Enzymes za homoni za kudanganya. Misingi ya Lehninger ya biokemia Mbinu za kudhibiti shughuli za kimetaboliki katika seli

DYNAMIC BIOCHEMISTRY

SuraIV.8.

Kimetaboliki na nishati

Kimetaboliki au kimetaboliki - seti ya athari za kemikali katika mwili ambayo hutoa kwa vitu na nishati muhimu kwa maisha. Katika kimetaboliki, hatua mbili kuu zinaweza kutofautishwa: maandalizi - wakati dutu iliyopokelewa kupitia njia ya chakula inapitia mabadiliko ya kemikali, kama matokeo ambayo inaweza kuingia kwenye damu na kisha kupenya ndani ya seli, na kimetaboliki yenyewe, i.e. mabadiliko ya kemikali ya misombo ambayo imeingia ndani ya seli.

Njia ya kimetaboliki - hii ni asili na mlolongo wa mabadiliko ya kemikali ya dutu fulani katika mwili. Bidhaa za kati zinazoundwa wakati wa mchakato wa kimetaboliki huitwa metabolites, na kiwanja cha mwisho cha njia ya kimetaboliki ni bidhaa ya mwisho.

Mchakato wa kugawanya vitu ngumu kuwa rahisi zaidi huitwa ukataboli. Kwa hivyo, protini, mafuta, na wanga katika chakula hugawanywa katika vipengele rahisi (amino asidi, asidi ya mafuta na monosaccharides) chini ya hatua ya enzymes katika njia ya utumbo. Hii inatoa nishati. Mchakato wa nyuma, i.e. usanisi wa misombo ngumu kutoka kwa rahisi zaidi inaitwa anabolism . Inakuja na matumizi ya nishati. Kutoka kwa asidi ya amino, asidi ya mafuta na monosaccharides inayoundwa kama matokeo ya digestion, protini mpya za seli, phospholipids ya membrane na polysaccharides huunganishwa katika seli.

Kuna dhana amphibolism wakati kiwanja kimoja kinaharibiwa, lakini kingine kinaunganishwa.

Mzunguko wa kimetaboliki ni njia ya kimetaboliki ambayo moja ya bidhaa za mwisho ni sawa na mojawapo ya misombo inayohusika katika mchakato huu.

Njia fulani ya kimetaboliki ni seti ya mabadiliko ya kiwanja kimoja maalum (wanga au protini). Njia ya jumla ya kimetaboliki ni wakati aina mbili au zaidi za misombo zinahusika (wanga, lipids na sehemu ya protini zinahusika katika kimetaboliki ya nishati).

Substrates za kimetaboliki - misombo inayotolewa na chakula. Miongoni mwao, kuna virutubisho kuu (protini, wanga, lipids) na madogo, ambayo huja kwa kiasi kidogo (vitamini, madini).

Uzito wa kimetaboliki huamuliwa na hitaji la seli kwa dutu fulani au nishati; udhibiti unafanywa kwa njia nne:

1) Kiwango cha jumla cha mmenyuko wa njia fulani ya kimetaboliki imedhamiriwa na mkusanyiko wa kila enzymes kwenye njia hii, thamani ya pH ya mazingira, mkusanyiko wa intracellular wa kila moja ya bidhaa za kati, na mkusanyiko wa cofactors na coenzymes.

2) Shughuli ya enzymes ya udhibiti (allosteric), ambayo kwa kawaida huchochea hatua za awali za njia za kimetaboliki. Wengi wao wamezuiwa na bidhaa ya mwisho ya njia hii na aina hii ya kuzuia inaitwa "maoni".

3) Udhibiti wa maumbile ambayo huamua kiwango cha usanisi wa enzyme fulani. Mfano wa kushangaza ni kuonekana kwa vimeng'enya visivyoweza kuingizwa kwenye seli kwa kujibu ugavi wa substrate inayolingana.

4) Udhibiti wa homoni. Idadi ya homoni inaweza kuamsha au kuzuia vimeng'enya vingi katika njia za kimetaboliki.

Viumbe hai ni mifumo isiyo thabiti ya thermodynamically. Kwa malezi na utendaji wao, ugavi unaoendelea wa nishati unahitajika katika fomu inayofaa kwa matumizi mengi. Ili kupata nishati, karibu viumbe vyote vilivyo hai kwenye sayari vimejirekebisha ili kuhairisha moja ya vifungo vya pyrofosfati vya ATP. Katika suala hili, moja ya kazi kuu za bioenergetics ya viumbe hai ni kujaza tena kwa ATP iliyotumiwa kutoka kwa ADP na AMP.

Chanzo kikuu cha nishati katika seli ni oxidation ya substrates na oksijeni ya anga. Utaratibu huu hutokea kwa njia tatu: kuongezwa kwa oksijeni kwa atomi ya kaboni, uondoaji wa hidrojeni, au kupoteza elektroni. Katika seli, oxidation hutokea kwa namna ya uhamisho wa mfululizo wa hidrojeni na elektroni kutoka kwa substrate hadi oksijeni. Katika kesi hiyo, oksijeni ina jukumu la kiwanja cha kupunguza (wakala wa oxidizing). Miitikio ya oksidi hutokea kwa kutolewa kwa nishati. Miitikio ya kibayolojia ina sifa ya mabadiliko madogo kiasi ya nishati. Hii inafanikiwa kwa kugawanya mchakato wa oxidation katika idadi ya hatua za kati, ambayo inaruhusu kuhifadhiwa kwa sehemu ndogo kwa namna ya misombo ya juu ya nishati (ATP). Kupungua kwa atomi ya oksijeni wakati wa kuingiliana na jozi ya protoni na elektroni husababisha kuundwa kwa molekuli ya maji.

Kupumua kwa tishu

Huu ni mchakato wa matumizi ya oksijeni na seli za tishu za mwili, ambazo zinahusika katika oxidation ya kibiolojia. Aina hii ya oxidation inaitwa oxidation ya aerobic . Ikiwa kipokeaji cha mwisho katika mnyororo wa uhamishaji wa hidrojeni sio oksijeni, lakini vitu vingine (kwa mfano, asidi ya pyruvic), basi aina hii ya oxidation inaitwa. anaerobic.

Hiyo. oxidation ya kibiolojia ni dehydrogenation ya substrate kwa msaada wa flygbolag za hidrojeni za kati na kipokezi chake cha mwisho.

Mlolongo wa kupumua (enzymes za kupumua kwa tishu) ni wabebaji wa protoni na elektroni kutoka kwa substrate iliyooksidishwa hadi oksijeni. Wakala wa oksidi ni kiwanja ambacho kinaweza kukubali elektroni. Uwezo huu una sifa ya kiasi uwezo wa redox kuhusiana na elektrodi ya kawaida ya hidrojeni ambayo pH yake ni 7.0. Uwezo wa chini wa kiwanja, nguvu zake za kupunguza mali na kinyume chake.

Hiyo. kiwanja chochote kinaweza tu kuchangia elektroni kwa kiwanja chenye uwezo wa juu wa redox. Katika mlolongo wa kupumua, kila kiungo kinachofuata kina uwezo mkubwa zaidi kuliko uliopita.

Mlolongo wa kupumua unajumuisha:

1. dehydrogenase inayotegemea NAD;

2. dehydrogenase inayotegemea FAD;

3. Ubiquinone (Ko Q);

4. Cytochrome b, c, a + a3.

Dehydrogenases zinazotegemea NAD . Ina kama coenzyme JUU Na NADP. Pete ya pyridine ya nikotinamidi ina uwezo wa kukubali elektroni na protoni za hidrojeni.

FAD na dehydrogenases zinazotegemea FMN vyenye fosforasi ester ya vitamini B 2 kama coenzyme ( FAD).

Ubiquinone (Ko Q ) huondoa hidrojeni kutoka kwa flavoproteini na kugeuka kuwa haidrokwinoni.

Cytochromes - Protini za chromoprotein zinazoweza kupata elektroni kwa sababu ya uwepo wa porphyrins za chuma kama vikundi vya bandia katika muundo wao. Wanakubali elektroni kutoka kwa dutu ambayo ni wakala wa kupunguza nguvu kidogo na kuihamisha hadi kwa wakala wa kuongeza vioksidishaji. Atomi ya chuma inaunganishwa na atomi ya nitrojeni ya pete ya imidazole ya histidine amino asidi upande mmoja wa ndege ya pete ya porphyrin, na kwa upande mwingine kwa atomi ya sulfuri ya methionine. Kwa hiyo, uwezo wa uwezo wa atomi ya chuma katika cytochromes kumfunga oksijeni hukandamizwa.

KATIKA saitokromu c ndege ya porphyrin inaunganishwa kwa ushirikiano na protini kupitia mabaki mawili ya cysteine, na katika cytochromexb Na , haijafungwa kwa ushirikiano na protini.

KATIKA saitokromu a+a 3 (cytochrome oxidase) badala ya protoporphyrin ina porphyrin A, ambayo hutofautiana katika idadi ya vipengele vya kimuundo. Nafasi ya tano ya uratibu wa chuma inachukuliwa na kikundi cha amino kilicho kwenye mabaki ya sukari ya amino ambayo ni sehemu ya protini yenyewe.

Tofauti na heme, hemolgobini, atomi ya chuma katika saitokromu inaweza kubadilika kutoka kwa mbili hadi hali ya trivalent, ambayo inahakikisha usafiri wa elektroni (Angalia Kiambatisho 1 "Muundo wa atomiki na elektroniki wa hemoproteini" kwa maelezo zaidi).

Utaratibu wa uendeshaji wa mnyororo wa usafiri wa elektroni

Utando wa nje wa mitochondrion (Mchoro 4.8.1) unaweza kupenyeza kwa molekuli ndogo na ioni nyingi, utando wa ndani unapenyezwa kwa karibu ioni zote (isipokuwa protoni H) na kwa molekuli nyingi ambazo hazijachajiwa.

Vipengele vyote hapo juu vya mlolongo wa kupumua vimewekwa kwenye utando wa ndani. Usafirishaji wa protoni na elektroni kando ya mnyororo wa kupumua unahakikishwa na tofauti inayowezekana kati ya vifaa vyake. Katika hali hii, kila ongezeko la uwezo kwa 0.16 V hutoa nishati ya kutosha kwa ajili ya usanisi wa molekuli moja ya ATP kutoka ADP na H 3 PO 4. Wakati molekuli moja ya O2 inatumiwa, 3 huundwa ATP.

Michakato ya oxidation na malezi ya ATP kutoka kwa ADP na asidi ya fosforasi i.e. Phosphorylation hutokea katika mitochondria. Utando wa ndani huunda mikunjo mingi - cristae. Nafasi hiyo imefungwa na utando wa ndani - tumbo. Nafasi kati ya utando wa ndani na nje inaitwa intermembrane.

Molekuli kama hiyo ina vifungo vitatu vya juu-nishati. Macroergic au tajiri ya nishati ni dhamana ya kemikali ambayo, ikivunjwa, hutoa zaidi ya 4 kcal / mol. Mgawanyiko wa hidrolitiki wa ATP hadi ADP na asidi ya fosforasi hutoa 7.3 kcal/mol. Hasa kiasi sawa kinatumiwa kuunda ATP kutoka kwa ADP na mabaki ya asidi ya fosforasi, na hii ni mojawapo ya njia kuu za kuhifadhi nishati katika mwili.

Wakati wa usafiri wa elektroni kando ya mlolongo wa kupumua, nishati hutolewa, ambayo hutumiwa kwa kuongeza mabaki ya asidi ya fosforasi kwa ADP ili kuunda molekuli moja ya ATP na molekuli moja ya maji. Wakati wa uhamisho wa jozi moja ya elektroni kando ya mlolongo wa kupumua, 21.3 kcal / mol hutolewa na kuhifadhiwa kwa namna ya molekuli tatu za ATP. Hii inachukua takriban 40% ya nishati iliyotolewa wakati wa usafirishaji wa elektroni.

Njia hii ya kuhifadhi nishati kwenye seli inaitwa phosphorylation ya oksidi au fosforasi iliyounganishwa.

Taratibu za molekuli za mchakato huu zimeelezewa kikamilifu zaidi na nadharia ya Mitchell ya chemoosmotic, iliyowekwa mbele mnamo 1961.

Utaratibu wa phosphorylation ya oksidi (Mchoro 4.8.2.):

1) Dehydrogenase inayotegemea NAD iko kwenye uso wa tumbo la utando wa ndani wa mitochondrial na hutoa jozi ya elektroni za hidrojeni kwa dehydrogenase inayotegemea FMN. Katika kesi hiyo, jozi ya protoni pia hupita kutoka kwenye tumbo hadi FMN na, kwa sababu hiyo, FMN H 2 huundwa. Kwa wakati huu, jozi ya protoni mali ya NAD inasukumwa kwenye nafasi ya intermembrane.

2) Dehydrogenase inayotegemea FAD inatoa jozi ya elektroni kwa Co Q na kusukuma protoni kadhaa kwenye nafasi ya intermembrane. Baada ya kupokea elektroni Co Q inakubali jozi ya protoni kutoka kwa tumbo na inabadilika kuwa Co QH 2.

3) Ko Q H2 inasukuma jozi ya protoni kwenye nafasi ya intermembrane, na jozi ya elektroni huhamishiwa kwenye saitokromu na kisha kwa oksijeni ili kuunda molekuli ya maji.

Kama matokeo, wakati jozi ya elektroni inahamishwa kando ya mnyororo kutoka kwa tumbo hadi nafasi ya intermembrane, protoni 6 (jozi 3) hupigwa, ambayo husababisha kuundwa kwa tofauti inayoweza kutokea na tofauti ya pH kati ya nyuso za ndani. utando.

4) Tofauti inayoweza kutokea na tofauti ya pH huhakikisha kusogezwa kwa protoni kupitia chaneli ya protoni kurudi kwenye tumbo.

5) Harakati hii ya nyuma ya protoni husababisha uanzishaji wa synthase ya ATP na usanisi wa ATP kutoka kwa ADP na asidi ya fosforasi. Wakati wa kuhamisha jozi moja ya elektroni (yaani jozi tatu za protoni), molekuli 3 za ATP zinaunganishwa (Mchoro 4.7.3.).

Kutengana kwa michakato ya kupumua na phosphorylation ya oksidi hutokea wakati protoni zinapoanza kupenya utando wa ndani wa mitochondria. Katika kesi hii, gradient ya pH imewekwa na nguvu ya kuendesha fosforasi hupotea. Vitenganishi vya kemikali huitwa protonophore; vina uwezo wa kusafirisha protoni kwenye utando. Hizi ni pamoja na 2,4-dinitrophenol, homoni za tezi, nk (Mchoro 4.8.3.).

ATP inayotokana na tumbo ndani ya cytoplasm huhamishwa na enzymes ya translocase, wakati kinyume chake molekuli moja ya ADP na molekuli moja ya asidi ya fosforasi huhamishiwa kwenye tumbo. Ni wazi kwamba usumbufu wa ADP na usafiri wa phosphate huzuia awali ya ATP.

Kiwango cha phosphorylation ya kioksidishaji inategemea hasa maudhui ya ATP; kwa kasi inatumiwa, ADP inakusanya zaidi, mahitaji ya nishati huongezeka na, kwa hiyo, mchakato wa phosphorylation ya oxidative unafanya kazi zaidi. Udhibiti wa kiwango cha phosphorylation ya oksidi na mkusanyiko wa seli za ADP huitwa udhibiti wa kupumua.

MAREJEO YA SURA IV.8.

1. Byshevsky A. Sh., Tersenov O. A. Biokemia kwa daktari // Ekaterinburg: Uralsky Rabochiy, 1994, 384 pp.;

2. Knorre D. G., Myzina S. D. Kemia ya kibiolojia. - M.: Juu zaidi. shule 1998, 479 uk.;

3. Leninger A. Biokemia. Msingi wa Masi ya muundo wa seli na kazi // M.: Mir, 1974, 956 pp.;

4. Pustovalova L.M. Warsha juu ya biochemistry // Rostov-on-Don: Phoenix, 1999, 540 pp.;

5. Stepanov V. M. Biolojia ya Masi. Muundo na kazi za protini // M.: Shule ya juu, 1996, 335 pp.;

Kimetaboliki, iliyounganishwa bila usawa na ubadilishanaji wa nishati, ni mpangilio wa asili wa mabadiliko ya vitu na nishati katika mifumo hai, inayolenga kuhifadhi na kujizalisha. F. Engels alibainisha kimetaboliki kama mali muhimu zaidi ya maisha, na kukomesha ambayo maisha yenyewe hukoma. Alisisitiza asili ya lahaja ya mchakato huu na kusema kwamba

Kutoka kwa mtazamo wa kupenda mali, mwanzilishi wa fiziolojia ya Kirusi, I.M. Sechenov, alizingatia jukumu la kimetaboliki katika maisha ya viumbe. K. A. Timiryazev mara kwa mara alifuata wazo kwamba mali kuu ambayo ni sifa ya viumbe hai ni ubadilishanaji wa kila wakati kati ya dutu inayounda kiumbe na dutu ya mazingira, ambayo kiumbe huona kila wakati, huiga, huibadilisha kuwa kitu sawa, tena hubadilika. na kutofautisha katika mchakato wa kusambaza. I.P. Pavlov alizingatia kimetaboliki kama msingi wa udhihirisho wa shughuli za maisha, kama msingi wa kazi za kisaikolojia za mwili. Mchango mkubwa katika ujuzi wa kemia ya michakato ya maisha ulifanywa na A.I. Oparin, ambaye alisoma mifumo ya msingi ya mageuzi ya kimetaboliki wakati wa kuibuka na maendeleo ya maisha duniani.

DHANA NA MASHARTI YA MSINGI

Au kimetaboliki ni seti ya athari za kemikali katika mwili ambayo hutoa kwa vitu na nishati muhimu kwa maisha: kujihifadhi na uzazi wa kibinafsi. Kujizalisha kunaeleweka kama mageuzi ya dutu inayotoka nje hadi kwenye dutu na miundo ya mwili yenyewe, na kusababisha upyaji wa tishu unaoendelea, ukuaji na uzazi.

Katika kimetaboliki kuna:

• kubadilishana nje- inajumuisha mabadiliko ya ziada ya vitu kwenye njia za kuingia kwao ndani ya mwili na kuondolewa kwa bidhaa za kimetaboliki kutoka kwake. [onyesha] .

  Uingizaji wa dutu ndani ya mwili na kutolewa kwa bidhaa za kimetaboliki kwa pamoja hujumuisha ubadilishanaji wa vitu kati ya mazingira na kiumbe, na hufafanuliwa kama ubadilishanaji wa nje.

  Kubadilishana kwa nje ya vitu (na nishati) hutokea daima.

  Mwili wa mwanadamu kutoka kwa mazingira ya nje hupokea oksijeni, maji, chumvi za madini, virutubisho, vitamini muhimu kwa ajili ya ujenzi na upyaji wa mambo ya kimuundo ya seli na tishu, na malezi ya nishati. Dutu hizi zote zinaweza kuitwa bidhaa za chakula, ambazo baadhi yake ni za asili ya kibaiolojia (bidhaa za mimea na wanyama) na sehemu ndogo sio ya kibaiolojia (chumvi za maji na madini hupasuka ndani yake).

  Virutubisho vinavyotolewa na chakula hutengana na malezi ya asidi ya amino, monosaccharides, asidi ya mafuta, nyukleotidi na vitu vingine, ambavyo, vinapochanganywa na vitu sawa vilivyoundwa wakati wa kuvunjika kwa kuendelea kwa miundo na kazi ya seli, huunda dimbwi la jumla. ya metabolites ya mwili. Mfuko huu unatumiwa kwa njia mbili: sehemu hutumiwa kufanya upya vipengele vilivyoharibika vya kimuundo na kazi vya seli; sehemu nyingine inabadilishwa kuwa bidhaa za mwisho za kimetaboliki, ambazo hutolewa kutoka kwa mwili.

  Wakati dutu hutengana katika bidhaa za mwisho za kimetaboliki, nishati hutolewa; kwa mtu mzima, 8,000-12,000 kJ (2,000-3,000 kcal) kwa siku. Nishati hii hutumiwa na seli za mwili kufanya aina mbalimbali za kazi, na pia kudumisha joto la mwili kwa kiwango cha mara kwa mara.

• kubadilishana kati- inajumuisha mabadiliko ya vitu ndani ya seli za kibaolojia kutoka wakati zinapoingia hadi kuundwa kwa bidhaa za mwisho (kwa mfano, kimetaboliki ya amino asidi, kimetaboliki ya wanga, nk).

