Ποια είναι τα εύρη των ενζύμων; Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων. Ανθρώπινα ένζυμα και κληρονομικές ασθένειες

Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από έναν τεράστιο αριθμό ζωντανών κυττάρων. Ένα κύτταρο θεωρείται μονάδα ενός ζωντανού οργανισμού, αποτελείται από δομικά σώματα, μεταξύ των οποίων λαμβάνουν χώρα βιοχημικές αντιδράσεις. Ένα σημαντικό συστατικό που ελέγχει τη διεξαγωγή χημικών διεργασιών είναι τα ένζυμα.

Ο ρόλος των ενζύμων στο σώμα

Ένα ένζυμο είναι μια πρωτεΐνη που επιταχύνει τη ροή των χημικών αντιδράσεων, κυρίως χρησιμεύει ως ενεργοποιητής της διάσπασης και του σχηματισμού νέων ουσιών στο σώμα.

Τα ένζυμα χρησιμεύουν ως καταλύτες για βιοχημικές αντιδράσεις. Επιταχύνουν πολύ τη διαδικασία της ζωής. Ελέγχουν τις διαδικασίες της διάσπασης, της σύνθεσης, του μεταβολισμού, της αναπνοής, της κυκλοφορίας του αίματος, χωρίς αυτές, οι αντιδράσεις στη σύσπαση των μυών και οι νευρικές ώσεις δεν περνούν. Κάθε δομικό στοιχείο περιέχει το δικό του μοναδικό σύνολο ενζύμων και όταν η περιεκτικότητα ενός ενζύμου αποκλείεται ή μειώνεται, συμβαίνουν σημαντικές αλλαγές στο σώμα, οδηγώντας στην εμφάνιση παθολογιών.

Ταξινόμηση ενζύμων

Ανάλογα με τη δομή, υπάρχουν δύο ομάδες ενζύμων.

• Τα απλά ένζυμα είναι πρωτεϊνικής φύσης. Παράγονται από το σώμα.
• Σύνθετα ένζυμα που αποτελούνται από ένα συστατικό πρωτεΐνης και μια μη πρωτεϊνική βάση. Τα μη πρωτεϊνικά συστατικά δεν συντίθενται στον ανθρώπινο οργανισμό και έρχονται σε εμάς μαζί με θρεπτικά συστατικά, ονομάζονται συνένζυμα. Οι μη πρωτεϊνικές ουσίες που αποτελούν μέρος των ενζύμων περιλαμβάνουν βιταμίνες Β, βιταμίνη C και ορισμένα ιχνοστοιχεία.

Τα ένζυμα ταξινομούνται ανάλογα με τις λειτουργίες που εκτελούν και το είδος των αντιδράσεων που καταλύουν.

Σύμφωνα με τη λειτουργία τους, τα ένζυμα χωρίζονται σε:

1. Πεπτικό, υπεύθυνο για τη διάσπαση των θρεπτικών συστατικών, βρίσκονται κυρίως στο σάλιο, τους βλεννογόνους, το πάγκρεας και το στομάχι. Γνωστά ένζυμα είναι:
   • αμυλάση, διασπά τα σύνθετα σάκχαρα (άμυλο) σε απλά, σακχαρόζη και μαλτόζη, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να συμμετέχουν στις ζωτικές διαδικασίες του σώματος.
   • Η λιπάση εμπλέκεται στην υδρόλυση των λιπαρών οξέων, διασπά τα λίπη σε συστατικά που απορροφώνται από το σώμα.
   • οι πρωτεάσες ρυθμίζουν τη διάσπαση των πρωτεϊνών σε αμινοξέα.
2. Τα μεταβολικά ένζυμα ελέγχουν τις μεταβολικές διεργασίες σε κυτταρικό επίπεδο, συμμετέχουν σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, πρωτεϊνική σύνθεση. Αυτές περιλαμβάνουν: αδενυλική κυκλάση (ρυθμίζει τον ενεργειακό μεταβολισμό), πρωτεϊνικές κινάσες και πρωτεϊνική δεφωσφατάση (που εμπλέκεται στη διαδικασία της φωσφορυλίωσης και της αποφωσφορυλίωσης).
3. Οι προστατευτικές εμπλέκονται στις αντιδράσεις αντίστασης του οργανισμού επιβλαβή βακτήριακαι ιούς. Ένα σημαντικό ένζυμο είναι η λυσοζύμη, διασπά τα κελύφη των επιβλαβών βακτηρίων και ενεργοποιεί μια σειρά από ανοσολογικές αντιδράσεις που προστατεύουν τον οργανισμό από φλεγμονώδεις αντιδράσεις.

Τα ένζυμα χωρίζονται σε 6 κατηγορίες ανάλογα με τον τύπο των αντιδράσεων:

1. Οξειδορεδουκτάσες. Πολυάριθμες ομάδες ενζύμων που εμπλέκονται στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
2. Μεταγραφές. Αυτά τα ένζυμα είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά ατομικών ομάδων και εμπλέκονται στη διάσπαση και σύνθεση πρωτεϊνών.
3. Οι υδρολάσες διασπούν τους δεσμούς και προωθούν τα μόρια του νερού να ενσωματωθούν στη σύνθεση των ουσιών του σώματος.
4. Οι ισομεράσες καταλύουν αντιδράσεις κατά τις οποίες μία ουσία εισέρχεται στην αντίδραση και σχηματίζεται μία ουσία, η οποία στη συνέχεια συμμετέχει στη διαδικασία της ζωής. Έτσι, οι ισομεράσες χρησιμεύουν ως μετατροπείς διαφόρων ουσιών.
5. Οι λυάσες εμπλέκονται σε αντιδράσεις στις οποίες σχηματίζονται μεταβολικές ουσίες και νερό.
6. Ligases, παρέχουν εκπαίδευση σύνθετες ουσίεςαπό τα πιο απλά. Συμμετέχουν στη σύνθεση αμινοξέων, υδατανθράκων, πρωτεϊνών.

Γιατί εμφανίζεται ανεπάρκεια ενζύμου και γιατί είναι επικίνδυνη;

Με την έλλειψη ενζύμων, αρχίζουν οι αποτυχίες κοινό σύστημαοργανισμών που οδηγούν σε σοβαρές ασθένειες. Για να διατηρήσετε τη βέλτιστη ισορροπία των ενζύμων στο σώμα, είναι απαραίτητο να ισορροπήσετε τη διατροφή σας, καθώς αυτές οι ουσίες συντίθενται από τα στοιχεία που τρώμε. Επομένως, είναι πολύ σημαντικό να διασφαλιστεί η πρόσληψη μικροστοιχείων, βιταμινών, χρήσιμων υδατανθράκων, πρωτεϊνών. Βρίσκονται κυρίως σε φρέσκα φρούτα, λαχανικά, άπαχα κρέατα, κρέατα οργάνων και ψάρια, είτε στον ατμό είτε στο φούρνο.

Η κακή διατροφή, η κατανάλωση αλκοόλ, το γρήγορο φαγητό, τα ενεργειακά και συνθετικά ποτά, καθώς και τα τρόφιμα που περιέχουν μεγάλη ποσότητα χρωστικών και ενισχυτικών γεύσης, επηρεάζουν αρνητικά τη λειτουργία του παγκρέατος. Είναι αυτή που συνθέτει τα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για τη διάσπαση και τον μετασχηματισμό των θρεπτικών συστατικών. Οι δυσλειτουργίες της ενζυμικής δραστηριότητας του παγκρέατος οδηγούν σε παχυσαρκία, οξείες ασθένειες του στομάχου και των εντέρων, στη συνέχεια, η έλλειψη ενζύμων επηρεάζει το έργο του καρδιακού και αναπνευστικού συστήματος, καθώς και τη γενική εμφάνιση. Υπάρχουν αλλεργικές αντιδράσεις, ξεφλούδισμα του δέρματος, εμφάνιση ακμής, φύλλωμα των νυχιών, τριχόπτωση.

Για την ενεργοποίηση και διατήρηση της εργασίας του παγκρέατος, εισάγονται στη διατροφή ειδικά ενζυμικά σκευάσματα, τα οποία συμβάλλουν στην απορρόφηση της τροφής. Γνωστά μέσα όπως: παγκρεατίνη, κρεόν, μεζίμ, γιορτή, χολενζίμ. Χρησιμοποιούνται αυστηρά κατόπιν σύστασης γιατρού. Ταυτόχρονα, για πλήρη ανάρρωση, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η σωστή διατροφή.

Πρωτεϊνική φύση, που παίζουν ρόλο στον οργανισμό

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων

Η αποσαφήνιση των μηχανισμών που διέπουν την καταλυτική διαδικασία είναι ένα από τα θεμελιώδη καθήκοντα και τα επείγοντα προβλήματα όχι μόνο της ενζυμολογίας, αλλά και της σύγχρονης μοριακής βιοχημείας και βιολογίας.

Πολύ πριν γίνουν διαθέσιμα τα καθαρά ένζυμα και η φύση τους αποσαφηνιστεί, πιστευόταν ότι η σύνδεση του ενζύμου στο υπόστρωμα ήταν κρίσιμη για την ενζυματική διαδικασία. Οι προσπάθειες εύρεσης μιας πολύπλοκης ένωσης του ενζύμου με το υπόστρωμα για μεγάλο χρονικό διάστημα δεν οδήγησαν σε επιτυχία, καθώς ένα τέτοιο σύμπλεγμα είναι ασταθές, αποσυντίθεται πολύ γρήγορα. Η χρήση της μεθόδου φασματοσκοπίας κατέστησε δυνατή την αναγνώριση συμπλοκών ενζύμου-υποστρώματος για καταλάση, υπεροξειδάση, αφυδρογονάση αλκοόλης και ένζυμα που εξαρτώνται από φλαβίνη.

Η μέθοδος της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ κατέστησε δυνατή τη λήψη πολλών σημαντικών πληροφοριών σχετικά με τη δομή και τους καταλυτικούς μηχανισμούς δράσης των ενζύμων. Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί για τη σύνδεση αναλόγων υποστρώματος με τα ένζυμα λυσοζύμη και χυμοθρυψίνη.

Ορισμένες άμεσες ενδείξεις για την ύπαρξη συμπλοκών ενζύμου-υποστρώματος έχουν ληφθεί για περιπτώσεις όπου, σε ένα από τα στάδια του καταλυτικού κύκλου, το ένζυμο συνδέεται με το υπόστρωμα με ομοιοπολικό δεσμό. Ένα παράδειγμα είναι ο οξικός ρ-νιτροφαινυλεστέρας που καταλύεται από χυμοθρυψίνη. Όταν το ένζυμο αναμιγνύεται με αυτόν τον εστέρα, η χυμοθρυψίνη ακετυλιώνεται στην ομάδα υδροξυλίου του αντιδραστικού υπολείμματος σερίνης. Αυτό το στάδιο προχωρά γρήγορα, ωστόσο, η υδρόλυση της ακετυλχυμοτρυψίνης με το σχηματισμό οξικής και ελεύθερης χυμοθρυψίνης είναι πολύ πιο αργή. Επομένως, παρουσία π-νιτροφαινυλοξικού, συσσωρεύεται ακετυλχυμοτρυψίνη, η οποία είναι εύκολο να ανιχνευθεί.

Η παρουσία ενός υποστρώματος στη σύνθεση του ενζύμου μπορεί να «συλληφθεί» μετατρέποντας το ασταθές σύμπλοκο EC σε μια ανενεργή μορφή, για παράδειγμα, με επεξεργασία του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος με βοριοϋδρίδιο του νατρίου, το οποίο έχει ισχυρή αναγωγική δράση. Παρόμοιο σύμπλοκο με τη μορφή σταθερού ομοιοπολικού παραγώγου βρέθηκε στο ένζυμο αλδολάση. Αποδείχθηκε ότι η ε-αμινομάδα της λυσίνης αλληλεπιδρά με το μόριο του υποστρώματος.

Το υπόστρωμα αλληλεπιδρά με το ένζυμο σε ένα συγκεκριμένο τμήμα, το οποίο ονομάζεται ενεργή θέση ή ενεργή ζώνη του ενζύμου.

Κάτω από το ενεργό κέντρο, ή ενεργή ζώνη, εννοείται εκείνο το τμήμα του μορίου της πρωτεΐνης του ενζύμου που συνδυάζεται με το υπόστρωμα (και τους συμπαράγοντες) και καθορίζει τις ενζυμικές ιδιότητες του μορίου. Το ενεργό κέντρο καθορίζει την ειδικότητα και την καταλυτική δραστηριότητα του ενζύμου και πρέπει να είναι μια δομή ορισμένου βαθμού πολυπλοκότητας, προσαρμοσμένη για στενή προσέγγιση και αλληλεπίδραση με το μόριο του υποστρώματος ή τα μέρη του που εμπλέκονται άμεσα στην αντίδραση.

Μεταξύ των λειτουργικών ομάδων, υπάρχουν εκείνες που αποτελούν μέρος της "καταλυτικά ενεργής" θέσης του ενζύμου και σχηματίζουν μια θέση που παρέχει ειδική συγγένεια (σύνδεση υποστρώματος με το ένζυμο) - τη λεγόμενη επαφή ή "άγκυρα" (ή προσρόφηση θέση του ενεργού κέντρου του ενζύμου).

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων εξηγείται από τη θεωρία Michaelis-Menten. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε τέσσερα στάδια.

Μηχανισμός δράσης ενζύμων: Στάδιο Ι

Δημιουργείται δεσμός μεταξύ του υποστρώματος (C) και του ενζύμου (Ε) - σχηματίζεται ένα σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος EC, στο οποίο τα συστατικά αλληλοσυνδέονται με ομοιοπολικούς, ιοντικούς, υδάτινους και άλλους δεσμούς.

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων: στάδιο II

Το υπόστρωμα ενεργοποιείται υπό την επίδραση του συνδεδεμένου ενζύμου και γίνεται διαθέσιμο για τις αντίστοιχες αντιδράσεις κατάλυσης EC.

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων: Στάδιο III

Γίνεται η κατάλυση της Ε.Κ. Αυτή η θεωρία έχει επιβεβαιωθεί πειραματικές μελέτες.

Και τέλος, το στάδιο IV χαρακτηρίζεται από την απελευθέρωση του μορίου του ενζύμου Ε και των προϊόντων αντίδρασης P. Η αλληλουχία των μετασχηματισμών μπορεί να εμφανιστεί ως εξής: E + C - EC - EC * - E + P.

Η ειδικότητα της δράσης των ενζύμων

Κάθε ένζυμο δρα σε ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα ή ομάδα ουσιών που έχουν παρόμοια δομή. Η ειδικότητα της δράσης των ενζύμων εξηγείται από την ομοιότητα της διαμόρφωσης του ενεργού κέντρου και του υποστρώματος. Στη διαδικασία της αλληλεπίδρασης, σχηματίζεται ένα σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος.

Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http:// www. όλα τα καλύτερα. en/

Δομή, ιδιότητες και μηχανισμός δράσης των ενζύμων

Περιεχόμενο

• Δομή των ενζύμων
• Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων
• Ονοματολογία ενζύμων
• Ταξινόμηση ενζύμων
• Ιδιότητες ενζύμων
• Κλινική ζυμολογία
• Βιβλιογραφία

Σύντομη ιστορία της ζυμολογίας

Η πειραματική μελέτη των ενζύμων τον 19ο αιώνα συνέπεσε με τη μελέτη των διεργασιών ζύμωσης ζυμομύκητα, η οποία αντικατοπτρίστηκε στους όρους «ένζυμα» και «ένζυμα». Η ονομασία ένζυμα προέρχεται από τη λατινική λέξη fermentatio - ζύμωση. Ο όρος ένζυμα προέρχεται από την έννοια του ενζύμου - από τη μαγιά. Αρχικά, αυτά τα ονόματα είχαν διαφορετική σημασία, αλλά προς το παρόν είναι συνώνυμα.

Την πρώτη ενζυματική αντίδραση σακχαροποίησης αμύλου με βύνη μελέτησε ο εγχώριος επιστήμονας Κ.Σ. Kirchhoff το 1814. Στη συνέχεια, έγιναν προσπάθειες για την απομόνωση ενζύμων από κύτταρα ζυμομύκητα (Ε. Buechner, 1897). Στις αρχές του 20ου αιώνα, ο L. Michaelis και ο M. Menten ανέπτυξαν τη θεωρία της ενζυματικής κατάλυσης. Το 1926, ο D. Sumner ήταν ο πρώτος που απομόνωσε ένα καθαρισμένο παρασκεύασμα του ενζύμου ουρεάση σε κρυσταλλική κατάσταση. Το 1966, ο B. Merrifield κατάφερε να συνθέσει τεχνητά το ένζυμο RNase.

Δομή των ενζύμων

Τα ένζυμα είναι εξαιρετικά εξειδικευμένες πρωτεΐνες ικανές να αυξάνουν τον ρυθμό αντίδρασης στους ζωντανούς οργανισμούς. Τα ένζυμα είναι βιολογικοί καταλύτες.

Όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες, συνήθως σφαιρικές. Μπορούν να αναφέρονται τόσο σε απλές όσο και σε σύνθετες πρωτεΐνες. Το πρωτεϊνικό τμήμα του ενζύμου μπορεί να αποτελείται από μία πολυπεπτιδική αλυσίδα - μονομερείς πρωτεΐνες - ένζυμα (για παράδειγμα, πεψίνη). Ένας αριθμός ενζύμων είναι ολιγομερείς πρωτεΐνες που περιλαμβάνουν πολλά πρωτομερή ή υπομονάδες. Τα πρωτομερή, που ενώνονται σε μια ολιγομερή δομή, συνδέονται αυθόρμητα με ασθενείς μη ομοιοπολικούς δεσμούς. Στη διαδικασία της συσχέτισης (συνεργασίας), συμβαίνουν δομικές αλλαγές σε μεμονωμένα πρωτομερή, ως αποτέλεσμα των οποίων η δραστηριότητα του ενζύμου αυξάνεται σημαντικά. Ο διαχωρισμός (διάσταση) των πρωτομερών και η σύνδεσή τους σε μια ολιγομερή πρωτεΐνη είναι ένας μηχανισμός για τη ρύθμιση της ενζυμικής δραστηριότητας.

Οι υπομονάδες (πρωτομερή) στα ολιγομερή μπορεί να είναι είτε ίδιες είτε διαφορετικές σε πρωτοταγή - τριτοταγή δομή (διαμόρφωση). Στην περίπτωση συνδυασμού διαφορετικών πρωτομερών στην ολιγομερή δομή του ενζύμου, πληθυντικούς τύπουςτο ίδιο ένζυμο ισοένζυμα .

Τα ισοένζυμα καταλύουν την ίδια αντίδραση, αλλά διαφέρουν ως προς το σύνολο των υπομονάδων, ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ, ηλεκτροφορητική κινητικότητα, συγγένεια για υποστρώματα, ενεργοποιητές, αναστολείς. Για παράδειγμα, γαλακτική αφυδρογονάση (LDH) - το ένζυμο που οξειδώνει το γαλακτικό οξύ σε πυροσταφυλικό οξύ είναι ένα τετραμερές. Αποτελείται από τέσσερα πρωτομερή δύο τύπων. Ένας τύπος πρωτομερούς ορίζεται ως Η (απομονωμένος από καρδιακό μυ), το δεύτερο πρωτομερές ορίζεται ως M (απομονωμένος από σκελετικό μυ). Υπάρχουν 5 πιθανοί συνδυασμοί αυτών των πρωτομερών στην LDH: H 4 , H 3 Μ, H 2 Μ 2 , H 1 Μ 3 , Μ 4 .

