03 Регуляция активности ферментов.

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ,
ФЕРМЕНТОДИАГНОСТИКА. ФЕРМЕНТОПАТИИ.
ЭНЗИМОТЕРАПИЯ.
Michaelis і Menten – первые иследовали кинетику
реакций (1913)
Во время реакции молекула фермента, E и молекула
субстрата S, формируют промежуточный ферментсубстратный (ES) комплекс
E + S
k1
k-1
ES
k2
k-2
E + P
k1, k-1, k2 – константы скорости – указывают
на скорость или эффективность реакций
Скорость катализа
- При фиксировании концентрации фермента
начальная скорость реакции линиейно
пропорционная концентрации субстрата
-Скорость реакции возрастает линейно при
увеличении концентрации субстрата и потом
прекращается при насыщении фермента
Аналоги субстратов
–структурно похожи на субстрат фермента
-ковалентно модифицируют активный центр
Кинетика ферментативных реакций
Действие концентрации субстрата на
скорость реакции
Суицидные ингибиторы
•Ингибитор связывается как субстрат и
сначала инициирует нормальный
каталитический механизм
•Потом образуются химически реактивные
соединения, которые инактивируют фермент
ковалентную модификацию
•”Суицидный” потому что фермент сам
принимает участие в своем
инактивировании
Регуляция активности
ферментов
Методы регуляции активности
ферментов
•
•
•
•
Аллостерическая регуляция
Обратимая ковалентная модификация
Изоферменты
Протеолитическая активация
Аллостерические ферменты
Аллостерические ферменты имеют
специальный регуляторный участок
(аллостерический центр), который
пространственно отдален от активного центра
Аллостерические модуляторы
-связываются нековалентно с аллостерическим
центром
- регулируют активность фермента изменяя его
конформацию
Регуляция активности ферментов
путем ковалентной модификации
Ковалентное присоединение молекулы к
аминокислотному остатку фермента может
модифицировать активность последнего
Типы ковалентной модификации:
-фосфорилирование;
-ацетилирование;
-карбоксилирование и др.
Фосфорилирование
Реакция дефосфорилирования
Как правило, фосфорилированные
ферменты более активные
Ферменты, ответственные за
фосфорилирование - протеинкиназы
Ферменты, ответственные за
дефосфорилирование – фосфатазы
Коферментом моноаминооксидазы является ФАД
Изоферменты
множесственные формы фермента, которые
отличаются аминокислотной
последовательностью, но катализируют ту же
реакцию
Изоферменты могут отличаться:
 кинет икой,
 регулят орными свойст вами,
 коэнзимом,
 распрост ранением в клет ках и т канях
Изоферменты кодируются разными генами
Пример: лакт ат дегидрогеназа (ЛДГ)
Лактат + НАД+
пируват + НАДН + H+
– tetramer (4 субединицы) – состоит из двух типов
полипептидных цепей, М и Н
Есть 5 изоферментов ЛДГ:
 H4 – в сердце
 HM3
 H2M2
 H3M
 M4 – в печени, мышцах
Изоферменты – важны для диагностики различных
заболеваний
Протеолитическая активация
• Много ферментов синтезируются как неактивные
предшественники (зимогены) и активируются
протеолитическим расщеплением
Примеры специфического протеолиза
•Ферменты перетравливания
–синтезируются как зимогены в желудке и
поджелудочной железе
•Ферменты свертывания крови
–каскад протеолитической активации
•Некоторые белковые гормоны
–проинсулин в инсулин путем удаления пептида
Полиферментные комплексы и
полифункциональные ферменты
• Полиферментные комплексы - разные ферменты,
которые катализируют последовательные
реакции одного процесса и пространственно
размещаются в одном месте
-продукт одной реакции переносится прямо на
активный центр следующего фермента
-значительно увеличивается скорость реакции
• Полифункциональные ферменты – в
зависимости от условий один фермент может
иметь различные активности
Безконкурентное торможение
• Інгибитор присоединяется к ES но не к
свободному E
• Присутствует только в мультисубстратных
реакциях
Неконкурентное торможение
• Ингибитор присоединяется не к активному центру, а к
другому участку фермента
• Ингибитор и субстрат могут связыватся с ферментом в
одно и то же время
•Ингибитор может связыватся как с ферментом (EI) , так
и с фермент-субстратным комплексом (ESI)
•Ингибитор не может быть вытеснен путём увеличения
концентрации субстрата
Конкурентное торможение
Бензамидин
конкурирует с
аргинином при
связывании с
трипсином
Ингибирование
ферментов
Разные химические агенты (метаболиты,
аналоги субстратов, токсины, лекарственные
препараты, металы и др.) могут
ингибировать активность ферментов
Ингибирование – И связывается с
ферментом и предуприждает формирование
комплекса ЕS либо его расщепление на E +
P
Обратимые и необратимые
ингибиторы
Обратимые ингибиторы – после связывания с
ферментом (образование EI комплекса) быстро
дисоциирует
EI комплекс удерживается вместе с помощью
слабых нековалентных связей
Три типа обратимого ингибирования:
Конкурентное, Неконкурентное, Безконкурентное
Обратимое ингибирование
Конкурентное торможение
•Ингибитор за структурой похожий на субстрат, и
связывается с тем же активным центром
•Фермент не может розличать ингибитор и субстрат
•Присоединение ингибитора к активному центру
предупреждает связывание субстрата
•Конкурентный ингибитор снижает скорость
катализа снижается количество молекул фермента,
связанных с субстратом
•Ингибитор может быть вытеснен из активного
центра путём увеличения концентрации субстрата
Необратимое ингибирование
Очень медленная дисоциация EI
комплекса
Ингибитор связывается ковалентными
связями с ферментом
Необратимые ингибиторы
•ингибит оры специфические к группам
аминокислот ных ост ат ков
•аналоги субст рат ов
•суицидные ингибит оры
2 типа аллостерических модуляторов
• От рецат ельные модулят оры (ингибит оры)
–связываются с аллостерическим центром и
ингибируют активность фермента;
– являются конечными продуктами
биохимических путей – обратимая
отрицательная связь
• Положит ельные модулят оры (акт иват оры)
–связываются с аллостерическим центром и
стимулируют активность фермента;
–обычно являются субстратом реакции –
обратимая отрицательная связь
Влияние концентраци фермента на
скорость реакции
При достаточной
концентрации
субстрата чем
выше
концентрация
фермента, тем
выше скорость
реакции
Уровнение Michaelis-Menten
Vmax[S]
vo =
Km + [S]
Km – константа Michaelis;
Vo – начальная скорость, [S];
Vmax – максимальная скорость
Пример аллостерического фермента –
фосфофруктокиназа-1 (ФФК-1)
• Катализует реакцию гликолиза в начале
процесса
• Фосфоэнолпируват, промежуточное
соединение с конца гликолиза, е
аллостерическим ингибитором ФФК-1
PEP
Спасибо за внимание!