Hatua za kimetaboliki. Kuna hatua tatu mfululizo.

Soma zaidi kuhusu

• ulaji (Lishe ni sehemu muhimu ya kimetaboliki (uingizaji wa vitu kutoka kwa mazingira ndani ya mwili)
• digestion (Biokemia ya usagaji chakula)
• kunyonya (Biokemia ya usagaji chakula (unyonyaji wa virutubisho))

Kimetaboliki ya kati (au kimetaboliki) ni mabadiliko ya vitu katika mwili kutoka wakati vinapoingia kwenye seli hadi uundaji wa bidhaa za mwisho za kimetaboliki, i.e., seti ya athari za kemikali zinazotokea katika seli hai na kutoa mwili kwa vitu na nishati. kwa shughuli zake muhimu, ukuaji, na uzazi. Hii ni sehemu ngumu zaidi ya kimetaboliki.

Mara tu ndani ya seli, virutubishi hubadilishwa - hupitia mfululizo wa mabadiliko ya kemikali yanayochochewa na vimeng'enya. Mlolongo maalum wa mabadiliko hayo ya kemikali huitwa njia ya kimetaboliki, na matokeo ya bidhaa za kati huitwa metabolites. Njia za kimetaboliki zinaweza kuwakilishwa kwa namna ya ramani ya kimetaboliki.

Kama matokeo ya shughuli za kimetaboliki, vitu vyenye madhara huundwa katika sehemu zote za mwili, ambazo huingia kwenye damu na lazima ziondolewe. Kazi hii inafanywa na figo, ambayo hutenganisha vitu vyenye madhara na kuwapeleka kwenye kibofu cha kibofu, kutoka ambapo hutolewa kutoka kwa mwili. Viungo vingine pia vinashiriki katika mchakato wa kimetaboliki: ini, kongosho, kibofu cha nduru, matumbo, tezi za jasho.

Mtu hutoa bidhaa kuu za mwisho za kimetaboliki katika mkojo, kinyesi, jasho, na hewa iliyotolewa - CO 2, H 2 O, urea H 2 N - CO - NH 2. Hidrojeni ya vitu vya kikaboni hutolewa kwa njia ya H 2 O, na mwili hutoa maji zaidi kuliko hutumia (tazama Jedwali 24): takriban 400 g ya maji huundwa kwa siku kutoka kwa hidrojeni ya vitu vya kikaboni na oksijeni ya kuvuta pumzi. hewa (maji ya kimetaboliki). Kaboni na oksijeni ya vitu vya kikaboni huondolewa kwa namna ya CO 2, na nitrojeni huondolewa kwa namna ya urea.

Kwa kuongeza, mtu huficha vitu vingine vingi, lakini kwa kiasi kidogo, ili mchango wao kwa usawa wa jumla wa kimetaboliki kati ya mwili na mazingira ni ndogo. Hata hivyo, ni lazima ieleweke kwamba umuhimu wa kisaikolojia wa kutolewa kwa vitu vile unaweza kuwa muhimu. Kwa mfano, usumbufu wa kutolewa kwa bidhaa za uharibifu wa heme au bidhaa za kimetaboliki za misombo ya kigeni, ikiwa ni pamoja na madawa ya kulevya, inaweza kusababisha matatizo makubwa ya kimetaboliki na kazi za mwili.

Substrates za kimetaboliki- misombo ya kemikali inayotokana na chakula. Kati yao, vikundi viwili vinaweza kutofautishwa: vitu kuu vya lishe (wanga, protini, lipids) na ndogo, hutolewa kwa idadi ndogo (vitamini, misombo ya madini).

Ni desturi kutofautisha kati ya virutubisho vinavyoweza kubadilishwa na visivyoweza kubadilishwa. Virutubisho muhimu ni zile ambazo haziwezi kuunganishwa katika mwili na, kwa hivyo, lazima zitolewe kwa chakula.

Njia ya kimetaboliki- hii ni asili na mlolongo wa mabadiliko ya kemikali ya dutu fulani katika mwili. Bidhaa za kati zinazoundwa wakati wa mchakato wa mabadiliko huitwa metabolites, na kiwanja cha mwisho cha njia ya kimetaboliki ni bidhaa ya mwisho.

Mabadiliko ya kemikali hutokea mara kwa mara katika mwili. Kama matokeo ya lishe ya mwili, vitu vya kuanzia hupitia mabadiliko ya kimetaboliki; Bidhaa za mwisho za kimetaboliki huondolewa mara kwa mara kutoka kwa mwili. Kwa hivyo, kiumbe ni mfumo wa kemikali wazi wa thermodynamically. Mfano rahisi zaidi wa mfumo wa kimetaboliki ni mnyororo mmoja wa kimetaboliki usio na matawi:

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

Kwa mtiririko wa mara kwa mara wa vitu katika mfumo huo, usawa wa nguvu huanzishwa wakati kiwango cha malezi ya kila metabolite ni sawa na kiwango cha matumizi yake. Hii ina maana kwamba mkusanyiko wa kila metabolite unabaki mara kwa mara. Hali hii ya mfumo inaitwa stationary, na viwango vya vitu katika hali hii huitwa viwango vya stationary.

Kiumbe hai kwa wakati wowote haifikii ufafanuzi uliopeanwa wa hali ya utulivu. Walakini, kwa kuzingatia thamani ya wastani ya vigezo vyake kwa muda mrefu, mtu anaweza kutambua uthabiti wao wa jamaa na kwa hivyo kuhalalisha utumiaji wa wazo la mfumo wa stationary kwa viumbe hai. [onyesha] .

Katika Mtini. 64 inatoa kielelezo cha hydrodynamic cha mnyororo wa kimetaboliki usio na matawi. Katika kifaa hiki, urefu wa safu ya kioevu kwenye mitungi huonyesha viwango vya metabolites a-d, kwa mtiririko huo, na upitishaji wa mirija ya kuunganisha kati ya mifano ya mitungi ya kiwango cha athari za enzymatic zinazolingana.

Kwa kiwango cha mara kwa mara cha kioevu kinachoingia kwenye mfumo, urefu wa safu ya kioevu katika mitungi yote inabaki mara kwa mara: hii ni hali ya stationary.

Ikiwa kiwango cha kuingia kwa maji kinaongezeka, basi urefu wa safu ya kioevu katika mitungi yote na kiwango cha mtiririko wa maji kupitia mfumo mzima utaongezeka: mfumo umehamia kwenye hali mpya ya stationary. Mabadiliko sawa hutokea katika michakato ya kimetaboliki katika seli hai.

Udhibiti wa viwango vya metabolite

Kwa kawaida, kuna majibu katika mlolongo wa kimetaboliki ambayo huendelea polepole zaidi kuliko athari nyingine zote - hii ni hatua ya kuzuia kasi katika njia. Katika takwimu, hatua hiyo inafanywa na bomba nyembamba ya kuunganisha kati ya mitungi ya kwanza na ya pili. Hatua ya kupunguza kiwango huamua kiwango cha jumla cha ubadilishaji wa dutu inayoanza kuwa bidhaa ya mwisho ya mnyororo wa kimetaboliki. Mara nyingi enzyme ambayo huchochea mmenyuko wa kupunguza kiwango ni enzyme ya udhibiti: shughuli zake zinaweza kubadilika chini ya ushawishi wa inhibitors za seli na vianzishaji. Kwa njia hii, udhibiti wa njia ya kimetaboliki huhakikishwa. Katika Mtini. 64, bomba la mpito na valve kati ya mitungi ya kwanza na ya pili ni mfano wa enzyme ya udhibiti: kwa kuinua au kupunguza valve, mfumo unaweza kuhamishiwa kwenye hali mpya ya stationary, na kiwango tofauti cha mtiririko wa maji na viwango vingine vya maji katika mitungi.

Katika mifumo yenye matawi ya kimetaboliki, vimeng'enya vya udhibiti kawaida huchochea athari za kwanza kwenye tovuti ya tawi, kama vile athari b --> c na b --> i kwenye Mtini. 65. Hii inahakikisha uwezekano wa udhibiti wa kujitegemea wa kila tawi la mfumo wa kimetaboliki.

Athari nyingi za kimetaboliki zinaweza kubadilishwa; mwelekeo wa mtiririko wao katika kiini hai imedhamiriwa na matumizi ya bidhaa katika mmenyuko baadae au kuondolewa kwa bidhaa kutoka nyanja ya mmenyuko, kwa mfano, kwa excretion (Mchoro 65).

Wakati hali ya mwili inabadilika (kula, mpito kutoka kwa kupumzika hadi shughuli za kimwili, nk), mkusanyiko wa metabolites katika mwili hubadilika, yaani, hali mpya ya stationary imeanzishwa. Hata hivyo, chini ya hali sawa, kwa mfano, baada ya usingizi wa usiku (kabla ya kifungua kinywa), wao ni takriban sawa katika watu wote wenye afya; Kutokana na hatua ya taratibu za udhibiti, mkusanyiko wa kila metabolite huhifadhiwa katika kiwango chake cha tabia. Maadili ya wastani ya viwango hivi (kuonyesha mipaka ya kushuka kwa thamani) hutumika kama moja ya sifa za kawaida. Katika magonjwa, viwango vya kutosha vya metabolites hubadilika, na mabadiliko haya mara nyingi ni maalum kwa ugonjwa fulani. Mbinu nyingi za biochemical kwa uchunguzi wa maabara ya magonjwa ni msingi wa hili.

Kuna maelekezo mawili katika njia ya kimetaboliki - anabolism na catabolism (Mchoro 1).

• Miitikio ya anabolic inalenga kubadilisha vitu rahisi zaidi kuwa ngumu zaidi ambayo huunda vipengele vya kimuundo na kazi vya seli, kama vile coenzymes, homoni, protini, asidi ya nucleic, nk. Athari hizi kwa kiasi kikubwa hupunguza, ikifuatana na matumizi ya nishati ya bure ya kemikali. (athari za endegonic). Chanzo cha nishati kwao ni mchakato wa catabolism. Kwa kuongeza, nishati ya catabolic hutumiwa kuhakikisha shughuli za kazi za seli (motor na wengine).
• Mabadiliko ya kikataboliki ni michakato ya kuvunjika kwa molekuli tata, zote mbili zilizopokelewa na chakula na zile zilizojumuishwa kwenye seli, kuwa sehemu rahisi (kaboni dioksidi na maji); athari hizi kawaida ni oxidative na huambatana na kutolewa kwa nishati ya bure (exergonic reactions).

Njia ya amphibolic(mbili) - njia ambayo mabadiliko ya catabolic na anabolic yanajumuishwa, i.e. Pamoja na uharibifu wa kiwanja kimoja, awali ya mwingine hutokea.

Njia za amphibolic zinahusishwa na terminal, au mwisho, mfumo wa oxidation wa vitu, ambapo huwaka hadi bidhaa za mwisho (CO 2 na H 2 O) na kuundwa kwa kiasi kikubwa cha nishati. Mbali nao, bidhaa za mwisho za kimetaboliki ni urea na asidi ya uric, ambayo hutengenezwa katika athari maalum ya kubadilishana amino asidi na nucleotides. Uunganisho kati ya kimetaboliki kupitia mfumo wa ATP-ADP na mzunguko wa amphibolic wa metabolites unaonyeshwa kwa mpangilio kwenye Mtini. 2.

Mfumo wa ATP-ADP(ATP-ADP mzunguko) ni mzunguko ambao uundaji unaoendelea wa molekuli za ATP hutokea, nishati ya hidrolisisi ambayo hutumiwa na mwili katika aina mbalimbali za kazi.

Hii ni njia ya kimetaboliki ambayo moja ya bidhaa za mwisho ni sawa na moja ya misombo inayohusika katika mchakato huu (Mchoro 3).

Njia ya anaplerotic- kimetaboliki, bidhaa ya mwisho ambayo ni sawa na moja ya bidhaa za kati za njia yoyote ya mzunguko. Njia ya anaplerotic katika mfano wa Mtini. 3 hujaza mzunguko na bidhaa X (anaplerosis - kujaza tena).

Hebu tumia mfano huu. Mabasi ya bidhaa X, Y, Z hufanya kazi katika jiji.Njia zao zinaonyeshwa kwenye mchoro (Mchoro 4).

Kulingana na mfano huu, tunafafanua zifuatazo.

• Njia fulani ya kimetaboliki ni seti ya mabadiliko ya tabia tu ya kiwanja maalum (kwa mfano, wanga, lipids au amino asidi).
• Njia ya jumla ya kimetaboliki ni seti ya mabadiliko ambayo yanahusisha aina mbili au zaidi za misombo (kwa mfano, wanga na lipids au wanga, lipids na amino asidi).

Ujanibishaji wa njia za kimetaboliki

Njia za kikataboliki na anabolic katika watu wa yukariyoti hutofautiana katika ujanibishaji wao katika seli (Jedwali 22.).

Mgawanyiko huu ni kutokana na kufungwa kwa mifumo ya enzyme kwa maeneo fulani ya seli (compartmentalization), ambayo inahakikisha kutengana na kuunganishwa kwa kazi za intracellular, pamoja na udhibiti unaofaa.

Hivi sasa, kutokana na masomo ya elektroni ya microscopic na histochemical, pamoja na njia ya tofauti ya centrifugation, maendeleo makubwa yamepatikana katika kuamua ujanibishaji wa intracellular wa enzymes. Kama inavyoonekana kutoka kwa Mtini. 74, katika seli unaweza kupata seli, au plasma, membrane, kiini, mitochondria, lysosomes, ribosomes, mfumo wa tubules na vesicles - endoplasmic reticulum, lamellar tata, vacuoles mbalimbali, inclusions intracellular, nk Sehemu kuu isiyojulikana ya saitoplazimu ya seli kwa suala la wingi ni hyaloplasm ( au cytosol).

Imeanzishwa kuwa RNA polymerases, yaani, enzymes zinazochochea uundaji wa mRNA, zimewekwa ndani ya kiini (zaidi kwa usahihi, katika nucleolus). Kiini kina vimeng'enya vinavyohusika katika mchakato wa urudufishaji wa DNA na vingine vingine (Jedwali 23).

Uhusiano kati ya enzymes na miundo ya seli:

• Mitochondria. Enzymes ya mlolongo wa oxidation ya kibaiolojia (kupumua kwa tishu) na phosphorylation ya oksidi, pamoja na enzymes ya tata ya pyruvate dehydrogenase, mzunguko wa asidi ya tricarboxylic, awali ya urea, oxidation ya asidi ya mafuta, nk huhusishwa na mitochondria.
• Lysosomes. Lisosomes huwa na vimeng'enya vya hidrolitiki na pH bora katika eneo la 5. Ni kwa sababu ya asili ya hidrolitiki ya vimeng'enya kwamba chembe hizi huitwa lysosomes.
• Ribosomes. Enzymes za usanisi wa protini huwekwa ndani katika ribosomu; katika chembe hizi, mRNA hutafsiriwa na asidi ya amino huunganishwa kwenye minyororo ya polipeptidi kuunda molekuli za protini.
• Retikulamu ya Endoplasmic. Retikulamu ya endoplasmic ina enzymes kwa usanisi wa lipid, pamoja na enzymes zinazohusika katika athari za hidroksili.
• Utando wa plasma. ATPase, ambayo husafirisha Na + na K +, adenylate cyclase na idadi ya enzymes nyingine kimsingi huhusishwa na utando wa plasma.
• Cytosol. Cytosol (hyaloplasm) ina enzymes ya glycolysis, mzunguko wa pentose, awali ya asidi ya mafuta na mononucleotides, uanzishaji wa amino asidi, pamoja na enzymes nyingi za gluconeogenesis.

Katika meza 23 ni muhtasari wa data juu ya ujanibishaji wa enzymes muhimu zaidi na hatua za kimetaboliki za kibinafsi katika miundo mbalimbali ya seli ndogo.

Mifumo ya Multienzyme imewekwa ndani ya muundo wa organelles kwa njia ambayo kila kimeng'enya iko karibu na kimeng'enya kinachofuata katika mlolongo fulani wa athari. Kutokana na hili, muda unaohitajika kwa uenezaji wa wa kati wa majibu hupunguzwa, na mlolongo mzima wa athari huratibiwa kwa ukali kwa wakati na nafasi. Hii ni kweli, kwa mfano, kwa enzymes zinazohusika katika oxidation ya asidi ya pyruvic na asidi ya mafuta, katika awali ya protini, na pia kwa enzymes ya uhamisho wa elektroni na phosphorylation ya oxidative.

Compartmentalization pia inahakikisha kwamba athari zisizokubaliana za kemikali hutokea kwa wakati mmoja, i.e. uhuru wa njia za catabolism na anabolism. Kwa hivyo, katika seli, oxidation ya asidi ya mafuta ya mnyororo mrefu hadi hatua ya acetyl-CoA na mchakato kinyume, awali ya asidi ya mafuta kutoka kwa acetyl-CoA, inaweza kutokea wakati huo huo. Michakato hii isiyokubaliana ya kemikali hutokea katika sehemu tofauti za seli: oxidation ya asidi ya mafuta katika mitochondria, na awali yao nje ya mitochondria katika hyaloplasm. Ikiwa njia hizi zililingana na kutofautiana tu katika mwelekeo wa mchakato, basi mizunguko inayoitwa isiyo na maana, au isiyo na maana, ingetokea katika kubadilishana. Mzunguko huo hutokea katika patholojia, wakati mzunguko usio na maana wa metabolites unawezekana.

Ufafanuzi wa viungo vya kibinafsi vya kimetaboliki katika madarasa tofauti ya mimea, wanyama na microorganisms unaonyesha kawaida ya msingi ya njia za mabadiliko ya biochemical katika asili hai.

MASHARTI YA MSINGI YA UDHIBITI WA UMETABOLI

Udhibiti wa kimetaboliki katika viwango vya seli na subcellular hufanyika

1. kwa kudhibiti usanisi na shughuli za kichocheo za enzymes.

   Taratibu hizo za udhibiti ni pamoja na

   • kukandamiza muundo wa enzyme na bidhaa za mwisho za njia ya metabolic;
   • induction ya awali ya enzymes moja au zaidi na substrates,
   • urekebishaji wa shughuli za molekuli za enzyme tayari,
   • udhibiti wa kiwango cha kuingia kwa metabolites kwenye seli. Hapa jukumu la kuongoza linachezwa na utando wa kibiolojia unaozunguka protoplasm na kiini, mitochondria, lysosomes na organelles nyingine za subcellular ziko ndani yake.
2. kwa kudhibiti usanisi na shughuli za homoni. Kwa hivyo, kimetaboliki ya protini huathiriwa na homoni ya tezi - thyroxine; kimetaboliki ya mafuta huathiriwa na homoni za kongosho na tezi ya tezi, tezi za adrenal na tezi ya pituitary; kimetaboliki ya wanga huathiriwa na homoni za kongosho (insulini) na tezi za adrenal ( adrenaline). Jukumu maalum katika utaratibu wa hatua ya homoni ni ya nyukleotidi za mzunguko (cAMP na cGMP).

   Katika wanyama na wanadamu, udhibiti wa homoni wa kimetaboliki unahusiana kwa karibu na shughuli za kuratibu za mfumo wa neva. Mfano wa ushawishi wa mfumo wa neva juu ya kimetaboliki ya wanga ni kinachojulikana sindano ya sukari ya Claude Bernard, ambayo inaongoza kwa hyperglycemia na glycosuria.

3. Jukumu muhimu zaidi katika michakato ya ujumuishaji wa kimetaboliki ni ya cortex ya ubongo. Kama I. P. Pavlov alivyosema: “Kadiri mfumo wa neva wa kiumbe cha mnyama unavyokuwa mkamilifu zaidi, kadiri unavyokuwa katikati, ndivyo idara yake inavyokuwa msimamizi na msambazaji wa shughuli zote za kiumbe... chini ya mamlaka yake matukio yote yanayotokea katika mwili".

Kwa hivyo, mchanganyiko maalum, uratibu mkali na kiwango cha athari za kimetaboliki pamoja huunda mfumo ambao unaonyesha mali ya utaratibu wa maoni (chanya au hasi).

