза и активността на хормоните. По този начин метаболизмът на протеините се влияе от хормона на щитовидната жлеза - тироксин; метаболизмът на мазнините се влияе от хормоните на панкреаса и щитовидната жлеза, надбъбречните жлези и хипофизната жлеза; метаболизмът на въглехидратите се влияе от хормоните на панкреаса (инсулин) и надбъбречните жлези ( адреналин). Специална роля в механизма на действие на хормоните принадлежи на цикличните нуклеотиди (cAMP и cGMP).

   При животните и хората хормоналната регулация на метаболизма е тясно свързана с координиращата дейност на нервната система. Пример за влиянието на нервната система върху въглехидратния метаболизъм е така наречената захарна инжекция на Клод Бернар, която води до хипергликемия и глюкозурия.

3. Най-важната роля в процесите на метаболитна интеграция принадлежи на кората на главния мозък. Както посочи И. П. Павлов: „Колкото по-съвършена е нервната система на животинския организъм, толкова по-централизирана е тя, толкова по-висок отдел е все повече и повече ръководител и разпределител на всички дейности на организма... Този по-висш отдел съдържа под негова юрисдикция всички явления, случващи се в тялото“.

По този начин специална комбинация, стриктна координация и скорост на метаболитни реакции заедно образуват система, която разкрива свойствата на механизма за обратна връзка (положителна или отрицателна).

МЕТОДИ ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ НА МЕЖДИННИЯ МЕТАБОЛИЗЪМ

Използват се два подхода за изследване на метаболизма:

• изследвания върху целия организъм (ин виво експерименти) [покажи]

  Класически пример за изследване на цял организъм, проведено в началото на този век, са експериментите на Knoop. Той изучава начина, по който мастните киселини се разграждат в тялото. За да направи това, Knoop хранеше кучета с различни мастни киселини с четен (I) и нечетен (II) брой въглеродни атоми, в които един водороден атом в метиловата група беше заменен с фенилов радикал C6H5:

  В първия случай фенилоцетната киселина C 6 H 5 -CH 2 -COOH винаги се екскретира в урината на кучетата, а във втория - бензоената киселина C 6 H 5 -COOH. Въз основа на тези резултати Knoop заключава, че разграждането на мастните киселини в тялото става чрез последователно елиминиране на двувъглеродни фрагменти, започвайки от карбоксилния край:

  CH 3 -CH 2 -|-CH 2 -CH 2 -|-CH 2 -CH 2 -|-CH 2 -CH 2 -|-CH 2 - COOH

  По-късно това заключение беше потвърдено с други методи.

  По същество в тези изследвания Knoop използва метода за етикетиране на молекули: той използва фенилов радикал, който не претърпява промени в тялото, като етикет. Започвайки около 40-те години на ХХ век. Широко разпространено е използването на вещества, чиито молекули съдържат радиоактивни или тежки изотопи на елементи. Например, чрез хранене на опитни животни с различни съединения, съдържащи радиоактивен въглерод (14 C), беше установено, че всички въглеродни атоми в молекулата на холестерола идват от въглеродните атоми на ацетата:

  

  Обикновено се използват или стабилни изотопи на елементи, които се различават по маса от елементите, които обикновено се срещат в тялото (обикновено тежки изотопи), или радиоактивни изотопи. От стабилните изотопи най-често използваните изотопи са водород с маса 2 (деутерий, 2 H), азот с маса 15 (15 N), въглерод с маса 13 (13 C) и кислород с маса от 18 (18 С). От радиоактивните изотопи изотопите на водород (тритий, 3 H), фосфор (32 P и 33 P), въглерод (14 C), сяра (35 S), йод (131 I), желязо (59 Fe), натрий (54 Na) се използват) и др.

  След като се маркира молекула на изследваното съединение с помощта на стабилен или радиоактивен изотоп и се въвежда в тялото, след това се определят белязаните атоми или химични групи, които ги съдържат, и след откриването им в определени съединения се прави заключение за начините, по които което маркираното вещество се трансформира в тялото. С помощта на изотопен етикет можете също да определите времето на престой на дадено вещество в тялото, което до определено приближение характеризира биологичния полуживот, т.е. времето, през което количеството на изотоп или белязано съединение се намалява наполовина, или да получите точна информация относно пропускливостта на мембраните на отделните клетки. Изотопите също се използват, за да се определи дали дадено вещество е прекурсор или продукт на разпадане на друго съединение и да се определи скоростта на обновяване на тъканите. И накрая, когато съществуват няколко метаболитни пътя, е възможно да се определи кой от тях е доминиращ.

  При изследвания върху цели организми се изследват и хранителните нужди на тялото: ако елиминирането на дадено вещество от диетата води до нарушаване на растежа и развитието или физиологичните функции на тялото, тогава това вещество е основен хранителен фактор. По подобен начин се определят и необходимите количества хранителни вещества.

• и изследвания върху изолирани части от тялото - аналитично-дезинтегриращи методи (ин витро експерименти, т.е. извън тялото, в епруветка или други лабораторни съдове). Принципът на тези методи е постепенното опростяване или по-скоро разпадане на сложна биологична система с цел изолиране на отделни процеси. Ако разгледаме тези методи в низходящ ред, тоест от по-сложни към по-прости системи, тогава те могат да бъдат подредени в следния ред:
  • отстраняване на отделни органи [покажи]

    Когато органите се отстраняват, има два обекта на изследване: организъм без отстранен орган и изолиран орган.

    Изолирани органи. Ако разтвор на вещество се инжектира в артерията на изолиран орган и веществата се анализират в течността, изтичаща от вената, тогава е възможно да се установи какви трансформации претърпява това вещество в органа. Например, по този начин беше установено, че черният дроб служи като основно място за образуване на кетонови тела и урея.

    Подобни експерименти могат да се извършват върху органи, без да се изолират от тялото (метод на артериовенозна разлика): в тези случаи кръвта за анализ се взема с помощта на канюли, поставени в артерията и вената на органа, или с помощта на спринцовка. По този начин например може да се установи, че в кръвта, изтичаща от работещите мускули, се повишава концентрацията на млечна киселина, а при преминаване през черния дроб кръвта се освобождава от млечна киселина.

  • метод на разрез на тъкани [покажи]

    Срезовете са тънки парчета тъкан, които се правят с помощта на микротом или просто бръснарско ножче. Срезовете се инкубират в разтвор, съдържащ хранителни вещества (глюкоза или други) и вещество, чиито трансформации в клетки от даден тип се искат да бъдат определени. След инкубацията се анализират метаболитните продукти на тестваното вещество в инкубационната течност.

    Методът на тъканните срезове е предложен за първи път от Warburg в началото на 20-те години. С помощта на тази техника е възможно да се изследва тъканното дишане (консумация на кислород и отделяне на въглероден диоксид от тъканите). Значително ограничение в изследването на метаболизма в случай на използване на тъканни срезове са клетъчните мембрани, които често действат като бариери между съдържанието на клетката и „хранителния“ разтвор.

  • хомогенати и субклетъчни фракции [покажи]

    

    Хомогенатите са безклетъчни препарати. Те се получават чрез разрушаване на клетъчните мембрани чрез натриване на тъкан с пясък или в специални устройства - хомогенизатори (фиг. 66). В хомогенатите няма непропусклива бариера между добавените субстрати и ензимите.

    Разрушаването на клетъчните мембрани позволява директен контакт между клетъчното съдържание и добавените съединения. Това дава възможност да се установи кои ензими, коензими и субстрати са важни за изследвания процес.

    Фракциониране на хомогенати.От хомогената могат да се изолират субклетъчни частици, както надмолекулни (клетъчни органели), така и отделни съединения (ензими и други протеини, нуклеинови киселини, метаболити). Например, използвайки диференциално центрофугиране, можете да получите фракции от ядра, митохондрии и микрозоми (микрозомите са фрагменти от ендоплазмения ретикулум). Тези органели варират по размер и плътност и следователно се утаяват при различни скорости на центрофугиране. Използването на изолирани органели дава възможност да се изследват метаболитните процеси, свързани с тях. Например, изолирани рибозоми се използват за изследване на пътищата и механизмите на протеиновия синтез, а митохондриите се използват за изследване на окислителните реакции на цикъла на Кребс или веригата от дихателни ензими.

    След утаяване на микрозомите в супернатантата остават разтворими компоненти на клетката - разтворими протеини, метаболити. Всяка от тези фракции може да бъде допълнително фракционирана с помощта на различни методи, като се изолират техните съставни компоненти. От изолираните компоненти е възможно да се реконструират биохимични системи, например проста система "ензим + субстрат" и такива сложни като системи за синтез на протеини и нуклеинови киселини.

  • частична или пълна реконструкция на ензимна система in vitro с помощта на ензими, коензими и други компоненти на реакцията [покажи]

    Използва се за интегриране на високо пречистени ензими и коензими. Например, с помощта на този метод стана възможно напълно да се възпроизведе ферментационна система, която има всички основни характеристики на ферментацията с дрожди.

Разбира се, тези методи имат стойност само като стъпка, необходима за постигане на крайната цел - разбиране на функционирането на целия организъм.

ОСОБЕНОСТИ НА ИЗУЧАВАНЕТО НА БИОХИМИЯТА НА ЧОВЕКА

Има дълбоки прилики в молекулярните процеси на различните организми, които обитават Земята. Такива фундаментални процеси като биосинтеза на матрицата, механизми на енергийна трансформация и основни пътища на метаболитни трансформации на веществата са приблизително еднакви в организмите от бактерии до висши животни. Следователно, много от резултатите от проучванията, проведени с E. coli, изглеждат приложими за хора. Колкото по-голяма е филогенетичната свързаност на видовете, толкова по-общи са техните молекулярни процеси.

Преобладаващата част от знанията за човешката биохимия се получават по този начин: въз основа на известни биохимични процеси в други животни се изгражда хипотеза за най-вероятната версия на този процес в човешкото тяло и след това хипотезата се тества чрез директни изследвания на човешки клетки и тъкани. Този подход дава възможност да се провеждат изследвания върху малко количество биологичен материал, получен от хора. Най-често използваните тъкани са тъкани, отстранени по време на хирургични операции, кръвни клетки (еритроцити и левкоцити), както и човешки тъканни клетки, отгледани в култура in vitro.

Изследването на наследствените заболявания на човека, необходимо за разработване на ефективни методи за тяхното лечение, едновременно предоставя много информация за биохимичните процеси в човешкото тяло. По-специално, вроден дефект на ензима причинява натрупването на неговия субстрат в тялото; при изучаване на такива метаболитни нарушения понякога се откриват нови ензими и реакции, количествено незначителни (поради което не са забелязани при изследване на нормата), които обаче имат жизненоважно значение.

Модулна единица 1 ЕНЗИМИТЕ КАТО ПРОТЕИНОВИ КАТАЛИЗАТОРИ

Цели на обучението Да може да:

1. Обяснете свойствата на ензимите и характеристиките на ензимната катализа чрез тяхната протеинова природа.

2. Оценете ролята на витамините в храненето на човека като субстрати за синтеза на коензими.

3. Определете дали ензимите принадлежат към определен клас и подклас в съответствие с тяхната номенклатура.

4. Изчислете ензимната активност и оценете афинитета на ензима към субстрата.

Зная:

1. Структурни особености на ензимите като протеинови катализатори.

2. Видове ензимна специфичност.

3. Основи на класификацията на ензимите, класове ензими, примери за реакции, катализирани от ензими.

4. Структурата на коензимите и кофакторите и тяхната роля в ензимната катализа, ролята на витамините в този процес.

5. Основи на ензимната кинетика.

6. Единици за ензимна активност и методи за тяхното определяне.

ТЕМА 2.1. СВОЙСТВА НА ЕНЗИМА КАТО ПРОТЕИН

КАТАЛИЗАТОР

1. Ензимите са протеинови катализаториускоряване на химичните реакции в живите клетки. Те притежават всички свойства, характерни за протеините и определени структурни особености, които определят техните каталитични свойства. Освен това ензимите се подчиняват на общите закони на катализата и имат свойства, характерни за небиологичните катализатори: те ускоряват енергийно възможните реакции, поддържат енергията на химическата система постоянна и не се изразходват по време на реакционния процес.