Ο βιολογικός ρόλος των ισοενζύμων.

· Τα ισοένζυμα εξασφαλίζουν τη ροή των χημικών αντιδράσεων σύμφωνα με τις συνθήκες στα διάφορα όργανα. Έτσι, το ισοένζυμο LDH 1 έχει υψηλή συγγένεια για το οξυγόνο, επομένως είναι ενεργό στους ιστούς με υψηλό ρυθμό. οξειδωτικές αντιδράσεις(ερυθροκύτταρα, μυοκάρδιο). Το ισοένζυμο LDH 5 είναι ενεργό παρουσία υψηλής συγκέντρωσης γαλακτικού, το πιο χαρακτηριστικό του ηπατικού ιστού

Η έντονη εξειδίκευση οργάνων χρησιμοποιείται για τη διάγνωση ασθενειών διαφόρων οργάνων.

Τα ισοένζυμα αλλάζουν τη δραστηριότητά τους με την ηλικία. Έτσι, σε ένα έμβρυο με έλλειψη οξυγόνου, επικρατεί η LDH 3, και με την αύξηση της ηλικίας, την αύξηση της παροχής οξυγόνου, η αναλογία της LDH 2 αυξάνεται.

ενέργεια αναστολέα ενεργοποιητή ενζύμου

Εάν ένα ένζυμο είναι μια σύνθετη πρωτεΐνη, τότε αποτελείται από μια πρωτεΐνη και ένα μη πρωτεϊνικό μέρος. Το πρωτεϊνικό μέρος είναι το υψηλού μοριακού βάρους θερμοευαίσθητο τμήμα του ενζύμου και ονομάζεται αποένζυμο . Έχει μια ιδιόμορφη δομή και καθορίζει την ειδικότητα των ενζύμων.

Το μη πρωτεϊνικό τμήμα ενός ενζύμου ονομάζεται συμπαράγοντας ( συνένζυμο ). Ο συμπαράγοντας είναι συνήθως ιόντα μετάλλων που μπορούν να συνδεθούν ισχυρά με το αποένζυμο (για παράδειγμα, Zn στο ένζυμο ανθρακικής ανυδράσης, Cu στο ένζυμο οξειδάση του κυτοχρώματος). Τα συνένζυμα είναι συνήθως οργανικές ουσίες που συνδέονται λιγότερο στενά με το αποένζυμο. Τα συνένζυμα είναι νουκλεοτίδια NAD, FAD. συνένζυμο - χαμηλού μοριακού βάρους, θερμοσταθερό μέρος του ενζύμου. Ο ρόλος του είναι ότι καθορίζει τη χωρική συσσώρευση (διαμόρφωση) του αποενζύμου και καθορίζει τη δραστηριότητά του. Οι συμπαράγοντες μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρόνια, λειτουργικές ομάδες, να συμμετέχουν στο σχηματισμό πρόσθετων δεσμών μεταξύ του ενζύμου και του υποστρώματος.

Σε λειτουργικούς όρους, είναι σύνηθες να διακρίνουμε δύο σημαντικές θέσεις στο μόριο του ενζύμου: την ενεργό θέση και την αλλοστερική θέση.

Ενεργός κέντρο - αυτό είναι ένα τμήμα του μορίου του ενζύμου που αλληλεπιδρά με το υπόστρωμα και συμμετέχει στην καταλυτική διαδικασία. Το ενεργό κέντρο του ενζύμου σχηματίζεται από ρίζες αμινοξέων που βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους στην πρωτογενή δομή. Το ενεργό κέντρο έχει τρισδιάστατη συσκευασία, τις περισσότερες φορές περιέχει

ΟΗ ομάδες σερίνης

SH - κυστεΐνη

NH2 λυσίνη

g-COOH γλουταμικό οξύ

Στο ενεργό κέντρο διακρίνονται δύο ζώνες - η ζώνη δέσμευσης με το υπόστρωμα και η καταλυτική ζώνη.

Ζώνη δεσμευτικόςσυνήθως έχει μια άκαμπτη δομή στην οποία το υπόστρωμα της αντίδρασης συνδέεται συμπληρωματικά. Για παράδειγμα, η θρυψίνη διασπά πρωτεΐνες σε θέσεις πλούσιες στο θετικά φορτισμένο αμινοξύ λυσίνη, αφού η ζώνη πρόσδεσής της περιέχει αρνητικά φορτισμένα υπολείμματα ασπαρτικού οξέος.

καταλυτικός ζώνη - Αυτή είναι μια θέση του ενεργού κέντρου που δρα απευθείας στο υπόστρωμα και εκτελεί μια καταλυτική λειτουργία. Αυτή η ζώνη είναι πιο κινητή, είναι δυνατή η αλλαγή της σχετικής θέσης των λειτουργικών ομάδων σε αυτήν.

Σε μια σειρά από ένζυμα (συχνά ολιγομερή), εκτός από το ενεργό κέντρο, υπάρχει αλλοστερική οικόπεδο - μια περιοχή του μορίου του ενζύμου μακριά από το ενεργό κέντρο και που αλληλεπιδρά όχι με το υπόστρωμα, αλλά με πρόσθετες ουσίες (ρυθμιστές, τελεστές). Στα αλλοστερικά ένζυμα, η μία υπομονάδα μπορεί να έχει μια ενεργή θέση, ενώ η άλλη μια αλλοστερική θέση. Τα αλλοστερικά ένζυμα αλλάζουν τη δραστηριότητά τους με τον ακόλουθο τρόπο: ο τελεστής (ενεργοποιητής, αναστολέας) δρα στην αλλοστερική υπομονάδα και αλλάζει τη δομή της. Στη συνέχεια, μια αλλαγή στη διαμόρφωση της αλλοστερικής υπομονάδας, σύμφωνα με την αρχή των συνεταιριστικών αλλαγών, αλλάζει έμμεσα τη δομή της καταλυτικής υπομονάδας, η οποία συνοδεύεται από αλλαγή στη δραστηριότητα του ενζύμου.

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων

Τα ένζυμα έχουν μια σειρά από γενικές καταλυτικές ιδιότητες:

μην μετατοπίζετε την καταλυτική ισορροπία

δεν καταναλώνονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης

καταλύουν μόνο θερμοδυναμικά πραγματικές αντιδράσεις. Τέτοιες αντιδράσεις είναι εκείνες στις οποίες η αρχική παροχή ενέργειας των μορίων είναι μεγαλύτερη από την τελική.

Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, ξεπερνιέται ένα φράγμα υψηλής ενέργειας. Η διαφορά μεταξύ της ενέργειας αυτού του ορίου και της αρχικής επίπεδο ενέργειας- ενέργεια ενεργοποίησης.

Ο ρυθμός των ενζυματικών αντιδράσεων καθορίζεται από την ενέργεια ενεργοποίησης και από έναν αριθμό άλλων παραγόντων.

Η σταθερά ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης καθορίζεται από την εξίσωση:

Προς την= Π* Ζ* μι - ( Εα / RT )

K - σταθερά ταχύτητας αντίδρασης

P - χωρικός (στερικός) συντελεστής

Z είναι ο αριθμός των μορίων που αλληλεπιδρούν

Ε α - ενέργεια ενεργοποίησης

R - σταθερά αερίου

T - καθολική απόλυτη θερμοκρασία

Το e είναι η βάση των φυσικών λογαρίθμων

Σε αυτή την εξίσωση, Z, e, R, T - σταθερές, και P και Ea είναι μεταβλητές. Επιπλέον, υπάρχει μια άμεση σχέση μεταξύ του ρυθμού αντίδρασης και του στερικού συντελεστή, και μια αντίστροφη και εξάρτηση από την ισχύ μεταξύ του ρυθμού και της ενέργειας ενεργοποίησης (όσο χαμηλότερο Ea, τόσο υψηλότερος ο ρυθμός αντίδρασης).

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων μειώνεται σε αύξηση του στερικού συντελεστή από τα ένζυμα και μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης.

Μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης από τα ένζυμα

Για παράδειγμα, η ενέργεια της διάσπασης του H 2 O 2 χωρίς ένζυμα και καταλύτες είναι 18.000 kcal ανά mol. Εάν χρησιμοποιείται πλατίνα και υψηλή θερμοκρασία, πέφτει στις 12.000 kcal/mol. Με τη βοήθεια ενός ενζύμου καταλάσηη ενέργεια ενεργοποίησης είναι μόνο 2.000 kcal/mol.

Η μείωση του Ea συμβαίνει ως αποτέλεσμα του σχηματισμού ενδιάμεσων συμπλεγμάτων ενζύμου-υποστρώματος σύμφωνα με το σχήμα: φά+ μικρό <=> FS-συγκρότημα > φά + προϊόντα αντιδράσεις. Για πρώτη φορά, η πιθανότητα σχηματισμού συμπλεγμάτων ενζύμου-υποστρώματος αποδείχθηκε από τους Michaelis και Menten. Στη συνέχεια, πολλά σύμπλοκα ενζύμου-υποστρώματος έχουν απομονωθεί. Για να εξηγηθεί η υψηλή εκλεκτικότητα των ενζύμων κατά την αλληλεπίδραση με το υπόστρωμα, προτάθηκε θεωρία " κλειδί και κάστρο" Ψαράς. Σύμφωνα με αυτό, το ένζυμο αλληλεπιδρά με το υπόστρωμα μόνο όταν αντιστοιχούν απόλυτα μεταξύ τους (συμπληρωματικότητα), όπως ένα κλειδί και μια κλειδαριά. Αυτή η θεωρία εξήγησε την ειδικότητα των ενζύμων, αλλά δεν αποκάλυψε τους μηχανισμούς δράσης τους στο υπόστρωμα. Αργότερα, αναπτύχθηκε η θεωρία της επαγόμενης αντιστοίχισης ενζύμου-υποστρώματος - θεωρία Κόσλαντ(η θεωρία του «λαστιχένιου γαντιού»). Η ουσία του είναι η εξής: το ενεργό κέντρο του ενζύμου σχηματίζεται και περιέχει όλες τις λειτουργικές ομάδες ακόμη και πριν από την αλληλεπίδραση με το υπόστρωμα. Ωστόσο, αυτές οι λειτουργικές ομάδες βρίσκονται σε ανενεργή κατάσταση. Τη στιγμή της προσκόλλησης του υποστρώματος, προκαλεί αλλαγές στη θέση και τη δομή των ριζών στο ενεργό κέντρο του ενζύμου. Ως αποτέλεσμα, το ενεργό κέντρο του ενζύμου γίνεται ενεργό υπό τη δράση του υποστρώματος και, με τη σειρά του, αρχίζει να δρα στο υπόστρωμα, δηλ. αλληλεπίδραση μεταξύ της ενεργού θέσης του ενζύμου και του υποστρώματος. Ως αποτέλεσμα, το υπόστρωμα περνά σε μια ασταθή, ασταθή κατάσταση, η οποία οδηγεί σε μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης.

Η αλληλεπίδραση του ενζύμου και του υποστρώματος μπορεί να συνίσταται στις αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης, ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης και αφυδάτωσης του υποστρώματος. Είναι επίσης δυνατή μια βραχυπρόθεσμη ομοιοπολική αλληλεπίδραση των λειτουργικών ομάδων του ενζύμου με το υπόστρωμα. Βασικά, υπάρχει ένας γεωμετρικός αναπροσανατολισμός των λειτουργικών ομάδων του ενεργού κέντρου.

Αύξηση του στερικού συντελεστή από ένζυμα

Ο στερικός συντελεστής εισάγεται για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μεγάλα μόρια με χωρική δομή. Ο στερικός συντελεστής δείχνει το ποσοστό των επιτυχών συγκρούσεων ενεργών μορίων. Για παράδειγμα, είναι ίσο με 0,4 εάν 4 από τις 10 συγκρούσεις ενεργών μορίων οδήγησαν στον σχηματισμό ενός προϊόντος αντίδρασης.

Τα ένζυμα αυξάνουν τον στερικό συντελεστή, καθώς μεταβάλλουν τη δομή του μορίου του υποστρώματος σε σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η συμπληρωματικότητα του ενζύμου και του υποστρώματος. Επιπλέον, τα ένζυμα, λόγω των ενεργών κέντρων τους, διατάσσουν τη διάταξη των μορίων του υποστρώματος στο χώρο (πριν αλληλεπιδράσουν με το ένζυμο, τα μόρια του υποστρώματος διατάσσονται τυχαία) και διευκολύνουν την αντίδραση.

Ονοματολογία ενζύμων

Τα ένζυμα έχουν διάφορους τύπους ονομάτων.

1) Ασήμαντα ονόματα (τρυψίνη, πεψίνη)

2) Ονοματολογία εργασίας. Σε αυτό το όνομα του ενζύμου υπάρχει μια κατάληξη - aza, η οποία προστίθεται:

στο όνομα του υποστρώματος (σακχαρόζη, αμυλάση),

στον τύπο του δεσμού στον οποίο δρα το ένζυμο (πεπτιδάση, γλυκοσιδάση),

· στο είδος της αντίδρασης, διεργασίας (συνθετάση, υδρολάση).

3) Κάθε ένζυμο έχει ένα όνομα ταξινόμησης, το οποίο αντικατοπτρίζει τον τύπο της αντίδρασης, τον τύπο του υποστρώματος και το συνένζυμο. Για παράδειγμα: LDH - L γαλακτικό-NAD + - oxidoreductase.

Ταξινόμηση ενζύμων

Η ταξινόμηση των ενζύμων αναπτύχθηκε το 1961. Σύμφωνα με την ταξινόμηση, κάθε ένζυμο βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη κατηγορία, υποκατηγορία, υποκατηγορία και έχει αύξοντα αριθμό. Από αυτή την άποψη, κάθε ένζυμο έχει έναν ψηφιακό κρυπτογράφηση, στον οποίο το πρώτο ψηφίο υποδεικνύει την κατηγορία, το δεύτερο - την υποκατηγορία, το τρίτο - την υποκατηγορία, το τέταρτο - τον σειριακό αριθμό (LDG: 1,1,1,27). Όλα τα ένζυμα ταξινομούνται σε 6 κατηγορίες.

1. Οξειδορεδουκτάσες

2. Μεταγραφές

3. Υδρολάσες

4. Liases

5. Ισομεράσες

6. Συνθετάσες (λιγάσες)

Οξειδορεδουκτάση .

Ένζυμα που καταλύουν διεργασίες οξειδοαναγωγής. Γενική μορφήαντιδράσεις: A ok + B vos \u003d A vost + B ok. Αυτή η κατηγορία ενζύμων περιλαμβάνει διάφορες υποκατηγορίες:

1 . αφυδρογονάσες,καταλύουν αντιδράσεις απομακρύνοντας το υδρογόνο από την οξειδωμένη ουσία. Μπορούν να είναι αερόβιες (μεταφορά υδρογόνου σε οξυγόνο) και αναερόβιες (μεταφορά υδρογόνου όχι σε οξυγόνο, αλλά σε κάποια άλλη ουσία).

2. Οξυγενάσες - ένζυμα που καταλύουν την οξείδωση προσθέτοντας οξυγόνο στην οξειδωμένη ουσία. Εάν προστεθεί ένα άτομο οξυγόνου, εμπλέκονται μονοοξυγενάσες, εάν προστεθούν δύο άτομα οξυγόνου, εμπλέκονται διοξυγενάσες.

3. Υπεροξειδάσες - ένζυμα που καταλύουν την οξείδωση ουσιών με τη συμμετοχή υπεροξειδίων.

Μεταγραφές .

Ένζυμα που πραγματοποιούν ενδομοριακή και διαμοριακή μεταφορά λειτουργικών ομάδων από τη μια ουσία στην άλλη σύμφωνα με το σχήμα: AB + C = A + BC. Οι υποκατηγορίες τρανσφερασών διακρίνονται ανάλογα με τον τύπο των μεταφερόμενων ομάδων: αμινοτρανσφεράσες, μεθυλοτρανσφεράσες, σουλφοτρανσφεράσες, ακυλοτρανσφεράσες (υπολείμματα λιπαρών οξέων μεταφοράς), φωσφοτρανσφεράσες (υπολείμματα φωσφορικού οξέος μεταφοράς).

Υδρολάσες .

Ένζυμα αυτής της κατηγορίας καταλύουν τη διάσπαση ενός χημικού δεσμού με την προσθήκη νερού στον τόπο της θραύσης, δηλαδή την αντίδραση υδρόλυσης σύμφωνα με το σχήμα: AB + HOH = AH + BOH. Οι υποκατηγορίες υδρολασών διακρίνονται ανάλογα με τον τύπο των σπασμένων δεσμών: οι πεπτιδάσες διασπούν πεπτιδικούς δεσμούς (πεψίνη), γλυκοσιδάσες - γλυκοσιδικούς δεσμούς (αμυλάση), εστεράσες - εστερικούς δεσμούς (λιπάση).

Liase .

Οι λυάσες καταλύουν το σπάσιμο ενός χημικού δεσμού χωρίς την προσθήκη νερού στο σημείο της θραύσης. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται διπλοί δεσμοί στα υποστρώματα σύμφωνα με το σχήμα: AB \u003d A + B. Οι υποκατηγορίες λυασών εξαρτώνται από τα άτομα μεταξύ των οποίων διασπάται ο δεσμός και ποιες ουσίες σχηματίζονται. Οι αλδολάσες διασπούν τον δεσμό μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα (για παράδειγμα, η φρουκτόζη 1,6-δι-φωσφορική αλδολάση «κόβει» τη φρουκτόζη και δύο τριόζες). Οι λυάσες περιλαμβάνουν ένζυμα αποκαρβοξυλάσης (διάσπαση διοξείδιο του άνθρακα), αφυδατάση - «έκοψε» τα μόρια του νερού.

Ισομεράσες .

Οι ισομεράσες καταλύουν τις αλληλομετατροπές διαφορετικών ισομερών. Για παράδειγμα, η φωσφοεξοϊσιμεράση μετατρέπει τη φρουκτόζη σε γλυκόζη. Οι υποκατηγορίες ισομερασών περιλαμβάνουν τις μουτάσες (η φωσφογλυκομουτάση μετατρέπει τη 1-φωσφορική γλυκόζη σε 6-φωσφορική γλυκόζη), τις επιμεράσες (για παράδειγμα, τη μετατροπή της ριβόζης σε ξυλουλόζη), τις ταυτομεράσες

Συνθετάσες ( λιγάσες ).

Ένζυμα αυτής της κατηγορίας καταλύουν τις αντιδράσεις σύνθεσης νέων ουσιών λόγω της ενέργειας του ATP σύμφωνα με το σχήμα: A + B + ATP \u003d AB. Για παράδειγμα, η συνθετάση γλουταμίνης συνδυάζει γλουταμικό οξύ, NH 3 + με τη συμμετοχή του ATP για να σχηματίσει γλουταμίνη.

Ιδιότητες ενζύμων

Τα ένζυμα, εκτός από τις κοινές ιδιότητες των ανόργανων καταλυτών, έχουν ορισμένες διαφορές από τους ανόργανους καταλύτες. Αυτά περιλαμβάνουν:

υψηλότερη δραστηριότητα

υψηλότερη ειδικότητα

ηπιότερες συνθήκες για κατάλυση

ικανότητα ρύθμισης της δραστηριότητας

Υψηλός καταλυτικός δραστηριότητα ένζυμα .