NJIA ZA KUJIFUNZA METABOLISM YA KATI

Mbinu mbili hutumiwa kusoma kimetaboliki:

• masomo juu ya kiumbe kizima (majaribio ya vivo) [onyesha]

  Mfano mzuri wa utafiti juu ya kiumbe kizima, uliofanywa mwanzoni mwa karne hii, ni majaribio ya Knoop. Alisoma jinsi asidi ya mafuta huvunjika mwilini. Ili kufanya hivyo, Knoop alilisha mbwa asidi mbalimbali za mafuta na idadi ya hata (I) na isiyo ya kawaida (II) ya atomi za kaboni, ambapo atomi moja ya hidrojeni katika kundi la methyl ilibadilishwa na phenyl radical C6H5:

  Katika kesi ya kwanza, asidi ya phenylacetic C 6 H 5 -CH 2 -COOH mara zote ilitolewa kwenye mkojo wa mbwa, na kwa pili - asidi ya benzoic C 6 H 5 -COOH. Kulingana na matokeo haya, Knoop alihitimisha kuwa mgawanyiko wa asidi ya mafuta mwilini hufanyika kupitia uondoaji wa mlolongo wa vipande vya kaboni mbili, kuanzia mwisho wa carboxyl:

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

  Hitimisho hili lilithibitishwa baadaye na njia zingine.

  Kimsingi, katika masomo haya, Knoop alitumia njia ya kuweka lebo ya molekuli: alitumia itikadi kali ya phenyl, ambayo haifanyi mabadiliko katika mwili, kama lebo. Kuanzia karibu miaka ya 40 ya karne ya XX. Matumizi ya vitu ambavyo molekuli zao zina isotopu zenye mionzi au nzito za vitu zimeenea. Kwa mfano, kwa kulisha wanyama wa majaribio misombo mbalimbali iliyo na kaboni ya mionzi (14 C), ilianzishwa kuwa atomi zote za kaboni kwenye molekuli ya cholesterol hutoka kwa atomi za kaboni za acetate:

  

  Kwa kawaida, isotopu thabiti za vipengele ambazo hutofautiana kwa wingi kutoka kwa vipengele vinavyopatikana kwa kawaida katika mwili (kawaida isotopu nzito) au isotopu za mionzi hutumiwa. Kati ya isotopu thabiti, isotopu zinazotumika sana ni hidrojeni yenye wingi wa 2 (deuterium, 2 H), nitrojeni yenye uzito wa 15 (15 N), kaboni yenye wingi wa 13 (13 C) na oksijeni yenye wingi. ya 18 (18 C). Ya isotopu za mionzi, isotopu za hidrojeni (tritium, 3 H), fosforasi (32 P na 33 P), kaboni (14 C), sulfuri (35 S), iodini (131 I), chuma (59 Fe), sodiamu. (54 Na) hutumiwa) na nk.

  Baada ya kuweka lebo ya molekuli ya kiwanja chini ya utafiti kwa kutumia isotopu thabiti au ya mionzi na kuiingiza ndani ya mwili, atomi zilizo na lebo au vikundi vya kemikali vilivyomo huamuliwa na, baada ya kuzigundua katika misombo fulani, hitimisho hufanywa juu ya njia za kuingizwa. ambayo dutu iliyoandikwa hubadilishwa katika mwili. Kutumia lebo ya isotopu, unaweza pia kuamua wakati wa kukaa kwa dutu katika mwili, ambayo, kwa makadirio fulani, ni sifa ya nusu ya maisha ya kibaolojia, i.e., wakati ambapo kiasi cha isotopu au kiwanja kilicho na alama ni nusu; au kupata taarifa sahihi kuhusu upenyezaji wa utando wa seli mahususi. Isotopu pia hutumiwa kuamua ikiwa dutu fulani ni bidhaa ya awali au ya uharibifu wa kiwanja kingine, na kuamua kiwango cha mauzo ya tishu. Hatimaye, wakati njia kadhaa za kimetaboliki zipo, inawezekana kuamua ni ipi inayotawala.

  Katika masomo juu ya viumbe vyote, mahitaji ya lishe ya mwili pia yanasomwa: ikiwa kuondolewa kwa dutu kutoka kwa chakula husababisha kuvuruga kwa ukuaji na maendeleo au kazi za kisaikolojia za mwili, basi dutu hii ni jambo muhimu la lishe. Kiasi kinachohitajika cha virutubishi huamuliwa kwa njia sawa.

• na masomo juu ya sehemu za pekee za mwili - njia za uchambuzi-kutengana (majaribio ya vitro, yaani nje ya mwili, kwenye tube ya mtihani au vyombo vingine vya maabara). Kanuni ya mbinu hizi ni kurahisisha taratibu, au tuseme kutengana, kwa mfumo changamano wa kibiolojia ili kutenga michakato ya mtu binafsi. Ikiwa tutazingatia njia hizi kwa utaratibu wa kushuka, yaani, kutoka kwa ngumu zaidi hadi mifumo rahisi, basi inaweza kupangwa kwa utaratibu ufuatao:
  • kuondolewa kwa viungo vya mtu binafsi [onyesha]

    Wakati viungo vinapoondolewa, kuna vitu viwili vya utafiti: kiumbe bila chombo kilichoondolewa na chombo kilichotengwa.

    Viungo vilivyotengwa. Ikiwa suluhisho la dutu linaingizwa ndani ya ateri ya chombo kilichotengwa na vitu vinachambuliwa katika kioevu kinachotoka kwenye mshipa, basi inawezekana kuanzisha mabadiliko gani ambayo dutu hii hupitia kwenye chombo. Kwa mfano, kwa njia hii iligundulika kuwa ini hutumika kama tovuti kuu ya malezi ya miili ya ketone na urea.

    Majaribio sawa yanaweza kufanywa kwa viungo bila kuwatenga kutoka kwa mwili (njia ya tofauti ya arteriovenous): katika kesi hizi, damu kwa ajili ya uchambuzi inachukuliwa kwa kutumia cannulas kuingizwa kwenye ateri na mshipa wa chombo, au kwa kutumia sindano. Kwa njia hii, kwa mfano, inaweza kuanzishwa kuwa katika damu inayotokana na misuli ya kazi, mkusanyiko wa asidi ya lactic huongezeka, na wakati unapita kupitia ini, damu hutolewa kutoka kwa asidi ya lactic.

  • njia ya sehemu ya tishu [onyesha]

    Sehemu ni vipande nyembamba vya tishu vinavyotengenezwa kwa kutumia microtome au wembe tu. Sehemu hizo huingizwa katika suluhisho iliyo na virutubishi (glucose au vingine) na dutu ambayo mabadiliko katika seli za aina fulani yanataka kuamuliwa. Baada ya incubation, bidhaa za kimetaboliki za dutu ya mtihani katika kioevu cha incubation huchambuliwa.

    Njia ya sehemu za tishu ilipendekezwa kwanza na Warburg mapema miaka ya 20. Kutumia mbinu hii, inawezekana kujifunza kupumua kwa tishu (matumizi ya oksijeni na kutolewa kwa dioksidi kaboni na tishu). Kikwazo kikubwa katika utafiti wa kimetaboliki katika kesi ya kutumia sehemu za tishu ni utando wa seli, ambayo mara nyingi hufanya kama vikwazo kati ya yaliyomo ya seli na ufumbuzi wa "virutubishi".

  • homojenati na sehemu ndogo za seli [onyesha]

    

    Homojenati ni maandalizi ya bure ya seli. Wao hupatikana kwa kuharibu utando wa seli kwa kusugua kitambaa na mchanga au katika vifaa maalum - homogenizers (Mchoro 66). Katika homojenati hakuna kizuizi cha kutoweza kupenyeza kati ya substrates zilizoongezwa na vimeng'enya.

    Uharibifu wa membrane za seli huruhusu mawasiliano ya moja kwa moja kati ya yaliyomo ya seli na misombo iliyoongezwa. Hii inafanya uwezekano wa kutambua ni enzymes gani, coenzymes na substrates ni muhimu kwa mchakato unaojifunza.

    Kugawanyika kwa homogenates. Kutoka kwa homogenate, chembe za subcellular zinaweza kutengwa, zote mbili za supramolecular (organelles za seli) na misombo ya mtu binafsi (enzymes na protini nyingine, asidi nucleic, metabolites). Kwa mfano, kwa kutumia centrifugation tofauti, unaweza kupata sehemu za nuclei, mitochondria, na microsomes (microsomes ni vipande vya reticulum endoplasmic). Organelles hizi hutofautiana kwa ukubwa na msongamano na hivyo ni sedimented kwa kasi tofauti centrifugation. Matumizi ya organelles pekee hufanya iwezekanavyo kujifunza michakato ya kimetaboliki inayohusiana nao. Kwa mfano, ribosomes pekee hutumiwa kujifunza njia na taratibu za awali ya protini, na mitochondria hutumiwa kujifunza athari za oxidative za mzunguko wa Krebs au mlolongo wa enzymes ya kupumua.

    Baada ya mchanga wa microsomes, vipengele vya mumunyifu vya seli hubakia katika supernatant - protini za mumunyifu, metabolites. Kila moja ya sehemu hizi zinaweza kugawanywa zaidi kwa kutumia njia tofauti, kutenganisha sehemu zao kuu. Kutoka kwa vipengele vilivyotengwa, inawezekana kuunda upya mifumo ya biochemical, kwa mfano, mfumo rahisi wa "enzyme + substrate" na ngumu kama mifumo ya awali ya protini na asidi ya nucleic.

  • ujenzi wa sehemu au kamili wa mfumo wa enzyme katika vitro kwa kutumia enzymes, coenzymes na vipengele vingine vya athari. [onyesha]

    Inatumika kuunganisha enzymes zilizosafishwa sana na coenzymes. Kwa mfano, kwa kutumia njia hii iliwezekana kuzaliana kabisa mfumo wa fermentation ambao una sifa zote muhimu za fermentation ya chachu.

Kwa kweli, njia hizi ni za thamani tu kama hatua muhimu kufikia lengo kuu - kuelewa utendaji wa kiumbe kizima.

SIFA ZA KUSOMA BIOKEMISTARI YA BINADAMU

Kuna kufanana kwa kiasi kikubwa katika michakato ya molekuli ya viumbe mbalimbali vinavyoishi duniani. Michakato ya kimsingi kama vile biosynthesis ya matrix, mifumo ya mabadiliko ya nishati, na njia kuu za mabadiliko ya kimetaboliki ya dutu ni takriban sawa katika viumbe kutoka kwa bakteria hadi kwa wanyama wa juu. Kwa hiyo, matokeo mengi ya tafiti zilizofanywa na E. coli yanaonekana kuwa yanafaa kwa wanadamu. Kadiri uhusiano wa phylogenetic wa spishi unavyoongezeka, ndivyo michakato yao ya molekuli inavyojulikana zaidi.

Ujuzi mwingi juu ya biokemia ya binadamu hupatikana kwa njia hii: kulingana na michakato inayojulikana ya biochemical katika wanyama wengine, nadharia inajengwa juu ya toleo linalowezekana la mchakato huu katika mwili wa mwanadamu, na kisha nadharia hiyo inajaribiwa na tafiti za moja kwa moja. seli na tishu za binadamu. Mbinu hii inafanya uwezekano wa kufanya utafiti juu ya kiasi kidogo cha nyenzo za kibiolojia zilizopatikana kutoka kwa wanadamu. Tishu zinazotumiwa zaidi ni tishu zinazoondolewa wakati wa operesheni ya upasuaji, seli za damu (erythrocytes na leukocytes), pamoja na seli za tishu za binadamu zilizopandwa katika utamaduni katika vitro.

Utafiti wa magonjwa ya urithi wa kibinadamu, muhimu kwa ajili ya maendeleo ya mbinu bora za matibabu yao, wakati huo huo hutoa habari nyingi kuhusu michakato ya biochemical katika mwili wa binadamu. Hasa, kasoro ya kuzaliwa ya enzyme husababisha substrate yake kujilimbikiza katika mwili; wakati wa kusoma shida kama hizi za kimetaboliki, wakati mwingine enzymes mpya na athari hugunduliwa, isiyo na maana (ndiyo sababu haikugunduliwa wakati wa kusoma kawaida), ambayo, hata hivyo, ina umuhimu muhimu.

Kizio cha msimu 1 ENYIMES KAMA VICHOCHEO VYA PROTINI

Malengo ya kujifunza Kuwa na uwezo wa:

1. Eleza mali ya enzymes na vipengele vya catalysis ya enzymatic kwa asili yao ya protini.

2. Tathmini nafasi ya vitamini katika lishe ya binadamu kama substrates kwa usanisi wa coenzymes.

3. Amua ikiwa vimeng'enya ni vya tabaka fulani na tabaka ndogo kwa mujibu wa utaratibu wao wa majina.

4. Kuhesabu shughuli ya kimeng'enya na kutathmini mshikamano wa kimeng'enya kwa substrate.

Jua:

1. Vipengele vya muundo wa vimeng'enya kama vichocheo vya protini.

2. Aina za maalum za enzyme.

3. Misingi ya uainishaji wa enzymes, madarasa ya enzymes, mifano ya athari zilizochochewa na enzymes.

4. Muundo wa coenzymes na cofactors na jukumu lao katika catalysis ya enzymatic, jukumu la vitamini katika mchakato huu.

5. Misingi ya kinetics ya enzymatic.

6. Vitengo vya shughuli za enzyme na mbinu za uamuzi wao.

MADA 2.1. MALI ZA ENCYME KAMA PROTINI

KICHOCHEZI

1. Enzymes ni vichocheo vya protini kuongeza kasi ya athari za kemikali katika chembe hai. Wana mali yote ya tabia ya protini na vipengele fulani vya kimuundo vinavyoamua mali zao za kichocheo. Enzymes, kwa kuongezea, hutii sheria za jumla za kichocheo na zina tabia ya vichocheo visivyo vya kibaolojia: huharakisha athari zinazowezekana, huweka nishati ya mfumo wa kemikali mara kwa mara, na hazitumiwi wakati wa mchakato wa athari.

2. Enzymes zina sifa ya:

maalum. Kazi ya kibaolojia ya kimeng'enya, kama protini yoyote, imedhamiriwa na uwepo katika muundo wake wa kituo kinachofanya kazi ambacho ligand maalum huingiliana. Ligand inayoingiliana na tovuti ya kazi ya enzyme inaitwa substrate.

ufanisi wa kichocheo. Athari nyingi zinazochochewa na kimeng'enya huwa na ufanisi mkubwa, hutokea 10 8 -10 mara 14 zaidi kuliko miitikio isiyo ya vichocheo. Kila molekuli ya kimeng'enya ina uwezo wa kubadilisha kutoka molekuli 100 hadi 1000 za substrate kuwa bidhaa kwa sekunde.

lability ya conformational. Ufanisi wa kichocheo wa kimeng'enya, kama molekuli yoyote ya protini, inategemea muundo wake na, haswa, juu ya muundo wa kituo kinachofanya kazi. Kuna vitu katika seli ambavyo vinaweza kusababisha mabadiliko madogo katika uundaji wa molekuli ya enzyme kutokana na kuvunjika kwa baadhi na kuundwa kwa vifungo vingine dhaifu; hii inaweza kusababisha kuongezeka au kupungua kwa shughuli za kimeng'enya.

3. Shughuli ya enzyme inaweza kudhibitiwa. Kitendo cha enzymes kwenye seli, kama sheria, imeagizwa madhubuti: bidhaa ya mmenyuko mmoja wa enzymatic ni substrate ya mwingine; hivyo kutengeneza njia za metabolic. Miongoni mwa enzymes nyingi za karibu kila njia ya kimetaboliki, kuna ufunguo, au udhibiti, vimeng'enya ambavyo shughuli zake zinaweza kutofautiana kulingana na hitaji la seli kwa bidhaa ya mwisho ya njia ya kimetaboliki.

4. Masharti bora ya athari za enzymatic: joto 37-38 ° C; shinikizo la kawaida la anga, pH 6.9-7.7, tabia ya tishu nyingi. Kinyume chake, kichocheo cha ufanisi cha kemikali mara nyingi kinahitaji joto la juu na shinikizo, pamoja na maadili ya pH ya juu.

MADA 2.2. KITUO HALISI: MAALUM YA TENDO LA ENNYME

1. Tovuti ya kazi ya enzymes- hii ni sehemu fulani ya molekuli ya protini ambayo ina uwezo wa kuunganisha kwenye substrate na kuhakikisha mabadiliko yake ya kichocheo. Muundo wa kituo cha kazi huundwa na radicals ya amino asidi, kama ilivyo katika kituo cha kazi cha protini yoyote. Kituo kinachofanya kazi cha kimeng'enya kina mabaki ya asidi ya amino, vikundi vya kazi ambavyo vinahakikisha kuunganishwa kwa sehemu ndogo (tovuti inayofunga), na mabaki ya asidi ya amino, vikundi vya kazi ambavyo hufanya mabadiliko ya kemikali ya substrate (tovuti ya kichocheo) ( Kielelezo 2.1).

Mchele. 2.1. Mpango wa muundo wa kituo cha kazi cha enzyme.

Asidi za amino zinazounda kituo cha kazi cha enzyme ni alama nyekundu: 1 - tovuti ya kumfunga; 2 - sehemu ya kichocheo

2. Umaalumu- mali muhimu zaidi ya enzymes ambayo huamua umuhimu wa kibiolojia wa enzymes. Tofautisha substrate Na maalum ya kichocheo cha enzyme, ambayo imedhamiriwa na muundo wa kituo cha kazi.

3. Chini ya maalum ya substrate inarejelea uwezo wa kila kimeng'enya kuingiliana na sehemu ndogo moja au kadhaa maalum.

Kuna:

- maalum kabisa ya substrate, ikiwa tovuti ya kazi ya enzyme ni nyongeza kwa substrate moja tu;

- maalum ya substrate ya kikundi, ikiwa kimeng'enya huchochea aina moja ya majibu kwa kiasi kidogo (kikundi) cha substrates zinazofanana kimuundo;

- dhana potofu, ikiwa kimeng'enya kinaonyesha umaalumu kabisa kwa mojawapo tu ya stereoisomeri zilizopo za substrate.

4. Umaalumu wa kichochezi au maalum ya njia ya uongofu wa substrate, inahakikisha mabadiliko ya substrate sawa chini ya hatua ya enzymes tofauti. Hii inahakikishwa na muundo wa maeneo ya kichocheo ya vituo vya kazi vya enzymes zinazofanana. Kwa mfano, molekuli

Glucose-6-fosfati katika seli za ini ya binadamu ni sehemu ndogo ya vimeng'enya vinne tofauti: phosphoglucomutase, phosphatase ya glukosi-6-fosfati, phosphoglucoisomerase na glucose-6-phosphate dehydrogenase. Hata hivyo, kutokana na vipengele vya kimuundo vya maeneo ya kichocheo cha enzymes hizi, mabadiliko mbalimbali ya glucose-6-phosphate hutokea kwa kuundwa kwa bidhaa nne tofauti (Mchoro 2.2).

Mchele. 2.2. Njia za kichocheo za ubadilishaji wa glukosi-6-phosphate.

Umaalumu wa njia ya ubadilishaji wa substrate hufanya iwezekanavyo kubadilisha substrate sawa chini ya hatua ya enzymes tofauti. Molekuli ya glucose-6-phosphate ni substrate ya enzymes tofauti, ambayo husababisha kuundwa kwa bidhaa mbalimbali.

MADA 2.3. UTEKELEZAJI WA TENDO LA ENCYME

1. Wakati wa catalysis, substrate, iliyofungwa kwenye tovuti ya kazi ya enzyme katika tata ya enzyme-substrate (ES), hupitia ubadilishaji wa kemikali kwa bidhaa, ambayo hutolewa. Mchakato wa kichocheo unaweza kuwakilishwa kimkakati kama ifuatavyo:

Mchakato wa catalysis ya enzymatic inaweza kugawanywa katika hatua (Mchoro 2.3). Katika hatua ya I, substrate inakaribia na mwelekeo katika eneo la kituo cha kazi cha kimeng'enya. Katika hatua ya II, kama matokeo mawasiliano yaliyoshawishiwa[mabadiliko katika muundo wa substrate (S) na kituo cha kazi cha kimeng'enya] tata ya enzyme-substrate (ES) huundwa. Katika hatua ya III, vifungo katika substrate vimeharibika na tata ya enzyme-bidhaa isiyo imara (EP) huundwa. Katika hatua ya IV, changamano (EP) hutengana na kutolewa kwa bidhaa za athari kutoka kwa tovuti inayofanya kazi na kutolewa kwa kimeng'enya.