2. Ензимите се характеризират с:

специфичност.Биологичната функция на ензима, подобно на всеки протеин, се определя от наличието в неговата структура на активен център, с който взаимодейства специфичен лиганд. Лигандът, който взаимодейства с активния център на ензима, се нарича субстрат.

каталитична ефективност.Повечето ензимно-катализирани реакции са високоефективни, протичат 10 8 -10 14 пъти по-бързо от некатализираните реакции. Всяка ензимна молекула е способна да трансформира от 100 до 1000 молекули субстрат в продукт за секунда.

конформационна лабилност.Каталитичната ефективност на ензима, подобно на всяка протеинова молекула, зависи от неговата конформация и по-специално от конформацията на активния център. В клетките има вещества, които могат да причинят незначителни промени в конформацията на ензимната молекула поради разкъсването на едни и образуването на други слаби връзки; това може да причини повишаване или намаляване на ензимната активност.

3. Ензимната активност може да се регулира.Действието на ензимите в клетката, като правило, е строго подредено: продуктът на една ензимна реакция е субстрат на друга; като по този начин се образува метаболитни пътища.Сред многото ензими на почти всеки метаболитен път има ключови или регулаторен,ензими, чиято активност може да варира в зависимост от нуждата на клетката от крайния продукт на метаболитния път.

4. Оптимални условия за ензимни реакции:температура 37-38 °C; нормално атмосферно налягане, pH 6,9-7,7, характерно за повечето тъкани. Обратно, ефективната химическа катализа често изисква високи температури и налягания, както и екстремни стойности на pH.

ТЕМА 2.2. АКТИВЕН ЦЕНТЪР: СПЕЦИФИЧНОСТ НА ДЕЙСТВИЕТО НА ЕНЗИМА

1. Активен център на ензими- това е определена част от протеинова молекула, която е способна да се свърже допълнително със субстрата и да осигури неговата каталитична трансформация. Структурата на активния център се формира от аминокиселинни радикали, точно както в случая на активния център на всеки протеин. Активният център на ензима съдържа аминокиселинни остатъци, чиито функционални групи осигуряват допълнително свързване на субстрата (място на свързване), и аминокиселинни остатъци, чиито функционални групи извършват химическата трансформация на субстрата (каталитично място) ( Фиг. 2.1).

Ориз. 2.1. Схема на структурата на активния център на ензима.

В червено са отбелязани аминокиселините, които образуват активния център на ензима: 1 - място на свързване; 2 - каталитична секция

2. Специфичност- най-важното свойство на ензимите, което определя биологичното значение на ензимите. Разграничете субстратИ каталитична специфичност на ензима,които се определят от структурата на активния център.

3. Под специфичност на субстратасе отнася до способността на всеки ензим да взаимодейства само с един или няколко специфични субстрата.

Има:

- абсолютна субстратна специфичност,ако активното място на ензима е комплементарен само на един субстрат;

- групова субстратна специфичност,ако ензимът катализира същия тип реакция с малко количество (група) структурно подобни субстрати;

- стереоспецифичност,ако ензимът проявява абсолютна специфичност само за един от съществуващите стереоизомери на субстрата.

4. Каталитична специфичностили специфичността на пътя на преобразуване на субстрата, осигурява трансформацията на същия субстрат под действието на различни ензими. Това се осигурява от структурата на каталитичните центрове на активните центрове на съответните ензими. Например молекула

Глюкозо-6-фосфатът в човешките чернодробни клетки е субстрат на четири различни ензима: фосфоглюкомутаза, глюкозо-6-фосфат фосфатаза, фосфоглюкоизомераза и глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа. Въпреки това, поради структурните особености на каталитичните места на тези ензими, настъпват различни трансформации на глюкозо-6-фосфат с образуването на четири различни продукта (фиг. 2.2).

Ориз. 2.2. Каталитични пътища за превръщане на глюкозо-6-фосфат.

Специфичността на пътя на преобразуване на субстрата прави възможно трансформирането на един и същ субстрат под действието на различни ензими. Молекулата на глюкозо-6-фосфата е субстрат за различни ензими, което води до образуването на различни продукти

ТЕМА 2.3. МЕХАНИЗЪМ НА ДЕЙСТВИЕ НА ЕНЗИМА

1. По време на катализа, субстратът, свързан с активното място на ензима в комплекс ензим-субстрат (ES), претърпява химично превръщане в продукт, който след това се освобождава. Процесът на катализа може да бъде схематично представен по следния начин:

Процесът на ензимна катализа може да бъде разделен на етапи (фиг. 2.3). На етап I субстратът се приближава и ориентира в областта на активния център на ензима. В резултат на II етап индуцирана кореспонденция[промяна в конформацията на субстрата (S) и активния център на ензима] се образува ензим-субстратен комплекс (ES). На етап III връзките в субстрата се дестабилизират и се образува нестабилен комплекс ензим-продукт (ЕР). На етап IV комплексът (EP) се разпада с освобождаване на реакционни продукти от активния център и освобождаване на ензима.

2. За да се разбере енергията на химическата реакция, е необходимо да се вземе предвид промяната в енергията на субстратите и реакционните продукти, както и ролята на ензимите в този процес. Известно е, че за да се осъществи реакция, субстратите трябва да получат такова количество допълнителна енергия (наречена енергия на активиране E a), което е необходимо на молекулите на субстрата да влязат в реакцията (фиг. 2.4). В случай на ензимна реакция енергията на активиране намалява, което осигурява по-ефективна реакция.

Ориз. 2.3. Етапи на ензимна катализа:

I - етап на приближаване и ориентация на субстрата в активния център на ензима; II - образуване на ензим-субстратен комплекс (Eb); III - образуване на нестабилен комплекс ензим-продукт (EP); IV - освобождаване на реакционни продукти от активния център на ензима

Ориз. 2.4. Промяна в свободната енергия по време на химическа реакция, некатализирана и катализирана от ензими.

Ензимът намалява енергията на активиране E a, т.е. намалява височината на енергийната бариера; в резултат на това делът на реактивните молекули се увеличава и скоростта на реакцията се увеличава

ТЕМА 2.4. КОФАКТОРИ И КОЕНЗИМИ

Повечето ензими изискват наличието на определени непротеинови вещества - кофактори - за да проявят каталитична активност. Има две групи кофактори: метални йони и коензими.

1. Металните йони участват във функционирането на ензима по различни начини.

Промяна на конформацията на субстратната молекула,което осигурява допълващо взаимодействие с активния център. Например комплексът Mg2+-ATP действа като субстрат.

Осигуряват нативната конформация на активния център на ензима.йони

Mg 2 +, Mn 2 +, Zn 2 +, Co 2 +, Mo 2 + участват в стабилизирането на активния център на ензимите и допринасят за добавянето на коензима.

Те стабилизират конформацията на ензимната протеинова молекула.Например, цинковите йони са необходими за стабилизиране на кватернерната структура на ензима алкохол дехидрогеназа, който катализира окисляването на етанол.

Пряко участва в ензимната катализа.Йоните Zn 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cu 2 + участват в електрофилната катализа. Металните йони с променлива валентност също могат да участват в преноса на електрони. Например, в цитохромите (хем-съдържащи протеини), железният йон е способен да прикрепи и дари един електрон. Благодарение на това свойство цитохромите участват в редокс реакции:

2. Коензимиса органични вещества, най-често производни на витамини, които участват пряко в ензимната катализа, тъй като се намират в активния център на ензимите. Нарича се ензим, съдържащ коензим и притежаващ ензимна активност холоензим.Белтъчната част на такъв ензим се нарича апоензим,който при липса на коензим няма каталитична активност.

Коензимът може да се свърже с протеиновата част на ензима само по време на реакцията или да бъде свързан с апоензима чрез силни ковалентни връзки. В последния случай се нарича протезна група.Примери за най-често срещаните коензими - производни на витамини, както и участието им в ензимни процеси - са дадени в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Структура и функция на основните коензими

Край на масата. 2.1.

ТЕМА 2.5. КЛАСИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА

ЕНЗИМИ

1. Името на повечето ензими съдържа наставката "аза", прикрепена към името на субстрата на реакцията (например: уреаза, сукраза, липаза, нуклеаза) или към името на химическата трансформация на конкретен субстрат (например: лактат дехидрогеназа, аденилат циклаза, фосфоглюкомутаза, пируват карбоксилаза). Въпреки това, редица тривиални, исторически фиксирани имена на ензими са останали в употреба, които не дават информация за субстрата или вида на химичната трансформация (например трипсин, пепсин, ренин, тромбин и др.).

2. За да систематизира срещаните в природата ензими, през 1961 г. Международният съюз по биохимия и молекулярна биология (IUBMB) разработи номенклатура, според която всички ензими се разделят на шест основни класа в зависимост от вида на химичната реакция, която катализират. Всеки клас се състои от множество подкласове и подподкласове, в зависимост от химичната група на субстрата, който се преобразува, донора и акцептора на преобразуваните групи, наличието на допълнителни молекули и т.н. Всеки от шестте класа има свой собствен сериен номер, строго определен за него: 1 клас - оксидоредуктази; 2 клас - трансферази; 3 клас - хидролази; 4 клас - лиази; 5 клас - изомерази; 6 клас - лигази

Тази класификация е необходима за точното идентифициране на ензима: за всеки ензим има кодов номер. Например ензимът малдехидрогеназа има системното наименование L-малат: NAD оксидоредуктаза и кодовият номер е 1.1.1.38. Първата цифра показва номера на класа на ензима (в този случай числото 1 показва, че ензимът принадлежи към класа на оксидоредуктазите); втората цифра показва вида на реакцията, която се катализира (в този пример хидроксилната група е окислена); третата цифра означава наличието на коензим (в случая NAD+ коензим), последната цифра е серийният номер на ензима в тази подгрупа.

3. Характеристика на основните класове ензими с примери за реакциите, които катализират.

1. Оксидоредуктазикатализират различни редокс реакции. Класът е разделен на подкласове:

а) дехидрогеназикатализират реакции на дехидрогениране (елиминиране на водород с прехвърляне на електрони от дехидрогенирания субстрат към друг акцептор). Като акцептори на електрони се използват коензимите NAD+, NADP+, FAD, FMN. Този подклас включва ензимите малат дехидрогеназа (фиг. 2.5), изоцитрат дехидрогеназа, сукцинат дехидрогеназа, α-кетобутират дехидрогеназа и др.;

Ориз. 2.5. Реакция на дехидрогениране на малат

б) оксидази- катализират окислителни реакции с участието на молекулярен кислород (фиг. 2.6);

Ориз. 2.6. Реакция, катализирана от ензима цитохромоксидаза

V) оксигенази(хидроксилази) катализират окислителните реакции чрез включване на кислороден атом в хидроксилната група на субстратната молекула. Реакцията протича с участието на молекулярен кислород, един атом от който е прикрепен към субстрата, а вторият участва в образуването на водна молекула (фиг. 2.7).

Ориз. 2.7. Реакция на хидроксилиране на фенилаланин.

Реакционни коензими: тетрахидробиоптерин (H 4 BP) и дихидробиоптерин (H 2 BP)

2. Трансферази- катализират реакциите на трансфер на функционална група. В зависимост от прехвърлената група се разделят на подкласове: аминотрансферази (фиг. 2.8), ацилтрансферази, метилтрансферази, гликозилтрансферази, кинази (фосфотрансферази) (фиг. 2.9).

Ориз. 2.8. Реакция, катализирана от ензима ALT (аланин-а-кетоглутарат аминотрансфераза), който принадлежи към класа на трансферазите, подклас на аминотрансферазите.

PF - коензим пиридоксал фосфат

Ориз. 2.9. Реакция, катализирана от ензима протеин киназа, който принадлежи към класа на трансферазите, подклас на фосфотрансферазите.