Τα ένζυμα χαρακτηρίζονται από υψηλή καταλυτική δράση. Για παράδειγμα, ένα μόριο ανθρακικής ανυδράσης σε ένα λεπτό καταλύει το σχηματισμό (ή τη διάσπαση) 36 εκατομμυρίων μορίων ανθρακικού οξέος (H 2 CO 3). Η υψηλή δραστηριότητα των ενζύμων εξηγείται από τον μηχανισμό δράσης τους: μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης και αυξάνουν τον χωρικό (στερικό συντελεστή). Η υψηλή δραστηριότητα των ενζύμων έχει μεγάλη βιολογική σημασία, καθώς συνίσταται στο γεγονός ότι παρέχουν υψηλή ταχύτηταχημικές αντιδράσεις στο σώμα.

Υψηλός ειδικότητα ένζυμα .

Όλα τα ένζυμα έχουν ειδικότητα, αλλά ο βαθμός εξειδίκευσης ποικίλλει από ένζυμο σε ένζυμο. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ενζυμικής εξειδίκευσης.

Απόλυτη εξειδίκευση υποστρώματος, στην οποία το ένζυμο δρα σε μία μόνο συγκεκριμένη ουσία. Για παράδειγμα, το ένζυμο ουρεάση διασπά μόνο την ουρία.

Απόλυτη ειδικότητα ομάδας, στην οποία το ένζυμο έχει την ίδια καταλυτική επίδραση σε μια ομάδα ενώσεων που έχουν παρόμοια δομή. Για παράδειγμα, το ένζυμο αφυδρογονάση αλκοόλης οξειδώνει όχι μόνο το C 2 H 5 OH, αλλά και τα ομόλογά του (μεθυλ, βουτυλ και άλλες αλκοόλες).

Σχετική ειδικότητα ομάδας, στην οποία το ένζυμο καταλύει διαφορετικές κατηγορίες οργανική ύλη. Για παράδειγμα, το ένζυμο τρυψίνη εμφανίζει δράση πεπτιδάσης και εστεράσης.

Στερεοχημική ειδικότητα (οπτική ειδικότητα), στην οποία διασπάται μόνο μια ορισμένη μορφή ισομερών (μορφές D, L, b, c, cis - trans ισομερή). Για παράδειγμα, η LDH δρα μόνο στο L-γαλακτικό, οι οξειδάσες L-αμινοξέων δρουν στα L-ισομερή των αμινοξέων.

Η υψηλή ειδικότητα οφείλεται στη μοναδική δομή της ενεργού θέσης για κάθε ένζυμο.

θερμική ικανότητα ένζυμα .

Θερμολυτότητα - η εξάρτηση της ενζυμικής δραστηριότητας από τη θερμοκρασία. Με αύξηση της θερμοκρασίας από 0 σε 40 βαθμούς, η δραστηριότητα των ενζύμων αυξάνεται σύμφωνα με τον κανόνα van't Hoff (με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 βαθμούς, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται κατά 2-4 φορές). Με μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας, η δραστηριότητα των ενζύμων αρχίζει να μειώνεται, γεγονός που εξηγείται από τη θερμική μετουσίωση του μορίου πρωτεΐνης του ενζύμου. Γραφικά, η θερμοεξάρτηση των ενζύμων έχει τη μορφή:

Η απενεργοποίηση των ενζύμων στους 0 βαθμούς είναι αναστρέψιμη και σε υψηλές θερμοκρασίες η αδρανοποίηση γίνεται μη αναστρέψιμη. Αυτή η ιδιότητα των ενζύμων καθορίζει τον μέγιστο ρυθμό αντίδρασης υπό τις συνθήκες της θερμοκρασίας του ανθρώπινου σώματος. Η θερμική ικανότητα των ενζύμων θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε πρακτικές ιατρικές δραστηριότητες. Για παράδειγμα, όταν διεξάγεται μια ενζυματική αντίδραση σε δοκιμαστικό σωλήνα, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια βέλτιστη θερμοκρασία. Αυτή η ιδιότητα των ενζύμων μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην κρυοχειρουργική, όταν εκτελείται μια πολύπλοκη μακροχρόνια επέμβαση με μείωση της θερμοκρασίας του σώματος, η οποία επιβραδύνει τον ρυθμό των αντιδράσεων που συμβαίνουν στο σώμα και μειώνει την κατανάλωση οξυγόνου από τους ιστούς. Είναι απαραίτητο να αποθηκεύονται τα ενζυματικά σκευάσματα σε χαμηλή θερμοκρασία. Για εξουδετέρωση, απολύμανση μικροοργανισμών χρησιμοποιήστε υψηλές θερμοκρασίες(αυτόκαυστο, όργανα βρασμού).

Φωτοελαστικότητα .

Φωτοελαστικότητα - η εξάρτηση της ενζυμικής δραστηριότητας από τη δράση των υπεριωδών ακτίνων. Η υπεριώδης ακτινοβολία προκαλεί φωτομετουσίωση των μορίων πρωτεΐνης και μειώνει τη δραστηριότητα των ενζύμων. Αυτή η ιδιότητα των ενζύμων χρησιμοποιείται στη βακτηριοκτόνο δράση των υπεριωδών λαμπτήρων.

Εθισμός δραστηριότητα από pH.

Όλα τα ένζυμα έχουν ένα συγκεκριμένο εύρος pH στο οποίο η δραστηριότητα του ενζύμου είναι μέγιστη - το βέλτιστο pH. Για πολλά ένζυμα, το βέλτιστο είναι περίπου 7. Ταυτόχρονα, για την πεψίνη, το βέλτιστο περιβάλλον είναι 1-2, για την αλκαλική φωσφατάση, περίπου 9. Εάν το pH αποκλίνει από το βέλτιστο, η δραστηριότητα του ενζύμου μειώνεται, όπως μπορεί φαίνεται από το γράφημα. Αυτή η ιδιότητα των ενζύμων εξηγείται από μια αλλαγή στον ιονισμό των ιονογόνων ομάδων στα μόρια του ενζύμου, η οποία οδηγεί σε αλλαγή των ιοντικών δεσμών στο πρωτεϊνικό μόριο του ενζύμου. Αυτό συνοδεύεται από μια αλλαγή στη διαμόρφωση του μορίου του ενζύμου και αυτό, με τη σειρά του, οδηγεί σε αλλαγή στη δραστηριότητά του. Υπό τις συνθήκες του σώματος, η εξάρτηση από το pH καθορίζει τη μέγιστη δραστηριότητα των ενζύμων. Αυτή η ιδιοκτησία βρίσκει και πρακτική χρήση. Οι ενζυματικές αντιδράσεις εκτός του σώματος πραγματοποιούνται στο βέλτιστο pH. Με μειωμένη οξύτητα του γαστρικού υγρού, συνταγογραφείται διάλυμα HCl για θεραπευτικούς σκοπούς.

Εθισμός Ταχύτητα ενζυματική αντιδράσεις από συγκέντρωση ένζυμο και συγκέντρωση υπόστρωμα

Η εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση του ενζύμου και τη συγκέντρωση του υποστρώματος (η κινητική των ενζυματικών αντιδράσεων) φαίνεται στα γραφήματα.

πρόγραμμα 1 πρόγραμμα 2

Σε μια ενζυματική αντίδραση ( φά+ μικρό 2 1 FS> 3 φά + Π) διάκριση της ταχύτητας τριών συνιστωσών των σταδίων:

1 - σχηματισμός του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος FS,

2 - αντίστροφη διάσπαση του συμπλέγματος ενζύμου - υποστρώματος,

3 - αποσύνθεση του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος με το σχηματισμό προϊόντων αντίδρασης. Ο ρυθμός καθεμιάς από αυτές τις αντιδράσεις υπακούει στον νόμο της δράσης της μάζας:

V 1 \u003d K 1 [F] * [S]

V 2 \u003d K 2 *

V 3 \u003d K 3 *

Τη στιγμή της ισορροπίας, ο ρυθμός αντίδρασης σχηματισμού του FS είναι ίσος με το άθροισμα των ρυθμών διάσπασής του: V 1 = V 2 + V 3 . Από τρία στάδιαΗ ενζυματική αντίδραση είναι η πιο σημαντική και η πιο αργή είναι η τρίτη, καθώς σχετίζεται με το σχηματισμό προϊόντων αντίδρασης. Σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο, είναι αδύνατο να βρεθεί η ταχύτητα V 3, καθώς το σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος είναι πολύ ασταθές, η μέτρηση της συγκέντρωσής του είναι δύσκολη. Από αυτή την άποψη, ο Michaelis-Menten εισήγαγε το Km - τη σταθερά Michaelis και μετέτρεψε την εξίσωση για τη μέτρηση του V 3 σε μια νέα εξίσωση στην οποία υπάρχουν πραγματικά μετρήσιμα μεγέθη:

V 3 \u003d K 3 * * [S] / Km + [S] ή V 3 \u003d V max * [S] / Km + [S]

- την αρχική συγκέντρωση του ενζύμου

Km είναι η σταθερά Michaelis.

Φυσική σημασία του Km: Προς τηνΜ = (Προς την 2 +Κ 3 ) /ΠΡΟΣ ΤΗΝ 1 . Δείχνει την αναλογία των σταθερών ρυθμού της αποσύνθεσης του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος και τη σταθερά ταχύτητας σχηματισμού του.

Η εξίσωση Michaelis-Menten είναι καθολική. Απεικονίζει την εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από το [S]

1. Εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση του υποστρώματος. Αυτή η εξάρτηση αποκαλύπτεται σε χαμηλές συγκεντρώσεις του υποστρώματος [S]

V 3 = κ 3* [ φά 0 ] * [ μικρό] / χλμ.

Σε αυτή την εξίσωση κ 3 , φά 0 ], χλμ - σταθερές και μπορεί να αντικατασταθεί από μια νέα σταθερά K*. Έτσι, σε χαμηλή συγκέντρωση υποστρώματος, ο ρυθμός αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με αυτή τη συγκέντρωση.

V 3 = κ* * [ μικρό].

Αυτή η εξάρτηση αντιστοιχεί στην πρώτη ενότητα του γραφήματος 2.

2. Η εξάρτηση του ρυθμού από τη συγκέντρωση του ενζύμου εκδηλώνεται σε υψηλή συγκέντρωση του υποστρώματος.

S?Km.

Σε αυτήν την περίπτωση, το Km μπορεί να αγνοηθεί και η εξίσωση γίνεται:

V 3 = κ 3* (([ φά 0 ] * [ μικρό]) / [ μικρό]) = κ 3* [ φά 0 ] = V Μέγιστη.

Έτσι, σε υψηλή συγκέντρωση υποστρώματος, ο ρυθμός αντίδρασης προσδιορίζεται από τη συγκέντρωση του ενζύμου και φτάνει στη μέγιστη τιμή του

V 3 = κ 3 [ φά 0 ] = V Μέγιστη. (τρίτη ενότητα του γραφήματος 2).

3. Σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την αριθμητική τιμή του Km υπό την συνθήκη V 3 = V max /2. Σε αυτή την περίπτωση, η εξίσωση έχει τη μορφή:

V max /2 = ((V max * [S]) / Km+ [S]), από όπου προκύπτει ότι Km= [S]

Έτσι, το Km είναι αριθμητικά ίσο με τη συγκέντρωση του υποστρώματος με ρυθμό αντίδρασης ίσο με το μισό του μέγιστου. Το Km είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό ενός ενζύμου, μετριέται σε mol (10 -2 - 10 -6 mol) και χαρακτηρίζει την ειδικότητα του ενζύμου: όσο χαμηλότερο είναι το Km, τόσο μεγαλύτερη είναι η ειδικότητα του ενζύμου.

Γραφικός ορισμός σταθερές Μιχαήλης.

Είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσετε ένα γράφημα που αντιπροσωπεύει μια ευθεία γραμμή.

Ένα τέτοιο γράφημα προτείνεται από τον Lineweaver - Burke (σχήμα διπλών αντίστροφων), που αντιστοιχεί στην αντίστροφη εξίσωση Michaelis - Menten

Εξάρτηση του ρυθμού των ενζυματικών αντιδράσεων από την παρουσία ενεργοποιητών και αναστολέων

Ενεργοποιητές - ουσίες που αυξάνουν τον ρυθμό των ενζυματικών αντιδράσεων. Υπάρχουν ειδικοί ενεργοποιητές που αυξάνουν τη δραστηριότητα ενός ενζύμου (HCl - ενεργοποιητής πεψινογόνου) και μη ειδικοί ενεργοποιητές που αυξάνουν τη δραστηριότητα ενός αριθμού ενζύμων (ιόντα Mg - ενεργοποιητές εξοκινάσης, K, Na - ATPase και άλλα ένζυμα). Μεταλλικά ιόντα, μεταβολίτες, νουκλεοτίδια μπορούν να χρησιμεύσουν ως ενεργοποιητές.

Ο μηχανισμός δράσης των ενεργοποιητών

1. Ολοκλήρωση του ενεργού κέντρου του ενζύμου, με αποτέλεσμα να διευκολύνεται η αλληλεπίδραση του ενζύμου με το υπόστρωμα. Αυτός ο μηχανισμός κατέχεται κυρίως από μεταλλικά ιόντα.

2. Ο αλλοστερικός ενεργοποιητής αλληλεπιδρά με την αλλοστερική θέση (υπομονάδα) του ενζύμου, μέσω των αλλαγών του αλλάζει έμμεσα τη δομή του ενεργού κέντρου και αυξάνει τη δραστηριότητα του ενζύμου. Οι μεταβολίτες των ενζυματικών αντιδράσεων, ATP, έχουν αλλοστερική δράση.

3. Ο αλλοστερικός μηχανισμός μπορεί να συνδυαστεί με αλλαγή του ολιγομερισμού του ενζύμου. Κάτω από τη δράση του ενεργοποιητή, πολλές υπομονάδες συνδυάζονται σε μια ολιγομερή μορφή, η οποία αυξάνει δραματικά τη δραστηριότητα του ενζύμου. Για παράδειγμα, το ισοκιτρικό είναι ένας ενεργοποιητής του ενζύμου ακετυλο-CoA καρβοξυλάση.

4. Φωσφουλίωση - αποφωσφορυλίωση ενζύμων αναφέρεται στην αναστρέψιμη τροποποίηση των ενζύμων. Η προσθήκη H 3 RO 4 τις περισσότερες φορές αυξάνει απότομα τη δραστηριότητα του ενζύμου. Για παράδειγμα, δύο ανενεργά διμερή του ενζύμου φωσφορυλάσης συνδυάζονται με τέσσερα μόρια ΑΤΡ για να σχηματίσουν τη δραστική τετραμερή φωσφορυλιωμένη μορφή του ενζύμου. Η φωσφορυλίωση των ενζύμων μπορεί να συνδυαστεί με αλλαγή στην ολιγομερικότητά τους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η φωσφορυλίωση του ενζύμου, αντίθετα, μειώνει τη δραστηριότητά του (για παράδειγμα, φωσφορυλίωση του ενζύμου συνθετάση γλυκογόνου)

5. Μερική πρωτεόλυση (μη αναστρέψιμη τροποποίηση). Με αυτόν τον μηχανισμό, ένα θραύσμα του μορίου αποκόπτεται από την ανενεργή μορφή του ενζύμου (προένζυμο), εμποδίζοντας το ενεργό κέντρο του ενζύμου. Για παράδειγμα, το ανενεργό πεψινογόνο μετατρέπεται σε ενεργή πεψίνη από το HCL.

Αναστολείς - ουσίες που μειώνουν τη δραστηριότητα των ενζύμων.

Με ειδικότηταδιάκριση μεταξύ ειδικών και μη ειδικών αναστολέων

Με αναστρεπτόδιάκριση μεταξύ αναστρέψιμων και μη αναστρέψιμων αναστολέων.

Με θέση Ενέργειεςυπάρχουν αναστολείς που δρουν στο ενεργό κέντρο και έξω από το ενεργό κέντρο.

Με μηχανισμός Ενέργειεςδιάκριση μεταξύ ανταγωνιστικών και μη ανταγωνιστικών αναστολέων.

Ανταγωνιστικός αναχαίτηση .

Οι αναστολείς αυτού του τύπου έχουν δομή κοντά σε αυτή του υποστρώματος. Εξαιτίας αυτού, οι αναστολείς και το υπόστρωμα ανταγωνίζονται για τη δέσμευση της ενεργού θέσης του ενζύμου. Η ανταγωνιστική αναστολή είναι αναστρέψιμη αναστολή Η επίδραση ενός ανταγωνιστικού αναστολέα μπορεί να μειωθεί αυξάνοντας τη συγκέντρωση του υποστρώματος της αντίδρασης

Ένα παράδειγμα ανταγωνιστικής αναστολής είναι η αναστολή της δραστηριότητας της ηλεκτρικής αφυδρογονάσης, η οποία καταλύει την οξείδωση του δικαρβοξυλικού ηλεκτρικού οξέος, από δικαρβοξυλικό μηλονικό οξύ, παρόμοιας δομής με το ηλεκτρικό οξύ.

Η αρχή της ανταγωνιστικής αναστολής χρησιμοποιείται ευρέως στην ανάπτυξη φαρμάκων. Για παράδειγμα, τα παρασκευάσματα σουλφανιλαμίδης έχουν δομή κοντά στη δομή του παρα-αμινοβενζοϊκού οξέος, το οποίο είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη μικροοργανισμών. Οι σουλφοναμίδες μπλοκάρουν τα ένζυμα των μικροοργανισμών που είναι απαραίτητα για την απορρόφηση του παρα-αμινοβενζοϊκού οξέος. Ορισμένα αντικαρκινικά φάρμακα είναι ανάλογα αζωτούχων βάσεων και έτσι αναστέλλουν τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων (φθοροουρακίλη).

Γραφικά, η ανταγωνιστική αναστολή έχει τη μορφή:

Μη ανταγωνιστικός αναχαίτηση .

Οι μη ανταγωνιστικοί αναστολείς δεν είναι δομικά παρόμοιοι με τα υποστρώματα αντίδρασης και επομένως δεν μπορούν να εκτοπιστούν σε υψηλές συγκεντρώσεις υποστρώματος. Υπάρχουν διάφορες επιλογές για τη δράση των μη ανταγωνιστικών αναστολέων:

1. Αποκλεισμός της λειτουργικής ομάδας του ενεργού κέντρου του ενζύμου και, ως αποτέλεσμα, μείωση της δραστηριότητας. Για παράδειγμα, η δραστηριότητα των ομάδων SH - μπορεί να δεσμεύσει τα δηλητήρια θειόλης αναστρέψιμα (άλατα μετάλλων, υδράργυρος, μόλυβδος) και μη αναστρέψιμα (μονιοϊωδοοξικό). Η ανασταλτική δράση των αναστολέων θειόλης μπορεί να μειωθεί με την εισαγωγή πρόσθετων ουσιών πλούσιων σε ομάδες SH (για παράδειγμα, unitiol). Υπάρχουν και χρησιμοποιούνται αναστολείς σερίνης που μπλοκάρουν τις ομάδες ΟΗ - του ενεργού κέντρου των ενζύμων. Οργανικές ουσίες που περιέχουν φωσφοφθόριο έχουν αυτό το αποτέλεσμα. Αυτές οι ουσίες μπορούν, ειδικότερα, να αναστέλλουν ομάδες ΟΗ στο ένζυμο ακετυλοχολινεστεράση, το οποίο καταστρέφει τον νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη.

2. Αποκλεισμός μεταλλικών ιόντων που αποτελούν μέρος του ενεργού κέντρου των ενζύμων. Για παράδειγμα, τα κυανίδια μπλοκάρουν τα άτομα σιδήρου, το EDTA (αιθυλενοδιαμινοτετραοξικό) μπλοκάρει τα ιόντα Ca, Mg.