2. Ili kuelewa nishati ya mmenyuko wa kemikali, ni muhimu kuzingatia mabadiliko katika nishati ya substrates na bidhaa za majibu, pamoja na jukumu la enzymes katika mchakato huu. Inajulikana kuwa ili mmenyuko ufanyike, substrates lazima zipate kiasi hicho cha nishati ya ziada (inayoitwa nishati ya uanzishaji E a) ambayo ni muhimu kwa molekuli za substrate kuingia majibu (Mchoro 2.4). Katika kesi ya mmenyuko wa enzymatic, nishati ya uanzishaji hupungua, ambayo inahakikisha mmenyuko wa ufanisi zaidi.

Mchele. 2.3. Hatua za catalysis ya enzymatic:

I - hatua ya mbinu na mwelekeo wa substrate katikati ya kazi ya enzyme; II - malezi ya tata ya enzyme-substrate (Eb); III - malezi ya tata ya enzyme-bidhaa (EP); IV - kutolewa kwa bidhaa za mmenyuko kutoka katikati ya kazi ya enzyme

Mchele. 2.4. Badilisha katika nishati ya bure wakati wa mmenyuko wa kemikali, usio na catalyzed na kuchochewa na vimeng'enya.

Enzyme inapunguza nishati ya uanzishaji E a, i.e. hupunguza urefu wa kizuizi cha nishati; matokeo yake, uwiano wa molekuli tendaji huongezeka na kasi ya majibu huongezeka

MADA 2.4. COFACTORS NA COENZYMS

Enzymes nyingi zinahitaji uwepo wa dutu fulani zisizo za protini - cofactors - ili kuonyesha shughuli za kichocheo. Kuna vikundi viwili vya cofactors: ioni za chuma na coenzymes.

1. Ions za chuma hushiriki katika utendaji wa enzyme kwa njia mbalimbali.

Badilisha muundo wa molekuli ya substrate, ambayo inahakikisha mwingiliano wa ziada na kituo cha kazi. Kwa mfano, tata ya Mg2+-ATP hufanya kazi kama sehemu ndogo.

Toa muundo asilia wa kituo amilifu cha kimeng'enya. Ioni

Mg 2 +, Mn 2 +, Zn 2 +, Co 2 +, Mo 2 + wanahusika katika kuimarisha kituo cha kazi cha enzymes na kuchangia kuongeza ya coenzyme.

Wao huimarisha muundo wa molekuli ya protini ya enzyme. Kwa mfano, ioni za zinki zinahitajika ili kuimarisha muundo wa quaternary wa enzyme dehydrogenase ya pombe, ambayo huchochea oxidation ya ethanol.

Inashiriki moja kwa moja katika catalysis ya enzymatic. Ions Zn 2 +, Fe 2 +, Mn 2 +, Cu 2 + kushiriki katika catalysis electrophilic. Ioni za chuma zilizo na valence ya kutofautiana pia zinaweza kushiriki katika uhamisho wa elektroni. Kwa mfano, katika cytochromes (protini zenye heme), ioni ya chuma ina uwezo wa kushikamana na kutoa elektroni moja. Kwa sababu ya mali hii, cytochromes hushiriki katika athari za redox:

2. Coenzymes ni vitu vya kikaboni, mara nyingi derivatives ya vitamini, ambayo inahusika moja kwa moja katika kichocheo cha enzymatic, kwani iko katikati ya kazi ya enzymes. Enzyme iliyo na coenzyme na kuwa na shughuli ya enzymatic inaitwa holoenzyme. Sehemu ya protini ya enzyme hiyo inaitwa apoenzyme, ambayo kwa kukosekana kwa coenzyme haina shughuli za kichocheo.

Coenzyme inaweza kushikamana na sehemu ya protini ya enzyme tu wakati wa mmenyuko au kuhusishwa na apoenzyme kwa vifungo vikali vya covalent. Katika kesi ya mwisho inaitwa kikundi cha bandia. Mifano ya coenzymes ya kawaida - derivatives ya vitamini, pamoja na ushiriki wao katika michakato ya enzymatic - hutolewa katika Jedwali. 2.1.

Jedwali 2.1. Muundo na kazi ya coenzymes kuu

Mwisho wa meza. 2.1.

MADA 2.5. UAINISHAJI NA MAJINA

ENZIM

1. Jina la vimeng'enya vingi lina kiambishi tamati "ase" kilichoambatanishwa na jina la substrate ya mmenyuko (kwa mfano: urease, sucrase, lipase, nuclease) au kwa jina la mabadiliko ya kemikali ya substrate fulani (kwa mfano: lactate). dehydrogenase, adenylate cyclase, phosphoglucomutase, pyruvate carboxylase). Walakini, idadi ya majina madogo, yaliyowekwa kihistoria ya enzymes yamebaki katika matumizi, ambayo hayatoi habari yoyote juu ya substrate au aina ya mabadiliko ya kemikali (kwa mfano, trypsin, pepsin, renin, thrombin, nk).

2. Ili kupanga vimeng'enya vinavyopatikana katika maumbile, Umoja wa Kimataifa wa Baiolojia na Biolojia ya Molekuli (IUBMB) ulitengeneza utaratibu wa majina mwaka wa 1961, kulingana na ambayo vimeng'enya vyote vimegawanywa katika madarasa sita kuu kulingana na aina ya athari ya kemikali inayochochea. Kila darasa lina aina ndogo na ndogo, kulingana na kundi la kemikali la substrate inayobadilishwa, wafadhili na mpokeaji wa vikundi vilivyobadilishwa, uwepo wa molekuli za ziada, nk. Kila moja ya madarasa sita ina nambari yake ya serial, iliyopewa madhubuti: darasa la 1 - oxidoreductases; Darasa la 2 - uhamisho; daraja la 3 - hydrolases; darasa la 4 - lyases; daraja la 5 - isomerasi; darasa la 6 - mishipa

Uainishaji huu ni muhimu ili kutambua kwa usahihi enzyme: kwa kila enzyme kuna nambari ya msimbo. Kwa mfano, kimeng'enya cha maldehydrogenase kina jina la utaratibu L-malate: NAD oxidoreductase na nambari ya msimbo ni 1.1.1.38. Nambari ya kwanza inaonyesha nambari ya darasa la enzyme (katika kesi hii, nambari 1 inaonyesha kuwa enzyme ni ya darasa la oxidoreductases); tarakimu ya pili inaonyesha aina ya mmenyuko kuwa catalyzed (katika mfano huu, kundi la hidroksili ni oxidized); tarakimu ya tatu inamaanisha kuwepo kwa coenzyme (katika kesi hii, NAD + coenzyme), tarakimu ya mwisho ni nambari ya serial ya enzyme katika kikundi hiki.

3. Tabia za madarasa kuu ya enzymes na mifano ya athari wanazochochea.

1. Oxidoreductases kuchochea athari mbalimbali za redox. Darasa limegawanywa katika vikundi vidogo:

A) dehydrogenases kuchochea athari za uondoaji hidrojeni (kuondoa hidrojeni na uhamishaji wa elektroni kutoka kwa substrate isiyo na hidrojeni hadi kipokezi kingine). Coenzymes NAD+, NADP+, FAD, FMN hutumiwa kama vipokezi vya elektroni. Kikundi hiki kidogo ni pamoja na vimeng'enya vya malate dehydrogenase (Mchoro 2.5), dehydrogenase ya isocitrate, dehydrogenase succinate, α-ketobutyrate dehydrogenase, nk.;

Mchele. 2.5. Malate dehydrogenation mmenyuko

b) oksidi- kuchochea athari za oxidation na ushiriki wa oksijeni ya molekuli (Mchoro 2.6);

Mchele. 2.6. Mwitikio unaochochewa na kimeng'enya cha cytochrome oxidase

V) oksijeni(hydroxylases) huchochea miitikio ya oksidi kwa kujumuisha atomi ya oksijeni kwenye kundi la hidroksili la molekuli ya substrate. Mmenyuko hutokea kwa ushiriki wa oksijeni ya molekuli, atomi moja ambayo imeshikamana na substrate, na ya pili inahusika katika malezi ya molekuli ya maji (Mchoro 2.7).

Mchele. 2.7. Mmenyuko wa Hydroxylation ya phenylalanine.

Coenzymes ya mmenyuko: tetrahydrobiopterin (H 4 BP) na dihydrobiopterin (H 2 BP)

2. Uhamisho- kuchochea athari za uhamishaji wa kikundi. Kulingana na kikundi kilichohamishwa, wamegawanywa katika vikundi vidogo: aminotransferases (Mchoro 2.8), acyltransferases, methyltransferases, glycosyltransferases, kinases (phosphotransferases) (Mchoro 2.9).

Mchele. 2.8. Mwitikio unaochochewa na kimeng'enya cha ALT (Alanine-a-ketoglutarate aminotransferase), ambacho ni cha darasa la uhamishaji, tabaka ndogo la aminotransferasi.

PF - coenzyme pyridoxal phosphate

Mchele. 2.9. Mwitikio unaochochewa na kimeng'enya cha protini kinase, ambacho ni cha darasa la uhamishaji, tabaka ndogo la phosphotransferasi.

ATP ndiye mtoaji wa mabaki ya asidi ya fosforasi

3. Hydrolases kuchochea athari za hidrolisisi (kupasuka kwa dhamana ya ushirikiano na kuongeza molekuli ya maji kwenye tovuti ya mapumziko). Wamegawanywa katika vikundi kulingana na substrate. Majina huundwa kulingana na molekuli ya substrate au dhamana maalum ya kemikali kuwa hidrolisisi: protease, amylase, glycosidase, nuclease, esterase, phosphatase, nk Mfano wa mpango wa majibu kwa hidrolisisi ya molekuli ya protini umeonyeshwa kwenye Mtini. 2.10.

Mchele. 2.10. Mwitikio wa hidrolisisi ya molekuli ya protini

4. Lyases- lyasi ni pamoja na vimeng'enya ambavyo hutenganisha vikundi fulani kutoka kwa substrates kwa njia isiyo ya hidrolitiki, kama vile CO 2, H 2 O, NH 2 SH 2, n.k., au ambatisha (kwa mfano, molekuli ya maji) kupitia dhamana mbili. Mmenyuko wa decarboxylation (kuondoa molekuli ya CO 2) imeonyeshwa kwenye Mtini. 2.11, na majibu ya kuongeza molekuli ya maji (majibu ya hydratase) iko kwenye Mtini. 2.12.

Mchele. 2.11. mmenyuko wa decarboxylation (kuondoa molekuli ya CO 2)

PF coenzyme pyridoxal phosphate

Mchele. 2.12. Mwitikio wa kuongeza molekuli ya maji kwa fumarate

5. Isomerasi kuchochea mabadiliko mbalimbali ya intramolecular (Mchoro 2.13).

Mchele. 2.13. Mwitikio unaochochewa na kimeng'enya cha phosphoglucoisomerase

6. Mishipa(synthetases) huchochea miitikio ambayo huchanganya molekuli kwa kuambatanisha molekuli mbili kwa kila mmoja ili kuunda kifungo cha ushirikiano; katika kesi hii, nishati ya ATP au misombo mingine ya juu-nishati hutumiwa (Mchoro 2.14).

Mchele. 2.14. Mwitikio unaochochewa na kimeng'enya cha glutamine synthetase

MADA 2.6. MISINGI YA KINETIKI ENZYMATIVE

KICHOCHEZI

1. Kinetiki ya athari za enzymatic ni tawi la enzymology ambalo husoma utegemezi wa kasi ya athari za kemikali zinazochochewa na vimeng'enya kwenye asili ya kemikali ya dutu inayofanya kazi na mambo ya mazingira.

Ili kupima shughuli za kichocheo za vimeng'enya, viashiria kama vile kiwango cha mmenyuko au shughuli ya kimeng'enya hutumiwa. Kiwango cha mmenyuko wa enzyme imedhamiriwa na kupungua kwa idadi ya molekuli za substrate au kuongezeka kwa idadi ya molekuli za bidhaa kwa wakati wa kitengo. Kiwango cha mmenyuko wa enzymatic ni kipimo cha shughuli za kichocheo cha enzyme na inaonyeshwa kama shughuli ya enzyme.

Kwa mazoezi, maadili ya kawaida hutumiwa kuashiria shughuli ya enzyme: kitengo 1 cha shughuli za kimataifa (IU) inalingana na kiasi cha enzyme ambayo huchochea ubadilishaji wa 1 μmol ya substrate kwa dakika 1 chini ya hali bora (joto 37 °). C, thamani mojawapo ya pH ya mmumunyo) kwa mmenyuko wa kienzymatiki

majibu. Vitengo hivi vya shughuli hutumiwa katika mazoezi ya matibabu na dawa kutathmini shughuli za enzyme:

Ili kukadiria idadi ya molekuli za kimeng'enya kati ya protini nyingine za tishu fulani, tambua shughuli mahususi (Sp.A.) ya kimeng'enya, kiidadi sawa na kiasi cha substrate iliyobadilishwa (katika µmol) kwa kila kitengo cha muda wa miligramu moja (mg) protini (enzyme iliyotengwa na tishu):

Kiwango cha utakaso wa enzyme kinahukumiwa na shughuli maalum: protini chache za kigeni, juu ya shughuli maalum.

2. Kinetics ya athari za enzymatic inasomwa chini ya hali bora kwa mmenyuko wa enzymatic. Hali bora ni ya mtu binafsi kwa kila enzyme na imedhamiriwa hasa na hali ya joto ambayo mmenyuko unafanywa na thamani ya pH ya suluhisho.

Kuongezeka kwa joto hadi mipaka fulani, inathiri kiwango cha mmenyuko wa enzymatic kwa njia ile ile ambayo joto huathiri mmenyuko wowote wa kemikali: kwa kuongezeka kwa joto, kiwango cha mmenyuko wa enzymatic huongezeka. Hata hivyo, kiwango cha mmenyuko wa kemikali ya enzymatic ina joto lake la joto, ziada ambayo inaambatana na kupungua kwa shughuli za enzymatic, ambayo inahusishwa na denaturation ya mafuta ya molekuli ya protini (Mchoro 2.15). Kwa vimeng'enya vingi vya binadamu, halijoto bora ni 37-38 °C.

Mchele. 2.15. Utegemezi wa kiwango cha mmenyuko wa enzymatic (V) kwenye joto

Shughuli ya enzyme inategemea pH suluhisho ambalo mmenyuko wa enzymatic hutokea. Athari ya pH kwenye shughuli ya enzyme ni kutokana na mabadiliko katika ionization ya vikundi vya kazi vya mabaki ya amino asidi ya protini na substrate iliyotolewa, ambayo inahakikisha malezi bora ya tata ya enzyme-substrate. Kwa kila enzyme kuna thamani ya pH ambayo shughuli zake za juu zinazingatiwa (Mchoro 2.16).

Mchele. 2.16. Utegemezi wa kiwango cha mmenyuko wa enzymatic (V) kwenye pH ya kati

3. Sifa za kinetic za mmenyuko wa enzymatic hutegemea mkusanyiko wa viitikio. Ikiwa mkusanyiko wa enzyme imesalia mara kwa mara, kubadilisha tu kiasi cha substrate, basi grafu ya kiwango cha mmenyuko wa enzymatic inaelezwa na hyperbola (Mchoro 2.17). Kadiri kiasi cha substrate inavyoongezeka, kiwango cha majibu ya awali huongezeka. Wakati enzyme inakuwa imejaa kabisa na substrate, i.e. uundaji wa juu unaowezekana wa tata za enzyme-substrate hufanyika kwa mkusanyiko fulani wa enzyme, na kiwango cha juu cha malezi ya bidhaa huzingatiwa. Kuongezeka zaidi kwa mkusanyiko wa substrate haiongoi kuongezeka kwa kiasi cha bidhaa iliyoundwa, i.e. kiwango cha mmenyuko hauongezeki. Hali hii inalingana na kasi ya juu ya majibu Vmax

Thamani ya V max ni sifa ya shughuli ya kichocheo ya enzyme na huamua uwezekano mkubwa wa kuunda bidhaa katika mkusanyiko wa enzyme na chini ya hali ya substrate ya ziada; V max ni thamani ya mara kwa mara kwa mkusanyiko wa kimeng'enya fulani.

Mchele. 2.17. Utegemezi wa kiwango cha mmenyuko (V) kwenye mkusanyiko wa substrate S:

V max ni kiwango cha juu cha mmenyuko katika mkusanyiko wa kimeng'enya chini ya hali bora za mmenyuko; K m - Michaelis mara kwa mara

4. Tabia kuu ya kinetic ya ufanisi wa enzyme ni Michaelis mara kwa mara - K m. Mara kwa mara Michaelis ni nambari sawa na mkusanyiko wa substrate ambayo nusu ya kasi ya juu hupatikana. K m inaashiria mshikamano wa kimeng'enya fulani kwa substrate fulani na ni thamani ya mara kwa mara. Km ya chini, ndivyo mshikamano mkubwa wa kimeng'enya kwa substrate fulani, ndivyo kiwango cha mwitikio cha awali kinaongezeka, na kinyume chake, Km kubwa zaidi, ndivyo mshikamano wa kimeng'enya kwa substrate unavyopungua na kiwango cha chini cha mmenyuko wa awali.

1. Nakili jedwali kwenye daftari lako. 2.2. Tumia kitabu chako cha kiada na fasihi ya ziada kujaza jedwali. Hitimisho juu ya hitaji la lishe tofauti kwa afya ya binadamu.

2. Nakili jedwali kwenye daftari lako. 2.3 na ujaze. Kwa kutumia kitabu chako cha kiada, andika mwitikio mmoja unaohusisha kila coenzyme.

3. Hamisha grafu ya shughuli ya enzyme kwenye daftari yako (Mchoro 2.18). Bainisha na uonyeshe V juu ya maitikio haya. Bainisha K katika ya kwanza na ya pili

kesi. Nini maana ya biokemikali ya K mara kwa mara?

Jedwali 2.2. Tabia za vitamini kuu za mumunyifu wa maji ambazo ni watangulizi wa coenzymes

Jedwali 2.3. Coenzymes za msingi

Mchele. 2.18. Utegemezi wa kiwango cha athari za enzymatic kwenye mkusanyiko wa substrate

KAZI ZA KUJIZUIA

1. Chagua majibu sahihi. Enzymes:

A. Je, ni protini

B. Punguza kiwango cha athari za enzymatic

B. Zina umaalumu wa kitendo D. Ni protini rahisi E. Zina uwezo wa kudhibiti

2. Chagua majibu sahihi. Michaelis mara kwa mara (Km):

A. Ni sifa ya umaalum wa substrate ya kimeng'enya B. Kiidadi sawa na ukolezi wa substrate ambapo nusu ya Vmax huzingatiwa.

B. Hubainisha mshikamano wa kimeng'enya kwa substrate

D. Inabainisha kueneza kwa kituo amilifu cha kimeng'enya chenye substrate D. Ni sifa ya kinetic ya kimeng'enya.

3. Chagua majibu sahihi. Coenzyme PF hufanya kazi na enzymes ya madarasa yafuatayo:

A. Oxidoreductase B. Transferase

B. Hydrolase G. Liaz D. Isomerasi

4. Mechi. Aina ya majibu ambayo coenzyme inahusika:

A. Carboxylation B. Oxidation-kupunguza

B. Transamination D. Acylation E. Acetylation

Coenzyme:

2. Pyridoxal phosphate

5. Mechi. Enzyme huchochea:

A. Miitikio isiyoweza kutenduliwa pekee

B. Miitikio ya aina sawa na idadi ndogo (kikundi) ya substrates zinazofanana kimuundo

B. Ugeuzaji wa moja tu ya stereoisomers zilizopo za substrate

D. Matendo mbele ya coenzymes E. Uongofu wa substrate moja tu Ubora wa substrate:

1. Kabisa

2. Kundi

3. Stereospecificity

6. Kamilisha kazi ya "mnyororo":

A) athari za redox huchochewa na enzymes za darasa

A. Uhamisho

B. Oxidoreductases

b) Enzymes za darasa ndogo za darasa hili hufanya athari

uondoaji wa atomi za hidrojeni kutoka kwa substrate:

A. Oxidasi

B. Hydroxylases

B. Dehydrogenases

V) Coenzyme ya enzymes hizi ni:

B. Coenzyme A

G) coenzyme inategemea vitamini:

A. Asidi ya Nikotini B. Biotin

B. Vitamini B 2

d) Upungufu wa vitamini hii husababisha magonjwa yafuatayo:

B. Pellagra

B. Anemia ya Macrocytic

7. Mechi. Darasa la enzyme:

A. Oxidoreductase B. Hydrolase

B. Ligaza G. Liase

D. Uhamisho

Enzyme:

1. Succinate dehydrogenase

2. Pyruvate carboxylase.

3. DNase.

8. Kamilisha sentensi kwa maneno yanayokosekana:

shughuli. Coenzyme iliyounganishwa na apoenzyme kwa vifungo vikali vya upatanishi inaitwa ..................