АТФ е донор на остатъка от фосфорна киселина

3. Хидролазикатализират реакции на хидролиза (разцепване на ковалентна връзка с добавяне на водна молекула на мястото на прекъсване). Те са разделени на подкласове в зависимост от субстрата. Имената се образуват в зависимост от субстратната молекула или специфичната химична връзка, която се хидролизира: протеаза, амилаза, гликозидаза, нуклеаза, естераза, фосфатаза и др. Пример за реакционна схема за хидролиза на протеинова молекула е показана на фиг. 2.10.

Ориз. 2.10. Реакция на хидролиза на протеинова молекула

4. Лиази- лиазите включват ензими, които разцепват определени групи от субстрати по нехидролитичен начин, като CO 2, H 2 O, NH 2 SH 2 и т.н., или прикрепват (например водна молекула) чрез двойна връзка. Реакцията на декарбоксилиране (елиминиране на CO 2 молекула) е показана на фиг. 2.11, а реакцията на добавяне на водна молекула (хидратазна реакция) е на фиг. 2.12.

Ориз. 2.11. Реакция на декарбоксилиране (елиминиране на CO 2 молекула)

PF коензим пиридоксал фосфат

Ориз. 2.12. Реакцията на добавяне на водна молекула към фумарат

5. Изомеразикатализират различни вътрешномолекулни трансформации (фиг. 2.13).

Ориз. 2.13. Реакция, катализирана от ензима фосфоглюкоизомераза

6. Лигази(синтетази) катализират реакции, които усложняват една молекула чрез свързване на две молекули една към друга, за да образуват ковалентна връзка; в този случай се използва енергията на АТФ или други високоенергийни съединения (фиг. 2.14).

Ориз. 2.14. Реакция, катализирана от ензима глутамин синтетаза

ТЕМА 2.6. ОСНОВИ НА ЕНЗИМНАТА КИНЕТИКА

КАТАЛИЗА

1. Кинетиката на ензимните реакции е клон на ензимологията, който изучава зависимостта на скоростта на химичните реакции, катализирани от ензими, от химическата природа на реагиращите вещества и факторите на околната среда.

За измерване на каталитичната активност на ензимите се използват показатели като скорост на реакция или ензимна активност. Скорост на ензимна реакцияопределя се от намаляване на броя на молекулите на субстрата или увеличаване на броя на молекулите на продукта за единица време. Скоростта на ензимната реакция е мярка за каталитичната активност на ензима и се означава като ензимна активност.

На практика се използват конвенционални стойности за характеризиране на активността на ензима: 1 международна единица активност (IU) съответства на количеството ензим, което катализира превръщането на 1 µmol субстрат за 1 минута при оптимални условия (температура 37 ° C, оптимална рН стойност на разтвора) за ензимната реакция

реакции. Тези единици за активност се използват в медицинската и фармацевтичната практика за оценка на ензимната активност:

За да оцените броя на ензимните молекули сред другите протеини на дадена тъкан, определете специфичната активност (Sp.A.) на ензима, числено равна на количеството преобразуван субстрат (в µmol) за единица време от един милиграм (mg) протеин (ензим, изолиран от тъканта):

Степента на пречистване на ензима се съди по специфичната активност: колкото по-малко са чуждите протеини, толкова по-висока е специфичната активност.

2. Кинетиката на ензимните реакции се изучава при оптимални условия за ензимната реакция. Оптималните условия са индивидуални за всеки ензим и се определят основно от температурата, при която протича реакцията и рН стойността на разтвора.

повишаване на температуратадо определени граници, той влияе на скоростта на ензимната реакция по същия начин, по който температурата влияе на всяка химична реакция: с повишаване на температурата скоростта на ензимната реакция се увеличава. Скоростта на ензимната химична реакция обаче има свой температурен оптимум, чийто излишък е придружен от намаляване на ензимната активност, което е свързано с термична денатурация на протеиновата молекула (фиг. 2.15). За повечето човешки ензими оптималната температура е 37-38 °C.

Ориз. 2.15. Зависимост на скоростта на ензимната реакция (V) от температурата

Ензимната активност зависи от pHразтвор, в който протича ензимна реакция. Ефектът на pH върху ензимната активност се дължи на промените в йонизацията на функционалните групи на аминокиселинните остатъци на даден протеин и субстрат, които осигуряват оптимално образуване на ензимно-субстратния комплекс. За всеки ензим има стойност на рН, при която се наблюдава максималната му активност (фиг. 2.16).

Ориз. 2.16. Зависимост на скоростта на ензимната реакция (V) от pH на средата

3. Кинетичните характеристики на ензимната реакция зависят от концентрацията на реагентите. Ако концентрацията на ензима се остави постоянна, като се променя само количеството на субстрата, тогава графиката на скоростта на ензимната реакция се описва с хипербола (фиг. 2.17). С увеличаване на количеството на субстрата началната скорост на реакцията се увеличава. Когато ензимът стане напълно наситен със субстрат, т.е. максималното възможно образуване на ензим-субстратни комплекси се получава при дадена концентрация на ензим и се наблюдава най-високата скорост на образуване на продукта. По-нататъшното увеличаване на концентрацията на субстрата не води до увеличаване на количеството на образувания продукт, т.е. скоростта на реакцията не се увеличава. Това състояние съответства на максималната скорост на реакция Vmax

Стойността V max характеризира каталитичната активност на ензима и определя максималната възможност за образуване на продукта при дадена концентрация на ензима и при условия на излишък на субстрат; V max е постоянна стойност за дадена концентрация на ензим.

Ориз. 2.17. Зависимост на скоростта на реакцията (V) от концентрацията на субстрата S:

V max е максималната скорост на реакцията при дадена концентрация на ензим при оптимални реакционни условия; K m - константа на Михаелис

4. Основната кинетична характеристика на ефективността на ензима е Константа на Михаелис - K m.Константата на Михаелис е числено равна на концентрацията на субстрата, при която се постига половината от максималната скорост. K m характеризира афинитета на даден ензим към даден субстрат и е постоянна стойност. Колкото по-нисък е Km, толкова по-голям е афинитетът на ензима към даден субстрат, толкова по-висока е началната скорост на реакцията и обратно, колкото по-голям е Km, толкова по-нисък е афинитетът на ензима към субстрата и толкова по-ниска е началната скорост на реакцията.

1. Препишете таблицата в бележника си. 2.2. Използвайте своя учебник и допълнителна литература, за да попълните таблицата. Направете заключение за необходимостта от разнообразно хранене за човешкото здраве.

2. Препишете таблицата в бележника си. 2.3 и го попълнете. Като използвате учебника си, запишете по една реакция, включваща всеки коензим.

3. Прехвърлете графиката на ензимната активност в бележника си (фиг. 2.18). Определете и посочете V max на тези реакции. Посочете K в първото и второто

случай. Какво е биохимичното значение на константата K?

Таблица 2.2. Характеристика на основните водоразтворими витамини, които са предшественици на коензими

Таблица 2.3. Основни коензими

Ориз. 2.18. Зависимост на скоростта на ензимните реакции от концентрацията на субстрата

ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛ

1. Избери верния отговор. Ензими:

А. Са протеини

Б. Намалете скоростта на ензимните реакции

B. Те имат специфичност на действие D. Те са прости протеини E. Те са способни на регулация

2. Избери верния отговор. Константа на Михаелис (Km):

A. Характеристика на субстратната специфичност на ензима B. Числено равна на субстратната концентрация, при която се наблюдава половината от Vmax

Б. Характеризира афинитета на ензима към субстрата

D. Характеризира насищането на активния център на ензима със субстрат D. Е кинетична характеристика на ензима

3. Избери верния отговор. Коензим PF функционира с ензими от следните класове:

А. Оксидоредуктаза Б. Трансфераза

B. Хидролаза G. Liaz D. Изомерази

4. Съвпада. Тип реакция, в която участва коензимът:

А. Карбоксилиране Б. Окислително-редукционно

B. Трансаминиране D. Ацилиране E. Ацетилиране

Коензим:

2. Пиридоксал фосфат

5. Съвпада. Ензимът катализира:

А. Само необратими реакции

B. Еднотипни реакции с малък брой (група) структурно подобни субстрати

B. Превръщане само на един от съществуващите стереоизомери на субстрата

D. Реакции в присъствието на коензими E. Превръщане само на един субстрат Специфичност на субстрата:

1. Абсолютен

2. Група

3. Стереоспецифичност

6. Изпълнете задачата "верига":

а) Редокс реакциите се катализират от ензими от класа

А. Трансферази

Б. Оксидоредуктази

б) ензимите, принадлежащи към подклас на този клас, извършват реакции

извличане на водородни атоми от субстрата:

А. Оксидази

Б. Хидроксилази

Б. Дехидрогенази

V) Коензимът за тези ензими е:

Б. Коензим А

G) коензимът се основава на витамин:

А. Никотинова киселина Б. Биотин

B. Витамин B 2

д) Недостигът на този витамин води до следните заболявания:

B. Пелагра

Б. Макроцитна анемия

7. Съвпада. Ензимен клас:

А. Оксидоредуктаза Б. Хидролаза

Б. Лигаза Г. Лиасе

Г. Трансфераза

Ензим:

1. Сукцинат дехидрогеназа

2. Пируват карбоксилаза.

3. ДНКаза.

8. Допълнете изреченията с пропуснатите думи:

дейност. Коензим, свързан с апоензим чрез силни ковалентни връзки, се нарича ..................

4. 1-А; 2-В; 3-Б

5. 1-D; 2-В; 3-Б

6. а) Б; б) Б; в) Б; г) А; д) Б

7. 1-А; 2-В; 3-Б

8. Холоензим, апоензим, коензим, простетична група

ОСНОВНИ ТЕРМИНИ И ПОНЯТИЯ

1. Ензимология

2. Ензимна катализа

3. Ензим-субстратен комплекс

4. Кинетика на ензимната катализа

5. Субстрат

6. Ензимен активен център

7. Максимална скорост на реакция - V max

8. Константа на Михаелис - K m

9. Единици за ензимна активност

10. Ензимни класове

11. Ензимна специфичност

12. Ензимни кофактори

13. Специфична активност на ензима

14. Апоензим

15. Холоензим

Решавам проблеми

1. Понастоящем в биохимичните лаборатории се използват автоматични биохимични анализатори за определяне на активността на ензимите в човешките биологични течности. Помогнете на лабораторния техник да разбере реагентите, които трябва да се използват за определяне на активността на лактат дехидрогеназата (LDH) и да изчисли активността на LDH при двама пациенти. За това:

а) напишете реакцията, катализирана от LDH;

б) посочете субстрата, коензима, прекурсорния витамин, източника на ензима;

в) избройте условията на реакцията (температура, време);

г) обяснете по какъв параметър може да се оцени скоростта на ензимната реакция;

е) изчислява активността на LDH в кръвта на пациентите в единици IU/l. Направете заключение: кой пациент е по-активен?

Таблица 2.4. Данни за определяне на активността на LDH

2. Хората са хомеотермични (температурата се поддържа на постоянно ниво) живи организми. В медицината екстремните температури се използват в някои случаи за лечение. По-специално, хипотермичните условия се използват за продължителни операции, особено на мозъка и сърцето) хипертермичните условия се използват за целите на тъканната коагулация. Обяснете валидността на тези подходи от гледна точка на ензимолог. Отговарям:

а) посочете каква температура е оптимална за повечето човешки ензими;

б) начертайте графика на зависимостта на скоростта на ензимните реакции от температурата;

в) обяснява необходимостта от продължителни хирургични интервенции при хипотермични условия;

г) опишете на какво се основава методът на термична тъканна коагулация;

д) посочват последствията от излагане на критични температури върху хората.

3. Пациент на 35 години постъпи в клиниката с оплаквания от възпалителни процеси на устната лигавица, мускулна умора, конюнктивит. Дълго време пациентката се храни монотонно, като от диетата си изключва храни като черен дроб, ръж, мляко и мая. Лекарят диагностицира хиповитаминоза В2. Обяснете причините за наблюдаваните симптоми. За това:

а) назовете коензимите, образувани от витамин В2;

б) посочете в какви реакции участват тези коензими;

в) напишете работните части на формулата за окислените и редуцирани форми на коензимите;

г) дайте примери за реакции с участието на тези коензими (използвайте материали от учебника).