3. Ένας αλλοστερικός αναστολέας αλληλεπιδρά με την αλλοστερική θέση, έμμεσα μέσω αυτής σύμφωνα με την αρχή της συνεργασιμότητας, αλλάζοντας τη δομή και τη δραστηριότητα της καταλυτικής θέσης. Γραφικά, η μη ανταγωνιστική αναστολή έχει τη μορφή:

Ο μέγιστος ρυθμός αντίδρασης σε μη ανταγωνιστική αναστολή δεν μπορεί να επιτευχθεί με την αύξηση της συγκέντρωσης του υποστρώματος.

Ρύθμιση της ενζυμικής δραστηριότητας κατά τον μεταβολισμό

Η προσαρμογή του σώματος στις μεταβαλλόμενες συνθήκες (διατροφή, περιβαλλοντικές επιπτώσεις κ.λπ.) είναι δυνατή λόγω αλλαγής στη δραστηριότητα των ενζύμων. Υπάρχουν πολλές δυνατότητες για τη ρύθμιση του ρυθμού των ενζυματικών αντιδράσεων στο σώμα:

1. Αλλαγή στον ρυθμό σύνθεσης ενζύμων (αυτός ο μηχανισμός απαιτεί μεγάλο χρονικό διάστημα).

2. Αύξηση της διαθεσιμότητας του υποστρώματος και του ενζύμου με αλλαγή της διαπερατότητας των κυτταρικών μεμβρανών.

3. Αλλαγή στη δραστηριότητα των ενζύμων που υπάρχουν ήδη σε κύτταρα και ιστούς. Αυτός ο μηχανισμός εκτελείται με υψηλή ταχύτητα και είναι αναστρέψιμος.

Σε ενζυματικές διεργασίες πολλαπλών σταδίων, απομονώνονται ρυθμιστικά, βασικά ένζυμα που περιορίζουν το συνολικό ρυθμό της διαδικασίας. Τις περισσότερες φορές, αυτά είναι ένζυμα των αρχικών και τελικών σταδίων της διαδικασίας. Οι αλλαγές στη δραστηριότητα των βασικών ενζύμων συμβαίνουν μέσω διαφόρων μηχανισμών.

1. Αλλοστερικός μηχανισμός:

2. Αλλαγή στον ενζυμικό ολιγομερισμό:

Τα μονομερή είναι ανενεργά - τα ολιγομερή είναι ενεργά

3. Φωσφουλίωση - αποφωσφορυλίωση:

Ένζυμο (ανενεργό) + H 3 RO 4 - φωσφορυλιωμένο ενεργό ένζυμο.

Ο αυτορυθμιστικός μηχανισμός είναι ευρέως διαδεδομένος στα κύτταρα. Ο αυτορυθμιστικός μηχανισμός είναι, ειδικότερα, η ρετροαναστολή, στην οποία τα προϊόντα της ενζυματικής διαδικασίας αναστέλλουν τα ένζυμα των αρχικών σταδίων. Για παράδειγμα, υψηλές συγκεντρώσεις νουκλεοτιδίων πουρίνης και πυριμιδίνης αναστέλλουν τα αρχικά στο στάδιο της σύνθεσής τους.

Μερικές φορές τα αρχικά υποστρώματα ενεργοποιούν τα τελικά ένζυμα, στο σχήμα: το υπόστρωμα Α ενεργοποιεί το F 3 . Για παράδειγμα, η ενεργή μορφή της γλυκόζης (γλυκόζη-6-φωσφορική) ενεργοποιεί το τελικό ένζυμο στη σύνθεση του γλυκογόνου από τη γλυκόζη (συνθετάση γλυκογόνου).

Δομική οργάνωση των ενζύμων σε ένα κύτταρο

Η συνοχή των μεταβολικών διεργασιών στο σώμα είναι δυνατή λόγω της δομικής διάστασης των ενζύμων στα κύτταρα. Τα μεμονωμένα ένζυμα βρίσκονται σε ορισμένες ενδοκυτταρικές δομές - διαμερισματοποίηση . Για παράδειγμα, το ένζυμο κάλιο, νατριούχο ΑΤΡάση, είναι ενεργό στην πλασματική μεμβράνη. Στα μιτοχόνδρια, τα ένζυμα των οξειδωτικών αντιδράσεων (ηλεκτρική αφυδρογονάση, οξειδάση κυτοχρώματος) είναι ενεργά. Τα ένζυμα για τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων (DNA πολυμεράση) είναι ενεργά στον πυρήνα. Στα λυσοσώματα, τα ένζυμα για τη διάσπαση διαφόρων ουσιών (RNase, φωσφατάση και άλλες) είναι ενεργά.

Τα ένζυμα που είναι πιο ενεργά σε μια δεδομένη κυτταρική δομή ονομάζονται δείκτης ή ένζυμα δεικτών. Ο ορισμός τους στην κλινική πράξη αντανακλά το βάθος της δομικής βλάβης των ιστών. Ορισμένα ένζυμα συνδυάζονται σε πολυενζυμικά σύμπλοκα, για παράδειγμα, το σύμπλοκο πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης (PDC), το οποίο οξειδώνει το πυροσταφυλικό οξύ.

Αρχέςανίχνευσηκαιποσοτικόςορισμοίένζυμα:

Η ανίχνευση των ενζύμων βασίζεται στην υψηλή ειδικότητά τους. Τα ένζυμα ανιχνεύονται από τη δράση που παράγουν, δηλ. κατά την εμφάνιση της αντίδρασης που καταλύεται από το ένζυμο. Για παράδειγμα, η αμυλάση ανιχνεύεται με τη διάσπαση του αμύλου σε γλυκόζη.

Τα κριτήρια για την εμφάνιση μιας ενζυμικής αντίδρασης μπορεί να είναι:

εξαφάνιση του υποστρώματος αντίδρασης

εμφάνιση προϊόντων αντίδρασης

αλλαγή στις οπτικές ιδιότητες του συνενζύμου.

Ποσοτικοποίηση ενζύμων

Δεδομένου ότι η συγκέντρωση των ενζύμων στα κύτταρα είναι πολύ χαμηλή, δεν προσδιορίζεται η πραγματική τους συγκέντρωση, αλλά η ποσότητα του ενζύμου κρίνεται έμμεσα, από τη δραστηριότητα του ενζύμου.

Η ενζυμική δραστηριότητα εκτιμάται από τον ρυθμό της ενζυματικής αντίδρασης που λαμβάνει χώρα υπό βέλτιστες συνθήκες (βέλτιστη θερμοκρασία, pH, υπερβολικά υψηλή συγκέντρωση του υποστρώματος). Υπό αυτές τις συνθήκες, ο ρυθμός αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με τη συγκέντρωση του ενζύμου (V= K 3 ).

Μονάδες δραστηριότητα ( ποσότητα ) ένζυμο

Στην κλινική πράξη, χρησιμοποιούνται αρκετές μονάδες ενζυμικής δραστηριότητας.

1. Διεθνής μονάδα - η ποσότητα του ενζύμου που καταλύει τη μετατροπή 1 micromol υποστρώματος ανά λεπτό σε θερμοκρασία 25 0 C.

2. Catal (στο σύστημα SI) - η ποσότητα του ενζύμου που καταλύει τον μετασχηματισμό 1 mole του υποστρώματος ανά δευτερόλεπτο.

3. Ειδική δραστηριότητα - ο λόγος της ενζυμικής δραστηριότητας προς τη μάζα της ενζυμικής πρωτεΐνης.

4. Η μοριακή δραστηριότητα ενός ενζύμου δείχνει πόσα μόρια υποστρώματος μετατρέπονται υπό τη δράση 1 μορίου ενζύμου.

Κλινική ζυμολογία

Η χρήση πληροφοριών για τα ένζυμα στην ιατρική πρακτική είναι κλάδος της ιατρικής ενζυμολογίας. Περιλαμβάνει 3 ενότητες:

1. Ενζυμοδιαγνωστικά

2. Ενζυμοποτολογία

3. Ενζυμοθεραπεία

Ενζυμοδιαγνωστικά - ένα τμήμα που μελετά τις δυνατότητες μελέτης της δραστηριότητας των ενζύμων για τη διάγνωση ασθενειών. Για την αξιολόγηση της βλάβης σε μεμονωμένους ιστούς, χρησιμοποιούνται ένζυμα ειδικά για τα όργανα, ισοένζυμα.

Στην παιδιατρική πρακτική, κατά τη διεξαγωγή ενζυμικής διάγνωσης, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα χαρακτηριστικά των παιδιών. Στα παιδιά, η δραστηριότητα ορισμένων ενζύμων είναι υψηλότερη από ό,τι στους ενήλικες.Για παράδειγμα, η υψηλή δραστηριότητα LDH αντανακλά την κυριαρχία των αναερόβιων διεργασιών στην πρώιμη μεταγεννητική περίοδο. Η περιεκτικότητα σε τρανσαμινάσες στο πλάσμα του αίματος των παιδιών αυξάνεται ως αποτέλεσμα της αυξημένης διαπερατότητας του αγγειακού ιστού. Η δραστηριότητα της αφυδρογονάσης της 6-φωσφορικής γλυκόζης αυξάνεται ως αποτέλεσμα της αυξημένης διάσπασης των ερυθροκυττάρων. Η δραστηριότητα άλλων ενζύμων, αντίθετα, είναι χαμηλότερη από ό,τι στους ενήλικες. Για παράδειγμα, η δραστηριότητα της πεψίνης, των παγκρεατικών ενζύμων (λιπάση, αμυλάση) μειώνεται λόγω της ανωριμότητας των εκκριτικών κυττάρων.

Με την ηλικία, είναι δυνατή η ανακατανομή μεμονωμένων ισοενζύμων. Άρα, στα παιδιά επικρατεί η LDH 3 (πιο αναερόβια μορφή) και στους ενήλικες η LDH 2 (πιο αερόβια μορφή).

Ενζυμοπαθολογία - ένας κλάδος της ζυμολογίας που μελετά τις ασθένειες, ο κύριος μηχανισμός ανάπτυξης των οποίων είναι η παραβίαση της δραστηριότητας των ενζύμων. Αυτές περιλαμβάνουν μεταβολικές διαταραχές των υδατανθράκων (γαλακτοζαιμία, γλυκογένεση, βλεννοπολυσακχαριδώσεις), αμινοξέα (φαινυλκετονουρία, κυστινουρία), νουκλεοτίδια (οροταταξιδουρία), πορφυρίνες (πορφυρίες).

ενζυμική θεραπεία - κλάδος της ζυμολογίας που μελετά τη χρήση ενζύμων, συνενζύμων, ενεργοποιητών, αναστολέων για θεραπευτικούς σκοπούς. Τα ένζυμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν με σκοπό υποκατάστασης (πεψίνη, παγκρεατικά ένζυμα), με λυτικό σκοπό την αφαίρεση νεκρωτικών μαζών, θρόμβων αίματος, για την αραίωση παχύρρευστων εκκριμάτων.

Βιβλιογραφία

1. Avdeeva, L.V. Βιοχημεία: Σχολικό βιβλίο / L.V. Avdeeva, T.L. Aleinikova, L.E. Andrianova; Υπό την επιμέλεια του Ε.Σ. Σεβερίν. - Μ.: GEOTAR-MED, 2013. - 768 σελ.

2. Auerman, T.L. Βασικές αρχές Βιοχημείας: Σχολικό βιβλίο / Τ.Λ. Auerman, T.G. Generalova, G.M. Σουσλιάνοκ. - Μ.: NITs INFRA-M, 2013. - 400 σελ.

3. Bazarnova Yu.G. Βιοχημικές βάσεις επεξεργασίας και αποθήκευσης πρώτων υλών ζωικής προέλευσης: Σχολικό βιβλίο / Yu.G. Bazarnova, T.E. Burova, V.I. Μαρτσένκο. - Αγία Πετρούπολη: Λεωφ. Επιστήμη, 2011. - 192 σελ.

4. Baishev, Ι.Μ. Βιοχημεία. Ερωτήσεις τεστ: Σχολικό βιβλίο / Δ.Μ. Zubairov, Ι.Μ. Baishev, R.F. Baykeev; Υπό την επιμέλεια του Δ.Μ. Zubairov. - Μ.: GEOTAR-Media, 2008. - 960 σελ.

5. Bokut, S.B. Βιοχημεία φυλογένεσης και οντογένεσης: Σχολικό βιβλίο / Α.Α. Chirkin, Ε.Ο. Danchenko, S.B. Bokut; Κάτω από το σύνολο εκδ.Α. Α. Τσίρκιν. - M.: NITs INFRA-M, Nov. γνώση, 2012. - 288 σελ.

6. Gidranovich, V.I. Βιοχημεία: Σχολικό βιβλίο / V.I. Gidranovich, A.V. Ο Γκιντράνοβιτς. - Μινσκ: TetraSystems, 2012. - 528 σελ.

7. Goloshchapov, A.P. Γενετικές και βιοχημικές πτυχές της προσαρμογής του ανθρώπου στις συνθήκες μιας πόλης με ανεπτυγμένη χημική βιομηχανία / A.P. Goloshchapov. - Μ.: ΚΜΚ, 2012. - 103 σελ.

8. Gunkova, P.I. Βιοχημεία γάλακτος και γαλακτοκομικών προϊόντων / Κ.Κ. Gorbatova, P.I. Gunkov; Κάτω από το σύνολο εκδ.Κ. Κ. Γκορμπάτοφ. - Αγία Πετρούπολη: GIORD, 2010. - 336 σελ.

9. Dimitriev, A.D. Βιοχημεία: Σχολικό βιβλίο / Α.Δ. Dimitriev, E.D. Ο Αμπρόσιεφ. - M.: Dashkov i K, 2013. - 168 σελ.

10. Ershov, Yu.A. Γενική βιοχημεία και αθλητισμός: Εγχειρίδιο / Yu.A. Ερσόφ. - M.: MGU, 2010. - 368 σελ.

11. Ershov, Yu.A. Βασικές αρχές της Βιοχημείας για Μηχανικούς: Εγχειρίδιο / Yu.A. Ershov, Ν.Ι. Zaitsev; Υπό τη σύνταξη του S.I. Schukin. - Μ.: MSTU im. Bauman, 2010. - 359 σελ.

12. Kamyshnikov, V.S. Εγχειρίδιο κλινικής και βιοχημικής εργαστηριακής διάγνωσης: Σε 2 τόμους. Σε 2 τόμους Εγχειρίδιο κλινικής και βιοχημικής εργαστηριακής διαγνωστικής: Σε 2 τόμους / V.S. Καμίσνικοφ. - Μινσκ: Λευκορωσία, 2012. - 958 σελ.

13. Klopov, M.I. Βιολογικά δραστικές ουσίες σε φυσιολογικές και βιοχημικές διεργασίες στο σώμα των ζώων: Εγχειρίδιο / M.I. Klopov, V.I. Μαξίμοφ. - Αγία Πετρούπολη: Lan, 2012. - 448 σελ.

14. Mikhailov, S.S. Αθλητική βιοχημεία: Ένα εγχειρίδιο για πανεπιστήμια και κολέγια φυσικής καλλιέργειας / S.S. Μιχαήλοφ. - Μ.: Σοβ. αθλητισμός, 2012. - 348 σελ.

15. Repnikov, B.T. Εμπορευματική επιστήμη και βιοχημεία προϊόντων ψαριών: Εγχειρίδιο / B.T. Ο Ρέπνικοφ. - M.: Dashkov i K, 2013. - 220 σελ.

16. Rogozhin, V.V. Βιοχημεία γάλακτος και κρέατος: Σχολικό βιβλίο / V.V. Ρογκόζιν. - Αγία Πετρούπολη: GIORD, 2012. - 456 σελ.

17. Rogozhin, V.V. Βιοχημεία Φυτών: Σχολικό βιβλίο / V.V. Ρογκόζιν. - Αγία Πετρούπολη: GIORD, 2012. - 432 σελ.

18. Rogozhin, V.V. Εργαστήριο για τη φυσιολογία και τη βιοχημεία των φυτών: Εγχειρίδιο / V.V. Rogozhin, T.V. Ρογκόζιν. - Αγία Πετρούπολη: GIORD, 2013. - 352 σελ.

19. Taganovich, A.D. Παθολογική βιοχημεία: Μονογραφία / Α.Δ. Ταγκάνοβιτς. - Μ.: BINOM, 2013. - 448 σελ.

20. Filippovich, Yu.B. Βιοχημικά θεμέλια της ανθρώπινης ζωής: Εγχειρίδιο για φοιτητές / Yu.B. Φιλίπποβιτς, Α.Σ. Konichev, G.A. Sevastyanova, N.M. Κουτούζοφ. - Μ.: ΒΛΑΔΟΣ, 2005. - 407 σελ.

21. Shcherbakov, V.G. Βιοχημεία και εμπορευματική επιστήμη των πρώτων υλών πετρελαίου / V.G. Shcherbakov, V.G. Λομπάνοφ. - Μ.: KolosS, 2012. - 392 σελ.

Φιλοξενείται στο Allbest.ru

...

Παρόμοια Έγγραφα

Ταξινόμηση, μηχανισμός δράσης των ενζύμων, εφαρμογή τους σε πρακτικές ανθρώπινες δραστηριότητες. Η λειτουργία των ενζύμων της στοματικής κοιλότητας, του στομάχου, του λεπτού εντέρου. Προσδιορισμός των κύριων αιτιών διαταραχής των πεπτικών οργάνων στους εφήβους.

θητεία, προστέθηκε 10/05/2014


Μέθοδοι προσδιορισμού της δραστηριότητας, μελέτη των κινητικών παραμέτρων των ενζυματικών αντιδράσεων. Μέθοδοι απομόνωσης και καθαρισμού ενζύμων. Μελέτη υποκυτταρικού εντοπισμού. Η χρήση ενζύμων ως αναλυτικών αντιδραστηρίων. Προσδιορισμός δραστικότητας θρυψίνης.

tutorial, προστέθηκε στις 19/07/2009


Ιστορικό μελέτης, λειτουργίες και ταξινόμηση ενζύμων: ιατρική σημασία και χρήση τους σε καταλυόμενες αντιδράσεις. Σχέση ενζύμων με κληρονομικά μεταβολικά νοσήματα. Ανάπτυξη μεθόδων θεραπείας, η σημασία τους στην πρόληψη ασθενειών.

παρουσίαση, προστέθηκε 16/04/2012


Η ιστορία της ανακάλυψης των βιταμινών. τις ιδιότητές τους. Χημική δομή, μηχανισμός βιολογικής δράσης και θεωρητική ημερήσια δόση υδατοδιαλυτών βιταμινών. Τα κύρια χαρακτηριστικά της ομάδας των λιποδιαλυτών βιταμινών. Χρωματογραφικές μέθοδοι έρευνας.

περίληψη, προστέθηκε 07/05/2014


Ταξινόμηση και τύποι ρετροϊών ως φορείς και ενεργοποιητές ογκογονιδίων: υψηλή ογκογόνος, χαμηλή ογκογόνος, μηχανισμός δράσης. Η δομή, τα στοιχεία και ο κύκλος ανάπτυξης αυτών των ιών. Ανθρώπινοι Τ-λεμφοτροπικοί ιοί: επιδημιολογία, περιγραφή, πρόληψη.

θητεία, προστέθηκε 27/06/2011


Η έννοια και η ταξινόμηση των ενζύμων (ένζυμα). Οι γενικές και διαφορετικές ιδιότητές τους από ανόργανους καταλύτες, πρωτεϊνική φύση. τις αντιδράσεις που καταλύουν. Τύποι ισοενζύμων και ο ρόλος τους στο μεταβολισμό. Σχετική δραστηριότητα των ενζύμων στους ανθρώπινους ιστούς.