4. 1-A; 2-B; 3-B

5. 1-D; 2-B; 3-B

6. a) B; b) B; c) B; d) A; e) B

7. 1-A; 2-B; 3-B

8. Holoenzyme, apoenzyme, coenzyme, kikundi cha bandia

MASHARTI NA DHANA ZA MSINGI

1. Enzymology

2. Kichocheo cha enzyme

3. Enzyme-substrate tata

4. Kinetics ya catalysis ya enzymatic

5. Substrate

6. Enzyme amilifu tovuti

7. Kasi ya juu ya majibu - V max

8. Michaelis mara kwa mara - K m

9. Vitengo vya shughuli za enzyme

10. Madarasa ya enzyme

11. Umaalumu wa enzyme

12. Cofactors za enzyme

13. Shughuli maalum ya enzyme

14. Apoenzyme

15. Holoenzyme

Tatua matatizo

1. Hivi sasa, katika maabara ya biochemical, wachambuzi wa moja kwa moja wa biochemical hutumiwa kuamua shughuli za enzymes katika maji ya kibiolojia ya binadamu. Msaidie fundi wa maabara kuelewa vitendanishi vitakavyotumika kubainisha shughuli ya lactate dehydrogenase (LDH) na kukokotoa shughuli za LDH kwa wagonjwa wawili. Kwa hii; kwa hili:

a) kuandika majibu yaliyochochewa na LDH;

b) onyesha substrate, coenzyme, vitamini ya mtangulizi, chanzo cha enzyme;

c) orodhesha hali ya athari (joto, wakati);

d) kuelezea kwa kigezo gani kiwango cha mmenyuko wa enzymatic kinaweza kupimwa;

f) kuhesabu shughuli za LDH katika damu ya wagonjwa katika vitengo vya IU / l. Hitimisho: ni mgonjwa gani anayefanya kazi zaidi?

Jedwali 2.4. Data ya kuamua shughuli za LDH

2. Binadamu ni homeothermic (joto huhifadhiwa kwa kiwango cha mara kwa mara) viumbe hai. Katika dawa, joto kali hutumiwa katika baadhi ya matukio kwa ajili ya matibabu. Hasa, hali ya hypothermic hutumiwa kwa shughuli za muda mrefu, hasa kwenye ubongo na moyo) hali ya hyperthermic hutumiwa kwa madhumuni ya kuchanganya tishu. Eleza uhalali wa mbinu hizi kutoka kwa mtazamo wa enzymologist. Kujibu:

a) onyesha ni joto gani linalofaa kwa enzymes nyingi za binadamu;

b) chora grafu ya utegemezi wa kiwango cha athari za enzymatic kwenye joto;

c) kueleza haja ya uingiliaji wa upasuaji wa muda mrefu chini ya hali ya hypothermic;

d) kuelezea nini njia ya mgando wa tishu za mafuta inategemea;

e) zinaonyesha matokeo ya kufichuliwa na joto kali kwa wanadamu.

3. Mgonjwa mwenye umri wa miaka 35 alikuja kliniki na malalamiko ya michakato ya uchochezi katika mucosa ya mdomo, uchovu wa misuli, na conjunctivitis. Mgonjwa alikula chakula kisicho na chakula kwa muda mrefu, ukiondoa vyakula kama maini, rye, maziwa na chachu kutoka kwa lishe yake. Daktari aligundua hypovitaminosis B2. Eleza sababu za dalili zinazoonekana. Kwa hii; kwa hili:

a) taja coenzymes iliyoundwa kutoka kwa vitamini B2;

b) onyesha ni athari gani coenzymes hizi zinahusika;

c) kuandika sehemu za kazi za formula kwa aina zilizooksidishwa na zilizopunguzwa za coenzymes;

d) toa mifano ya athari zinazohusisha coenzymes hizi (tumia nyenzo za kiada).

4. Kimeng'enya cha asidi ya phosphatase huchangamsha esta asidi fosforasi. Enzyme hii huundwa katika seli za ini, wengu, na kibofu; ina seli nyekundu za damu, sahani, macrophages na osteoclasts. Enzyme hii pia iko katika acrosome ya spermatozoa na, wakati wa mbolea, huvunja phospholipids ya plasmalemma ya oocyte. Shughuli kubwa zaidi ya enzymatic ya phosphatase ya asidi hutokea kwa maadili ya pH ya asidi (4.7-6.0). Chora grafu ya kasi ya majibu dhidi ya pH na ueleze ni kwa nini shughuli ya fosfati ya asidi hubadilika na mabadiliko ya pH. Toa mchoro wa majibu. Kuamua darasa la enzyme na maalum yake.

5. Wakati wa kusoma kiwango cha athari ya ubadilishaji wa dipeptidi chini ya hatua ya peptidase ya utumbo mdogo, matokeo yafuatayo yalipatikana: shughuli ya juu ya enzyme ni 40 µmol/min/mg, Km 0.01. Je, kiwango cha majibu ni katika mkusanyiko gani wa substrate ni sawa na 10 µmol/min/mg? Kutumia data ya kazi:

a) kuandika mpango wa majibu, kuamua darasa la enzyme na dhamana ambayo huharibu katika substrate;

b) chora grafu ya kiwango cha majibu kulingana na mkusanyiko wa substrate na kujibu swali la shida;

c) toa ufafanuzi wa Ksh, onyesha uhusiano kati ya thamani ya Ksh na uhusiano wa kimeng'enya kwa substrate.

6. Mwanafunzi aliamua shughuli maalum ya lysozyme ya enzyme iliyotengwa na yai nyeupe ya kuku. Lysozimu husafisha glycoproteini ya ukuta wa seli ya bakteria. Mwanafunzi aliingiza mchanganyiko wa athari iliyo na substrate, kimeng'enya, na bafa inayotoa thamani mojawapo ya pH ya 5.2 na akagundua kuwa chini ya ushawishi wa 1 mg ya lisozimu, µmol 12 pekee ya bidhaa iliundwa katika dakika 15. Baada ya kufanya hesabu na kujua sababu

shughuli maalum ya chini ya kimeng'enya, alikumbuka kwamba hakuwasha thermostat na kwa hiyo aliingiza sampuli kwenye joto la kawaida, na enzyme t ilikuwa 37 ° C. Kurudia jaribio chini ya hali bora, aligundua kuwa katika dakika 15, 45 µmol ya bidhaa iliundwa na hatua ya 1 mg ya lisozimu. Kuhesabu shughuli maalum ya enzyme katika matukio yote mawili na kuelezea utaratibu wa athari za joto kwenye kiwango cha mmenyuko wa enzymatic.

7. Shughuli ya enzymes nyingi katika seli inadhibitiwa na enzymes nyingine - protini kinase na phosphoprotein phosphatase. Onyesha sifa za athari hizi; andika athari zinazochochewa na vimeng'enya hivi, onyesha ni kundi gani la vimeng'enya vilivyomo. Kumbuka maalum ya substrate.

Kitengo cha 2 cha msimu wa 2 USIMAMIZI WA SHUGHULI YA ENZIME. MAMBO YA MATIBABU YA ENNYMOLOJIA

Malengo ya kujifunza Kuwa na uwezo wa:

1. Tafsiri matokeo ya ushawishi wa inhibitors - madawa ya kulevya, sumu - juu ya athari za enzymatic ya mwili.

2. Eleza umuhimu wa udhibiti wa shughuli za enzyme katika kuathiri kasi ya njia ya kimetaboliki.

3. Eleza misingi ya kutumia vimeng'enya kama dawa.

4. Tumia ujuzi kuhusu mali ya enzymes na utungaji wa enzyme ya viungo chini ya hali ya kawaida na katika matatizo mbalimbali ya kimetaboliki.

5. Tafsiri matokeo ya kuamua shughuli za enzyme katika uchunguzi wa magonjwa.

Jua:

1. Uainishaji wa inhibitors ya enzyme kulingana na utaratibu wao wa utekelezaji.

2. Mifano ya madawa ya kulevya - inhibitors ya enzyme.

3. Mifumo ya msingi ya kudhibiti shughuli za enzyme katika mwili.

4. Kanuni za udhibiti wa njia za kimetaboliki na jukumu la enzymes katika udhibiti wa kimetaboliki.

5. Misingi ya matumizi ya enzymes kwa uchunguzi na matibabu ya magonjwa.

MADA 2.7. VIZUIZI VYA SHUGHULI YA ENCYME

1. Chini ya muda "kuzuia shughuli ya enzyme" inahusu kupungua kwa shughuli za kichocheo zinazosababishwa na kemikali fulani - vizuizi.

Inhibitors ni ya riba kubwa kwa kufafanua taratibu za catalysis ya enzymatic na kusaidia kuanzisha jukumu la athari za enzymatic ya mtu binafsi katika njia za kimetaboliki za mwili. Kitendo cha dawa nyingi na sumu ni msingi wa kanuni ya kuzuia shughuli za enzymatic.

2. Vizuizi vinaweza kushikamana na vimeng'enya vyenye viwango tofauti vya nguvu. Kulingana na hili, wanatofautisha inayoweza kugeuzwa Na kizuizi kisichoweza kutenduliwa. Vizuizi vinavyoweza kubadilishwa funga kwa kimeng'enya na vifungo dhaifu visivyo na covalent na, chini ya hali fulani, hutenganishwa kwa urahisi na kimeng'enya:

E+I↔ EI.

Kizuizi kisichoweza kutenduliwa aliona katika kesi ya malezi ya vifungo covalent imara kati ya molekuli kiviza na enzyme:

E+I→ E-I.

3. Kwa mujibu wa utaratibu wa hatua, inhibitors inayoweza kurekebishwa imegawanywa katika ushindani Na isiyo na ushindani.

Kizuizi cha ushindani husababisha kupungua kwa kubadilishwa kwa kiwango cha mmenyuko wa enzymatic kama matokeo ya kumfunga kiviza kwenye tovuti inayofanya kazi ya enzyme, ambayo inazuia malezi ya tata ya enzyme-substrate. Aina hii ya kizuizi hutokea wakati kizuizi kiko analog ya muundo wa substrate; Matokeo yake, ushindani kati ya substrate na molekuli za kizuizi kwa ajili ya kuunganisha kwenye kituo cha kazi cha kimeng'enya hutokea. Katika kesi hii, substrate au kizuizi huingiliana na enzyme, na kutengeneza enzyme-substrate (ES) au enzyme-inhibitor (EI) complexes. Wakati tata ya enzyme-inhibitor (EI) inapoundwa, hakuna bidhaa ya majibu inayoundwa (Mchoro 2.19).

Mchele. 2.19. Mpango wa kizuizi cha ushindani wa shughuli za enzyme

Kwa aina ya kizuizi cha ushindani, milinganyo ifuatayo ni halali:

E+S↔ES →E+P; E+I↔ E.I.

Kipengele tofauti cha kizuizi cha ushindani ni uwezekano wa kudhoofika kwake na kuongezeka kwa mkusanyiko wa substrate, kwani kizuizi kinachoweza kubadilishwa haibadilishi muundo wa enzyme. Kwa hiyo, kwa viwango vya juu vya substrate, kiwango cha majibu haitofautiani na kutokuwepo kwa kizuizi, i.e. kizuizi cha ushindani haibadilishi Vmax, lakini huongeza Km.

Mfano wa kawaida wa kizuizi cha ushindani ni kizuizi cha mmenyuko wa dehydrogenase succinate na asidi ya malonic (Mchoro 2.20). Malonate ni analogi ya kimuundo ya succinate (uwepo wa vikundi viwili vya kaboksili) na inaweza pia kuingiliana na tovuti hai ya succinate dehydrogenase. Hata hivyo, uhamisho wa atomi mbili za hidrojeni kwa kundi la bandia FAD kutoka kwa asidi ya malonic haiwezekani na, kwa hiyo, kiwango cha majibu kinapungua.

Mchele. 2.20. Mfano wa kizuizi cha ushindani cha succinate dehydrogenase na asidi ya malonic:

A - succinate hufunga katikati ya kazi ya enzyme succinate dehydrogenase kutokana na vifungo vya ionic; B - wakati wa mmenyuko wa enzymatic, atomi mbili za hidrojeni huondolewa kutoka kwa succinate na kuongezwa kwa FAD ya coenzyme. Matokeo yake, fumarate huundwa, ambayo huondolewa kwenye tovuti ya kazi ya dehydrogenase ya succinate; B - malonate ni analog ya kimuundo ya succinate; pia hufunga kwa tovuti hai ya succinate dehydrogenase, lakini mmenyuko wa kemikali haufanyiki.

4. Dawa nyingi hutoa athari zao za matibabu kupitia utaratibu wa kuzuia ushindani. Kwa mfano, mmenyuko wa hidrolisisi ya asetilikolini kwa choline na asidi asetiki huchochewa na kimeng'enya cha acetylcholinesterase (AChE) (Mchoro 2.21) na inaweza kuzuiwa mbele ya vizuizi vya ushindani vya kimeng'enya hiki (k.m. proserin, endrophonium nk) (Mchoro 2.22). Wakati inhibitors vile zinaongezwa, shughuli za acetylcholinesterase hupungua, mkusanyiko wa acetylcholine (substrate) huongezeka, ambayo inaambatana na ongezeko la uendeshaji wa msukumo wa ujasiri. Vizuizi vya ushindani vya acetylcholine esterase hutumiwa katika matibabu ya dystrophies ya misuli, na pia kwa matibabu ya shida za harakati baada ya majeraha, kupooza, na polio.

Mchele. 2.21. Mwitikio wa hidrolisisi ya asetilikolini chini ya ushawishi wa AChE

Mchele. 2.22. Kufunga vizuizi vya ushindani katika tovuti inayotumika ya AChE

A - kuongeza ya substrate (acetylcholine) kwenye kituo cha kazi cha enzyme.

Mshale unaonyesha tovuti ya hidrolisisi ya acetylcholine; B - kuongeza ya proserin ya inhibitor ya ushindani kwenye kituo cha kazi cha enzyme. Hakuna majibu; B - kiambatisho cha endrophonium ya inhibitor ya ushindani kwenye kituo cha kazi cha enzyme. Kiambatisho cha vizuizi kwenye tovuti inayotumika ya AChE huzuia kuunganishwa kwa asetilikolini.

Mfano mwingine wa dawa ambazo utaratibu wake wa utekelezaji ni msingi wa kizuizi cha ushindani cha kimeng'enya ni matumizi ya vizuizi vya peptidi ya trypsin ya enzyme ya proteolytic kwa magonjwa ya kongosho (kongosho ya papo hapo, necrosis), kama vile. aprotinin, trasylol, contrical. Dawa hizi huzuia trypsin, ambayo hutolewa kwenye tishu zinazozunguka na damu, na hivyo kuzuia matukio yasiyohitajika ya autolytic katika magonjwa ya kongosho.

5. Katika baadhi ya matukio, vizuizi vya ushindani, vinavyoingiliana na kituo cha kazi cha enzyme, vinaweza kutumika kama pseudosubstrates(antimetabolites), ambayo inaongoza kwa awali ya bidhaa na muundo usio sahihi. Dutu zinazosababisha hazina muundo "unaotaka" na kwa hiyo hawana shughuli za kazi. Dawa hizi ni pamoja na dawa za sulfonamide.

6. Isiyo na ushindani Reversible ni kizuizi cha mmenyuko wa enzymatic ambapo kizuizi huingiliana na kimeng'enya kwenye tovuti isipokuwa tovuti amilifu. Vizuizi visivyo na ushindani sio analogues za kimuundo za substrate; kuongezwa kwa kizuizi kisicho na ushindani kwa enzyme hubadilisha muundo wa kituo cha kazi na kupunguza kiwango cha mmenyuko wa enzymatic, i.e. inapunguza shughuli za enzymatic. Mfano wa kizuizi kisicho na ushindani inaweza kuwa hatua ya ioni za metali nzito, ambazo huingiliana na makundi ya kazi ya molekuli ya enzyme, kuingilia kati na catalysis.

7. Vizuizi visivyoweza kutenduliwa kupunguza shughuli za enzymatic kama matokeo ya kuundwa kwa vifungo vya ushirikiano na molekuli ya enzyme. Mara nyingi, kituo cha kazi cha enzyme hupitia marekebisho. Matokeo yake, enzyme haiwezi kufanya kazi yake ya kichocheo.

Matumizi ya vizuizi visivyoweza kurekebishwa ni ya kupendeza zaidi kwa kufafanua utaratibu wa utendaji wa enzymes. Taarifa muhimu kuhusu muundo wa kituo cha kazi cha enzyme hutolewa na misombo inayozuia makundi fulani ya kituo cha kazi. Vizuizi vile huitwa maalum. Vizuizi maalum ni pamoja na diisopropyl fluorophosphate (DFP). DPP huunda dhamana ya ushirikiano na kundi la OH la serine, ambalo liko katikati ya kazi ya enzyme na inahusika moja kwa moja katika catalysis, kwa hiyo DPP inaainishwa kama kizuizi maalum kisichoweza kurekebishwa cha enzymes za "serine" (Mchoro 2.23). DPP hutumiwa kujifunza muundo wa kituo cha kazi cha enzymes katika enzymology.

Tofauti na inhibitors maalum isiyo maalum inhibitors huunda vifungo vya ushirikiano na makundi fulani ya enzyme iko sio tu katikati ya kazi, lakini pia katika sehemu yoyote ya molekuli ya enzyme. Kwa mfano, acetate ya iodini (Mchoro 2.24) huingiliana na makundi yoyote ya SH ya protini. Mwingiliano huu hubadilisha muundo wa molekuli ya enzyme, na, ipasavyo, muundo wa kituo kinachofanya kazi na hupunguza shughuli za kichocheo.

Mchele. 2.23. Uzuiaji maalum wa shughuli za chymotrypsin kwa kutumia DPP

Mchele. 2.24. Uzuiaji usio maalum wa shughuli za enzyme na acetate ya iodini.

Uzuiaji usio maalum hutokea kwa sababu ya urekebishaji wa ushirikiano wa vikundi vya cysteine ​​​​SH na molekuli za acetate ya iodini.

8. Mfano wa dawa ambayo hatua yake inahusishwa na kizuizi cha enzyme isiyoweza kutenduliwa ni aspirini inayotumiwa sana. Kitendo cha dawa hii isiyo ya steroidal ya kuzuia uchochezi inategemea kizuizi cha enzyme ya cyclooxygenase, ambayo huchochea uundaji wa prostaglandini kutoka kwa asidi ya arachidonic. Matokeo yake, mabaki ya acetyl ya aspirini yanaongezwa kwa terminal ya bure ya OH kundi la serine ya moja ya subunits ya cyclooxygenase (Mchoro 2.25). Hii inazuia uundaji wa prostaglandini (tazama moduli 8), ambayo ina kazi mbalimbali za kibiolojia, ikiwa ni pamoja na wapatanishi wa kuvimba. Kwa hivyo, aspirini imeainishwa kama dawa ya kuzuia uchochezi. Molekuli za enzyme zilizozuiliwa zinaharibiwa, awali ya prostaglandini inarejeshwa tu baada ya awali ya molekuli mpya za enzyme.

Mchele. 2.25. Utaratibu wa uanzishaji wa cyclooxygenase kwa kutumia kizuizi kisichoweza kurekebishwa - aspirini

MADA 2.8. USIMAMIZI WA SHUGHULI YA ENCYME

1. Athari zote za kemikali katika seli hutokea kwa ushiriki wa enzymes. Kwa hiyo, ili kushawishi kiwango cha njia ya kimetaboliki (mabadiliko ya mlolongo wa dutu moja hadi nyingine), inatosha kudhibiti idadi ya molekuli za enzyme au shughuli zao. Kawaida katika njia za kimetaboliki kuna Enzymes muhimu kwa sababu ambayo kasi ya njia nzima inadhibitiwa. Enzymes hizi (moja au zaidi katika njia ya kimetaboliki) huitwa enzymes za udhibiti. Udhibiti wa kiwango cha athari za enzymatic hufanyika katika viwango vitatu vya kujitegemea: kwa kubadilisha idadi ya molekuli za enzyme, upatikanaji wa molekuli ya substrate na coenzyme, na kubadilisha shughuli za kichocheo za molekuli ya enzyme (Jedwali 2.6).