4. Ензимът кисела фосфатаза хидролизира естерите на фосфорната киселина. Този ензим се образува в клетките на черния дроб, далака и простатата; съдържа се от червени кръвни клетки, тромбоцити, макрофаги и остеокласти. Този ензим се съдържа и в акрозомата на сперматозоидите и по време на оплождането разгражда фосфолипидите на плазмалемата на ооцита. Най-голямата ензимна активност на киселата фосфатаза се проявява при киселинни стойности на рН (4,7-6,0). Начертайте графика на скоростта на реакцията спрямо pH и обяснете защо активността на киселинната фосфатаза се променя с промените на pH. Представете диаграма на реакцията. Определете класа на ензима и неговата специфичност.

5. При изследване на скоростта на реакция на превръщане на дипептида под действието на тънкочревна пептидаза са получени следните резултати: максималната ензимна активност е 40 µmol/min/mg, Km 0,01. При каква концентрация на субстрат скоростта на реакцията е равна на 10 µmol/min/mg? Използване на данни за задачи:

а) напишете реакционна схема, определете класа на ензима и връзката, която той разрушава в субстрата;

б) начертайте графика на скоростта на реакцията в зависимост от концентрацията на субстрата и отговорете на въпроса от задачата;

в) дайте определението на Ksh, посочете връзката между стойността на Ksh и афинитета на ензима към субстрата.

6. Студентът определи специфичната активност на ензима лизозим, изолиран от белтъка на пилешко яйце. Лизозимът хидролизира гликопротеините на бактериалната клетъчна стена. Студентът инкубира реакционна смес, съдържаща субстрат, ензим и буфер, осигуряващи оптимална стойност на рН от 5,2, и открива, че под въздействието на 1 mg лизозим се образуват само 12 µmol продукт за 15 минути. След извършване на изчислението и откриване на причината

ниска специфична активност на ензима, той се сети, че не е включил термостата и затова инкубира пробите при стайна температура, а t на ензима беше 37°C. Повтаряйки експеримента при оптимални условия, той установява, че за 15 минути се образуват 45 µmol продукт от действието на 1 mg лизозим. Изчислете специфичната активност на ензима и в двата случая и обяснете механизма на влиянието на температурата върху скоростта на ензимната реакция.

7. Активността на много ензими в клетката се регулира от други ензими – протеин киназа и фосфопротеин фосфатаза. Посочете характеристиките на тези реакции; напишете реакциите, катализирани от тези ензими, посочете към кой клас ензими принадлежат. Обърнете внимание на спецификата на субстрата.

Модулна единица 2 РЕГУЛАЦИЯ НА ЕНЗИМНАТА АКТИВНОСТ. МЕДИЦИНСКИ АСПЕКТИ НА ЕНЗИМОЛОГИЯТА

Цели на обучението Да може да:

1. Интерпретирайте резултатите от влиянието на инхибиторите - лекарства, отрови - върху ензимните реакции на тялото.

2. Обяснете значението на регулирането на ензимната активност за повлияване на скоростта на метаболитния път.

3. Обяснете основите на използването на ензими като лекарства.

4. Прилага знания за свойствата на ензимите и ензимния състав на органите при нормални условия и при различни метаболитни нарушения.

5. Интерпретирайте резултатите от определянето на ензимната активност при диагностицирането на заболявания.

Зная:

1. Класификация на ензимните инхибитори според механизма на действие.

2. Примери за лекарства - ензимни инхибитори.

3. Основни механизми за регулиране на ензимната активност в организма.

4. Принципи на регулация на метаболитните пътища и ролята на ензимите в регулацията на метаболизма.

5. Основи на използването на ензими за диагностика и лечение на заболявания.

ТЕМА 2.7. ИНХИБИТОРИ НА ЕНЗИМНАТА АКТИВНОСТ

1. Под термина "инхибиранеензимна активност" се отнася до специфично намаляване на каталитичната активност, причинено от определени химикали - инхибитори.

Инхибиторите са от голям интерес за изясняване на механизмите на ензимната катализа и помагат да се установи ролята на отделните ензимни реакции в метаболитните пътища на тялото. Действието на много лекарства и отрови се основава на принципа на инхибиране на ензимната активност.

2. Инхибиторите са в състояние да се свързват с ензими с различна степен на сила. Въз основа на това те разграничават обратимиИ необратимо инхибиране. Обратими инхибиторисе свързват с ензима със слаби нековалентни връзки и при определени условия лесно се отделят от ензима:

E+I↔ EI.

Необратимо инхибираненаблюдавани в случай на образуване на ковалентни стабилни връзки между молекулата на инхибитора и ензима:

E+I→ E-I.

3. Според механизма на действие обратимите инхибитори се делят на конкурентенИ несъстезателен.

Конкурентното инхибиране причинява обратимо намаляване на скоростта на ензимната реакция в резултат на свързване на инхибитора към активния център на ензима, което предотвратява образуването на ензим-субстратния комплекс. Този тип инхибиране възниква, когато инхибиторът е структурен аналог на субстрата;В резултат на това възниква конкуренция между молекулите на субстрата и инхибитора за свързване с активния център на ензима. В този случай или субстратът, или инхибиторът взаимодействат с ензима, образувайки комплекси ензим-субстрат (ES) или ензим-инхибитор (EI). Когато се образува комплекс ензим-инхибитор (EI), не се образува реакционен продукт (фиг. 2.19).

Ориз. 2.19. Схема на конкурентно инхибиране на ензимната активност

За конкурентния тип инхибиране са валидни следните уравнения:

E+S↔ES →E+P; E+I↔ Е.И.

Отличителна черта на конкурентното инхибиране е възможността за отслабването му с увеличаване на концентрацията на субстрата, тъй като обратимият инхибитор не променя структурата на ензима. Следователно при високи концентрации на субстрата скоростта на реакцията не се различава от тази при липса на инхибитор, т.е. конкурентен инхибитор не променя Vmax, но увеличава Km.

Класически пример за конкурентно инхибиране е инхибирането на реакцията на сукцинат дехидрогеназа от малонова киселина (фиг. 2.20). Малонатът е структурен аналог на сукцината (наличие на две карбоксилни групи) и може също да взаимодейства с активното място на сукцинат дехидрогеназата. Въпреки това, прехвърлянето на два водородни атома към простетичната група FAD от малонова киселина не е възможно и следователно скоростта на реакцията е намалена.

Ориз. 2.20. Пример за конкурентно инхибиране на сукцинат дехидрогеназа от малонова киселина:

А - сукцинатът се свързва с активния център на ензима сукцинат дехидрогеназа поради йонни връзки; B - по време на ензимната реакция два водородни атома се отстраняват от сукцината и се добавят към коензима FAD. В резултат на това се образува фумарат, който се отстранява от активния център на сукцинат дехидрогеназата; B - малонатът е структурен аналог на сукцината; той също се свързва с активното място на сукцинат дехидрогеназата, но химическата реакция не настъпва

4. Много лекарства упражняват своя терапевтичен ефект чрез механизма на конкурентно инхибиране. Например реакцията на хидролиза на ацетилхолин до холин и оцетна киселина се катализира от ензима ацетилхолинестераза (AChE) (фиг. 2.21) и може да бъде инхибирана в присъствието на конкурентни инхибитори на този ензим (напр. прозерин, ендрофонийи т.н.) (фиг. 2.22). Когато се добавят такива инхибитори, активността на ацетилхолинестеразата намалява, концентрацията на ацетилхолин (субстрат) се увеличава, което е придружено от повишаване на проводимостта на нервните импулси. Конкурентните инхибитори на ацетилхолин естеразата се използват при лечение на мускулни дистрофии, както и за лечение на двигателни нарушения след наранявания, парализа и полиомиелит.

Ориз. 2.21. Реакцията на хидролиза на ацетилхолин под въздействието на AChE

Ориз. 2.22. Свързване на конкурентни инхибитори в активния център на AChE

А - добавяне на субстрат (ацетилхолин) към активния център на ензима.

Стрелката показва мястото на хидролиза на ацетилхолин; B - добавяне на конкурентния инхибитор прозерин към активния център на ензима. Няма реакция; B - прикрепване на конкурентния инхибитор ендрофоний към активния център на ензима. Прикрепването на инхибитори към активното място на AChE предотвратява свързването на ацетилхолин

Друг пример за лекарства, чийто механизъм на действие се основава на конкурентно инхибиране на ензима, е използването на пептидни инхибитори на протеолитичния ензим трипсин при заболявания на панкреаса (остър панкреатит, некроза), като напр. апротинин, трасилол, контрикал.Тези лекарства инхибират трипсина, който се освобождава в околните тъкани и кръв, и по този начин предотвратяват нежелани автолитични събития при заболявания на панкреаса.

5. В някои случаи могат да се използват конкурентни инхибитори, взаимодействащи с активния център на ензима псевдосубстрати(антиметаболити), което води до синтез на продукт с неправилна структура. Получените вещества нямат „желаната“ структура и следователно нямат функционална активност. Тези лекарства включват сулфонамиди.

6. НесъстезателенОбратимо е инхибирането на ензимна реакция, при която инхибиторът взаимодейства с ензима на място, различно от активното място. Неконкурентните инхибитори не са структурни аналози на субстрата; добавянето на неконкурентен инхибитор към ензима променя конформацията на активния център и намалява скоростта на ензимната реакция, т.е. намалява ензимната активност. Пример за неконкурентен инхибитор може да бъде действието на йони на тежки метали, които взаимодействат с функционалните групи на ензимната молекула, пречейки на катализата.

7. Необратими инхибиторинамаляват ензимната активност в резултат на образуването на ковалентни връзки с ензимната молекула. Най-често активният център на ензима претърпява модификация. В резултат на това ензимът не може да изпълнява своята каталитична функция.

Използването на необратими инхибитори е от по-голям интерес за изясняване на механизма на действие на ензимите. Важна информация за структурата на активния център на ензима се предоставя от съединения, които блокират определени групи от активния център. Такива инхибитори се наричат специфичен.Специфичните инхибитори включват диизопропил флуорофосфат (DFP). DPP образува ковалентна връзка с ОН групата на серина, която се съдържа в активния център на ензима и участва пряко в катализата, поради което DPP се класифицира като специфичен необратим инхибитор на "серинови" ензими (фиг. 2.23). DPP се използва за изследване на структурата на активния център на ензимите в ензимологията.

За разлика от специфичните инхибитори неспецифичниинхибиторите образуват ковалентни връзки с определени ензимни групи, разположени не само в активния център, но и във всяка част на ензимната молекула. Например, йоден ацетат (фиг. 2.24) взаимодейства с всякакви SH групи на протеина. Това взаимодействие променя конформацията на ензимната молекула и съответно конформацията на активния център и намалява каталитичната активност.

Ориз. 2.23. Специфично инхибиране на активността на химотрипсин с помощта на DPP

Ориз. 2.24. Неспецифично инхибиране на ензимната активност от йоден ацетат.

Неспецифичното инхибиране възниква поради ковалентна модификация на цистеинови SH групи от молекули на йоден ацетат

8. Пример за лекарство, чието действие е свързано с необратимо инхибиране на ензимите, е широко разпространеният аспирин. Действието на това противовъзпалително нестероидно лекарство се основава на инхибиране на ензима циклооксигеназа, който катализира образуването на простагландини от арахидоновата киселина. В резултат на това ацетилният остатък на аспирина се добавя към свободната крайна ОН група на серина на една от субединиците на циклооксигеназата (фиг. 2.25). Това блокира образуването на простагландини (вижте модул 8), които имат широк спектър от биологични функции, включително медиатори на възпалението. Следователно аспиринът се класифицира като противовъзпалително лекарство. Инхибираните ензимни молекули се унищожават, синтезата на простагландин се възстановява само след синтеза на нови ензимни молекули.