παρουσίαση, προστέθηκε 11/11/2016


Έννοιες για την επαγωγή ενζύμων της υποοικογένειας CYP 3A από ξενοβιοτικά και άλλες χημικές ενώσεις. Χαρακτηριστικά της οντογένεσης σε αυτή τη διαδικασία. Γενετικές πτυχές που επηρεάζουν τη δραστηριότητα των ενζύμων της υποοικογένειας του CYP 3A. Οικογένειες πυρηνικών υποδοχέων.

επιστημονική εργασία, προστέθηκε 05/12/2009


Η μελέτη των φαρμάκων με τη γενική ονομασία «αντιβιοτικά». Αντιβακτηριδιακά χημειοθεραπευτικά μέσα. Η ιστορία της ανακάλυψης των αντιβιοτικών, ο μηχανισμός δράσης και η ταξινόμηση τους. Χαρακτηριστικά της χρήσης αντιβιοτικών και οι παρενέργειές τους.

θητεία, προστέθηκε 16/10/2014


Η ομάδα πενικιλίνης είναι μια ανάπτυξη που βασίζεται στα απόβλητα των μικροοργανισμών. Ταξινόμηση των πενικιλινών σε φυσικές και συνθετικές. Μηχανισμός δράσης: βακτηριοκτόνος δράση και ο ρόλος των ενζύμων. Χαρακτηριστικά του φάσματος δραστηριότητας, φαρμακοκινητική.

περίληψη, προστέθηκε 24/01/2012


Μοριακές και βιοχημικές βάσεις της θεραπευτικής δράσης των πεπτιδικών σκευασμάτων. Μηχανισμός δράσης νευροπροστατευτών. Μοριακός μηχανισμός δράσης της ακτοβεγίνης, της νιμοδιπίνης. Ενζυματικά και μη αντιοξειδωτικά. Γενικές αρχές δράσης των νοοτροπικών.

Ο μηχανισμός δράσης απλών και πολύπλοκων ενζύμων είναι ο ίδιος, αφού τα ενεργά κέντρα στα μόριά τους επιτελούν παρόμοιες λειτουργίες.

Η δράση των ενζύμων βασίζεται στην ικανότητά τους να επιταχύνουν τις αντιδράσεις μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης του υποστρώματος. Τα ένζυμα παραμορφώνουν τα ηλεκτρονιακά κελύφη των υποστρωμάτων, διευκολύνοντας έτσι την αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Η ενέργεια που απαιτείται για να φέρει τα μόρια σε ενεργή κατάσταση ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης. Ο ρόλος ενός συμβατικού καταλύτη (και ακόμη περισσότερο ενός βιολογικού) είναι ότι μειώνει την ενέργεια ενεργοποίησης του υποστρώματος.

Οι βασικές αρχές του μηχανισμού δράσης των ενζύμων μελετήθηκαν στις αρχές του 20ου αιώνα. Το 1902, ο Άγγλος χημικός A. Brown πρότεινε ότι ένα ένζυμο που δρα σε ένα υπόστρωμα θα πρέπει να σχηματίσει ένα ενδιάμεσο ένζυμο με αυτό - ένα σύμπλεγμα υποστρώματος. Την ίδια εποχή και ανεξάρτητα από τον A. Brown, την ίδια υπόθεση έκανε και ο Γάλλος επιστήμονας V. Henri. Το 1913, οι L. Michelis και M. Menten επιβεβαίωσαν και ανέπτυξαν ιδέες για τον μηχανισμό δράσης των ενζύμων, οι οποίες μπορούν να αναπαρασταθούν ως διάγραμμα:

E + S  ""  [E-P]  E + P,

όπου E είναι το ένζυμο, S είναι το υπόστρωμα, P είναι το προϊόν.

Στο πρώτο στάδιο της ενζυματικής κατάλυσης, εμφανίζεται ο σχηματισμός ενός συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος, όπου το ένζυμο και το υπόστρωμα μπορούν να συνδεθούν με έναν ιοντικό, ομοιοπολικό ή άλλο δεσμό. Ο σχηματισμός του συμπλέγματος E-S συμβαίνει σχεδόν ακαριαία.

Στο δεύτερο στάδιο, το υπόστρωμα, υπό την επίδραση του ενζύμου που σχετίζεται με αυτό, τροποποιείται και γίνεται πιο προσιτό για την αντίστοιχη χημική αντίδραση. Αυτό το στάδιο καθορίζει την ταχύτητα της όλης διαδικασίας. Σε αυτά τα στάδια της ενζυματικής κατάλυσης, συμβαίνουν επαναλαμβανόμενες αλλαγές στην τριτοταγή δομή της ενζυμικής πρωτεΐνης, οδηγώντας σε διαδοχική προσέγγιση στο υπόστρωμα και προσανατολισμό στο χώρο εκείνων των ενεργών ομάδων που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε διάφορα στάδια μετασχηματισμού υποστρώματος.

Στο τρίτο στάδιο, εμφανίζεται μια χημική αντίδραση, ως αποτέλεσμα της οποίας σχηματίζεται ένα σύμπλεγμα του προϊόντος αντίδρασης με το ένζυμο.

Η τελική διαδικασία είναι η απελευθέρωση του προϊόντος αντίδρασης από το σύμπλοκο.

Στο σώμα, η μετατροπή των ουσιών σε τελικά προϊόντα λαμβάνει χώρα σε διάφορα στάδια, καθένα από τα οποία καταλύεται από ένα ξεχωριστό ένζυμο. Το άθροισμα των ενεργειών ενεργοποίησης των ενδιάμεσων αντιδράσεων είναι μικρότερο από την ενέργεια ενεργοποίησης που απαιτείται για την ταυτόχρονη διάσπαση του υποστρώματος.

4.3. Ιδιότητες ενζύμων

Τα ένζυμα έχουν όλες τις ιδιότητες των πρωτεϊνών. Ωστόσο, σε σύγκριση με τις πρωτεΐνες που εκτελούν άλλες λειτουργίες στο κύτταρο, τα ένζυμα έχουν μια σειρά από συγκεκριμένες ιδιότητες που είναι μοναδικές για αυτά.

Εξάρτηση της ενζυμικής δραστηριότητας από τη θερμοκρασία. Η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάσει τη δραστηριότητα των ενζύμων με διάφορους τρόπους. Σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί να συμβεί μετουσίωση του πρωτεϊνικού τμήματος του ενζύμου, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά τη δραστηριότητά του. Σε ορισμένες (βέλτιστες) τιμές, η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάσει τον ρυθμό σχηματισμού του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος, προκαλώντας αύξηση του ρυθμού αντίδρασης. Η θερμοκρασία στην οποία η καταλυτική δραστηριότητα του ενζύμου είναι μέγιστη ονομάζεται βέλτιστη θερμοκρασία του ενζύμου. Διάφορα κυτταρικά ένζυμα έχουν τα δικά τους βέλτιστα θερμοκρασίας, τα οποία προσδιορίζονται πειραματικά. Για ένζυμα ζωικής προέλευσης, η βέλτιστη θερμοκρασία είναι στην περιοχή 40-50°C.

Εξάρτηση της ενζυμικής δραστηριότητας από το μέσο pH. Τα περισσότερα ένζυμα παρουσιάζουν μέγιστη δραστηριότητα σε τιμές pH κοντά στο ουδέτερο. Μόνο λίγα ένζυμα λειτουργούν σε ένα έντονα όξινο ή έντονα αλκαλικό περιβάλλον. Για παράδειγμα, η δραστηριότητα της πεψίνης, ενός ενζύμου που υδρολύει τις πρωτεΐνες στο στομάχι, είναι μέγιστη σε pH 1,5-2,5. Σε ένα αλκαλικό περιβάλλον, τα ένζυμα που εντοπίζονται στο έντερο «δουλεύουν». Μια αλλαγή στη βέλτιστη τιμή pH για ένα δεδομένο ένζυμο μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγή στην τριτοταγή δομή του ενζύμου, η οποία θα επηρεάσει τη δραστηριότητά του. Από την άλλη πλευρά, η αλλαγή του pH μπορεί να αλλάξει τον ιονισμό του υποστρώματος, γεγονός που θα επηρεάσει τον σχηματισμό του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος.

Η ειδικότητα της δράσης των ενζύμων --ένα από τα κύρια ακίνητά τους. Ιδιαιτερότητα - είναι η εκλεκτικότητα του ενζύμου σε σχέση με το υπόστρωμα (ή τα υποστρώματα). Η ιδιαιτερότητα της δράσης των ενζύμων εξηγείται από το γεγονός ότι το υπόστρωμα πρέπει να πλησιάζει το ενεργό κέντρο σαν ένα «κλειδί για μια κλειδαριά». Αυτή η εικονική σύγκριση έγινε από τον E. Fisher το 1894. Θεώρησε το ένζυμο ως μια άκαμπτη δομή, το ενεργό κέντρο της οποίας είναι ένα «χυτό» του υποστρώματος. Ωστόσο, αυτή η υπόθεση είναι δύσκολο να εξηγηθεί η ομαδική ειδικότητα των ενζύμων, καθώς η διαμόρφωση των "κλειδιών" (υποστρωμάτων) κατάλληλων για μία "κλειδαράδα" είναι πολύ διαφορετική. Αυτή η απόκλιση εξηγήθηκε στη δεκαετία του '50. 20ος αιώνας στην υπόθεση του D. Koshland. Ονομάζεται υπόθεση «αναγκαστικής προσαρμογής».

Σύμφωνα με την υπόθεση του D. Koshland, το μόριο του ενζύμου δεν είναι άκαμπτο, αλλά εύκαμπτο, ελαστικό, επομένως οι πληροφορίες του ενζύμου και του ενεργού κέντρου του μπορούν να αλλάξουν όταν προσκολλώνται ένα υπόστρωμα ή άλλοι συνδέτες. Τη στιγμή της προσκόλλησης, το υπόστρωμα «αναγκάζει» την ενεργό θέση του ενζύμου να πάρει το κατάλληλο σχήμα. Μπορεί να συγκριθεί με «γάντι» και «χέρι».

Η υπόθεση της «αναγκαστικής αλληλογραφίας» έχει λάβει πειραματική επιβεβαίωση. Αυτή η υπόθεση καθιστά επίσης δυνατή την εξήγηση του λόγου για τον μετασχηματισμό των στενών αναλόγων των υποστρωμάτων.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι ειδικότητας.

Ειδικότητα στερεοχημικού υποστρώματος - ένζυμο

καταλύει τη μετατροπή μόνο ενός στερεοϊσομερούς του υποστρώματος. Για παράδειγμα, η φουμαρική υδρτάση καταλύει την προσθήκη ενός μορίου νερού στον πολλαπλό δεσμό του φουμαρικού οξέος, αλλά όχι στο στερεοϊσομερές του, το μηλεϊνικό οξύ.

Απόλυτη εξειδίκευση υποστρώματος - το ένζυμο καταλύει τη μετατροπή μόνο ενός υποστρώματος. Για παράδειγμα, η ουρεάση καταλύει μόνο την υδρόλυση της ουρίας.

Ειδικότητα ομαδικού υποστρώματος - το ένζυμο καταλύει τον μετασχηματισμό μιας ομάδας υποστρωμάτων παρόμοιας χημικής δομής. Για παράδειγμα, η αλκοολική αφυδρογονάση καταλύει τη μετατροπή της αιθανόλης και άλλων αλειφατικών αλκοολών, αλλά με διαφορετικούς ρυθμούς.

Επίδραση στη δραστηριότητα των ενζύμων των ενεργοποιητών και των αναστολέων. Μεταξύ των παραγόντων που αυξάνουν τη δραστηριότητα των ενζύμων είναι τα κατιόντα μετάλλων και ορισμένα ανιόντα. Τις περισσότερες φορές, οι ενεργοποιητές ενζύμων είναι τα κατιόντα Mg 2+, Mn 2+, Zn 2+, K + και Co 2+ και το Cl - από ανιόντα. Τα κατιόντα δρουν στα ένζυμα με διαφορετικούς τρόπους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, διευκολύνουν τον σχηματισμό ενός συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος, σε άλλες, συμβάλλουν στη σύνδεση του συνενζύμου στο αποένζυμο ή προσκολλώνται στο αλλοστερικό κέντρο του ενζύμου και αλλάζουν την τριτοταγή δομή του, ως αποτέλεσμα που το υπόστρωμα και τα καταλυτικά κέντρα αποκτούν την πιο ευνοϊκή διαμόρφωση για κατάλυση.

Οι αναστολείς αναστέλλουν τη δράση των ενζύμων. Οι αναστολείς μπορεί να είναι τόσο ενδογενείς όσο και εξωγενείς ουσίες. Οι μηχανισμοί της ανασταλτικής δράσης διαφόρων χημικών ενώσεων ποικίλλουν.

Ονοματολογία και ταξινόμηση ενζύμων

Ονοματολογία των ενζύμων Στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης της ενζυμολογίας, τα ονόματα των ενζύμων δόθηκαν από τους ανακαλύψεις τους σύμφωνα με τυχαία σημεία (τετριμμένη ονοματολογία). Για παράδειγμα, τα ονόματα των ενζύμων είναι ασήμαντα: πεψίνη, θρυψίνη, χυμοθρυψίνη. Η πρώτη προσπάθεια εισαγωγής κανόνα για τα ονόματα των ενζύμων έγινε από τον E. Duclos το 1898 (ορθολογική ονοματολογία). Σύμφωνα με την ορθολογική ονοματολογία, ένα απλό ένζυμο ονομάστηκε από το όνομα του υποστρώματος, με την προσθήκη της κατάληξης -aza(DNase, RNase, αμυλάση, ουρεάση). Για την ονομασία του ολοενζύμου σύμφωνα με την ορθολογική ονοματολογία χρησιμοποιήθηκε το όνομα του συνενζύμου (ένζυμο πυριδοξάλη, αμινένζυμο). Αργότερα, το όνομα του ενζύμου άρχισε να χρησιμοποιεί το όνομα του υποστρώματος και τον τύπο της καταλυόμενης αντίδρασης (αλκοολική αφυδρογονάση).

Το 1961, το V Διεθνές Βιοχημικό Συνέδριο, που πραγματοποιήθηκε στη Μόσχα, ενέκρινε την επιστημονική ονοματολογία των ενζύμων. Σύμφωνα με αυτή την ονοματολογία, το όνομα ενός ενζύμου αποτελείται από τη χημική ονομασία του υποστρώματος ή των υποστρωμάτων στα οποία δρα το ένζυμο, τον τύπο της αντίδρασης που καταλύεται και την κατάληξη -aza.Για παράδειγμα, ένα ένζυμο που υδρολύει την ουρία (το λογικό όνομα είναι ουρεάση) ονομάζεται αμιδοϋδρολάση ουρίας σύμφωνα με την επιστημονική ονοματολογία.

Εάν ένας δότης οποιασδήποτε ομάδας ατόμων και ένας δέκτης συμμετέχει σε μια χημική αντίδραση, τότε το ένζυμο ονομάζεται ως εξής: το χημικό όνομα του δότη, το χημικό όνομα του δέκτη, ο τύπος της καταλυόμενης αντίδρασης. Για παράδειγμα, το ένζυμο που καταλύει τη διαδικασία τρανσαμίνωσης του γλουταμικού και του υστεροοξικού οξέος ονομάζεται γλουταμινικό: πυροσταφυλική αμινοτρανσφεράση.

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι, μαζί με τις ονομασίες σύμφωνα με την επιστημονική ονοματολογία, επιτρέπεται η χρήση τετριμμένων ονομάτων ενζύμων.

Ταξινόμηση ενζύμων.Επί του παρόντος, είναι γνωστά περισσότερα από 2000 ένζυμα. Όλα τα ένζυμα χωρίζονται σε έξι κατηγορίες, καθεμία από τις οποίες έχει έναν αυστηρά καθορισμένο αριθμό.

1.Οξειδορεδουκτάσηκαταλύουν διεργασίες οξειδοαναγωγής.

2. Μεταγραφέςκαταλύουν τη μεταφορά λειτουργικών ομάδων και μοριακών υπολειμμάτων από το ένα μόριο στο άλλο.

3. Υδρολάσες καταλύουν αντιδράσεις υδρόλυσης.

4. Liases καταλύουν αντιδράσεις απομάκρυνσης (εκτός από άτομα υδρογόνου) με σχηματισμό διπλού δεσμού ή προσθήκη σε διπλό δεσμό, καθώς και μη υδρολυτική αποσύνθεση οργανικών ενώσεων ή σύνθεση χωρίς τη συμμετοχή μακροεργικών ουσιών.

5.Ισομεράσεςκαταλύουν τις διαδικασίες αλλαγής της γεωμετρικής ή της χωρικής διαμόρφωσης των μορίων.

6. Λιγκάσεςκαταλύουν αντιδράσεις σύνθεσης που συνοδεύονται από υδρόλυση μιας πλούσιας ενέργειας δεσμού (συνήθως ATP).

Οι κατηγορίες ενζύμων χωρίζονται σε υποκατηγορίες και οι υποκατηγορίες, με τη σειρά τους, σε υποκατηγορίες. Υποδιαίρεση τάξεως διευκρινίζει τη δράση του ενζύμου, καθώς υποδεικνύει σε γενικές γραμμές τη φύση της χημικής ομάδας του υποστρώματος. Υποκατηγορία προσδιορίζει τη δράση του ενζύμου ακόμη περισσότερο, προσδιορίζοντας τη φύση του προσβεβλημένου δεσμού του υποστρώματος ή τη φύση του δέκτη που συμμετέχει στην αντίδραση.

Το σύστημα ταξινόμησης παρέχει για κάθε ένζυμο έναν ειδικό κρυπτογράφηση που αποτελείται από τέσσερις κωδικούς αριθμούς που χωρίζονται με τελείες. Το πρώτο ψηφίο στον κρυπτογράφηση υποδεικνύει τον αριθμό κλάσης, το δεύτερο - τον αριθμό της υποκατηγορίας, το τρίτο - την υποκατηγορία και το τέταρτο - τον σειριακό αριθμό σε αυτήν την υποκατηγορία. Άρα, η γαλακτική αφυδρογονάση έχει τον κωδικό CF 1.1.1.27, δηλαδή ανήκει στην πρώτη κατηγορία, την πρώτη υποκατηγορία, την πρώτη υποκατηγορία και καταλαμβάνει την 27η θέση στη λίστα των ενζύμων της αναφερόμενης υποκατηγορίας.

Ας δώσουμε συγκεκριμένα παραδείγματα βιοχημικών διεργασιών που καταλύονται από ένζυμα που ανήκουν σε μια συγκεκριμένη κατηγορία και υποκατηγορία.

1. Οξειδορεδουκτάσες Το γενικό σχήμα των διεργασιών που καταλύονται από τις οξειδορεδουκτάσες μπορεί να εκφραστεί ως εξής:

Τις περισσότερες φορές, θα συναντήσουμε οξειδοαναγωγάσες της υποκατηγορίας των οξειδασών και των αφυδρογονασών, οπότε θα τις εξετάσουμε λεπτομερέστερα.

οξειδάσες - Αυτές είναι οξειδοαναγωγάσες που μεταφέρουν άτομα υδρογόνου ή ηλεκτρόνια απευθείας σε άτομα οξυγόνου ή εισάγουν ένα άτομο οξυγόνου στο μόριο του υποστρώματος.

Αφυδρογονάσες - Αυτές είναι οξειδορεδουκτάσες που καταλύουν τη διαδικασία διάσπασης των ατόμων υδρογόνου.