Jedwali 2.5. Njia za kudhibiti kiwango cha athari za enzymatic

Hebu fikiria njia za kudhibiti kiwango cha athari za enzymatic kwa kubadilisha shughuli za kichocheo za molekuli ya enzyme.

2. Udhibiti wa allosteric. Enzymes ya allosteric kuitwa Enzymes, shughuli ambayo inaweza kurekebishwa kwa kutumia vitu vyenye athari. Athari zinazohusika katika udhibiti wa allosteric ni metabolites za seli ambazo mara nyingi ni washiriki katika njia wanayodhibiti.

Athari inayosababisha kupunguza (kuzuia) shughuli ya enzyme inaitwa kizuizi. Athari inayosababisha ongezeko (kuwezesha) shughuli ya enzyme inaitwa kianzishaji.

Enzymes za allosteric zina sifa fulani za kimuundo:

Kawaida ni protini za oligomeric, inayojumuisha protomers kadhaa;

Kuwa na kituo cha allosteric, umbali wa anga kutoka kwa tovuti ya kazi ya kichocheo;

Waathiriwa huambatanisha na kimeng'enya bila ushirikiano katika vituo vya allosteric (udhibiti).

Vituo vya allosteric, kama vile vya kichocheo, vinaweza kuonyesha umaalum tofauti kuhusiana na ligandi: inaweza kuwa kamili au kikundi. Enzymes zingine zina vituo kadhaa vya allosteric, ambavyo vingine ni maalum kwa vianzishaji, vingine kwa vizuizi.

Protomer ambayo kituo cha allosteric iko inaitwa protoma ya udhibiti Tofauti protoma kichocheo, iliyo na kituo cha kazi ambacho mmenyuko wa kemikali hufanyika.

Enzymes za allosteric zina mali ushirikiano: mwingiliano wa athari ya allosteric na kituo cha allosteric husababisha mabadiliko ya ushirika katika muundo wa subunits zote, na kusababisha mabadiliko katika muundo wa kituo kinachofanya kazi na mabadiliko katika mshikamano wa enzyme ya substrate, ambayo hupunguza au kuongeza shughuli ya kichocheo ya enzyme. Ikiwa kizuizi kimeshikamana na kituo cha allosteric, basi kama matokeo ya mabadiliko ya ushirika wa ushirika, mabadiliko katika muundo wa kituo kinachofanya kazi hufanyika, ambayo husababisha kupungua kwa mshikamano wa enzyme kwa substrate na, ipasavyo, kupungua. kiwango cha mmenyuko wa enzymatic. Kinyume chake, ikiwa activator imeshikamana na kituo cha allosteric, basi mshikamano wa enzyme kwa substrate huongezeka, ambayo husababisha ongezeko la kiwango cha majibu. Mlolongo wa matukio chini ya hatua ya athari za allosteric imewasilishwa kwenye Mtini. 2.26.

Udhibiti wa enzymes ya allosteric inayoweza kutenduliwa: kikosi cha athari kutoka kwa kitengo kidogo cha udhibiti hurejesha shughuli ya awali ya kichocheo cha kimeng'enya.

Enzymes ya allosteric kuchochea athari muhimu Njia hii ya kimetaboliki.

Enzymes za allosteric huchukua jukumu muhimu katika njia anuwai za kimetaboliki, kwani hujibu haraka sana kwa mabadiliko kidogo katika muundo wa ndani wa seli. Kasi ya michakato ya kimetaboliki inategemea mkusanyiko wa vitu, vyote vilivyotumiwa na vilivyoundwa katika mlolongo fulani wa athari. Watangulizi wanaweza kuwa waanzishaji wa enzymes ya allosteric katika njia ya kimetaboliki. Wakati huo huo, wakati bidhaa ya mwisho ya njia yoyote ya kimetaboliki hujilimbikiza, inaweza kufanya kama kizuizi cha allosteric cha enzyme. Njia hii ya udhibiti ni ya kawaida katika mwili na inaitwa "maoni hasi":

Mchele. 2.26. Mpango wa muundo na utendaji wa enzyme ya allosteric:

A - hatua ya athari mbaya (inhibitor). Kizuizi (I) kinashikamana na kituo cha allosteric, ambacho husababisha mabadiliko ya ushirika katika molekuli ya enzyme, ikiwa ni pamoja na katikati ya kazi ya enzyme. Mshikamano wa enzyme kwa substrate hupungua, na kwa sababu hiyo, kiwango cha mmenyuko wa enzymatic hupungua; B - hatua ya athari nzuri (activator). Activator (A) hufunga kwa kituo cha allosteric, ambayo husababisha mabadiliko ya ushirika wa ushirika. Mshikamano wa enzyme kwa substrate huongezeka na kiwango cha mmenyuko wa enzymatic huongezeka. Athari inayoweza kugeuzwa ya vizuizi na kianzishaji kwenye shughuli ya kimeng'enya imeonyeshwa

Hebu fikiria udhibiti wa allosteric wa mchakato wa catabolism ya glucose, ambayo inaisha na kuundwa kwa molekuli ya ATP (Mchoro 2.27). Katika tukio ambalo molekuli za ATP kwenye seli hazitumiwi, ni kizuizi cha enzymes ya allosteric ya njia hii ya kimetaboliki: phosphofructokinase na pyruvate kinase. Wakati huo huo, metabolite ya kati ya ukataboli wa glukosi, fructose-1,6-bisphosphate, ni activator ya allosteric ya enzyme ya pyruvate kinase. Kuzuia na bidhaa ya mwisho ya njia ya kimetaboliki na uanzishaji na metabolites ya awali inaruhusu

Mchele. 2.27. Udhibiti wa allosteric wa mchakato wa catabolism ya sukari.

Molekuli ya ATP ni kizuizi cha allosteric cha vimeng'enya vya njia ya kimetaboliki - phosphofructokinase na pyruvate kinase. Molekuli ya fructose-1,6-bisfosfati ni activator allosteric ya kimeng'enya cha pyruvate kinase.

kudhibiti kasi ya njia ya metabolic. Enzymes za allosteric huchochea, kama sheria, athari za awali za njia ya kimetaboliki, athari zisizoweza kutenduliwa, athari za kupunguza kiwango (polepole zaidi) au athari katika sehemu ya tawi ya njia ya metabolic.

3. Udhibiti wa mwingiliano wa protini-protini. Baadhi ya vimeng'enya hubadilisha shughuli zao kutokana na mwingiliano wa protini na protini. Angalau mifumo miwili ya kubadilisha shughuli ya enzyme kwa njia hii inaweza kutofautishwa: uanzishaji wa vimeng'enya kama matokeo ya kuongezwa kwa proteni za activator (uanzishaji wa cyclase ya adenylate ya enzyme na α-subunit ya protini ya G, angalia moduli 4) na mabadiliko. katika shughuli za kichocheo kama matokeo ya kuhusishwa na kutengana kwa protoma.

Kama mfano wa udhibiti wa shughuli ya kichocheo ya vimeng'enya kwa kushirikiana au kutengana kwa protoma, tunaweza kuzingatia udhibiti wa kimeng'enya cha protini kinase A.

Protini kinase A(CAMP-tegemezi) ina vitengo vinne vya aina mbili: mbili za udhibiti (R) na mbili za kichocheo (C). Tetrama hii haina shughuli ya kichocheo. Vitengo vidogo vya udhibiti vina tovuti za kumfunga kwa mzunguko wa 3",5"-AMP (cAMP) (mbili kwa kila kitengo). Kiambatisho cha molekuli nne za kambi kwa subunits mbili za udhibiti husababisha mabadiliko katika uundaji wa protomers za udhibiti na kutengana kwa tata ya tetrameric; hii inatoa subunits mbili za kichocheo zinazofanya kazi (Mchoro 2.28). Protini inayotumika kinase A huchochea uhamishaji wa mabaki ya asidi ya fosforasi kutoka kwa ATP hadi kwa vikundi maalum vya OH vya mabaki ya asidi ya amino ya protini (yaani, husababisha fosforasi ya protini).

Mchele. 2.28. Udhibiti wa shughuli za protini kinase A (PKA) na mwingiliano wa protini-protini.

PKA imeamilishwa na molekuli nne za kambi, ambazo hufunga kwa subunits mbili za udhibiti, ambayo husababisha mabadiliko katika muundo wa protomers za udhibiti na kutengana kwa tata ya tetrameric. Hii inatoa subunits mbili za kichocheo zinazofanya kazi ambazo zinaweza kusababisha fosforasi ya protini

Mgawanyiko wa molekuli za kambi kutoka kwa vitengo vidogo vya udhibiti husababisha kuunganishwa kwa vitengo vya udhibiti na vya kichocheo vya proteni kinase A na uundaji wa changamano isiyofanya kazi.

4. Udhibiti wa shughuli za kichocheo za enzymes na phosphorylation-dephosphorylation. Katika mifumo ya kibaolojia, utaratibu wa kudhibiti shughuli za enzymes kwa kutumia marekebisho yao ya ushirikiano hupatikana mara nyingi. Njia ya haraka na iliyoenea ya marekebisho ya kemikali ya enzymes ni phosphorylation-dephosphorylation yao.

Vikundi vya OH vya enzyme hupitia phosphorylation, ambayo hufanywa na enzymes protini kinases(phosphorylation) na phosphoprotein phosphatase(dephosphorylation). Kuongezewa kwa mabaki ya asidi ya fosforasi husababisha mabadiliko katika uundaji wa kituo cha kazi na shughuli zake za kichocheo. Katika kesi hii, matokeo yanaweza kuwa mbili: baadhi ya enzymes huanzishwa wakati wa phosphorylation, wakati wengine, kinyume chake, huwa chini ya kazi (Mchoro 2.29). Shughuli ya protini kinases na phosphatase ya phosphoprotein inadhibitiwa na homoni, ambayo inaruhusu shughuli za enzymes muhimu katika njia za kimetaboliki kwa haraka kutofautiana kulingana na hali ya mazingira.

Mchele. 2.29. Mpango wa udhibiti wa shughuli za enzyme na phosphorylation-dephosphorylation.

Phosphorylation ya enzymes hutokea kwa msaada wa protini kinase ya enzyme. Mfadhili wa mabaki ya asidi ya fosforasi ni molekuli ya ATP. Phosphorylation ya enzyme hubadilisha muundo wake na muundo wa tovuti inayofanya kazi, ambayo hubadilisha mshikamano wa kimeng'enya kwa substrate. Katika kesi hiyo, baadhi ya enzymes huanzishwa wakati wa phosphorylation, wakati wengine huzuiwa. Mchakato wa kurudi nyuma - dephosphorylation - husababishwa na vimeng'enya phosphoprotein phosphatase, ambayo hutenganisha mabaki ya asidi ya fosforasi kutoka kwa kimeng'enya na kurudisha kimeng'enya katika hali yake ya asili.

5. Udhibiti wa shughuli za kichocheo za enzymes kwa proteolysis ya sehemu (mdogo). Baadhi ya vimeng'enya vinavyofanya kazi nje ya seli (katika njia ya utumbo au plazima ya damu) huunganishwa kama vianzilishi visivyofanya kazi na huwashwa tu kama matokeo ya hidrolisisi ya kifungo kimoja au zaidi cha peptidi, ambayo husababisha kuondolewa kwa sehemu ya molekuli. Katika sehemu iliyobaki ya molekuli ya protini, upyaji wa conformational hutokea na kituo cha kazi cha enzyme huundwa (Mchoro 2.30). Proteolysis ya sehemu ni mfano wa udhibiti wakati shughuli ya kimeng'enya inabadilishwa

Mchele. 2.30. Uanzishaji wa pepsin na proteolysis ya sehemu.

Kama matokeo ya hidrolisisi ya vifungo vya peptidi moja au zaidi ya pepsinogen (molekuli isiyofanya kazi), sehemu ya molekuli hugawanywa na kituo hai cha kimeng'enya cha pepsin huundwa.

isiyoweza kutenduliwa. Enzymes kama hizo kawaida hufanya kazi kwa muda mfupi, imedhamiriwa na maisha ya molekuli ya protini. Proteolysis ya sehemu ina msingi wa uanzishaji wa vimeng'enya vya proteolytic (pepsin, trypsin, chymotrypsin, elastase), homoni za peptidi (insulini), proteni za mfumo wa kuganda kwa damu na idadi ya proteni zingine.

MADA 2.9. MATUMIZI YA ENYIM KATIKA DAWA

1. Enzymes hutumiwa sana katika mazoezi ya matibabu kama uchunguzi (enzymodiagnostics) na matibabu (tiba ya enzyme) fedha. Enzymes pia hutumiwa kama vitendanishi maalum

kuamua idadi ya metabolites. Kwa mfano, enzyme ya glucose oxidase hutumiwa kwa uamuzi wa kiasi cha glucose katika mkojo na damu; urease ya enzyme hutumiwa kutathmini maudhui ya urea katika maji ya kibaolojia; kwa kutumia dehydrogenases mbalimbali, kuwepo kwa substrates zinazofaa hugunduliwa, kwa mfano pyruvate, lactate, pombe ya ethyl, nk.

2. Enzymodiagnostics linajumuisha kutambua ugonjwa (au syndrome) kulingana na kuamua shughuli za enzymes katika maji ya kibiolojia ya binadamu.

Kanuni za utambuzi wa enzyme ni msingi wa kanuni zifuatazo:

Kwa kawaida, seramu ya damu ina enzymes zinazofanya kazi maalum, kwa mfano, wale wanaohusika katika mfumo wa kuchanganya damu. Enzymes za seli kivitendo hazipenye kutoka kwa seli zisizo kamili hadi kwenye damu. Kwa kiasi kidogo, baadhi ya enzymes za seli zinaweza kugunduliwa katika damu;

Katika uharibifu utando wa seli (kuvimba, necrosis) katika damu au maji mengine ya kibaolojia (kwa mfano, mkojo), idadi ya enzymes ya intracellular ya seli zilizoharibiwa huongezeka, shughuli ambayo inaweza kurekodi na vipimo maalum vya biochemical;

Kwa uchunguzi wa enzymatic, enzymes ambazo zina ujanibishaji mkubwa au kabisa katika viungo fulani hutumiwa. (maalum ya chombo);

Kiasi cha enzyme iliyotolewa inapaswa kuwa sawa na kiwango cha uharibifu wa tishu na kutosha kuamua shughuli zake;

Shughuli ya enzymes katika maji ya kibaolojia hugunduliwa wakati seli zimeharibiwa hutofautiana na maadili ya kawaida na ni imara kwa muda mrefu sana (siku);

Kuonekana katika plasma ya damu ya enzymes ambayo ina ujanibishaji wa cytosolic tu inaonyesha mchakato wa uchochezi; ikiwa vimeng'enya vya mitochondrial au nyuklia vinagunduliwa, tunaweza kuzungumza juu ya uharibifu wa kina wa seli, kama vile necrosis.

Enzymes zinazochochea mwitikio sawa wa kemikali lakini zenye miundo tofauti ya msingi ya protini huitwa isozimu. Zinatofautiana kutoka kwa kila mmoja katika vigezo vya kinetic, hali ya uanzishaji, na sifa za uhusiano kati ya apoenzyme na coenzyme. Asili ya kuonekana kwa isoenzymes ni tofauti, lakini mara nyingi kwa sababu ya tofauti katika muundo wa jeni zinazoweka isoenzymes hizi au subunits zao. Njia za kuamua isoenzymes zinategemea tofauti katika mali ya physicochemical. Isoenzymes mara nyingi chombo maalum, kwani kila tishu ina aina moja ya isoenzymes. Kwa hiyo, wakati chombo kinaharibiwa, fomu inayofanana ya isoenzyme inaonekana katika damu. Ugunduzi wa aina fulani za enzymes za isoenzyme huruhusu matumizi yao kwa utambuzi wa magonjwa.

Kwa mfano, enzyme lactate dehydrogenase (LDH) huchochea mwitikio wa uoksidishaji wa lactate (asidi ya lactic) hadi pyruvate (asidi ya pyruvic) (Mchoro 2.31). Lactate dehydrogenase ni protini ya oligomeri yenye mol. uzani wa 134,000, unaojumuisha subunits nne za aina mbili - M (kutoka kwa misuli ya Kiingereza - misuli) na H (kutoka kwa moyo wa Kiingereza - moyo). Mchanganyiko wa subunits hizi ni msingi wa malezi ya isoforms tano za dehydrogenase ya lactate (Mchoro 2.32, A). LDH 1 na LDH 2 zinafanya kazi zaidi katika misuli ya moyo na figo, LDH 4 na LDH 5 - katika misuli ya mifupa na ini. Tishu zingine zina lahaja zingine za kimeng'enya hiki. Isoforms za LDH hutofautiana kutoka kwa kila mmoja katika uhamaji wa electrophoretic, ambayo inafanya uwezekano wa kuanzisha utambulisho wa tishu za isoforms za LDH (Mchoro 2.32, B). Ili kutambua magonjwa ya moyo, ini na misuli, ni muhimu kujifunza isoforms LDH katika plasma ya damu kwa kutumia electrophoresis. Katika Mtini. 2.32, B inaonyesha electropherograms

Mchele. 2.31. Mwitikio unaochochewa na lactate dehydrogenase (LDH)

Mchele. 2.32. Lactate dehydrogenase isoforms:

A - muundo wa isoforms mbalimbali za LDH; B - usambazaji kwenye electropherogram na kiasi cha jamaa cha isoforms LDH katika viungo mbalimbali; B - maudhui ya isoforms LDH katika plasma ya damu katika hali ya kawaida na katika patholojia (electropherograms - upande wa kushoto na skanning photometric - upande wa kulia)

plasma ya damu ya mtu mwenye afya, mgonjwa mwenye infarction ya myocardial na mgonjwa wa hepatitis. Utambuzi wa isoforms maalum za LDH katika plasma ya damu hutumiwa sana kama mtihani wa utambuzi.

Mfano mwingine ni creatine kinase. Creatine kinase (CK) ambayo huchochea majibu ya uundaji wa phosphate ya creatine (Mchoro 2.33). Molekuli ya KK ni dimer inayojumuisha aina mbili za subunits M (kutoka kwa misuli ya Kiingereza - misuli) na B (kutoka kwa ubongo wa Kiingereza - ubongo). Subunits hizi huunda isoenzymes tatu: BB, MB, MM. BB isoenzyme hupatikana hasa katika ubongo, MM katika misuli ya mifupa, na MV katika misuli ya moyo. Isoforms za KK zina uhamaji tofauti wa electrophoretic (Mchoro 2.34). Uamuzi wa shughuli za CK katika plasma ya damu ni muhimu katika uchunguzi wa infarction ya myocardial (kuna ongezeko la kiwango cha MB isoform). Kiasi cha isoform ya MM inaweza kuongezeka wakati wa kiwewe na uharibifu wa misuli ya mifupa. Isoform ya BB haiwezi kupenya kizuizi cha damu-ubongo, kwa hiyo haipatikani katika damu hata wakati wa viharusi na haina thamani ya uchunguzi.

Mchele. 2.33. Mwitikio unaochochewa na kimeng'enya cha creatine kinase (CK)

Mchele. 2.34. Muundo na uhamaji wa electrophoretic wa isoforms mbalimbali za creatine kinase

Enzymodiagnostics kutumika kuanzisha utambuzi kwa magonjwa ya viungo mbalimbali. Seti ya uchambuzi inategemea uwezo wa maabara fulani ya biochemical na inaboreshwa mara kwa mara. Vipimo vya kawaida vya uchunguzi wa enzyme ni:

Kwa magonjwa ya moyo (infarction ya myocardial) - lactate dehydrogenase, creatine kinase, aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase. Moja ya protini za kwanza kuonekana katika damu wakati wa infarction ya myocardial ni troponin;

Kwa magonjwa ya ini - alanine aminotransferase, aspartate aminotransferase, acetylcholinesterase, gamma-glutamyl transpeptidase. Kwa magonjwa ya kongosho - amylase ya kongosho, lipase;

Kwa magonjwa ya kibofu - asidi phosphatase.

3. Matumizi ya vimeng'enya kama dawa zinaendelea kikamilifu katika mwelekeo ufuatao:

Tiba ya uingizwaji - matumizi ya enzymes katika kesi ya upungufu wao;

Vipengele vya tiba tata - matumizi ya enzymes pamoja na tiba nyingine.