Ориз. 2.25. Механизмът на инактивиране на циклооксигеназата с помощта на необратим инхибитор - аспирин

ТЕМА 2.8. РЕГУЛИРАНЕ НА ЕНЗИМНАТА АКТИВНОСТ

1. Всички химични реакции в клетката протичат с участието на ензими. Следователно, за да се повлияе на скоростта на метаболитния път (последователното превръщане на едно вещество в друго), е достатъчно да се регулира броят на ензимните молекули или тяхната активност. Обикновено в метаболитните пътища има ключови ензимипоради което се регулира скоростта на целия път. Тези ензими (един или повече в метаболитен път) се наричат регулаторни ензими.Регулирането на скоростта на ензимните реакции се извършва на три независими нива: чрез промяна на броя на ензимните молекули, наличието на субстратни и коензимни молекули и промяна на каталитичната активност на ензимната молекула (Таблица 2.6).

Таблица 2.5. Методи за регулиране скоростта на ензимните реакции

Нека разгледаме начини за регулиране на скоростта на ензимните реакции чрез промяна на каталитичната активност на ензимната молекула.

2. Алостерична регулация. Алостерични ензимиНаречен ензими, активносткойто може да се регулиракато се използва ефекторни вещества.Ефекторите, включени в алостеричната регулация, са клетъчни метаболити, които често участват в самия път, който регулират.

Ефекторът, който причинява намаляване (инхибиране)ензимната активност се нарича инхибитор.Ефекторът, който причинява увеличаване (активиране)ензимната активност се нарича активатор.

Алостеричните ензими имат определени структурни характеристики:

Обикновено са олигомерни протеини,състоящ се от няколко протомера;

имам алостеричен център,пространствено отдалечен от каталитично активния център;

Ефекторите се прикрепят към ензима нековалентно в алостерични (регулаторни) центрове.

Алостеричните центрове, подобно на каталитичните, могат да проявяват различна специфичност по отношение на лигандите: тя може да бъде абсолютна или групова. Някои ензими имат няколко алостерични центъра, някои от които са специфични за активатори, други за инхибитори.

Протомерът, върху който е разположен алостеричният център, се нарича регулаторен протомерЗа разлика от каталитичен протомер,съдържащи активен център, в който протича химична реакция.

Алостеричните ензими имат свойството кооперативност:взаимодействието на алостеричен ефектор с алостеричен център причинява кооперативна промяна в конформацията на всички субединици, което води до промяна в конформацията на активния център и промяна в афинитета на ензима към субстрата, което намалява или увеличава каталитична активност на ензима. Ако инхибиторът е прикрепен към алостеричния център, тогава в резултат на кооперативни конформационни промени настъпва промяна в конформацията на активния център, което води до намаляване на афинитета на ензима към субстрата и съответно намаляване на скоростта на ензимната реакция. Обратно, ако активаторът е прикрепен към алостеричния център, тогава афинитетът на ензима към субстрата се увеличава, което води до увеличаване на скоростта на реакцията. Последователността от събития под действието на алостерични ефектори е представена на фиг. 2.26.

Регулиране на алостеричните ензими обратимо:отделянето на ефектора от регулаторната субединица възстановява първоначалната каталитична активност на ензима.

Алостерични ензими катализират ключови реакциина този метаболитен път.

Алостеричните ензими играят важна роля в различни метаболитни пътища, тъй като реагират изключително бързо и на най-малките промени във вътрешния състав на клетката. Скоростта на метаболитните процеси зависи от концентрацията на веществата, използвани и образувани в дадена верига от реакции. Прекурсорите могат да бъдат активатори на алостерични ензими в метаболитния път. В същото време, когато крайният продукт на всеки метаболитен път се натрупа, той може да действа като алостеричен инхибитор на ензима. Този метод на регулиране е често срещан в тялото и се нарича „отрицателна обратна връзка“:

Ориз. 2.26. Схема на структурата и функционирането на алостеричен ензим:

А - действието на отрицателен ефектор (инхибитор). Инхибиторът (I) се прикрепя към алостеричния център, което причинява кооперативни конформационни промени в ензимната молекула, включително в активния център на ензима. Афинитетът на ензима към субстрата намалява и в резултат на това скоростта на ензимната реакция намалява; B - действие на положителен ефектор (активатор). Активаторът (А) се свързва с алостеричния център, което причинява кооперативни конформационни промени. Афинитетът на ензима към субстрата се увеличава и скоростта на ензимната реакция се увеличава. Обратимият ефект както на инхибитора, така и на активатора върху ензимната активност е демонстриран

Нека разгледаме алостеричната регулация на процеса на катаболизъм на глюкозата, който завършва с образуването на АТФ молекула (фиг. 2.27). В случай, че ATP молекулите в клетката не се консумират, това е инхибитор на алостеричните ензими на този метаболитен път: фосфофруктокиназа и пируват киназа. В същото време междинният метаболит на катаболизма на глюкозата, фруктозо-1,6-бисфосфат, е алостеричен активатор на ензима пируват киназа. Инхибирането от крайния продукт на метаболитния път и активирането от първоначалните метаболити позволява

Ориз. 2.27. Алостерична регулация на процеса на катаболизъм на глюкозата.

Молекулата на АТФ е алостеричен инхибитор на ензимите на метаболитния път - фосфофруктокиназа и пируват киназа. Молекулата на фруктозо-1,6-бисфосфат е алостеричен активатор на ензима пируват киназа

регулират скоростта на метаболитния път. Алостеричните ензими като правило катализират първоначалните реакции на метаболитен път, необратими реакции, реакции, ограничаващи скоростта (най-бавните) или реакции в точката на разклонение на метаболитния път.

3. Регулиране чрез протеин-протеинови взаимодействия.Някои ензими променят своята активност в резултат на протеин-протеинови взаимодействия. Могат да се разграничат най-малко два механизма за промяна на ензимната активност по този начин: активиране на ензимите в резултат на добавяне на активаторни протеини (активиране на ензима аденилат циклаза от α-субединицата на G протеина, вижте модул 4) и промени в каталитична активност в резултат на асоцииране и дисоциация на протомерите.

Като пример за регулиране на каталитичната активност на ензимите чрез асоцииране или дисоциация на протомери можем да разгледаме регулирането на ензима протеин киназа А.

Протеин киназа А(cAMP-зависим) се състои от четири субединици от два типа: две регулаторни (R) и две каталитични (C). Този тетрамер няма каталитична активност. Регулаторните субединици имат места на свързване за цикличен 3,5"-AMP (cAMP) (по две за всяка субединица). Прикрепването на четири сАМР молекули към две регулаторни субединици води до промяна в конформацията на регулаторните протомери и до дисоциация на тетрамерния комплекс; това освобождава две активни каталитични субединици (фиг. 2.28). Активната протеин киназа А катализира прехвърлянето на остатък от фосфорна киселина от АТФ към специфични ОН групи от аминокиселинни остатъци на протеини (т.е. причинява фосфорилиране на протеини).

Ориз. 2.28. Регулиране на активността на протеин киназа А (PKA) чрез протеин-протеинови взаимодействия.

PKA се активира от четири cAMP молекули, които се свързват с две регулаторни субединици, което води до промяна в конформацията на регулаторните протомери и дисоциация на тетрамерния комплекс. Това освобождава две активни каталитични субединици, които могат да причинят протеиново фосфорилиране

Разцепването на сАМР молекулите от регулаторните субединици води до свързване на регулаторните и каталитичните субединици на протенкиназа А с образуването на неактивен комплекс.

4. Регулиране на каталитичната активност на ензимите чрез фосфорилиране-дефосфорилиране.В биологичните системи често се среща механизъм за регулиране на активността на ензимите чрез тяхната ковалентна модификация. Бърз и широко разпространен метод за химична модификация на ензимите е тяхното фосфорилиране-дефосфорилиране.

ОН групите на ензима претърпяват фосфорилиране, което се осъществява от ензими протеин кинази(фосфорилиране) и фосфопротеин фосфатази(дефосфорилиране). Добавянето на остатък от фосфорна киселина води до промяна в конформацията на активния център и неговата каталитична активност. В този случай резултатът може да бъде двоен: някои ензими се активират по време на фосфорилирането, докато други, напротив, стават по-малко активни (фиг. 2.29). Активността на протеин киназите и фосфопротеин фосфатазите се регулира от хормони, което позволява активността на ключовите ензими в метаболитните пътища бързо да варира в зависимост от условията на околната среда.

Ориз. 2.29. Схема на регулиране на ензимната активност чрез фосфорилиране-дефосфорилиране.

Фосфорилирането на ензимите се осъществява с помощта на ензима протеин киназа. Донорът на остатъка от фосфорна киселина е молекулата на АТФ. Фосфорилирането на ензима променя неговата конформация и конформацията на активния център, което променя афинитета на ензима към субстрата. В този случай някои ензими се активират по време на фосфорилирането, докато други се инхибират. Обратният процес - дефосфорилиране - се причинява от ензимите фосфопротеин фосфатази, които отцепват остатъка от фосфорна киселина от ензима и връщат ензима в първоначалното му състояние

5. Регулиране на каталитичната активност на ензимите чрез частична (ограничена) протеолиза.Някои ензими, които функционират извън клетките (в стомашно-чревния тракт или кръвната плазма), се синтезират като неактивни прекурсори и се активират само в резултат на хидролиза на една или повече специфични пептидни връзки, което води до елиминиране на част от молекулата. В останалата част от белтъчната молекула настъпва конформационно пренареждане и се образува активният център на ензима (фиг. 2.30). Частичната протеолиза е пример за регулиране, когато активността на ензима се промени

Ориз. 2.30. Активиране на пепсин чрез частична протеолиза.

В резултат на хидролизата на една или повече пептидни връзки на пепсиногена (неактивна молекула), част от молекулата се отцепва и се образува активният център на ензима пепсин.

необратим. Такива ензими обикновено функционират за кратко време, което се определя от живота на протеиновата молекула. Частичната протеолиза е в основата на активирането на храносмилателни протеолитични ензими (пепсин, трипсин, химотрипсин, еластаза), пептидни хормони (инсулин), протеини на системата за коагулация на кръвта и редица други протеини.

ТЕМА 2.9. ПРИЛОЖЕНИЕ НА ЕНЗИМИТЕ В МЕДИЦИНАТА

1. Ензимите се използват широко в медицинската практика като диагностика (ензимодиагностика)и терапевтични (ензимна терапия)финансови средства. Ензимите също се използват като специфични реагенти

за определяне на редица метаболити. Например, ензимът глюкозооксидаза се използва за количествено определяне на глюкоза в урината и кръвта; ензимът уреаза се използва за оценка на съдържанието на урея в биологичните течности; с помощта на различни дехидрогенази се открива наличието на подходящи субстрати, например пируват, лактат, етилов алкохол и др.

2. Ензимодиагностикасе състои от диагностициране на заболяване (или синдром) въз основа на определяне на активността на ензими в човешки биологични течности.

Принципите на ензимната диагностика се основават на следните принципи:

Обикновено кръвният серум съдържа ензими, които изпълняват специализирани функции, например тези, които участват в системата за коагулация на кръвта. Клетъчните ензими практически не проникват от непокътнати клетки в кръвта. В минимални количества някои клетъчни ензими могат да бъдат открити в кръвта;

При щетаклетъчни мембрани (възпаление, некроза) в кръвта или други биологични течности (например урина), броят на вътреклетъчните ензими на увредените клетки се увеличава, чиято активност може да бъде регистрирана чрез специални биохимични тестове;

За ензимна диагностика се използват ензими, които имат преобладаваща или абсолютна локализация в определени органи. (органна специфичност);

Количеството освободен ензим трябва да бъде пропорционално на степента на увреждане на тъканите и достатъчно, за да се определи неговата активност;

Активността на ензимите в биологичните течности, открити при увреждане на клетките, се различава от нормалните стойности и е стабилна за доста дълго време (дни);

Появата в кръвната плазма на ензими, които имат само цитозолна локализация, показва възпалителен процес; ако се открият митохондриални или ядрени ензими, можем да говорим за по-дълбоко увреждане на клетките, като некроза.