Όλες οι αφυδρογονάσες είναι ολοένζυμα, τα συνένζυμα των οποίων είναι οι ακόλουθες ενώσεις: δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης (NAD), δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης (NADP), μονονουκλεοτίδιο φλαβίνης (FMN), δινουκλεοτίδιο αδενίνης φλαβίνης (FAD), κινόνες.

Οι πιο κοινές στη φύση είναι οι αφυδρογονάσες που περιέχουν NAD ως συνένζυμο.

Τα συνένζυμα FMN και FAD περιέχουν φωσφορυλιωμένη βιταμίνη Β2 (φωσφορική ριβοφλαβίνη), η οποία μπορεί να αφαιρέσει δύο άτομα υδρογόνου από το υπόστρωμα.

2. Μεταγραφές. Αυτή είναι μια από τις πιο πολυάριθμες κατηγορίες ενζύμων. Ανάλογα με τη φύση των μεταφερόμενων ομάδων, διακρίνονται οι φωσφοτρανσφεράσες, οι αμινοτρανσφεράσες, οι γλυκοζυλοτρανσφεράσες, οι ακυλοτρανσφεράσες κ.λπ.

Φωσφοτρανσφεράσες - Αυτά είναι ένζυμα που καταλύουν τη μεταφορά ενός υπολείμματος φωσφορικού οξέος. Ως αποτέλεσμα της δράσης των φωσφοτρανσφερασών, σχηματίζονται φωσφορικοί εστέρες διαφόρων οργανικών ενώσεων, πολλές από τις οποίες έχουν αυξημένη αντιδραστικότητα και εισέρχονται πιο εύκολα σε επακόλουθες αντιδράσεις. Επομένως, η φωσφορυλίωση των οργανικών ενώσεων μπορεί να θεωρηθεί η διαδικασία ενεργοποίησής τους. Ο πιο κοινός δότης φωσφορικών ομάδων είναι το μόριο τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Οι φωσφοτρανσφεράσες που χρησιμοποιούν ένα μόριο ATP ως δότη ομάδας φωσφορικών ονομάζονται κινάσες. . Οι κινάσες περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, κινάση γλυκερόλης, η οποία επιταχύνει τη μεταφορά ενός υπολείμματος φωσφορικού οξέος από ένα μόριο ΑΤΡ σε ένα μόριο γλυκερίνης.

Οι αμινοτρανσφεράσες επιταχύνουν τη μεταφορά της αμινομάδας. Οι αμινοτρανσφεράσες είναι ένζυμα δύο συστατικών, το συνένζυμο των οποίων είναι η φωσφορική πυριδοξάλη (φωσφορυλιωμένη βιταμίνη Β 6).

Οι γλυκοζυλοτρανσφεράσες επιταχύνουν τις αντιδράσεις μεταφοράς υπολειμμάτων γλυκοζυλίου, παρέχοντας κυρίως τις αντιδράσεις σύνθεσης και αποσύνθεσης ολιγο- και πολυσακχαριτών. Εάν ένα υπόλειμμα γλυκοζυλίου μεταφερθεί σε ένα μόριο φωσφορικού οξέος, τότε η διαδικασία ονομάζεται φωσφορόλυση,και τα ένζυμα που εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία ονομάζονται φωσφορυλάσες.

Ο δότης υπολειμμάτων γλυκοζυλίου στη σύνθεση ολιγο- και πολυσακχαριτών είναι το διφωσφορικό νουκλεοσίδιο (NDP-σάκχαρο), ένας από τους εκπροσώπους του οποίου είναι η διφωσφορική γλυκόζη ουριδίνης (UDP-γλυκόζη).

Οι ακυλοτρανσφεράσες καταλύουν τη μεταφορά των απιλών (ριζών καρβοξυλικών οξέων) σε αλκοόλες, αμίνες, αμινοξέα και άλλες ενώσεις. Η πηγή των ακυλίων είναι το ακυλο-CoA, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως συμπαράγοντας στις αντιδράσεις μεταφοράς ακυλομάδων. Ένα παράδειγμα αντίδρασης διακυλίωσης είναι η αντίδραση σύνθεσης φωσφατιδικού οξέος, στην οποία συμμετέχουν η φωσφογλυκερόλη και δύο μόρια ακυλ-CoA.

3. Υδρολάσες. Αυτά τα ένζυμα επιταχύνουν τις αντιδράσεις υδρόλυσης οργανικών ενώσεων. Το νερό είναι απαραίτητο μέρος αυτών των διαδικασιών. Ανάλογα με τη φύση του υδρολυόμενου δεσμού, οι υδρολάσες χωρίζονται σε έναν αριθμό υποκατηγοριών: εστεράσες, γλυκοσιδάσες, πεπτιδικές υδρολάσες κ.λπ. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα όλων των υδρολασών είναι ότι είναι ένζυμα ενός συστατικού.

Εστεράσες καταλύουν τις αντιδράσεις υδρόλυσης των δεσμών συναιθέρα.

Η λιπάση επιταχύνει την υδρόλυση των εξωτερικών εστερικών δεσμών στο μόριο των τριγλυκεριδίων. Ιδιαίτερα διαδεδομένες είναι οι εστεράσες που καταλύουν την υδρόλυση των εστέρων και των υδατανθράκων του φωσφορικού οξέος. Αυτά τα ένζυμα ονομάζονται φωσφατάσες. .

Γλυκοζιδάσες επιταχύνουν τις αντιδράσεις υδρόλυσης των γλυκοσιδικών δεσμών. Ένα παράδειγμα γλυκοσιδάσης είναι η μαλτάση (-γλυκοσιδάση).

Από τις γλυκοσιδάσες που δρουν στους πολυσακχαρίτες, οι αμυλάσες είναι οι πιο κοινές. .

Πεπτιδικές υδρολάσες . Ένζυμα αυτής της υποκατηγορίας καταλύουν την υδρόλυση των πεπτιδικών δεσμών σε μόρια πεπτιδίων και πρωτεϊνών. Οι πεπτιδικές υδρολάσες δεν υδρολύουν όλους τους πεπτιδικούς δεσμούς σε πρωτεϊνικά και πεπτιδικά μόρια, αλλά μόνο ορισμένους. Αμιδάσες επιταχύνουν την υδρόλυση των αμιδίων των δικαρβοξυλικών αμινοξέων - ασπαραγίνης και γλουταμίνης.

4. Λυάσες Ένζυμα αυτής της κατηγορίας καταλύουν διάφορες αντιδράσεις αποσύνθεσης και σύνθεσης. Ανάλογα με το ποιος δεσμός διασπάται ή, αντίθετα, σχηματίζεται, απομονώνονται λυάσες άνθρακα-άνθρακα, άνθρακα-οξυγόνου, άνθρακα-αζώτου. Ας δώσουμε παραδείγματα διεργασιών που καταλύονται από ένζυμα αυτών των υποκατηγοριών.

Άνθρακα-άνθρακα λυάση . Τα ένζυμα που επιταχύνουν την αποκαρβοξυλίωση των κετο- και αμινοξέων αντιπροσωπεύονται ευρέως στη φύση. Οι αποκαρβοξυλάσες ή καρβοξυλάσες είναι ένζυμα δύο συστατικών, το συνένζυμο των οποίων είναι ο φωσφορικός εστέρας της βιταμίνης Β 1, στην περίπτωση της αποκαρβοξυλίωσης των κετοξέων και η βιταμίνη Β 6, στην περίπτωση της αποκαρβοξυλίωσης των αμινοξέων.

Λυάσες άνθρακα-οξυγόνου (υδρολυάσες). Τα ένζυμα αυτής της υποκατηγορίας επιταχύνουν τις αντιδράσεις ενυδάτωσης και αφυδάτωσης των οργανικών ενώσεων.

Αυτές οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα συνεχώς κατά τη διάσπαση και τη σύνθεση υδατανθράκων και λιπαρών οξέων, επομένως οι υδρατάσες παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή των οργανισμών. Ένα παράδειγμα είναι η φουμαρική υδράση, η οποία συνδέει ένα μόριο νερού σε έναν πολλαπλό δεσμό φουμαρικού οξέος.

άζωτο άνθρακα λυάσες καταλύουν αντιδράσεις άμεσης απαμίνωσης ορισμένων αμινοξέων.

5. Ισομεράσες Οι ισομεράσες επιταχύνουν τον μετασχηματισμό ορισμένων ισομερών οργανικών ενώσεων σε άλλα.

6. Λιγκάσες (συνθετάσες). Ένζυμα αυτής της κατηγορίας παρέχουν τη σύνθεση διαφόρων οργανικών ενώσεων. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτής της κατηγορίας ενζύμων είναι η χρήση ενώσεων ικανών να παρέχουν ενέργεια για βιοσύνθεση. Μία από αυτές τις ενώσεις είναι το τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης - ATP. Ένα παράδειγμα της δράσης μιας λιγάσης είναι η σύνθεση οξαλοξικού οξέος από πυροσταφυλικό οξύ με την καρβοξυλίωσή του.

Πρέπει να δοθεί προσοχή στο γεγονός ότι το μόριο ATP δεν συμμετέχει στο σχηματισμό προϊόντων αντίδρασης, αλλά απλώς αποσυντίθεται σε ADP και

H3PO4; Σε αυτή την περίπτωση, απελευθερώνεται η ενέργεια που απαιτείται για την υλοποίηση της βιοσύνθεσης.

Μια σημαντική αντίδραση είναι ο σχηματισμός του ακυλο-συνενζύμου Α (acyl-CoA), το οποίο επίσης επιταχύνεται από ένα ένζυμο αυτής της κατηγορίας.

Εισαγωγή

1.Τύποι ενζύμων

2. Δομή των ενζύμων

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων

Βιβλιογραφικός κατάλογος

Εισαγωγή

Τα ένζυμα είναι η πιο σημαντική κατηγορία πρωτεϊνικών ουσιών, καθολική στη βιολογική τους λειτουργία. Τα ένζυμα είναι ειδικοί και εξαιρετικά αποτελεσματικοί καταλύτες για χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε ένα ζωντανό κύτταρο. Η μελέτη των ενζύμων, της δομής, των ιδιοτήτων και του μηχανισμού βιολογικής δράσης τους είναι ένας από τους κύριους κλάδους της βιοχημείας και της βιοοργανικής χημείας. Μέχρι σήμερα, έχουν χαρακτηριστεί αρκετές χιλιάδες ένζυμα, περισσότερα από χίλια από αυτά έχουν ληφθεί σε μεμονωμένη κατάσταση. Για πολλές εκατοντάδες ενζυμικές πρωτεΐνες, η αλληλουχία αμινοξέων έχει αποσαφηνιστεί και οι πιο διάσημες από αυτές έχουν αποκρυπτογραφηθεί χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ στο επίπεδο μιας πλήρους χωρικής δομής. Η μελέτη οποιουδήποτε προβλήματος στον τομέα της γνώσης των μηχανισμών της ζωτικής δραστηριότητας συνδέεται αναγκαστικά με τη μελέτη των αντίστοιχων ενζυμικών συστημάτων. Επιπλέον, τα ένζυμα χρησιμοποιούνται ευρέως ως ισχυρά εργαλεία για την αποσαφήνιση της δομής των βιοπολυμερών και στη γενετική μηχανική. Βρίσκουν ευρεία πρακτική εφαρμογή στην ιατρική και τη βιομηχανία τροφίμων.

Οι ενζυμικές διεργασίες ήταν γνωστές στον άνθρωπο από την αρχαιότητα. Συγκεκριμένα, η ζύμωση χρησιμοποιήθηκε ευρέως από τους Έλληνες για την παραγωγή κρασιού (η ανακάλυψη αυτής της μεθόδου αποδόθηκε στον θεό Βάκχο). Οι λαοί πολλών χωρών έχουν από καιρό κατακτήσει την τέχνη της παρασκευής ψωμιού, τυριού, ξυδιού με βάση την επεξεργασία φυτικών και ζωικών πρώτων υλών. Ωστόσο, το σημερινό στάδιο στην ανάπτυξη της ενζυμολογίας χρονολογείται από τις αρχές του περασμένου αιώνα. Το 1814, ένα μέλος της Ακαδημίας Επιστημών της Αγίας Πετρούπολης, ο K. Kirchhoff, διαπίστωσε ότι το άμυλο μετατρέπεται σε ζάχαρη κάτω από τη δράση ορισμένων ουσιών που βρίσκονται στους σπόρους του κριθαριού που βλασταίνουν. Ένα περαιτέρω βήμα προς αυτή την κατεύθυνση έγινε από τους Γάλλους χημικούς A. Payen και J. Pirceau, οι οποίοι το 1833 έδειξαν ότι ο θερμοαστάθετος παράγοντας, που λαμβάνεται από το εκχύλισμα βύνης με καθίζηση με αλκοόλη, έχει την ικανότητα να υδρολύει το άμυλο. το έλεγαν διαστάση.

Σύντομα ξέσπασε μια διαμάχη για τη φύση της ζύμωσης, στην οποία συμμετείχαν οι μεγαλύτεροι εκπρόσωποι των φυσικών επιστημών εκείνης της εποχής. Συγκεκριμένα, ο L. Pasteur ήταν της άποψης ότι η ζύμωση προκαλείται από ζωντανούς μικροοργανισμούς και, ως εκ τούτου, συνδέεται αποκλειστικά με τη ζωτική τους δραστηριότητα. Από την άλλη πλευρά, οι Yu. Liebig και K. Bernard υπερασπίστηκαν τη χημική φύση της ζύμωσης, πιστεύοντας ότι σχετίζεται με ειδικές ουσίες όπως η διαστάση (αμυλάση). Ο J. Berzelius το 1837 έδειξε ότι τα ένζυμα είναι καταλύτες που παρέχονται από ζωντανά κύτταρα. Τότε εμφανίστηκαν οι όροι «ένζυμο» (από το λατινικό fermentatio - ζύμωση) και «ένζυμο» (από τα ελληνικά - σε μαγιά). Η διαφωνία επιλύθηκε τελικά μόνο το 1897, όταν οι Γερμανοί επιστήμονες αδερφοί Hans και Edward Buchner έδειξαν ότι ο ακυτταρικός χυμός μαγιάς (που λαμβάνεται με τρίψιμο μαγιάς με γη διατόμων) μπορεί να ζυμώσει τη ζάχαρη με το σχηματισμό αλκοόλης και CO. 2. Έγινε σαφές ότι ο χυμός μαγιάς περιέχει ένα πολύπλοκο μείγμα ενζύμων (που ονομάζεται ζυμάση) και αυτά τα ένζυμα είναι σε θέση να λειτουργούν. να περιπλανηθεί τόσο μέσα όσο και έξω από τα κελιά. Σύμφωνα με έναν από τους ιστορικούς, η εμφάνιση φυσαλίδων διοξειδίου του άνθρακα στο πείραμα του Buchners σήμαινε τη γέννηση της σύγχρονης βιοχημείας και ενζυμολογίας.

Προσπάθειες για απομόνωση ενζύμων σε μια μεμονωμένη κατάσταση έγιναν από πολλούς ερευνητές, μεταξύ των οποίων πρέπει να αναφερθούν οι A. Ya. Danilevsky, R. Wilstetter και άλλοι. Η πρωτεϊνική φύση των ενζύμων αποδείχθηκε ξεκάθαρα το 1926 από τον Αμερικανό βιοχημικό J. Sumner, ο οποίος απομόνωσε το ένζυμο ουρεάση από σπόρους σε αυλάκια κρυσταλλικής μορφής. Το 1930, ο J. Northrop έλαβε κρυσταλλική πεψίνη και στη συνέχεια θρυψίνη και χυμοθρυψίνη. Από αυτή την περίοδο, έχει γίνει γενικά αποδεκτό ότι όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες.

Στα τέλη του XIX αιώνα. Με βάση τις προόδους στον τομέα της μελέτης της δομής των οργανικών ενώσεων βιολογικής προέλευσης, κατέστη δυνατή η μελέτη της ειδικότητας των ενζύμων. Αυτή τη στιγμή, ο E. Fischer πρότεινε τη διάσημη θέση σχετικά με την ανάγκη για στερική αντιστοιχία μεταξύ του ενζύμου και του υποστρώματος. στην μεταφορική του έκφραση, «το υπόστρωμα ταιριάζει στο ένζυμο σαν κλειδί σε κλειδαριά». Στις αρχές του 20ου αιώνα τέθηκαν οι βάσεις για τη μελέτη της κινητικής της δράσης των ενζύμων.

Τα ένζυμα έχουν διαφορετικά μοριακά βάρη - από 10.000 έως 1.000.000 και άνω. Μπορούν να κατασκευαστούν από μία μόνο πολυπεπτιδική αλυσίδα, πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες ή πολύπλοκα (μερικές φορές πολυενζυματικά) σύμπλοκα. Το ένζυμο περιλαμβάνει επίσης μη πρωτεϊνικά συστατικά, που ονομάζονται συμπαράγοντες - ιόντα μετάλλων, μικρά οργανικά μόρια όπως βιταμίνες κ.λπ.

Τα ένζυμα είναι καταλύτες υψηλής απόδοσης: μπορούν να αυξήσουν τους ρυθμούς αντίδρασης εκατομμύρια και δισεκατομμύρια φορές. Για παράδειγμα, ουρεάση (σε pH 8,0, 20 0Γ) επιταχύνει την υδρόλυση της ουρίας κατά περίπου 1014 μια φορά.

Τα ένζυμα είναι ιδιαίτερα ειδικοί καταλύτες. Δείχνουν εξειδίκευση σε σχέση με τον τύπο της χημικής αντίδρασης που καταλύεται και δεν λαμβάνει χώρα ο σχηματισμός παραπροϊόντων. Επιπλέον, έχουν έντονη εξειδίκευση υποστρώματος και, κατά κανόνα, υψηλή στερεοειδικότητα.

1. Τύποι ενζύμων

Ταξινόμηση ενζύμων. Προηγουμένως, κατά την ονομασία των ενζύμων, το όνομα του υποστρώματος λαμβανόταν ως βάση με την προσθήκη του επιθέματος "aza". Έτσι εμφανίστηκαν, ειδικότερα, οι πρωτεϊνάσες, οι λιπάσες και οι υδατάνθρακες. Σύμφωνα με την αρχική αρχή, ονομάστηκαν ένζυμα που καταλύουν οξειδωτικές αντιδράσεις (αφυδρογονάσες). Ορισμένα ένζυμα έχουν λάβει ειδικές ονομασίες - θρυψίνη, πεψίνη, κ.λπ. Επί του παρόντος, έχει υιοθετηθεί μια ταξινόμηση στην οποία τα ένζυμα ομαδοποιούνται σε 6 κατηγορίες ανάλογα με τον τύπο των καταλυόμενων αντιδράσεων:

Οξειδορεδουκτάσες (αντιδράσεις οξειδοαναγωγής).

Τρανσφεράσες (αντιδράσεις μεταφοράς λειτουργικών ομάδων).

Υδρολάσες (αντιδράσεις υδρόλυσης).

Λυάσες (αντιδράσεις διάσπασης ομάδων με μη υδρολυτικά μέσα).

Ισομεράσες (αντιδράσεις ισομερισμού).

Λιγκάσες (αντιδράσεις σύνθεσης λόγω ενέργειας ATP).