Tiba ya uingizwaji wa enzyme inafaa kwa magonjwa ya njia ya utumbo yanayohusiana na usiri wa kutosha wa juisi ya utumbo. Kwa mfano, pepsin hutumiwa kwa gastritis na kazi iliyopunguzwa ya siri. Upungufu wa enzymes za kongosho pia unaweza kulipwa kwa kiasi kikubwa kwa kuchukua dawa za mdomo zenye vimeng'enya kuu vya kongosho (festal, enzistal, mesimforte, nk).

Enzymes hutumiwa kama mawakala wa ziada wa matibabu kwa magonjwa kadhaa. Enzymes ya proteolytic (trypsin, chymotrypsin) hutumiwa ndani ya nchi kutibu majeraha ya purulent ili kuvunja protini za seli zilizokufa, kuondoa vifungo vya damu au usiri wa viscous katika magonjwa ya uchochezi ya njia ya upumuaji. Maandalizi ya enzyme ribonuclease na deoxyribonuclease hutumiwa kama dawa za kuzuia virusi katika matibabu ya kiwambo cha adenoviral na keratiti ya herpetic.

Maandalizi ya enzyme yametumiwa sana katika thrombosis na thromboembolism ili kuharibu kitambaa cha damu. Kwa lengo hili, maandalizi ya fibrinolysin, streptolyase, streptodecase, na urokinase hutumiwa.

Enzyme ya hyaluronidase (lidase), ambayo huchochea kuvunjika kwa asidi ya hyaluronic, hutumiwa chini ya ngozi na intramuscularly kutatua adhesions na makovu baada ya kuchomwa na uendeshaji.

Kimeng'enya cha asparaginase (huharibu asidi ya amino Asn katika damu) hutumiwa kwa saratani ya damu, na kuzuia mtiririko wa asidi ya amino Asn kwenye seli za tumor. Seli za leukemia hazina uwezo wa kuunganisha kwa kujitegemea asidi hii ya amino, hivyo kupungua kwa maudhui yake katika damu kunaharibu ukuaji wa seli hizi.

MADA 2.10. ENNYMOPATHIES

Msingi wa magonjwa mengi ni usumbufu wa utendaji wa enzymes katika seli - kinachojulikana enzymopathies. Kuna enzymopathies ya msingi (ya urithi) na ya sekondari (iliyopatikana). Enzymopathies zilizopatikana, kama vile protiniopathies kwa ujumla, huonekana katika magonjwa yote.

Katika enzymopathies ya msingi, vimeng'enya vyenye kasoro hurithiwa haswa kwa njia ya autosomal iliyozidi. Katika kesi hiyo, njia ya kimetaboliki iliyo na enzyme yenye kasoro inavunjwa (Mchoro 2.35). Ukuaji wa ugonjwa katika kesi hii unaweza kutokea kulingana na moja ya "matukio":

Uundaji wa bidhaa za mwisho huvunjwa, ambayo husababisha ukosefu wa vitu fulani (kwa mfano, na albinism, rangi haizalishwa katika seli za ngozi);

Sehemu ndogo za mtangulizi hujilimbikiza, ambazo zina athari ya sumu kwa mwili (kwa mfano, na alkaptonuria, metabolite ya kati hujilimbikiza - asidi ya homogentesic, ambayo huwekwa kwenye viungo, na kusababisha michakato ya uchochezi ndani yao).

Mchele. 2.35. Njia ya kimetaboliki na enzyme E 3 enzymopathy

KAZI ZA KAZI ZA ZIADA

Tatua matatizo

1. Katika seli za tishu za adipose, ubadilishaji wa michakato ya kimetaboliki kutoka kwa anabolic hadi ya catabolic hutokea kulingana na rhythm ya lishe. Homoni zinazosimamia shughuli za enzymes muhimu kwa phosphorylation-dephosphorylation zina jukumu muhimu katika udhibiti wa kubadili hii. Kamilisha mpango wa kudhibiti shughuli ya enzyme muhimu ya kuvunjika kwa mafuta (Mchoro 2.36), ikiwa inajulikana kuwa enzyme hii (TAG lipase) inafanya kazi katika fomu ya phosphorylated na haifanyi kazi katika fomu ya dephosphorylated. Ili kujibu swali:

a) nakala mchoro kwenye daftari na uonyeshe majina ya enzymes ambayo husababisha phosphorylation na dephosphorylation ya protini (andika majina yao katika rectangles);

b) taja darasa la enzymes hizi;

c) andika substrates za ziada na bidhaa zinazohusika katika athari hizi (andika majina yao katika viwanja);

d) kuteka hitimisho kuhusu jukumu la homoni katika udhibiti wa kimetaboliki ya seli.

Mchele. 2.36. Udhibiti wa shughuli za TAG lipase

2. Asparaginase, ambayo huchochea majibu ya catabolism ya asparagine, imepata matumizi katika matibabu ya leukemia. Sharti la athari ya anti-leukemic ya asparaginase ilikuwa ukweli kwamba enzyme yenye kasoro ya usanisi wa asparagine, synthetase ya asparagine, iligunduliwa katika seli za leukemia. Thibitisha athari ya matibabu ya asparaginase. Kujibu:

a) andika athari zinazochochewa na enzymes ya asparagine synthetase (sehemu ya 7) na asparaginase;

b) onyesha madarasa ambayo enzymes hizi ni za;

c) kuteka hitimisho kuhusu mkusanyiko wa Asn katika seli za tumor wakati wa kutumia asparaginase;

d) kueleza kwa nini matumizi ya asparaginase hupunguza kiwango cha ukuaji wa tishu za tumor.

3. Uhamishe kwenye daftari yako na ujaze meza. 2.7 juu ya matumizi ya enzymes katika dawa kwa kutumia nyenzo kutoka kwa mwongozo huu, kitabu cha kiada.

4. Uhamishe kwenye daftari yako na ujaze meza. 2.8 juu ya madawa ya kulevya - inhibitors ya enzyme, kwa kutumia sehemu ya sasa, kitabu cha maandishi, maandiko ya ziada.

Jedwali 2.7. Madawa - inhibitors ya enzyme

KAZI ZA KUJIZUIA

1. Chagua jibu sahihi.

Vizuizi vya ushindani:

A. Unda vifungo vya ushirikiano na kituo amilifu cha kimeng'enya B. Mwingiliano na kituo cha allosteric.

B. Kuingiliana na tovuti ya kazi ya enzyme, kutengeneza vifungo dhaifu

D. Punguza K w D. Punguza V max

2. Chagua jibu sahihi. Vizuizi visivyoweza kutenduliwa:

A. Ni analogi za miundo ya substrate B. Huunda vifungo vya ushirikiano na kimeng'enya.

B. Unda vifungo dhaifu na kimeng'enya

D. Kuingiliana na kituo cha udhibiti

D. Punguza athari zao kwa kuongeza mkusanyiko wa substrate

3. Chagua majibu sahihi. Kwa ujumla, Enzymes za allosteric ni:

A. Ni protini zenye muundo wa elimu ya juu

B. Inajumuisha protoma kadhaa C. Imezuiliwa kwa njia isiyoweza kutenduliwa

D. Wana vituo amilifu na vya allosteric vilivyo kwenye protoma tofauti

D. Inadhibitiwa na metabolites za mchakato huu

4. Chagua majibu sahihi.

Wakati enzymes inadhibitiwa na proteolysis ya sehemu, yafuatayo hutokea:

A. Kufupisha kwa mnyororo wa peptidi ya protini

B. Mabadiliko katika muundo wa sekondari na wa juu wa enzyme

B. Uwezeshaji usioweza kutenduliwa

D. Kizuizi kisichoweza kutenduliwa

D. Uundaji wa kituo cha kazi

5. Chagua jibu sahihi.

Udhibiti wa shughuli za enzyme kupitia mwingiliano wa protini-protini unaambatana na:

A. Kizuizi kisichoweza kutenduliwa

B. Kiambatisho au kikosi cha subunits za protini za udhibiti

B. Kiambatisho cha molekuli ya athari kwenye kituo cha allosteric D. Phosphorylation ya kimeng'enya

D. Dephosphorylation ya enzyme

6. Chagua majibu sahihi. Utambuzi wa Enzyme inategemea:

A. Kutolewa kwa vimeng'enya kwenye damu wakati wa uharibifu wa tishu B. Umaalumu wa chombo

B. Utulivu wa juu wa enzyme

D. Utawala wa isoenzymes fulani katika tishu tofauti D. Shughuli ya chini au kutokuwepo kabisa kwa shughuli ya vimeng'enya muhimu katika damu ni kawaida.

7. Mechi.

Inatumika kugundua magonjwa:

B. Tezi ya kibofu

B. Kongosho D. Figo

D. Mioyo Enzyme:

1. Creatine kinase

2. Amylase

3. Asidi ya phosphatase

8. Kamilisha kazi ya "mnyororo":

a) moja ya enzymes iliyoamuliwa wakati wa utambuzi wa enzymatic ya infarction ya myocardial ni:

A. Asidi phosphatase B. Lactate dehydrogenase

B. Amylase

b) enzyme hii ni ya darasa la enzymes:

A. Hydrolase B. Ligase

B. Oxidoreductase

V) Moja ya coenzymes ya darasa hili la enzymes ni:

A. Pyridoxal phosphate B. Biotin

G) Vitamini ambayo ni mtangulizi wa coenzyme hii ni:

A. Asidi ya Nikotini B. Pyridoxine

9. Kamilisha kazi ya "mnyororo":

A) Baada ya sumu na fluorophosphates ya kikaboni, mtu hupata uzoefu:

A. Kupanuka kwa wanafunzi

B. Kuongezeka kwa contraction ya misuli laini

B. Kupumzika kwa misuli laini

b) Sababu ya athari hii ni kwa sababu ya:

A. Utendaji kazi mbaya wa Na+, E+-ATPase B. Kuongezeka kwa kiwango cha asetilikolini

B. Kupunguza kiasi cha asetilikolini

V) Hii ni kutokana na ukweli kwamba fluorophosphates:

A. Ni vizuizi shindani vya asetilikolinesterasi (AChE)

B. Unda vifungo vya ushirikiano na AChE

B. Vuruga usanisi wa asetilikolini

G) Njia hii ya kuzuia inaitwa:

A. Isiyorekebishwa B. Inayoweza Kubadilishwa

B. Mshindani

d) Njia sawa ya kuzuia huzingatiwa wakati wa kutumia:

A. Trasylol B. Aspirini

B. Proserina

VIWANGO VYA MAJIBU KWA "KAZI ZA KUJIDHIBITI"

3. B, D, D

4. A, B, C, D

6. A, B, D, D

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

8. a) B, b) C, c) C, d) A

9. a) B, b) B, c) B, d) A, e) B

MASHARTI NA DHANA ZA MSINGI

1. Njia ya kimetaboliki

2. Kizuizi cha enzyme

3. Uanzishaji wa enzyme

4. Kizuizi kinachoweza kugeuzwa

5. Kizuizi kisichoweza kutenduliwa

6. Kuzuia ushindani

7. Udhibiti wa allosteric

8. Athari za allosteric

9. Enzymes muhimu

10. Udhibiti kwa forsphorylation - dephosphorylation

11. Udhibiti wa mwingiliano wa protini-protini

12. Proteolysis ya sehemu

13. Isoenzymes

14. Enzymopathy

15. Enzymodiagnostics

KAZI ZA KAZI ZA DARASANI

Tatua matatizo

1. Katika seli za binadamu, njia ya kimetaboliki ya awali ya nucleotides ya purine muhimu kwa ajili ya awali ya asidi ya nucleic huanza na molekuli ya ribose-5-phosphate. Wakati wa mchakato wa awali, katika hatua fulani, matawi ya mchakato huu na kuishia na kuundwa kwa nucleotides mbili za purine - AMP na GMP (Mchoro 2.37). Ili kuunda uwiano sawa wa nyukleotidi hizi kwenye seli, kuna udhibiti wa hatua nyingi wa vimeng'enya kadhaa muhimu kwa kutumia utaratibu wa maoni hasi. Kwa hivyo, kwa ziada ya malezi ya AMP, malezi ya adenylosuccinate hupungua, na kwa ziada ya GMP, malezi ya xanthosine monophosphate hupungua. Wakati huo huo, ikiwa nucleotides hizi zote mbili hazitumiwi, uundaji wa phosphoribosyl diphosphate hupungua. Nadhani ni enzymes gani za njia ya kimetaboliki ya awali ya nyukleotidi za purine ni udhibiti. Kujibu:

a) toa ufafanuzi: "njia ya kimetaboliki" na "enzymes muhimu za njia ya kimetaboliki";

b) nadhani ni enzymes gani iliyoonyeshwa kwenye Mtini. 2.37 ni udhibiti;

c) zinaonyesha utaratibu wa udhibiti wa enzymes hizi, ujanibishaji wao katika njia ya kimetaboliki na vipengele vya kimuundo;

d) taja misombo ipi na ambayo enzymes ni athari;

e) kuhalalisha dhana ya udhibiti "kwa utaratibu wa maoni hasi".

Mchele. 2.37. Mpango wa malezi ya nyukleotidi za purine kwenye seli

2. Mnamo 1935, daktari wa Ujerumani G. Domagk aligundua athari ya antimicrobial ya protonsil (streptocide nyekundu), iliyounganishwa kama rangi. Hivi karibuni ilianzishwa kuwa kanuni ya kazi ya streptocide nyekundu ni sulfonamide (streptocide) iliyoundwa wakati wa kimetaboliki yake, ambayo ilikuwa babu wa kundi kubwa la dawa za sulfonamide (Mchoro 2.38).

Mchele. 2.38. Muundo wa asidi ya folic na formula ya jumla ya sulfonamides

Athari ya bacteriostatic ya sulfonamides ni kwamba inachukua nafasi ya asidi ya para-aminobenzoic (PABA) katikati ya kazi ya enzyme ya dihydropteorate synthase wakati wa awali ya asidi ya folic na bakteria, ambayo ni muhimu kwa ajili ya malezi ya asidi nucleic; kwa sababu hiyo, ukuaji na maendeleo ya microorganisms huvunjika. Asidi ya Folic haijaundwa katika mwili wa binadamu, lakini hutolewa kwa chakula kama vitamini.

Eleza utaratibu wa hatua ya antibacterial ya sulfonamides; kwa kufanya hivyo, jibu maswali:

a) aina hii ya kizuizi inaitwaje (linganisha miundo ya sulfonamides na PABA)? Vizuizi kama hivyo vinaathiri vipi Kt na Vmax

c) kwa nini kipimo cha upakiaji cha sulfonamides kawaida huwekwa mara moja wakati wa matibabu?

d) je, sulfonamides itaathiri uundaji wa asidi ya nucleic katika seli za binadamu? Eleza jibu lako.

3. Wagonjwa 2 wanaougua magonjwa ya mfadhaiko walimwona mtaalamu wa magonjwa ya akili. Inajulikana kuwa sababu ya unyogovu kwa wanadamu katika baadhi ya matukio ni ukosefu wa neurotransmitters katika ufa wa synaptic. Pia katika ubongo kuna vimeng'enya vya kikundi cha monoamine oxidases (MAO), ambacho huharibu neurotransmitters iliyotolewa kwenye ufa wa sinepsi. Mgonjwa wa kwanza aliagizwa pirlindole, ambayo ni analog ya miundo ya serotonini ya mpatanishi. Ya pili ni nialamide, ambayo ina uwezo wa kuunganisha kwa ushirikiano kwenye tovuti inayotumika ya MAO. Eleza taratibu za utekelezaji wa dawa hizi na uonyeshe ni mgonjwa gani anaye uwezekano mkubwa wa kujibu dawa kwa haraka zaidi. Kujibu:

a) onyesha athari za dawa hizi kwenye MAO, zinaonyesha tofauti katika

taratibu za mwingiliano na enzyme hii;

b) toa mpango wa kizuizi cha MAO na pirlindole na nialamide;

c) kulingana na utaratibu wa kuzuia dawa hizi, eleza

ambayo mtu atakuwa na athari ya kudumu kwa mwili na kwa nini.

4. Hivi karibuni, kumekuwa na ongezeko la matumizi ya methanoli kwa ajili ya uzalishaji wa maji ya kiufundi yanayotumiwa katika bidhaa za huduma za gari, ikiwa ni pamoja na bidhaa za kuosha windshield. Hatari kuu ya pombe ya methyl, au methanoli, ni matumizi yake kama pombe mbadala, ambayo husababisha kifo. Kwa hivyo, kulingana na Kituo cha Sayansi na Vitendo cha Toxicology cha Roszdrav, idadi ya wagonjwa walio na sumu ya methanoli ni kati ya 0.1 hadi 0.5% ya wagonjwa wote waliolazwa hospitalini. Eleza sababu ya sumu ya methanoli na jinsi ya kutoa matibabu ya matibabu ikiwa inajulikana kuwa methanoli inhibitisha shughuli ya enzyme acetaldehyde dehydrogenase, ambayo inashiriki katika catabolism ya ethanol, ambayo husababisha mkusanyiko wa acetaldehyde. Ili kujibu swali:

a) kuandika athari za oxidation ya ethanol, kwa kuzingatia kwamba oxidation hutokea

huenda katika hatua mbili na malezi ya kiwanja cha kati - acetaldehyde; bidhaa ya mwisho ni asidi asetiki; coenzyme ya athari zote mbili ni NAD+;

b) kuandika formula ya miundo ya methanoli na kuonyesha utaratibu wa kuzuia shughuli za enzyme;

c) kupendekeza njia ya matibabu katika kesi ya sumu ya methanoli.

5. Katika siku za zamani, wanawake wa Italia waliangusha juisi ya belladonna machoni mwao, ambayo ilisababisha wanafunzi kupanua na macho kupata mwangaza maalum. Sasa inajulikana kuwa athari sawa husababishwa na atropine ya alkaloid, iliyo katika mimea mingi: belladonna, henbane, datura. Eleza utaratibu wa hatua ya atropine. Kwa hii; kwa hili:

a) taja vipokezi ambavyo atropine inazuia (angalia moduli 1), onyesha aina za vipokezi na mlolongo wa matukio wakati atropine inapoingia machoni;

b) jibu ambapo atropine na madawa ya kulevya yenye athari sawa hutumiwa katika dawa;

c) zinaonyesha hatua gani zinaweza kuchukuliwa katika kesi ya overdose ya atropine? Thibitisha njia zinazowezekana za kuongeza mkusanyiko wa asetilikolini na ueleze haja ya hatua hii.

6. Matumizi ya dozi kubwa kafeini husababisha dalili kwa watu sawa na athari za adrenaline: kuongezeka kwa moyo; upanuzi wa kikoromeo, msisimko, mabadiliko katika kimetaboliki katika tishu zinazoweka wabebaji wa nishati. Eleza utaratibu wa utendaji wa kafeini, ukikumbuka kuwa ni kizuizi cha ushindani cha enzyme phosphodiesterase (PDE), inayohusika na kuvunjika kwa kambi:

Ili kujibu swali hili:

a) jibu, mkusanyiko wa dutu ambayo itaongezeka katika seli chini ya ushawishi wa caffeine;

b) kueleza utaratibu wa hatua ya udhibiti wa kambi katika seli; schematically depict muundo wa enzyme, ambayo ni ulioamilishwa kutokana na ongezeko la mkusanyiko wa cAMP katika seli;

c) taja ni michakato gani kwenye seli itaamilishwa kama matokeo ya matumizi ya kafeini? Andika mchoro wa athari hizi;

d) kumbuka kuwa utaratibu kama huo wa hatua unazingatiwa katika dawa zinazoboresha mali ya rheological ya damu (kwa mfano, trental), pamoja na madawa ya kulevya ambayo hutumiwa kupumzika bronchi na kupunguza bronchospasm (kwa mfano, theophylline).

7. Mgonjwa L. alilazwa hospitalini akishukiwa kuwa na infarction ya myocardial. Kulingana na mgonjwa, saa 5 kabla ya kuwasili kwa daktari, alipata upungufu wa kupumua. Daktari alishuku infarction ya myocardial na kumlaza mgonjwa hospitalini. Katika hospitali, mtihani wa damu wa biochemical ulifanyika kwa siku kadhaa ili kuthibitisha utambuzi. Matokeo ya uchambuzi yanawasilishwa kwenye jedwali. 2.9. Je, data iliyopatikana inathibitisha utambuzi wa daktari? Kujibu:

Aina tatu za taratibu zinahusika katika udhibiti wa njia za kimetaboliki. Wa kwanza wao, ambao hujibu haraka kwa mabadiliko yoyote katika hali hiyo, inahusishwa na hatua ya enzymes ya allosteric (Mchoro 13-15), shughuli ya kichocheo ambayo inaweza kubadilika chini ya ushawishi wa vitu maalum ambavyo vina kuchochea au kuchochea. athari ya kuzuia (wanaitwa athari au modulators; kifungu cha 9.18).