Наричат ​​се ензими, които катализират една и съща химична реакция, но с различни първични протеинови структури изоензими.Те се различават един от друг по кинетични параметри, условия на активиране и характеристики на връзката между апоензима и коензима. Характерът на появата на изоензимите е разнообразен, но най-често се дължи на разликите в структурата на гените, кодиращи тези изоензими или техните субединици. Методите за определяне на изоензимите се основават на разликите във физикохимичните свойства. Изоензимите често са специфичен за органа,тъй като всяка тъкан съдържа предимно един вид изоензими. Следователно, когато даден орган е повреден, съответната форма на изоензима се появява в кръвта. Откриването на определени изоензимни форми на ензими позволява използването им за диагностициране на заболявания.

Например ензим лактат дехидрогеназа (LDH)катализира реакцията на обратимо окисление на лактат (млечна киселина) до пируват (пировинова киселина) (фиг. 2.31). Лактат дехидрогеназата е олигомерен протеин с мол. с тегло 134 000, състоящ се от четири субединици от два вида – М (от англ. muscle – мускул) и Н (от англ. heart – сърце). Комбинацията от тези субединици е в основата на образуването на пет изоформи на лактат дехидрогеназа (фиг. 2.32, А). LDH 1 и LDH 2 са най-активни в сърдечния мускул и бъбреците, LDH 4 и LDH 5 - в скелетните мускули и черния дроб. Други тъкани съдържат други варианти на този ензим. LDH изоформите се различават една от друга по електрофоретична подвижност, което прави възможно установяването на тъканната идентичност на LDH изоформите (фиг. 2.32, B). За диагностициране на заболявания на сърцето, черния дроб и мускулите е необходимо да се изследват изоформите на LDH в кръвната плазма с помощта на електрофореза. На фиг. 2.32, B показва електроферограми

Ориз. 2.31. Реакция, катализирана от лактат дехидрогеназа (LDH)

Ориз. 2.32. Изоформи на лактат дехидрогеназа:

А - структура на различни LDH изоформи; B - разпределение на електроферограмата и относителни количества на LDH изоформи в различни органи; B - съдържание на LDH изоформи в кръвната плазма в нормални условия и при патология (електроферограми - вляво и фотометрично сканиране - вдясно)

кръвна плазма на здрав човек, пациент с инфаркт на миокарда и пациент с хепатит. Откриването на тъканно-специфични LDH изоформи в кръвна плазма се използва широко като диагностичен тест.

Друг пример е креатинкиназата. Креатинкиназа (СК)който катализира реакцията на образуване на креатин фосфат (фиг. 2.33). Молекулата на КК е димер, състоящ се от два вида субединици М (от англ. muscle - мускул) и В (от англ. brain - мозък). Тези субединици образуват три изоензима: BB, MB, MM. Изоензимът BB се намира главно в мозъка, MM в скелетните мускули и MV в сърдечния мускул. KK изоформите имат различна електрофоретична подвижност (фиг. 2.34). Определянето на активността на СК в кръвната плазма е важно при диагностицирането на миокарден инфаркт (има повишаване на нивото на изоформата на МВ). Количеството на изоформата на ММ може да се увеличи по време на травма и увреждане на скелетните мускули. Изоформата BB не може да проникне през кръвно-мозъчната бариера, поради което е практически неоткриваема в кръвта дори при инсулти и няма диагностична стойност.

Ориз. 2.33. Реакция, катализирана от ензима креатин киназа (CK)

Ориз. 2.34. Структура и електрофоретична мобилност на различни изоформи на креатинкиназа

Ензимодиагностикаизползва се за диагностициране на заболявания на различни органи. Наборът от анализи зависи от възможностите на конкретната биохимична лаборатория и непрекъснато се усъвършенства. Най-честите ензимни диагностични тестове са:

При сърдечни заболявания (инфаркт на миокарда) - лактатдехидрогеназа, креатинкиназа, аспартат аминотрансфераза, аланин аминотрансфераза. Един от първите протеини, които се появяват в кръвта по време на инфаркт на миокарда, е тропонинът;

При чернодробни заболявания - аланин аминотрансфераза, аспартат аминотрансфераза, ацетилхолинестераза, гама-глутамил транспептидаза. При заболявания на панкреаса - панкреатична амилаза, липаза;

При заболявания на простатата - кисела фосфатаза.

3. Използване на ензими като лекарствасе развиват активно в следните направления:

Заместваща терапия - използването на ензими в случай на техния дефицит;

Елементи на комплексната терапия - използването на ензими в комбинация с друга терапия.

Ензимозаместителната терапия е ефективна при стомашно-чревни заболявания, свързани с недостатъчна секреция на храносмилателни сокове. Например пепсинът се използва при гастрит с намалена секреторна функция. Дефицитът на панкреатични ензими може да се компенсира до голяма степен и чрез перорален прием на лекарства, съдържащи основните панкреатични ензими (фестал, ензистал, мезимфорт и др.).

Ензимите се използват като допълнителни терапевтични средства за редица заболявания. Протеолитичните ензими (трипсин, химотрипсин) се използват локално за лечение на гнойни рани с цел разграждане на протеините на мъртвите клетки, за отстраняване на кръвни съсиреци или вискозни секрети при възпалителни заболявания на дихателните пътища. Ензимните препарати рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза се използват като антивирусни лекарства при лечение на аденовирусен конюнктивит и херпесен кератит.

Ензимните препарати са широко използвани при тромбоза и тромбоемболия за унищожаване на кръвен съсирек. За тази цел се използват препарати от фибринолизин, стрептолиаза, стрептодеказа и урокиназа.

Ензимът хиалуронидаза (лидаза), който катализира разграждането на хиалуроновата киселина, се използва подкожно и интрамускулно за отстраняване на сраствания и белези след изгаряния и операции.

Ензимът аспарагиназа (унищожава аминокиселината Asn в кръвта) се използва при рак на кръвта, като ограничава потока на аминокиселината Asn в туморните клетки. Левкемичните клетки не са в състояние самостоятелно да синтезират тази аминокиселина, така че намаляването на съдържанието й в кръвта нарушава растежа на тези клетки.

ТЕМА 2.10. ЕНЗИМОПАТИИ

В основата на много заболявания стои нарушаването на функционирането на ензимите в клетката – т.нар ензимопатии.Различават се първични (наследствени) и вторични (придобити) ензимопатии. Придобитите ензимопатии, както и протеинопатиите като цяло, изглежда се наблюдават при всички заболявания.

При първичните ензимопатии дефектните ензими се унаследяват главно по рецесивен автозомен начин. В този случай метаболитният път, съдържащ дефектния ензим, е нарушен (фиг. 2.35). Развитието на болестта в този случай може да се случи според един от „сценариите“:

Образуването на крайните продукти е нарушено, което причинява липса на определени вещества (например при албинизъм пигментът не се произвежда в кожните клетки);

Натрупват се прекурсорни субстрати, които имат токсичен ефект върху тялото (например при алкаптонурия се натрупва междинен метаболит - хомогентезинова киселина, която се отлага в ставите, причинявайки възпалителни процеси в тях).

Ориз. 2.35. Метаболитен път с ензимна Е3 ензимопатия

ЗАДАЧИ ЗА ИЗВЪНКЛАСНА РАБОТА

Решавам проблеми

1. В клетките на мастната тъкан превключването на метаболитните процеси от анаболни към катаболни става в зависимост от ритъма на хранене. Хормоните, които регулират активността на ключови ензими чрез фосфорилиране-дефосфорилиране, играят важна роля в регулирането на това превключване. Попълнете схемата за регулиране на активността на ключовия ензим за разграждане на мазнините (фиг. 2.36), ако е известно, че този ензим (TAG липаза) е активен във фосфорилираната форма и неактивен в дефосфорилираната форма. За да отговоря на въпроса:

а) копирайте диаграмата в тетрадка и посочете имената на ензимите, които причиняват фосфорилиране и дефосфорилиране на протеини (напишете имената им в правоъгълниците);

б) назовете класа на тези ензими;

в) запишете допълнителни субстрати и продукти, участващи в тези реакции (запишете имената им в квадратчетата);

г) направете заключение за ролята на хормоните в регулирането на клетъчния метаболизъм.

Ориз. 2.36. Регулиране на активността на TAG липаза

2. Аспарагиназата, която катализира реакцията на катаболизъм на аспарагин, е намерила приложение при лечението на левкемия. Предпоставката за антилевкемичния ефект на аспарагиназата е фактът, че дефектен ензим за синтеза на аспарагин, аспарагин синтетаза, е идентифициран в левкемични клетки. Обосновете терапевтичния ефект на аспарагиназа. Отговарям:

а) напишете реакциите, катализирани от ензимите аспарагин синтетаза (раздел 7) и аспарагиназа;

б) посочете класовете, към които принадлежат тези ензими;

в) направете заключение за концентрацията на Asn в туморните клетки при използване на аспарагиназа;

г) обяснете защо употребата на аспарагиназа намалява скоростта на растеж на туморната тъкан.

3. Прехвърлете го в тетрадката си и попълнете таблицата. 2.7 за използването на ензими в медицината с помощта на материала от това ръководство, учебник.

4. Прехвърлете го в тетрадката си и попълнете таблицата. 2.8 за лекарства - ензимни инхибитори, използвайки текущия раздел, учебник, допълнителна литература.

Таблица 2.7. Лекарства - ензимни инхибитори

ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛ

1. Изберете верният отговор.

Конкурентни инхибитори:

А. Образуват ковалентни връзки с активния център на ензима Б. Взаимодействат с алостеричния център

Б. Взаимодействат с активния център на ензима, образувайки слаби връзки

D. Намалете K w D. Намалете V max

2. Изберете верният отговор. Необратими инхибитори:

А. Те са структурни аналози на субстрата Б. Те образуват ковалентни връзки с ензима

Б. Образуват слаби връзки с ензима

D. Взаимодействайте с регулаторния център

D. Намалете ефекта им с увеличаване на концентрацията на субстрата

3. Избери верния отговор. Алостеричните ензими обикновено са:

А. Те са протеини с третична структура

B. Състои се от няколко протомера C. Необратимо инхибиран

Г. Имат активни и алостерични центрове, разположени върху различни протомери

D. Регулирани от метаболити на този процес

4. Избери верния отговор.

Когато ензимите се регулират чрез частична протеолиза, се случва следното:

А. Скъсяване на протеиновата пептидна верига

Б. Промени във вторичната и третичната структура на ензима

Б. Необратимо активиране

D. Необратимо инхибиране

Г. Образуване на активния център

5. Изберете верният отговор.

Регулирането на ензимната активност чрез протеин-протеинови взаимодействия се придружава от:

А. Необратимо инхибиране

B. Прикрепване или отделяне на регулаторни протеинови субединици

B. Прикрепване на ефекторна молекула към алостеричния център D. Фосфорилиране на ензима

Г. Дефосфорилиране на ензима

6. Избери верния отговор. Ензимодиагностиката се основава на:

А. Освобождаване на ензими в кръвта по време на тъканно увреждане Б. Органна специфичност

Б. Висока ензимна стабилност

D. Преобладаването на определени изоензими в различни тъкани D. Ниска активност или пълна липса на активност на диагностично значими ензими в кръвта е нормално

7. Съвпада.