Εντός των κατηγοριών, τα ένζυμα ομαδοποιούνται σε υποκατηγορίες και υποκατηγορίες ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των αντιδράσεων που καταλύουν. Σε αυτή τη βάση, συντάχθηκαν η κωδική αρίθμηση (κρυπτογράφηση) των ενζύμων και οι συστηματικές ονομασίες τους. Ο κωδικός ενζύμου αποτελείται από τέσσερις αριθμούς που χωρίζονται με τελείες: ο πρώτος αριθμός υποδεικνύει την κατηγορία του ενζύμου, ο δεύτερος και ο τρίτος αριθμός υποδηλώνουν την υποκατηγορία και την υποκατηγορία, αντίστοιχα, και ο τέταρτος αριθμός είναι ο σειριακός αριθμός του ενζύμου στην υποκατηγορία του. Για παράδειγμα, η όξινη φωσφατάση έχει τον κωδικό 3.1.3.2. αυτό σημαίνει ότι ανήκει στην κατηγορία των υδρολασών (3.1.3.2), στην υποκατηγορία αυτών των ενζύμων που δρουν στους εστερικούς δεσμούς (3.1.3.2), στην υποκατηγορία των ενζύμων που υδρολύουν τους μονοεστέρες του φωσφορικού οξέος (3.1.3.2) και στη σειρά αριθμός του ενζύμου σε αυτήν την υποκατηγορία - 2 (3.1.3.2).

Τα ένζυμα που καταλύουν την ίδια αντίδραση, αλλά απομονώνονται από διαφορετικούς τύπους ζωντανών οργανισμών, διαφέρουν μεταξύ τους. Στην ονοματολογία, έχουν κοινό όνομα και έναν κωδικό αριθμό. Διαφορετικές μορφές του ενός ή του άλλου ενζύμου βρίσκονται συχνά στο ίδιο βιολογικό είδος. Για να ονομάσουμε μια ομάδα ενζύμων που καταλύουν την ίδια αντίδραση και βρίσκονται σε οργανισμούς του ίδιου είδους, συνιστάται ο όρος πολλαπλές μορφές ενζύμων. Για εκείνα τα ένζυμα της ίδιας ομάδας που έχουν γενετικά καθορισμένες διαφορές στην πρωτογενή δομή, χρησιμοποιείται ο όρος «ισοένζυμα».

Οξειδωτικό ?zy - μια ξεχωριστή κατηγορία ενζύμων που καταλύουν τις αντιδράσεις που διέπουν τη βιολογική οξείδωση, που συνοδεύεται από τη μεταφορά ηλεκτρονίων από ένα μόριο (αναγωγικός παράγοντας - δέκτης πρωτονίων ή δότης ηλεκτρονίων) σε άλλο (οξειδωτικός παράγοντας - δότης πρωτονίων ή δέκτης ηλεκτρονίων).

Οι αντιδράσεις που καταλύονται από τις οξειδοαναγωγάσες μοιάζουν γενικά ως εξής:

σι? Α+Β ?

Όπου το Α είναι αναγωγικός παράγοντας (δότης ηλεκτρονίων) και ο Β είναι οξειδωτικός παράγοντας (δέκτης ηλεκτρονίων)

Στους βιοχημικούς μετασχηματισμούς, οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής μερικές φορές φαίνονται πιο περίπλοκες. Εδώ, για παράδειγμα, μια από τις αντιδράσεις της γλυκόλυσης:

n + 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη + NAD +? ΠΑΝΩ Η + Η ++ 1,3-διφωσφογλυκερικό

Εδώ, το NAD δρα ως οξειδωτικός παράγοντας. +και η 3-φωσφορική γλυκεραλδεΰδη είναι ο αναγωγικός παράγοντας.

Τα συστηματικά ονόματα των ενζύμων της κατηγορίας σχηματίζονται σύμφωνα με το σχήμα "δότης: δέκτης + οξειδορεδουκτάση". Ωστόσο, χρησιμοποιούνται ευρέως και άλλα σχήματα ονοματοδοσίας. Όταν είναι δυνατόν, τα ένζυμα ονομάζονται με τη μορφή «δότης + αφυδρογονάση», π.χ. αφυδρογονάση 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης, για τη δεύτερη αντίδραση παραπάνω. Μερικές φορές το όνομα γράφεται ως "δέκτης + αναγωγάση", για παράδειγμα NAD +- αναγωγάση. Στη συγκεκριμένη περίπτωση όταν ο οξειδωτικός παράγοντας είναι οξυγόνο, το όνομα μπορεί να έχει τη μορφή «δότης + οξειδάση».

Σύμφωνα με τη διεθνή ταξινόμηση και ονοματολογία των ενζύμων, οι οξειδορεδουκτάσες ανήκουν στην κατηγορία 1, στην οποία διακρίνονται είκοσι δύο υποκατηγορίες:

Το EC 1.1 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με την ομάδα δοτών CH-OH.

Το EC 1.2 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με την αλδεΰδη ή την οξο ομάδα δοτών.

Το EC 1.3 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με την ομάδα δοτών CH-CH.

Το EC 1.4 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με το CH-NH 2μια ομάδα δωρητών·

Το EC 1.5 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με την ομάδα δοτών CH-NH.

Το EC 1.6 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με το NAD H ή το NADP H.

Το EC 1.7 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με άλλες ενώσεις που περιέχουν άζωτο ως δότες.

Το EC 1.8 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με την ομάδα δοτών που περιέχει θείο.

Το EC 1.9 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με την ομάδα των δοτών της αίμης.

Το EC 1.10 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με διφαινόλες και σχετικές ενώσεις ως δότες.

Το EC 1.11 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με το υπεροξείδιο ως δέκτη (υπεροξειδάση).

Το EC 1.12 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με το υδρογόνο ως δότη.

Το EC 1.13 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με μεμονωμένους δότες με ενσωμάτωση μοριακού οξυγόνου (οξυγενάσες).

Το EC 1.14 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με ζευγαρωμένους δότες με ενσωμάτωση μοριακού οξυγόνου.

Το EC 1.15 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με ρίζες υπεροξειδίου ως δέκτες.

Το EC 1.16 περιλαμβάνει ένζυμα που οξειδώνουν μεταλλικά ιόντα.

Το EC 1.17 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με το CH ή το CH2 ομάδες?

Το EC 1.18 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με πρωτεΐνες σιδήρου-θείου ως δότες.

Το EC 1.19 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με τη μειωμένη φλαβοδοξίνη ως δότη.

Το EC 1.20 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με το φώσφορο ή το αρσενικό ως δότη.

Το EC 1.21 περιλαμβάνει ένζυμα που αλληλεπιδρούν με μόρια τύπου X-H και Y-H για να σχηματίσουν έναν δεσμό X-Y.

Το EC 1.97 περιλαμβάνει άλλες οξειδοαναγωγάσες.

ΜΕΤΑΦΟΡΑ ?zy - μια ξεχωριστή κατηγορία ενζύμων που καταλύουν τη μεταφορά λειτουργικών ομάδων και μοριακών υπολειμμάτων από το ένα μόριο στο άλλο. Ευρέως κατανεμημένα σε φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς, εμπλέκονται στον μετασχηματισμό υδατανθράκων, λιπιδίων, νουκλεϊκών και αμινοξέων.

Οι αντιδράσεις που καταλύονται από τρανσφεράσες μοιάζουν γενικά ως εξής:

X+B; Α+Β-Χ.

Το μόριο Α εδώ ενεργεί ως δότης μιας ομάδας ατόμων (Χ), και το μόριο Β είναι ένας δέκτης ομάδας. Συχνά, ένα από τα συνένζυμα δρα ως δότης σε τέτοιες αντιδράσεις μεταφοράς. Πολλές από τις αντιδράσεις που καταλύονται από τις τρανσφεράσες είναι αναστρέψιμες.

Τα συστηματικά ονόματα των ενζύμων κατηγορίας σχηματίζονται σύμφωνα με το σχήμα:

"δότης:δέκτης + ομάδα + τρανσφεράση".

Ή, χρησιμοποιούνται ελαφρώς πιο γενικές ονομασίες, όταν το όνομα είτε του δότη είτε του δέκτη της ομάδας περιλαμβάνεται στο όνομα του ενζύμου:

«δότης + ομάδα + τρανσφεράση» ή «δέκτης + ομάδα + τρανσφεράση».

Για παράδειγμα, η ασπαρτική αμινοτρανσφεράση καταλύει τη μεταφορά μιας αμινομάδας από ένα μόριο ασπαρτικού οξέος, η κατεχολ-Ο-μεθυλοτρανσφεράση μεταφέρει τη μεθυλική ομάδα της S-αδενοσυλμεθειονίνης στον βενζολικό δακτύλιο διαφόρων κατεχολαμινών και η ακετυλοτρανσφεράση ιστόνης μεταφέρει μια ομάδα ακετυλενίου από το ακετυλικό οξύ στην ιστόνη κατά την ενεργοποίηση της μεταγραφής.

Επιπλέον, τα ένζυμα της 7ης υποομάδας τρανσφερασών που μεταφέρουν ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος χρησιμοποιώντας την ομάδα φωσφορικού ATP ως δότη συχνά ονομάζονται επίσης κινάσες. Οι αμινοτρανσφεράσες (υποομάδα 6) ονομάζονται συχνά τρανσαμινάσες.

Σύμφωνα με τη διεθνή ταξινόμηση και ονοματολογία των ενζύμων, οι τρανσφεράσες ανήκουν στην κατηγορία 2, στην οποία διακρίνονται εννέα υποκατηγορίες:

Το EC 2.1 περιλαμβάνει ένζυμα που μεταφέρουν ομάδες ενός άνθρακα.

EC 2.2 - ένζυμα που φέρουν ομάδες αλδεΰδης και κετόνης.

EC 2.3 - φέροντα ακυλικά υπολείμματα (ακυλοτρανσφεράσες).

EC 2.4 - μεταφορά υπολειμμάτων σακχάρου (γλυκοζυλοτρανσφεράσες).

KF 2.5 - μεταφορικές ομάδες αλκυλίου και αρυλίου με εξαίρεση το υπόλειμμα μεθυλίου.

KF 2.6 - φέρουσες ομάδες ατόμων που περιέχουν άζωτο.

EC 2.7 - μεταφορά υπολειμμάτων που περιέχουν φώσφορο.

EC 2.8 - ομάδες μεταφοράς που περιέχουν θείο.

EC 2.9 - ομάδες μεταφοράς που περιέχουν σελήνιο.

Οι υδρολάσες είναι μια κατηγορία ενζύμων που καταλύουν την υδρόλυση ενός ομοιοπολικού δεσμού. Η γενική μορφή της αντίδρασης που καταλύεται από μια υδρολάση είναι η εξής:

Β+Η2 Ω; Α-ΟΗ + Β-Η

Η συστηματική ονομασία των υδρολασών περιλαμβάνει το όνομα του υποστρώματος που πρόκειται να διασπαστεί ακολουθούμενο από την προσθήκη της υδρολάσης. Ωστόσο, κατά κανόνα, σε μια τετριμμένη ονομασία, η λέξη υδρολάση παραλείπεται και μένει μόνο η κατάληξη «-αζά».

Εστεράση εστερικού δεσμού EC 3.1: νουκλεάση, φωσφοδιεστεράση, λιπάση, φωσφατάση

CF 3.2 σακχαρογλυκοσιδάσες: αμυλάση, υαλουρονιδάση, λυσοζύμη κ.λπ.

CF 3.3 απλή σύνδεση αιθέρα

Πρωτεάση πεπτιδικού δεσμού EC 3.4: θρυψίνη, χυμοθρυψίνη, ελαστάση, θρομβίνη, ρενίνη κ.λπ.

EC 3.5 μη πεπτιδικός δεσμός άνθρακα-αζώτου

CF 3.6 όξινος ανυδρίτης ανυδρίτης υδρολάση (ελικάση, GTPase)

CF 3.7 δεσμός άνθρακα-άνθρακα (C-C)

CF 3.8 δεσμός αλογόνου

EC 3.9 δεσμός αζώτου-φωσφόρου (P-N)

CF 3.10 δεσμός αζώτου-θείου (S-N)

EC 3.11 δεσμός άνθρακα-φωσφόρου (C-P)

Δισουλφιδικός δεσμός EC 3.12 (S-S)

CF 3.13 δεσμός θείου-άνθρακα (C-S)

Η Λία ?zy (συνθάσες) - μια ξεχωριστή κατηγορία ενζύμων που καταλύουν τις αντιδράσεις της μη υδρολυτικής και μη οξειδωτικής ρήξης διαφόρων χημικών δεσμών (C-C, C-O, C-N, C-S και άλλοι) του υποστρώματος, αναστρέψιμες αντιδράσεις σχηματισμού και ρήξης διπλούς δεσμούς, συνοδευόμενους από την εξάλειψη ή την προσθήκη ομάδων ατόμων στη θέση του, καθώς και το σχηματισμό κυκλικών δομών.

Γενικά, τα ονόματα των ενζύμων σχηματίζονται σύμφωνα με το σχήμα "υπόστρωμα + λυάση". Ωστόσο, πιο συχνά το όνομα λαμβάνει υπόψη την υποκατηγορία του ενζύμου. Οι λυάσες διαφέρουν από άλλα ένζυμα στο ότι δύο υποστρώματα εμπλέκονται σε καταλυόμενες αντιδράσεις προς μία κατεύθυνση και μόνο ένα εμπλέκεται στην αντίστροφη αντίδραση. Το όνομα του ενζύμου περιέχει τις λέξεις "αποκαρβοξυλάση" και "αλδολάση" ή "λυάση" (πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση, οξαλική αποκαρβοξυλάση, οξαλοξική αποκαρβοξυλάση, αλδολάση θρεονίνης, αλδολάση φαινυλσερίνης, ισοκιτρική λυάση, αλανινο λυάση, κιτρατελυάση), και λυάση αλανίνης, ΑΤΡ ένζυμα που καταλύουν τις αντιδράσεις της διάσπασης του νερού από το υπόστρωμα - «αφυδρατάση» (ανθρακική αφυδατάση, κιτρική αφυδατάση, αφυδατάση σερίνης κ.λπ.). Σε περιπτώσεις όπου εντοπίζεται μόνο η αντίστροφη αντίδραση ή αυτή η κατεύθυνση στις αντιδράσεις είναι πιο σημαντική, το όνομα των ενζύμων περιέχει τη λέξη "συνθάση" (μηλική συνθάση, 2-ισοπροπυλμηλική συνθάση, κιτρική συνθάση, συνθάση υδροξυμεθυλγλουταρυλ-CoA κ.λπ. ) .

Παραδείγματα: αποκαρβοξυλάση ιστιδίνης, φουμαρική υδρτάση.

Σύμφωνα με τη διεθνή ταξινόμηση και ονοματολογία των ενζύμων, οι λυάσες ανήκουν στην κατηγορία 4, στην οποία διακρίνονται επτά υποκατηγορίες:

Το EC 4.1 περιλαμβάνει ένζυμα που διασπούν δεσμούς άνθρακα-άνθρακα, για παράδειγμα, αποκαρβοξυλάσες (καρβοξυ-λυάσες).

EC 4.2 - ένζυμα που διασπούν δεσμούς άνθρακα-οξυγόνου, για παράδειγμα, αφυδατάση.

EC 4.3 - ένζυμα που διασπούν δεσμούς άνθρακα-αζώτου (αμιδινολυάσες).

EC 4.4 - ένζυμα που διασπούν δεσμούς άνθρακα-θείου.

EC 4.5 - περιλαμβάνει ένζυμα που διασπούν δεσμούς άνθρακα-αλογόνου, για παράδειγμα, DDT-δεϋδροχλωρινάση.

EC 4.6 - ένζυμα που διασπούν δεσμούς φωσφόρου-οξυγόνου, για παράδειγμα, αδενυλική κυκλάση.

EC 4.99 - περιλαμβάνει άλλες λυάσες

Οι ισομεράσες είναι ένζυμα που καταλύουν δομικούς μετασχηματισμούς ισομερών (ρακεμισμός ή επιμερισμός). Οι ισομεράσες καταλύουν αντιδράσεις όπως οι ακόλουθες: Β, όπου το Β είναι ισομερές του Α.

Το όνομα του ενζύμου περιέχει τη λέξη "ρακεμάση" (αλανίνη-ρακεμάση, μεθειονίνη-ρακεμάση, υδροξυπρολίνη-ρακεμάση, γαλακτικό-ρακεμάση, κ.λπ.), "επιμεράση" (αλδόζη-1-επιμεράση, φωσφορική ριβουλόζη-4-επιμεράση, UDP -γλυκουρονικό-4-επιμεράση, κ.λπ.), «ισομεράση» (ισομεράση φωσφορικής ριβόζης, ισομεράση ξυλόζης, ισομεράση φωσφορικής γλυκοζαμίνης, ισομεράση ενόυλ-CoA, κ. .

Οι ισομεράσες έχουν τη δική τους ταξινόμηση, EC 5 και έχουν τις ακόλουθες υποκατηγορίες:

Το EC 5.1 περιλαμβάνει ένζυμα που καταλύουν ρακεμισμό (ρακεμάσες) και επιμερισμό (επιμεράσες)

Το EC 5.2 περιλαμβάνει ένζυμα που καταλύουν τον γεωμετρικό ισομερισμό (cis-trans ισομεράση)

Το EC 5.3 περιλαμβάνει ενδομοριακές οξειδοαναγωγάσες

Το EC 5.4 περιλαμβάνει τρανσφεράσες (μουτάσες)

Το EC 5.5 περιλαμβάνει ενδομοριακές λυάσες

Το EC 5.99 περιλαμβάνει άλλες ισομεράσες, συμπεριλαμβανομένων των τοποϊσομερασών

Λιγκάσες (συνθετάσες). Η κατηγορία των λιγασών περιλαμβάνει ένζυμα που καταλύουν τη σύνθεση οργανικών ουσιών από δύο αρχικά μόρια χρησιμοποιώντας την ενέργεια της διάσπασης του ATP (ή άλλου τριφωσφορικού νουκλεοσιδίου). Η συστηματική τους ονομασία έχει τη μορφή «Χ: Υ λιγάση», όπου τα Χ και Υ δηλώνουν τις αρχικές ουσίες. Ένα παράδειγμα είναι η L-γλουταμινική: λιγάση αμμωνίας (συνιστώμενη συντομογραφία "συνθετάση γλουταμίνης"), με τη συμμετοχή της οποίας η γλουταμίνη συντίθεται από γλουταμινικό οξύ και αμμωνία παρουσία ΑΤΡ.

Οι λιγάσες ταξινομούνται ανάλογα με τον τύπο του δεσμού που καταλύουν: Ο-λιγάσηS-λιγάσηΝ-λιγάσηC-λιγάση

Δομή των ενζύμων

Στη φύση, υπάρχουν τόσο απλά όσο και πολύπλοκα ένζυμα. Τα πρώτα αντιπροσωπεύονται εξ ολοκλήρου από πολυπεπτιδικές αλυσίδες και, κατά την υδρόλυση, αποσυντίθενται αποκλειστικά σε αμινοξέα. Τέτοια ένζυμα (απλές πρωτεΐνες) είναι υδρολυτικά ένζυμα, συγκεκριμένα πεψίνη, θρυψίνη, παπαΐνη, ουρεάση, λυσοζύμη, ριβονουκλεάση, φωσφατάση, κ.λπ. συστατικό (συμπαράγοντας), η παρουσία του οποίου είναι απολύτως απαραίτητη για την καταλυτική δραστηριότητα. Οι συμπαράγοντες μπορεί να έχουν διαφορετική χημική φύση και να διαφέρουν ως προς την αντοχή του δεσμού με την πολυπεπτιδική αλυσίδα. Εάν η σταθερά διάστασης ενός σύνθετου ενζύμου είναι τόσο μικρή ώστε στο διάλυμα όλες οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες συνδέονται με τους συμπαράγοντες τους και δεν διαχωρίζονται κατά την απομόνωση και τον καθαρισμό, τότε ένα τέτοιο ένζυμο ονομάζεται ολοένζυμο (ολοένζυμο) και ο συμπαράγοντας ονομάζεται προσθετικό ομάδα, που θεωρείται ως αναπόσπαστο μέρος του μορίου του ενζύμου. Το πολυπεπτιδικό τμήμα του ενζύμου ονομάζεται αποένζυμο.