Kama sheria, enzymes za allosteric huchukua mahali mwanzoni au karibu na mwanzo wa mlolongo fulani wa multienzyme na kuchochea hatua hiyo ambayo inapunguza kiwango cha mchakato mzima kwa ujumla; Kawaida jukumu la hatua kama hiyo linachezwa na athari isiyoweza kubadilika.

Mchele. 13-15. Udhibiti wa njia ya catabolic kwa aina ya maoni, i.e. kwa sababu ya kizuizi cha enzyme ya allosteric na bidhaa ya mwisho ya mchakato huu. Barua J, K, L, nk zinaonyesha bidhaa za kati za njia hii ya kimetaboliki, na barua E1, E2, E3, nk, zinaonyesha enzymes zinazochochea hatua za mtu binafsi. Hatua ya kwanza huchochewa na kimeng'enya cha allosteric (ED) ambacho huzuiwa na bidhaa ya mwisho ya mfuatano huu wa mmenyuko.Kizuizi cha allosteric huonyeshwa kwa mshale mwekundu uliovunjika ambao huunganisha kimetaboliki ya kuzuia na mmenyuko unaochochewa na kimeng'enya cha allosteric. Hatua iliyodhibitiwa. (iliyochochewa na kimeng'enya cha EJ kwa kawaida huwa ni mmenyuko usioweza kutenduliwa chini ya hali ya seli.

Katika michakato ya kikatili inayoambatana na usanisi wa ATP kutoka kwa ADP, bidhaa hii ya mwisho, ATP, mara nyingi hufanya kama kizuizi cha allosteric cha moja ya hatua za mwanzo za ukataboli. Kizuizi cha allosteric cha moja ya hatua za mwanzo za anabolism mara nyingi ni bidhaa ya mwisho ya biosynthesis, kwa mfano, asidi ya amino (Sehemu ya 9.18). Shughuli ya baadhi ya enzymes ya allosteric inachochewa na modulators maalum chanya. Kimeng'enya cha allosteric ambacho hudhibiti mojawapo ya mfuatano wa mmenyuko wa kikatili kinaweza, kwa mfano, kuwa chini ya ushawishi wa kichocheo wa moduli chanya, ADP au AMP, na athari ya kuzuia ya moduli hasi, ATP. Pia kuna matukio wakati enzyme ya allosteric ya njia ya metabolic humenyuka kwa njia maalum kwa bidhaa za kati au za mwisho za njia nyingine za kimetaboliki. Shukrani kwa hili, inawezekana kuratibu kasi ya hatua ya mifumo mbalimbali ya enzyme.

Aina ya pili ya taratibu zinazosimamia kimetaboliki katika viumbe vya juu ni udhibiti wa homoni (Mchoro 13-16). Homoni ni dutu maalum za kemikali (kemikali "wajumbe") zinazozalishwa na tezi mbalimbali za endocrine na kutolewa moja kwa moja kwenye damu; husafirishwa na damu kwa tishu au viungo vingine na hapa huchochea au kuzuia aina fulani za shughuli za kimetaboliki. Homoni ya epinephrine, kwa mfano, hutolewa na medula ya adrenal na kubebwa na damu hadi kwenye ini, ambapo huchochea kuvunjika kwa glycogen kwenye glucose, ambayo husababisha kuongezeka kwa viwango vya sukari ya damu. Aidha, adrenaline huchochea kuvunjika kwa glycogen katika misuli ya mifupa; mchakato huu husababisha kuundwa kwa lactate na uhifadhi wa nishati kwa namna ya ATP. Epinephrine hutoa athari hizi kwa kushikamana na tovuti maalum za vipokezi kwenye uso wa seli za misuli au seli za ini.

Kufungwa kwa adrenaline hutumika kama ishara; ishara hii hupitishwa kwa sehemu za ndani za seli na husababisha urekebishaji wa ushirikiano hapa, chini ya ushawishi wa ambayo glycogen phosphorylase (enzyme ya kwanza katika mfumo ambayo huchochea ubadilishaji wa glycogen kuwa glukosi na bidhaa nyingine; sehemu ya 9.22) hupita kutoka kwa fomu ya chini ya kazi kwa moja ya kazi zaidi (Mchoro 13-16).

Aina ya tatu ya taratibu zinazosimamia kimetaboliki inahusishwa na mabadiliko katika mkusanyiko wa enzyme hii kwenye seli. Mkusanyiko wa enzyme yoyote wakati wowote imedhamiriwa na uwiano wa viwango vya usanisi na kuoza kwake. Kiwango cha awali cha enzymes fulani huongezeka kwa kasi chini ya hali fulani; Ipasavyo, mkusanyiko wa enzyme hii kwenye seli huongezeka. Iwapo, kwa mfano, mnyama hupokea chakula chenye kabohaidreti lakini duni katika protini, basi ini lake lina viwango vya chini sana vya vimeng'enya ambavyo katika hali ya kawaida huchochea kuvunjika kwa asidi ya amino hadi asetili-CoA. Kwa kuwa enzymes hizi hazihitajiki na lishe kama hiyo, hazijazalishwa kwa idadi kubwa. Inafaa, hata hivyo, kubadili mnyama kwa lishe iliyo na protini nyingi, na ndani ya siku moja yaliyomo kwenye enzymes kwenye ini yake yataongezeka, ambayo sasa itahitajika kuvunja asidi ya amino inayoweza kusaga.

Mchele. 13-16. Udhibiti wa homoni wa athari za enzymatic. Kama matokeo ya kiambatisho cha homoni ya adrenaline kwa vipokezi maalum vilivyo kwenye uso wa seli za ini, adenylate ya mzunguko huundwa kwa ushiriki wa kimeng'enya kilichofungwa na membrane (adenylate cyclase). Mwisho hufanya kazi kama kiamsha allosteric, au mpatanishi wa ndani ya seli, chini ya ushawishi ambao glycogen phosphorylase hupita kutoka kwa fomu isiyofanya kazi hadi ile inayofanya kazi, ambayo inajumuisha kuongeza kasi ya ubadilishaji wa glycogen ya ini kuwa sukari ya damu. Njia hii ya kimetaboliki imeelezewa kwa kina katika Sura. 25.

Mchele. 13-17. Uingizaji wa enzyme. Mkusanyiko mkubwa wa ndani ya seli ya substrate A inaweza kuchochea biosynthesis ya enzymes E1, E2 na E3. Yaliyomo katika enzymes hizi kwenye seli huongezeka, na kwa hivyo hutengeneza fursa ya kuharakisha athari hizo, kama matokeo ya ambayo substrate A ya ziada huondolewa. Kwa hiyo, ziada ya substrate A hutumika kama ishara kwa kiini cha seli, na kulazimisha "kuwasha" jeni zinazodhibiti uundaji wa enzymes El, E2 na E3. Ujumuishaji wa jeni unamaanisha usanisi wa mjumbe sambamba RNA; huingia ndani ya ribosomes, na kwa sababu hiyo, awali ya enzymes E1, E2 na E3 hufanyika ndani yao.

Kwa hivyo, seli za ini zina uwezo wa kuwasha au kuzima biosynthesis ya enzymes maalum, kulingana na asili ya virutubishi vinavyoingia. Jambo hili linaitwa induction ya enzyme (Mchoro 13-17).

1. Athari zote za kemikali katika seli hutokea kwa ushiriki wa enzymes. Kwa hiyo, ili kushawishi kiwango cha njia ya kimetaboliki (mabadiliko ya mlolongo wa dutu moja hadi nyingine), inatosha kudhibiti idadi ya molekuli za enzyme au shughuli zao. Kawaida katika njia za kimetaboliki kuna Enzymes muhimu kwa sababu ambayo kasi ya njia nzima inadhibitiwa. Enzymes hizi (moja au zaidi katika njia ya kimetaboliki) huitwa enzymes za udhibiti. Udhibiti wa kiwango cha athari za enzymatic hufanyika katika viwango vitatu vya kujitegemea: kwa kubadilisha idadi ya molekuli za enzyme, upatikanaji wa molekuli ya substrate na coenzyme, na kubadilisha shughuli za kichocheo za molekuli ya enzyme (Jedwali 2.6).

Jedwali 2.5. Njia za kudhibiti kiwango cha athari za enzymatic

Hebu fikiria njia za kudhibiti kiwango cha athari za enzymatic kwa kubadilisha shughuli za kichocheo za molekuli ya enzyme.

2. Udhibiti wa allosteric. Enzymes ya allosteric kuitwa Enzymes, shughuli ambayo inaweza kurekebishwa kwa kutumia vitu vyenye athari. Athari zinazohusika katika udhibiti wa allosteric ni metabolites za seli ambazo mara nyingi ni washiriki katika njia wanayodhibiti.

Athari inayosababisha kupunguza (kuzuia) shughuli ya enzyme inaitwa kizuizi. Athari inayosababisha ongezeko (kuwezesha) shughuli ya enzyme inaitwa kianzishaji.

Enzymes za allosteric zina sifa fulani za kimuundo:

Kawaida ni protini za oligomeric, inayojumuisha protomers kadhaa;

Kuwa na kituo cha allosteric, umbali wa anga kutoka kwa tovuti ya kazi ya kichocheo;

Waathiriwa huambatanisha na kimeng'enya bila ushirikiano katika vituo vya allosteric (udhibiti).

Vituo vya allosteric, kama vile vya kichocheo, vinaweza kuonyesha umaalum tofauti kuhusiana na ligandi: inaweza kuwa kamili au kikundi. Enzymes zingine zina vituo kadhaa vya allosteric, ambavyo vingine ni maalum kwa vianzishaji, vingine kwa vizuizi.

Protomer ambayo kituo cha allosteric iko inaitwa protoma ya udhibiti Tofauti protoma kichocheo, iliyo na kituo cha kazi ambacho mmenyuko wa kemikali hufanyika.

Enzymes za allosteric zina mali ushirikiano: mwingiliano wa athari ya allosteric na kituo cha allosteric husababisha mabadiliko ya ushirika katika muundo wa subunits zote, na kusababisha mabadiliko katika muundo wa kituo kinachofanya kazi na mabadiliko katika mshikamano wa enzyme ya substrate, ambayo hupunguza au kuongeza shughuli ya kichocheo ya enzyme. Ikiwa kizuizi kimeshikamana na kituo cha allosteric, basi kama matokeo ya mabadiliko ya ushirika wa ushirika, mabadiliko katika muundo wa kituo kinachofanya kazi hufanyika, ambayo husababisha kupungua kwa mshikamano wa enzyme kwa substrate na, ipasavyo, kupungua. kiwango cha mmenyuko wa enzymatic. Kinyume chake, ikiwa activator imeshikamana na kituo cha allosteric, basi mshikamano wa enzyme kwa substrate huongezeka, ambayo husababisha ongezeko la kiwango cha majibu. Mlolongo wa matukio chini ya hatua ya athari za allosteric imewasilishwa kwenye Mtini. 2.26.

Udhibiti wa enzymes ya allosteric inayoweza kutenduliwa: kikosi cha athari kutoka kwa kitengo kidogo cha udhibiti hurejesha shughuli ya awali ya kichocheo cha kimeng'enya.

Enzymes ya allosteric kuchochea athari muhimu Njia hii ya kimetaboliki.

Enzymes za allosteric huchukua jukumu muhimu katika njia anuwai za kimetaboliki, kwani hujibu haraka sana kwa mabadiliko kidogo katika muundo wa ndani wa seli. Kasi ya michakato ya kimetaboliki inategemea mkusanyiko wa vitu, vyote vilivyotumiwa na vilivyoundwa katika mlolongo fulani wa athari. Watangulizi wanaweza kuwa waanzishaji wa enzymes ya allosteric katika njia ya kimetaboliki. Wakati huo huo, wakati bidhaa ya mwisho ya njia yoyote ya kimetaboliki hujilimbikiza, inaweza kufanya kama kizuizi cha allosteric cha enzyme. Njia hii ya udhibiti ni ya kawaida katika mwili na inaitwa "maoni hasi":

Mchele. 2.26. Mpango wa muundo na utendaji wa enzyme ya allosteric:

A - hatua ya athari mbaya (inhibitor). Kizuizi (I) kinashikamana na kituo cha allosteric, ambacho husababisha mabadiliko ya ushirika katika molekuli ya enzyme, ikiwa ni pamoja na katikati ya kazi ya enzyme. Mshikamano wa enzyme kwa substrate hupungua, na kwa sababu hiyo, kiwango cha mmenyuko wa enzymatic hupungua; B - hatua ya athari nzuri (activator). Activator (A) hufunga kwa kituo cha allosteric, ambayo husababisha mabadiliko ya ushirika wa ushirika. Mshikamano wa enzyme kwa substrate huongezeka na kiwango cha mmenyuko wa enzymatic huongezeka. Athari inayoweza kugeuzwa ya vizuizi na kianzishaji kwenye shughuli ya kimeng'enya imeonyeshwa

Hebu fikiria udhibiti wa allosteric wa mchakato wa catabolism ya glucose, ambayo inaisha na kuundwa kwa molekuli ya ATP (Mchoro 2.27). Katika tukio ambalo molekuli za ATP kwenye seli hazitumiwi, ni kizuizi cha enzymes ya allosteric ya njia hii ya kimetaboliki: phosphofructokinase na pyruvate kinase. Wakati huo huo, metabolite ya kati ya ukataboli wa glukosi, fructose-1,6-bisphosphate, ni activator ya allosteric ya enzyme ya pyruvate kinase. Kuzuia na bidhaa ya mwisho ya njia ya kimetaboliki na uanzishaji na metabolites ya awali inaruhusu

Mchele. 2.27. Udhibiti wa allosteric wa mchakato wa catabolism ya sukari.

Molekuli ya ATP ni kizuizi cha allosteric cha vimeng'enya vya njia ya kimetaboliki - phosphofructokinase na pyruvate kinase. Molekuli ya fructose-1,6-bisfosfati ni activator allosteric ya kimeng'enya cha pyruvate kinase.

kudhibiti kasi ya njia ya metabolic. Enzymes za allosteric huchochea, kama sheria, athari za awali za njia ya kimetaboliki, athari zisizoweza kutenduliwa, athari za kupunguza kiwango (polepole zaidi) au athari katika sehemu ya tawi ya njia ya metabolic.

3. Udhibiti wa mwingiliano wa protini-protini. Baadhi ya vimeng'enya hubadilisha shughuli zao kutokana na mwingiliano wa protini na protini. Angalau mifumo miwili ya kubadilisha shughuli ya enzyme kwa njia hii inaweza kutofautishwa: uanzishaji wa vimeng'enya kama matokeo ya kuongezwa kwa proteni za activator (uanzishaji wa cyclase ya adenylate ya enzyme na α-subunit ya protini ya G, angalia moduli 4) na mabadiliko. katika shughuli za kichocheo kama matokeo ya kuhusishwa na kutengana kwa protoma.

Kama mfano wa udhibiti wa shughuli ya kichocheo ya vimeng'enya kwa kushirikiana au kutengana kwa protoma, tunaweza kuzingatia udhibiti wa kimeng'enya cha protini kinase A.

Protini kinase A(CAMP-tegemezi) ina vitengo vinne vya aina mbili: mbili za udhibiti (R) na mbili za kichocheo (C). Tetrama hii haina shughuli ya kichocheo. Vitengo vidogo vya udhibiti vina tovuti za kumfunga kwa mzunguko wa 3",5"-AMP (cAMP) (mbili kwa kila kitengo). Kiambatisho cha molekuli nne za kambi kwa subunits mbili za udhibiti husababisha mabadiliko katika uundaji wa protomers za udhibiti na kutengana kwa tata ya tetrameric; hii inatoa subunits mbili za kichocheo zinazofanya kazi (Mchoro 2.28). Protini inayotumika kinase A huchochea uhamishaji wa mabaki ya asidi ya fosforasi kutoka kwa ATP hadi kwa vikundi maalum vya OH vya mabaki ya asidi ya amino ya protini (yaani, husababisha fosforasi ya protini).

Mchele. 2.28. Udhibiti wa shughuli za protini kinase A (PKA) na mwingiliano wa protini-protini.

PKA imeamilishwa na molekuli nne za kambi, ambazo hufunga kwa subunits mbili za udhibiti, ambayo husababisha mabadiliko katika muundo wa protomers za udhibiti na kutengana kwa tata ya tetrameric. Hii inatoa subunits mbili za kichocheo zinazofanya kazi ambazo zinaweza kusababisha fosforasi ya protini

Mgawanyiko wa molekuli za kambi kutoka kwa vitengo vidogo vya udhibiti husababisha kuunganishwa kwa vitengo vya udhibiti na vya kichocheo vya proteni kinase A na uundaji wa changamano isiyofanya kazi.

4. Udhibiti wa shughuli za kichocheo za enzymes na phosphorylation-dephosphorylation. Katika mifumo ya kibaolojia, utaratibu wa kudhibiti shughuli za enzymes kwa kutumia marekebisho yao ya ushirikiano mara nyingi hukutana. Njia ya haraka na iliyoenea ya marekebisho ya kemikali ya enzymes ni phosphorylation-dephosphorylation yao.

Vikundi vya OH vya enzyme hupitia phosphorylation, ambayo hufanywa na enzymes protini kinases(phosphorylation) na phosphoprotein phosphatase(dephosphorylation). Kuongezewa kwa mabaki ya asidi ya fosforasi husababisha mabadiliko katika uundaji wa kituo cha kazi na shughuli zake za kichocheo. Katika kesi hii, matokeo yanaweza kuwa mbili: baadhi ya enzymes huanzishwa wakati wa phosphorylation, wakati wengine, kinyume chake, huwa chini ya kazi (Mchoro 2.29). Shughuli ya protini kinases na phosphatase ya phosphoprotein inadhibitiwa na homoni, ambayo inaruhusu shughuli za enzymes muhimu katika njia za kimetaboliki kwa haraka kutofautiana kulingana na hali ya mazingira.

Mchele. 2.29. Mpango wa udhibiti wa shughuli za enzyme na phosphorylation-dephosphorylation.

Phosphorylation ya enzymes hutokea kwa msaada wa protini kinase ya enzyme. Mfadhili wa mabaki ya asidi ya fosforasi ni molekuli ya ATP. Phosphorylation ya enzyme hubadilisha muundo wake na muundo wa tovuti inayofanya kazi, ambayo hubadilisha mshikamano wa kimeng'enya kwa substrate. Katika kesi hiyo, baadhi ya enzymes huanzishwa wakati wa phosphorylation, wakati wengine huzuiwa. Mchakato wa kurudi nyuma - dephosphorylation - husababishwa na vimeng'enya phosphoprotein phosphatase, ambayo hutenganisha mabaki ya asidi ya fosforasi kutoka kwa kimeng'enya na kurudisha kimeng'enya katika hali yake ya asili.

5. Udhibiti wa shughuli za kichocheo za enzymes kwa proteolysis ya sehemu (mdogo). Baadhi ya vimeng'enya vinavyofanya kazi nje ya seli (katika njia ya utumbo au plazima ya damu) huunganishwa kama vianzilishi visivyofanya kazi na huwashwa tu kama matokeo ya hidrolisisi ya kifungo kimoja au zaidi cha peptidi, ambayo husababisha kuondolewa kwa sehemu ya molekuli. Katika sehemu iliyobaki ya molekuli ya protini, upyaji wa conformational hutokea na kituo cha kazi cha enzyme huundwa (Mchoro 2.30). Proteolysis ya sehemu ni mfano wa udhibiti wakati shughuli ya kimeng'enya inabadilishwa

Mchele. 2.30. Uanzishaji wa pepsin na proteolysis ya sehemu.

Kama matokeo ya hidrolisisi ya vifungo vya peptidi moja au zaidi ya pepsinogen (molekuli isiyofanya kazi), sehemu ya molekuli hugawanywa na kituo hai cha kimeng'enya cha pepsin huundwa.

isiyoweza kutenduliwa. Enzymes kama hizo kawaida hufanya kazi kwa muda mfupi, imedhamiriwa na maisha ya molekuli ya protini. Proteolysis ya sehemu ina msingi wa uanzishaji wa vimeng'enya vya proteolytic (pepsin, trypsin, chymotrypsin, elastase), homoni za peptidi (insulini), proteni za mfumo wa kuganda kwa damu na idadi ya proteni zingine.