Използва се за диагностициране на заболявания:

Б. Простатна жлеза

B. Панкреас D. Бъбрек

Г. Сърца Ензим:

1. Креатинкиназа

2. Амилаза

3. Киселинна фосфатаза

8. Изпълнете задачата "верига":

а) един от ензимите, определени по време на ензимната диагностика на инфаркт на миокарда, е:

А. Киселинна фосфатаза Б. Лактат дехидрогеназа

Б. Амилаза

б) този ензим принадлежи към класа ензими:

А. Хидролаза Б. Лигаза

Б. Оксидоредуктаза

V) един от коензимите от този клас ензими е:

А. Пиридоксал фосфат Б. Биотин

G) Витаминът, който е предшественик на този коензим е:

А. Никотинова киселина Б. Пиридоксин

9. Изпълнете задачата „верига“:

а) След отравяне с органични флуорофосфати човек изпитва:

А. Разширяване на зеницата

Б. Повишена контракция на гладката мускулатура

Б. Релаксация на гладката мускулатура

б) Причината за този ефект се дължи на:

A. Нарушено функциониране на Na+, E+-ATPase B. Повишено количество на ацетилхолин

Б. Намаляване на количеството ацетилхолин

V) Това се дължи на факта, че флуорофосфатите:

А. Те са конкурентен инхибитор на ацетилхолинестеразата (AChE)

B. Образувайте ковалентни връзки с AChE

Б. Нарушават синтеза на ацетилхолин

G) Този метод на инхибиране се нарича:

А. Необратимо Б. Обратимо

Б. Състезателен

д) подобен метод на инхибиране се наблюдава при използване на:

A. Trasylol B. Аспирин

Б. Прозерина

СТАНДАРТИ ЗА ОТГОВОРИ НА „ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛ“

3. B, G, D

4. A, B, C, D

6. A, B, D, D

7. 1-D, 2-B, 3-B

8. а) Б, б) В, в) В, г) А

9. а) Б, б) Б, в) Б, г) А, д) Б

ОСНОВНИ ТЕРМИНИ И ПОНЯТИЯ

1. Метаболитен път

2. Ензимно инхибиране

3. Ензимна активация

4. Обратимо инхибиране

5. Необратимо инхибиране

6. Конкурентно инхибиране

7. Алостерична регулация

8. Алостерични ефектори

9. Ключови ензими

10. Регулация чрез форфорилиране - дефосфорилиране

11. Регулиране чрез протеин-протеинови взаимодействия

12. Частична протеолиза

13. Изоензими

14. Ензимопатия

15. Ензимодиагностика

ЗАДАЧИ ЗА РАБОТА В КЛАСНАТА СТАЯ

Решавам проблеми

1. В човешките клетки метаболитният път за синтеза на пуринови нуклеотиди, необходими за синтеза на нуклеинови киселини, започва с молекула рибоза-5-фосфат. По време на процеса на синтез, на определен етап, този процес се разклонява и завършва с образуването на два пуринови нуклеотида - AMP и GMP (фиг. 2.37). За да се образуват еквимоларни съотношения на тези нуклеотиди в клетката, има многоетапна регулация на няколко ключови ензима, използвайки механизъм на отрицателна обратна връзка. По този начин, с излишък на образуване на AMP, образуването на аденилосукцинат се забавя, а с излишък на GMP, образуването на ксантозин монофосфат се забавя. В същото време, ако и двата нуклеотида не се консумират, образуването на фосфорибозил дифосфат се забавя. Познайте кои ензими от метаболитния път за синтеза на пуринови нуклеотиди са регулаторни. Отговарям:

а) дайте дефиниции: „метаболитен път“ и „ключови ензими на метаболитния път“;

б) познайте кой от ензимите, показани на фиг. 2.37 са нормативни;

в) посочете механизма на регулиране на тези ензими, тяхната локализация в метаболитния път и структурни особености;

г) назовава кои съединения и за кои ензими са ефектори;

д) обосновете концепцията за регулиране „чрез механизъм за отрицателна обратна връзка“.

Ориз. 2.37. Схема на образуване на пуринови нуклеотиди в клетка

2. През 1935 г. немският лекар Г. Домагк открива антимикробния ефект на протонзила (червен стрептоцид), синтезиран като багрило. Скоро беше установено, че активният принцип на червения стрептоцид е сулфонамидът (стрептоцид), образуван по време на неговия метаболизъм, който е предшественик на голяма група сулфонамидни лекарства (фиг. 2.38).

Ориз. 2.38. Структура на фолиевата киселина и обща формула на сулфонамидите

Бактериостатичният ефект на сулфонамидите е, че те заместват пара-аминобензоената киселина (PABA) в активния център на ензима дихидроптеорат синтаза по време на синтеза на фолиева киселина от бактериите, което е необходимо за образуването на нуклеинови киселини; в резултат на това се нарушава растежа и развитието на микроорганизмите. Фолиевата киселина не се синтезира в човешкия организъм, а се набавя с храната като витамин.

Обяснете механизма на антибактериалното действие на сулфонамидите, за да направите това, отговорете на въпросите:

а) как се нарича този тип инхибиране (сравнете структурите на сулфонамидите и PABA)? Как влияят такива инхибитори на Kt и Vmax

в) защо обикновено се предписва натоварваща доза сулфонамиди веднага по време на лечението?

г) ще повлияят ли сулфонамидите на образуването на нуклеинови киселини в човешките клетки? Обяснете отговора си.

3. 2 пациенти с депресивни разстройства се консултираха с психиатър. Известно е, че причината за депресията при хората в някои случаи е липсата на невротрансмитери в синаптичната цепнатина. Също така в мозъка има ензими от групата на моноаминооксидазите (МАО), които унищожават невротрансмитерите, освободени в синаптичната цепнатина. На първия пациент е предписан пирлиндол, който е структурен аналог на медиатора серотонин. Вторият е ниаламид, който е способен да се свързва ковалентно с активното място на МАО. Обяснете механизмите на действие на тези лекарства и посочете кой пациент е най-вероятно да реагира по-бързо на лекарството. Отговарям:

а) характеризира ефекта на тези лекарства върху МАО, посочете разликата в

механизми на взаимодействие с този ензим;

б) дайте схема за инхибиране на МАО от пирлиндол и ниаламид;

в) въз основа на механизма на инхибиране на тези лекарства, обяснете

кой ще има по-дълготраен ефект върху тялото и защо.

4. Напоследък се наблюдава увеличаване на употребата на метанол за производството на технически течности, използвани в продуктите за грижа за превозни средства, включително продукти за миене на предното стъкло. Основната опасност от метиловия алкохол или метанола е използването му като сурогатен алкохол, което води до смърт. Така, според Научно-практическия център по токсикология на Росздрав, делът на пациентите, отровени с метанол, варира от 0,1 до 0,5% от всички хоспитализирани пациенти. Обяснете причината за токсичността на метанола и как да осигурите медицинско лечение, ако е известно, че метанолът инхибира активността на ензима ацеталдехид дехидрогеназа, който участва в катаболизма на етанола, което причинява натрупването на ацеталдехид. За да отговоря на въпроса:

а) напишете реакциите на окисление на етанола, като вземете предвид, че възниква окисление

преминава на два етапа с образуването на междинно съединение - ацеталдехид; крайният продукт е оцетна киселина; коензимът на двете реакции е NAD+;

б) напишете структурната формула на метанола и посочете механизма на инхибиране на ензимната активност;

в) предложете метод за лечение при отравяне с метанол.

5. В миналото италианските дами капваха сок от беладона в очите си, което караше зениците да се разширяват и очите придобиват особен блясък. Сега е известно, че подобен ефект се причинява от алкалоида атропин, който се съдържа в много растения: беладона, кокошка, датура. Обяснете механизма на действие на атропина. За това:

а) назовете рецепторите, които атропинът инхибира (вижте модул 1), посочете видовете рецептори и последователността на събитията, когато атропинът попадне в очите;

б) отговорете къде в медицината се използват атропин и лекарства с подобно действие;

в) посочете какви мерки могат да се предприемат в случай на предозиране на атропин? Обосновете възможните начини за повишаване на концентрацията на ацетилхолин и обяснете необходимостта от това действие.

6. Употреба на големи дози кофеинпричинява симптоми при хора, подобни на ефектите на адреналина: повишен сърдечен ритъм; бронхиална дилатация, възбуда, промени в метаболизма в тъканите, които депозират енергийни носители. Обяснете механизма на действие на кофеина, като имате предвид, че той е конкурентен инхибитор на ензима фосфодиестераза (PDE), отговорен за разграждането на cAMP:

За да отговоря на този въпрос:

а) отговорете, концентрацията на кое вещество ще се увеличи в клетката под въздействието на кофеина;

б) обяснете механизма на регулаторното действие на сАМР в клетката; схематично изобразяват структурата на ензима, който се активира поради повишаване на концентрацията на сАМР в клетката;

в) посочете какви процеси в клетката ще се активират в резултат на употребата на кофеин? Напишете диаграма на тези реакции;

г) не забравяйте, че подобен механизъм на действие се наблюдава при лекарства, които подобряват реологичните свойства на кръвта (напр. трентал),както и лекарства, които се използват за отпускане на бронхите и облекчаване на бронхоспазъм (напр. теофилин).

7. Пациентът Л. е приет в болница със съмнение за миокарден инфаркт. Според пациента 5 часа преди пристигането на лекаря той е имал задух. Лекарят подозира инфаркт на миокарда и хоспитализира пациента. В болницата в продължение на няколко дни е направен биохимичен кръвен тест за потвърждаване на диагнозата. Резултатите от анализите са представени в табл. 2.9. Получените данни потвърждават ли диагнозата на лекаря? Отговарям:

В регулацията на метаболитните пътища участват три вида механизми. Първият от тях, който реагира най-бързо на всяка промяна в ситуацията, е свързан с действието на алостерични ензими (фиг. 13-15), чиято каталитична активност може да се промени под въздействието на специални вещества, които имат стимулиращ или инхибиторен ефект (те се наричат ​​ефектори или модулатори; раздел 9.18).

По правило алостеричните ензими заемат място в началото или близо до началото на дадена мултиензимна последователност и катализират този етап, който ограничава скоростта на целия процес като цяло; Обикновено ролята на такъв етап играе практически необратима реакция.

Ориз. 13-15. Регулиране на катаболитния път чрез обратна връзка, т.е. поради инхибиране на алостеричния ензим от крайния продукт на този процес. Буквите J, K, L и т.н. означават междинни продукти от този метаболитен път, а буквите E1, E2, E3 и т.н. означават ензими, които катализират отделните етапи. Първата стъпка се катализира от алостеричен ензим (ED), който се инхибира от крайния продукт на тази реакционна последователност. Алостеричното инхибиране се обозначава с прекъсната червена стрелка, която свързва инхибиторния метаболит с реакцията, катализирана от алостеричния ензим. Регулираната стъпка (катализирана от ензима EJ обикновено е практически необратима реакция в клетъчни условия.

В катаболните процеси, придружени от синтеза на АТФ от АДФ, този краен продукт, АТФ, често действа като алостеричен инхибитор на един от ранните етапи на катаболизма. Алостеричният инхибитор на един от ранните етапи на анаболизма често е крайният продукт на биосинтезата, например някаква аминокиселина (раздел 9.18). Активността на някои алостерични ензими се стимулира от специфични положителни модулатори. Алостеричен ензим, който регулира една от катаболните реакционни последователности, може, например, да бъде обект на стимулиращото влияние на положителните модулатори, ADP или AMP, и на инхибиторния ефект на отрицателния модулатор, ATP. Има и случаи, когато алостеричен ензим на метаболитен път реагира по специфичен начин на междинни или крайни продукти на други метаболитни пътища. Благодарение на това е възможно да се координира скоростта на действие на различни ензимни системи.

Вторият тип механизми, които регулират метаболизма във висшите организми, е хормоналната регулация (фиг. 13-16). Хормоните са специални химични вещества (химически „пратеници”), произвеждани от различни жлези с вътрешна секреция и освободени директно в кръвта; те се транспортират от кръвта до други тъкани или органи и тук стимулират или инхибират определени видове метаболитна активност. Хормонът епинефрин, например, се секретира от надбъбречната медула и се пренася от кръвта в черния дроб, където стимулира разграждането на гликогена до глюкоза, което води до повишаване на нивата на кръвната захар. В допълнение, адреналинът стимулира разграждането на гликогена в скелетните мускули; този процес води до образуването на лактат и съхраняването на енергия под формата на АТФ. Епинефринът предизвиква тези ефекти, като се прикрепя към специфични рецепторни места на повърхността на мускулните клетки или чернодробните клетки.

Свързването на адреналина служи като сигнал; този сигнал се предава към вътрешните части на клетката и тук предизвиква ковалентна модификация, под влиянието на която гликоген фосфорилазата (първият ензим в системата, който катализира превръщането на гликоген в глюкоза и други продукти; раздел 9.22) преминава от по-малко активна форма към по-активна (фиг. 13-16).

Третият тип механизми за регулиране на метаболизма са свързани с промени в концентрацията на този ензим в клетката. Концентрацията на всеки ензим във всеки един момент се определя от съотношението на скоростите на неговия синтез и разпад. Скоростта на синтеза на някои ензими се увеличава рязко при определени условия; Съответно концентрацията на този ензим в клетката се увеличава. Ако, например, едно животно получава диета, богата на въглехидрати, но бедна на протеини, тогава неговият черен дроб съдържа изключително ниски нива на ензими, които при нормални условия катализират разграждането на аминокиселините до ацетил-КоА. Тъй като тези ензими практически не са необходими при такава диета, те не се произвеждат в големи количества. Струва си обаче да преминете животното към диета, богата на протеини, и в рамките на един ден съдържанието на ензими в черния му дроб ще се увеличи значително, което сега ще бъде необходимо за разграждане на смилаеми аминокиселини.

Ориз. 13-16. Хормонална регулация на ензимните реакции. В резултат на прикрепването на хормона адреналин към специфични рецептори, разположени на повърхността на чернодробните клетки, се образува цикличен аденилат с участието на мембранно свързан ензим (аденилат циклаза). Последният функционира като алостеричен активатор или вътреклетъчен медиатор, под влиянието на който гликоген фосфорилазата преминава от неактивна форма в активна, което води до ускоряване на превръщането на чернодробния гликоген в кръвна глюкоза. Този метаболитен път е описан подробно в гл. 25.

Ориз. 13-17. Ензимна индукция. Високата вътреклетъчна концентрация на субстрат А може да стимулира биосинтезата на ензими Е1, Е2 и Е3. Съдържанието на тези ензими в клетката се увеличава и по този начин се създава възможност за ускоряване на тези реакции, в резултат на което излишният субстрат А се отстранява. Следователно излишъкът от субстрат А служи като сигнал за клетъчното ядро, принуждавайки го да „включи“ гените, които контролират образуването на ензимите El, E2 и E3. Включването на гени означава синтез на съответната информационна РНК; навлиза в рибозомите и в резултат на това в тях се осъществява синтеза на ензимите Е1, Е2 и Е3.

Следователно, чернодробните клетки имат способността да включват или изключват биосинтезата на специфични ензими, в зависимост от естеството на хранителните вещества, влизащи в тях. Това явление се нарича ензимна индукция (фиг. 13-17).

1. Всички химични реакции в клетката протичат с участието на ензими. Следователно, за да се повлияе на скоростта на метаболитния път (последователното превръщане на едно вещество в друго), е достатъчно да се регулира броят на ензимните молекули или тяхната активност. Обикновено в метаболитните пътища има ключови ензимипоради което се регулира скоростта на целия път. Тези ензими (един или повече в метаболитен път) се наричат регулаторни ензими.Регулирането на скоростта на ензимните реакции се извършва на три независими нива: чрез промяна на броя на ензимните молекули, наличието на субстратни и коензимни молекули и промяна на каталитичната активност на ензимната молекула (Таблица 2.6).

Таблица 2.5. Методи за регулиране скоростта на ензимните реакции

Нека разгледаме начини за регулиране на скоростта на ензимните реакции чрез промяна на каталитичната активност на ензимната молекула.

2. Алостерична регулация. Алостерични ензимиНаречен ензими, активносткойто може да се регулиракато се използва ефекторни вещества.Ефекторите, включени в алостеричната регулация, са клетъчни метаболити, които често участват в самия път, който регулират.

Ефекторът, който причинява намаляване (инхибиране)ензимната активност се нарича инхибитор.Ефекторът, който причинява увеличаване (активиране)ензимната активност се нарича активатор.

Алостеричните ензими имат определени структурни характеристики:

Обикновено са олигомерни протеини,състоящ се от няколко протомера;

имам алостеричен център,пространствено отдалечен от каталитично активния център;

Ефекторите се прикрепят към ензима нековалентно в алостерични (регулаторни) центрове.

Алостеричните центрове, подобно на каталитичните, могат да проявяват различна специфичност по отношение на лигандите: тя може да бъде абсолютна или групова. Някои ензими имат няколко алостерични центъра, някои от които са специфични за активатори, други за инхибитори.

Протомерът, върху който е разположен алостеричният център, се нарича регулаторен протомерЗа разлика от каталитичен протомер,съдържащи активен център, в който протича химична реакция.

Алостеричните ензими имат свойството кооперативност:взаимодействието на алостеричен ефектор с алостеричен център причинява кооперативна промяна в конформацията на всички субединици, което води до промяна в конформацията на активния център и промяна в афинитета на ензима към субстрата, което намалява или увеличава каталитична активност на ензима. Ако инхибиторът е прикрепен към алостеричния център, тогава в резултат на кооперативни конформационни промени настъпва промяна в конформацията на активния център, което води до намаляване на афинитета на ензима към субстрата и съответно намаляване на скоростта на ензимната реакция. Обратно, ако активаторът е прикрепен към алостеричния център, тогава афинитетът на ензима към субстрата се увеличава, което води до увеличаване на скоростта на реакцията. Последователността от събития под действието на алостерични ефектори е представена на фиг. 2.26.

Регулиране на алостеричните ензими обратимо:отделянето на ефектора от регулаторната субединица възстановява първоначалната каталитична активност на ензима.

Алостерични ензими катализират ключови реакциина този метаболитен път.

Алостеричните ензими играят важна роля в различни метаболитни пътища, тъй като реагират изключително бързо и на най-малките промени във вътрешния състав на клетката. Скоростта на метаболитните процеси зависи от концентрацията на веществата, използвани и образувани в дадена верига от реакции. Прекурсорите могат да бъдат активатори на алостерични ензими в метаболитния път. В същото време, когато крайният продукт на всеки метаболитен път се натрупа, той може да действа като алостеричен инхибитор на ензима. Този метод на регулиране е често срещан в тялото и се нарича „отрицателна обратна връзка“:

Ориз. 2.26. Схема на структурата и функционирането на алостеричен ензим:

А - действието на отрицателен ефектор (инхибитор). Инхибиторът (I) се прикрепя към алостеричния център, което причинява кооперативни конформационни промени в ензимната молекула, включително в активния център на ензима. Афинитетът на ензима към субстрата намалява и в резултат на това скоростта на ензимната реакция намалява; B - действие на положителен ефектор (активатор). Активаторът (А) се свързва с алостеричния център, което причинява кооперативни конформационни промени. Афинитетът на ензима към субстрата се увеличава и скоростта на ензимната реакция се увеличава. Обратимият ефект както на инхибитора, така и на активатора върху ензимната активност е демонстриран

Нека разгледаме алостеричната регулация на процеса на катаболизъм на глюкозата, който завършва с образуването на АТФ молекула (фиг. 2.27). В случай, че ATP молекулите в клетката не се консумират, това е инхибитор на алостеричните ензими на този метаболитен път: фосфофруктокиназа и пируват киназа. В същото време междинният метаболит на катаболизма на глюкозата, фруктозо-1,6-бисфосфат, е алостеричен активатор на ензима пируват киназа. Инхибирането от крайния продукт на метаболитния път и активирането от първоначалните метаболити позволява

Ориз. 2.27. Алостерична регулация на процеса на катаболизъм на глюкозата.

Молекулата на АТФ е алостеричен инхибитор на ензимите на метаболитния път - фосфофруктокиназа и пируват киназа. Молекулата на фруктозо-1,6-бисфосфат е алостеричен активатор на ензима пируват киназа

регулират скоростта на метаболитния път. Алостеричните ензими като правило катализират първоначалните реакции на метаболитен път, необратими реакции, реакции, ограничаващи скоростта (най-бавните) или реакции в точката на разклонение на метаболитния път.

3. Регулиране чрез протеин-протеинови взаимодействия.Някои ензими променят своята активност в резултат на протеин-протеинови взаимодействия. Могат да се разграничат най-малко два механизма за промяна на ензимната активност по този начин: активиране на ензимите в резултат на добавяне на активаторни протеини (активиране на ензима аденилат циклаза от α-субединицата на G протеина, вижте модул 4) и промени в каталитична активност в резултат на асоцииране и дисоциация на протомерите.

Като пример за регулиране на каталитичната активност на ензимите чрез асоцииране или дисоциация на протомери можем да разгледаме регулирането на ензима протеин киназа А.

Протеин киназа А(cAMP-зависим) се състои от четири субединици от два типа: две регулаторни (R) и две каталитични (C). Този тетрамер няма каталитична активност. Регулаторните субединици имат места на свързване за цикличен 3,5"-AMP (cAMP) (по две за всяка субединица). Прикрепването на четири сАМР молекули към две регулаторни субединици води до промяна в конформацията на регулаторните протомери и до дисоциация на тетрамерния комплекс; това освобождава две активни каталитични субединици (фиг. 2.28). Активната протеин киназа А катализира прехвърлянето на остатък от фосфорна киселина от АТФ към специфични ОН групи от аминокиселинни остатъци на протеини (т.е. причинява фосфорилиране на протеини).

Ориз. 2.28. Регулиране на активността на протеин киназа А (PKA) чрез протеин-протеинови взаимодействия.

PKA се активира от четири cAMP молекули, които се свързват с две регулаторни субединици, което води до промяна в конформацията на регулаторните протомери и дисоциация на тетрамерния комплекс. Това освобождава две активни каталитични субединици, които могат да причинят протеиново фосфорилиране

Разцепването на сАМР молекулите от регулаторните субединици води до свързване на регулаторните и каталитичните субединици на протенкиназа А с образуването на неактивен комплекс.

4. Регулиране на каталитичната активност на ензимите чрез фосфорилиране-дефосфорилиране.В биологичните системи често се среща механизъм за регулиране на активността на ензимите чрез тяхната ковалентна модификация. Бърз и широко разпространен метод за химична модификация на ензимите е тяхното фосфорилиране-дефосфорилиране.

ОН групите на ензима претърпяват фосфорилиране, което се осъществява от ензими протеин кинази(фосфорилиране) и фосфопротеин фосфатази(дефосфорилиране). Добавянето на остатък от фосфорна киселина води до промяна в конформацията на активния център и неговата каталитична активност. В този случай резултатът може да бъде двоен: някои ензими се активират по време на фосфорилирането, докато други, напротив, стават по-малко активни (фиг. 2.29). Активността на протеин киназите и фосфопротеин фосфатазите се регулира от хормони, което позволява активността на ключовите ензими в метаболитните пътища бързо да варира в зависимост от условията на околната среда.

Ориз. 2.29. Схема на регулиране на ензимната активност чрез фосфорилиране-дефосфорилиране.

Фосфорилирането на ензимите се осъществява с помощта на ензима протеин киназа. Донорът на остатъка от фосфорна киселина е молекулата на АТФ. Фосфорилирането на ензима променя неговата конформация и конформацията на активния център, което променя афинитета на ензима към субстрата. В този случай някои ензими се активират по време на фосфорилирането, докато други се инхибират. Обратният процес - дефосфорилиране - се причинява от ензимите фосфопротеин фосфатази, които отцепват остатъка от фосфорна киселина от ензима и връщат ензима в първоначалното му състояние

5. Регулиране на каталитичната активност на ензимите чрез частична (ограничена) протеолиза.Някои ензими, които функционират извън клетките (в стомашно-чревния тракт или кръвната плазма), се синтезират като неактивни прекурсори и се активират само в резултат на хидролиза на една или повече специфични пептидни връзки, което води до елиминиране на част от молекулата. В останалата част от белтъчната молекула настъпва конформационно пренареждане и се образува активният център на ензима (фиг. 2.30). Частичната протеолиза е пример за регулиране, когато активността на ензима се промени

Ориз. 2.30. Активиране на пепсин чрез частична протеолиза.

В резултат на хидролизата на една или повече пептидни връзки на пепсиногена (неактивна молекула), част от молекулата се отцепва и се образува активният център на ензима пепсин.

необратим. Такива ензими обикновено функционират за кратко време, което се определя от живота на протеиновата молекула. Частичната протеолиза е в основата на активирането на храносмилателни протеолитични ензими (пепсин, трипсин, химотрипсин, еластаза), пептидни хормони (инсулин), протеини на системата за коагулация на кръвта и редица други протеини.