Στη βιβλιογραφία εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται άλλες ονομασίες για τα συστατικά των σύνθετων ενζύμων, ιδίως «ένζυμο-πρωτεΐνη», «συστατικό πρωτεΐνης» (αποένζυμο), «συνένζυμο» (συνένζυμο) και «προσθετική ομάδα». Ένα συνένζυμο συχνά κατανοείται ως μια πρόσθετη ομάδα που διαχωρίζεται εύκολα από το αποένζυμο κατά τη διάσταση. Υποτίθεται ότι η προσθετική ομάδα μπορεί να συσχετιστεί με την πρωτεΐνη με ομοιοπολικούς και μη ομοιοπολικούς δεσμούς. Έτσι, στο μόριο ακετυλοκοένζυμου-Α-καρβοξυλάσης, ο συμπαράγοντας βιοτίνης συνδέεται ομοιοπολικά με το αποένζυμο μέσω ενός δεσμού αμιδίου. Από την άλλη πλευρά, οι χημικοί δεσμοί μεταξύ συμπαραγόντων και πεπτιδικών αλυσίδων μπορεί να είναι σχετικά αδύναμοι (π.χ. δεσμοί υδρογόνου, ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις κ.λπ.). Σε τέτοιες περιπτώσεις, κατά την απομόνωση των ενζύμων, παρατηρείται πλήρης διάσπαση και των δύο μερών, και το συστατικό της απομονωμένης πρωτεΐνης στερείται ενζυματικής δραστηριότητας έως ότου προστεθεί ο συμπαράγοντας που λείπει από έξω. Σε τέτοιες απομονωμένες οργανικές ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους ισχύει ο όρος «συνένζυμο», τυπικοί εκπρόσωποι των οποίων είναι οι βιταμίνες Β1, Β2, Β6, ΡΡ που περιέχουν συνένζυμα. Είναι επίσης γνωστό ότι τόσο οι προσθετικές ομάδες όσο και τα συνένζυμα εμπλέκονται ενεργά σε χημικές αντιδράσεις, δρώντας ως ενδιάμεσοι φορείς ηλεκτρονίων, ατόμων υδρογόνου ή διαφόρων λειτουργικών ομάδων (για παράδειγμα, αμίνη, ακετύλιο, καρβοξυλικό). Σε τέτοιες περιπτώσεις, το συνένζυμο θεωρείται ως δεύτερο υπόστρωμα ή συν-υπόστρωμα.

Ο ρόλος του συνενζύμου (Co) ως φορέα, για παράδειγμα, ατόμων υδρογόνου μπορεί να αναπαρασταθεί ως σχήμα, όπου το SH είναι υπόστρωμα, το KoE είναι ένα ολοένζυμο, το Α είναι ένας δέκτης πρωτονίων:

Το υπόστρωμα υφίσταται οξείδωση, δωρίζοντας ηλεκτρόνια και πρωτόνια, και το CoE υφίσταται αναγωγή, δεχόμενο ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Στην επόμενη ημιαντίδραση, το ανηγμένο CoEN μπορεί να δώσει ηλεκτρόνια και πρωτόνια σε κάποιο άλλο ενδιάμεσο φορέα ηλεκτρονίων και πρωτονίων ή στον τελικό δέκτη.

Συνένζυμο, συμπαράγοντας, προσθετική ομάδα - διφορούμενη βιοχημική ορολογία. Η ορολογική διαμάχη είναι ακόμη σε εξέλιξη, καθώς οι ορισμοί του «συνένζυμου», του «συμπαράγοντα» και της «προσθετικής ομάδας» συχνά εξετάζονται μέσα από το πρίσμα του ρόλου τους στις αντιδράσεις της ενζυμικής (ενζυματικής) κατάλυσης. Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη το αδιαμφισβήτητο γεγονός ότι σε πολλές περιπτώσεις τα μη πρωτεϊνικά οργανικά μόρια, όπως τα μεταλλικά ιόντα, είναι απολύτως απαραίτητα για το συστατικό πρωτεΐνης όταν εκτελούν μια ορισμένη βιολογική λειτουργία που δεν σχετίζεται με τη βιοκατάλυση. Αναμφίβολα, ο τύπος και η φύση του δεσμού μεταξύ του μη πρωτεϊνικού συστατικού και του μορίου πρωτεΐνης έχουν επίσης σημασία. Επομένως, είναι προφανές ότι οποιοσδήποτε παράγοντας είναι απολύτως απαραίτητος για να εκπληρώσει η πρωτεΐνη τον καταλυτικό ή οποιονδήποτε άλλο βιολογικό της ρόλο μπορεί να χρησιμεύσει ως συμπαράγοντας. Από την άλλη πλευρά, ένα συνένζυμο μπορεί να είναι οποιοσδήποτε μη πρωτεϊνικός παράγοντας που εμπλέκεται άμεσα στην ενζυματική αντίδραση κατάλυσης. Ένας συμπαράγοντας που δεν εμπλέκεται άμεσα στην πράξη της κατάλυσης δεν είναι συνένζυμο. Ταυτόχρονα, μια προσθετική ομάδα (ένα ομοιοπολικά συνδεδεμένο μη πρωτεϊνικό συστατικό που απαιτείται για μια συγκεκριμένη λειτουργία) μπορεί να ονομαστεί συνένζυμο εάν εμπλέκεται άμεσα στην ενζυματική αντίδραση. Μια προσθετική ομάδα που δεν εμπλέκεται στην πράξη της κατάλυσης, αλλά είναι λειτουργικά απαραίτητη τόσο για το ένζυμο όσο και για τη μη καταλυτική πρωτεΐνη, μπορεί να ονομαστεί συμπαράγοντας. Τέλος, ένας συμπαράγοντας και ένα συνένζυμο που είναι χαλαρά (ή χαλαρά συνδεδεμένα) με ένα ένζυμο ή πρωτεΐνη δεν ταξινομούνται ως προσθετικές ομάδες, ωστόσο.

Πολλά δισθενή μέταλλα (Mg 2+, Мn 2+, ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ 2+) δρουν επίσης ως συμπαράγοντες, αν και δεν είναι ούτε συνένζυμα ούτε προσθετικές ομάδες. Παραδείγματα είναι γνωστά όταν τα μεταλλικά ιόντα συνδέονται στενά με ένα μόριο πρωτεΐνης, που εκτελεί τις λειτουργίες μιας προσθετικής ομάδας. Συγκεκριμένα, το καθαρισμένο ένζυμο που καταλύει την οξείδωση του ασκορβικού οξέος (βιταμίνη C) σε δεοξυασκορβικό οξύ περιέχει 8 άτομα χαλκού ανά μόριο. Όλα αυτά είναι τόσο στενά συνδεδεμένα με το μόριο της πρωτεΐνης που δεν ανταλλάσσονται καν με ρητίνες ανταλλαγής ιόντων και δεν διαχωρίζονται με αιμοκάθαρση. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του παραμαγνητικού συντονισμού ηλεκτρονίων, φάνηκε η συμμετοχή ιόντων χαλκού στην ενδιάμεση μεταφορά ηλεκτρονίων. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι τα ελεύθερα ιόντα χαλκού είναι επίσης προικισμένα με καταλυτική δράση κατά την οξείδωση του ασκορβικού οξέος, ωστόσο, αυτή η δραστηριότητα αυξάνεται πολλές χιλιάδες φορές εάν τα ιόντα χαλκού συνδυάζονται με το αποένζυμο σε ένα ενιαίο σύμπλοκο - το ολοένζυμο.

Έχουν ληφθεί στοιχεία για τη λειτουργία του συμπαράγοντα σε ενζυμικές αντιδράσεις και μια σειρά από άλλες βιολογικά δραστικές ενώσεις που δεν σχετίζονται με βιταμίνες: HS-γλουταθειόνη, ATP, λιποϊκό οξύ, παράγωγα νουκλεοσιδίων (φωσφορική ουριδίνη, φωσφορική κυτιδίνη, φωσφοαδενοσίνη φωσφοσουλφατική). που περιέχουν ουσίες κ.λπ. Αυτό μπορεί επίσης να περιλαμβάνει το tRNA, το οποίο, ως μέρος των ενζύμων συνθετάσες αμινοακυλο-tRNA, συμμετέχει ενεργά στη μεταφορά αμινοξέων στο ριβόσωμα, όπου πραγματοποιείται η πρωτεϊνοσύνθεση.

Πρέπει να σημειωθεί ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των ενζύμων δύο συστατικών: ούτε ο συμπαράγοντας ξεχωριστά (συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων συνενζύμων) ούτε το ίδιο το αποένζυμο είναι προικισμένοι με καταλυτική δράση και μόνο ο συνδυασμός τους σε ένα σύνολο, το οποίο δεν προχωρά τυχαία, αλλά σύμφωνα με πρόγραμμα της δομικής τους οργάνωσης, παρέχει ταχεία πορεία μιας χημικής αντίδρασης.

Ενεργή θέση ενζύμων.

Κατά τη μελέτη του μηχανισμού μιας χημικής αντίδρασης που καταλύεται από ένζυμα, ο ερευνητής ενδιαφέρεται πάντα όχι μόνο για τον προσδιορισμό των ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων και την αποσαφήνιση των επιμέρους σταδίων της αντίδρασης, αλλά και για τη φύση εκείνων των λειτουργικών ομάδων στο μόριο του ενζύμου που εξασφαλίζουν την ειδικότητα της δράσης του ενζύμου σε ένα δεδομένο υπόστρωμα (υποστρώματα) και την υψηλή καταλυτική δράση. Μιλάμε, επομένως, για την ακριβή γνώση της γεωμετρίας και της τριτογενούς δομής του ενζύμου, καθώς και για τη χημική φύση αυτού του τμήματος (των) του μορίου του ενζύμου, που παρέχει υψηλό ρυθμό της καταλυτικής αντίδρασης. Τα μόρια υποστρώματος που εμπλέκονται σε ενζυματικές αντιδράσεις είναι συχνά μικρά σε σύγκριση με τα μόρια ενζύμου· επομένως, προτάθηκε ότι κατά τον σχηματισμό συμπλεγμάτων ενζύμου-υποστρώματος, ένα περιορισμένο μέρος των αμινοξέων της πεπτιδικής αλυσίδας προφανώς έρχεται σε άμεση επαφή με το μόριο του υποστρώματος. Ως εκ τούτου, προέκυψε η ιδέα του ενεργού κέντρου του ενζύμου. Ένα ενεργό κέντρο είναι ένας μοναδικός συνδυασμός υπολειμμάτων αμινοξέων σε ένα μόριο ενζύμου που εξασφαλίζει την άμεση δέσμευσή του σε ένα μόριο υποστρώματος και την άμεση συμμετοχή στην πράξη της κατάλυσης. Έχει διαπιστωθεί ότι σε σύνθετα ένζυμα, στη σύνθεση του ενεργού κέντρου περιλαμβάνονται και προσθετικές ομάδες.

Στο ενεργό κέντρο, το λεγόμενο καταλυτικό κέντρο, το οποίο εισέρχεται απευθείας σε χημική αλληλεπίδραση με το υπόστρωμα, και το κέντρο δέσμευσης, ή θέση επαφής («άγκυρα»), που παρέχει ειδική συγγένεια για το υπόστρωμα και το σχηματισμό του συμπλόκου του με το ένζυμο, διακρίνονται υπό όρους. Με τη σειρά του, το μόριο του υποστρώματος περιέχει επίσης λειτουργικά διαφορετικές θέσεις: για παράδειγμα, υποστρώματα εστεράσης ή πρωτεϊνασών - ένας συγκεκριμένος δεσμός (ή ομάδα ατόμων) που προσβάλλεται από το ένζυμο και μία ή περισσότερες θέσεις που συνδέονται επιλεκτικά από το ένζυμο.

Ελήφθησαν πειραματικά στοιχεία για την παρουσία δύο υπολειμμάτων ιστιδίνης και ενός υπολείμματος σερίνης στην ενεργό θέση της χυμοθρυψίνης, τα οποία αναπαριστώνται σχηματικά σε ένα τρισδιάστατο δομικό μοντέλο του προδρόμου αυτού του ενζύμου. Η αποκάλυψη της χημικής φύσης και της πιθανής τοπογραφίας των ομάδων ενεργών τοποθεσιών είναι ένα πρόβλημα υψίστης σημασίας. Έχει να κάνει με τον προσδιορισμό της φύσης των αμινοξέων, της αλληλουχίας και της θέσης τους στο ενεργό κέντρο. Για την αναγνώριση των λεγόμενων βασικών υπολειμμάτων αμινοξέων, χρησιμοποιούνται ειδικοί αναστολείς ενζύμων (συχνά πρόκειται για ουσίες που μοιάζουν με υπόστρωμα ή ανάλογα συνενζύμων), μέθοδοι «μαλακής» (περιορισμένης) υδρόλυσης σε συνδυασμό με χημική τροποποίηση, συμπεριλαμβανομένης της επιλεκτικής οξείδωσης, της δέσμευσης , υποκατάσταση υπολειμμάτων αμινοξέων κ.λπ.

Χρησιμοποιώντας μεθόδους ανάλυσης αναστολέων, έγιναν προσπάθειες να καθοριστούν κανονικότητες στη σύνθεση και τη δομή των ενεργών θέσεων σε ένζυμα που ανήκουν σε διαφορετικές ομάδες. Συγκεκριμένα, όταν χρησιμοποιείται διισοπροπυλοφθοροφωσφορικό (DFF), το οποίο ανήκει στα λεγόμενα νευρικά δηλητήρια, υπάρχει πλήρης διακοπή λειτουργίας του ενεργού κέντρου της χολινεστεράσης, ενός ενζύμου που καταλύει την υδρόλυση της ακετυλοχολίνης σε χολίνη και οξικό οξύ. Αποδείχθηκε ότι αυτός ο αναστολέας έχει στενή δομική ομοιότητα με την ακετυλοχολίνη και ομοίως αλληλεπιδρά με την ομάδα ΟΗ του υπολείμματος σερίνης στη δραστική θέση. Προκαλώντας φωσφορυλίωση της σερίνης στο ενεργό κέντρο πολλών άλλων ενζύμων, το DPP απενεργοποιεί επίσης τη δράση τους:

Αποδείχθηκε ότι το DPP φωσφορυλιώνει εκλεκτικά μόνο ένα υπόλειμμα σερίνης προικισμένο με λειτουργική δράση σε κάθε ένζυμο που είναι ευαίσθητο σε αυτό. Λαμβάνοντας υπόψη αυτόν τον μηχανισμό δράσης της DPP, έχουν γίνει προσπάθειες να προσδιοριστεί η φύση των αμινοξέων στο περιβάλλον του «καταλυτικού» υπολείμματος σερίνης σε έναν αριθμό ενζύμων.

Εκτός από το ενεργό κέντρο, ένα αλλοστερικό κέντρο (ή κέντρα) μπορεί επίσης να υπάρχει στο μόριο του ενζύμου (από το ελληνικό allos - άλλο, διαφορετικό και steros - χωρικό, δομικό), το οποίο είναι ένα τμήμα του μορίου του ενζύμου που δεσμεύει ορισμένα , συνήθως χαμηλού μοριακού βάρους, ουσίες (ενεργητές ή τροποποιητές), των οποίων τα μόρια διαφέρουν στη δομή από τα υποστρώματα. Η προσάρτηση ενός τελεστή σε ένα αλλοστερικό κέντρο αλλάζει την τριτοταγή και συχνά επίσης την τεταρτοταγή δομή του μορίου του ενζύμου και, κατά συνέπεια, τη διαμόρφωση της ενεργού θέσης, προκαλώντας μείωση ή αύξηση της ενζυμικής δραστηριότητας. Τα ένζυμα, η δραστηριότητα του καταλυτικού κέντρου των οποίων υφίσταται αλλαγή υπό την επίδραση αλλοστερικών τελεστών που συνδέονται με το αλλοστερικό κέντρο, ονομάζονται αλλοστερικά ένζυμα.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα ορισμένων αλλοστερικών ενζύμων είναι η παρουσία στο μόριο του ολιγομερούς ενζύμου πολλών ενεργών κέντρων και αρκετών αλλοστερικών ρυθμιστικών κέντρων που απέχουν χωρικά το ένα από το άλλο. Σε ένα αλλοστερικό ένζυμο, καθένα από τα δύο συμμετρικά κατασκευασμένα πρωτομερή περιέχει μια ενεργή θέση που δεσμεύει το υπόστρωμα S και μια αλλοστερική θέση που δεσμεύει τον τελεστή Μ2, δηλ. 2 κέντρα σε ένα μόριο ενζύμου. Έχουν ληφθεί στοιχεία ότι για το υπόστρωμα, τα αλλοστερικά ένζυμα, εκτός από το ενεργό κέντρο, περιέχουν επίσης τα λεγόμενα κέντρα δράσης. κατά τη δέσμευση στη θέση τελεστή, το υπόστρωμα δεν υφίσταται καταλυτική μετατροπή, αλλά επηρεάζει την καταλυτική απόδοση της ενεργού θέσης. Τέτοιες αλληλεπιδράσεις μεταξύ κέντρων που δεσμεύουν συνδετήρες του ίδιου τύπου ονομάζονται ομοτροπικές αλληλεπιδράσεις και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ κέντρων που δεσμεύουν συνδέτες διαφορετικών τύπων ονομάζονται ετερότροπες αλληλεπιδράσεις.

Έτσι, στην ενζυματική κατάλυση, όπως και στην αντίδραση δέσμευσης υποστρώματος, δεν εμπλέκεται ένα περιορισμένο και μικρό μέρος του ενζύμου, όπως υποτίθεται προηγουμένως, αλλά ένα πολύ μεγαλύτερο μέρος του μορίου πρωτεΐνης-ενζύμου. Αυτές οι συνθήκες, πιθανότατα, μπορούν να εξηγήσουν το μεγάλο μέγεθος και όγκο της τρισδιάστατης δομής του μορίου του ενζύμου. οι ίδιες περιστάσεις θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη σε προγράμματα για τη δημιουργία τεχνητών χαμηλών μοριακών αναλόγων ενζύμων (σύνζυμων) που έχουν ιδιότητες φυσικών ενζύμων.

Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων

ενζυμική τρανσαμίνωση βιολογικής κατάλυσης

Η ανακάλυψη της χωρικής δομής ενός αριθμού ενζύμων με ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ παρείχε μια αξιόπιστη βάση για την κατασκευή ορθολογικών σχημάτων του μηχανισμού δράσης τους.

Η καθιέρωση του μηχανισμού δράσης του ενζύμου είναι καίριας σημασίας για την αποκάλυψη δομικών και λειτουργικών σχέσεων σε μια ποικιλία βιολογικά ενεργών συστημάτων.

Η λυσοζύμη βρίσκεται σε διάφορους ιστούς ζώων και φυτών, βρίσκεται, ειδικότερα, στο δακρυϊκό υγρό και στο ασπράδι του αυγού. Η λυσοζύμη λειτουργεί ως αντιβακτηριακός παράγοντας καταλύοντας την υδρόλυση των κυτταρικών τοιχωμάτων ενός αριθμού βακτηρίων. Αυτός ο πολυσακχαρίτης σχηματίζεται από εναλλασσόμενα κατάλοιπα Ν-ακετυλομουρανοϊκού οξέος (NAM) συνδεδεμένα ?-1,4-γλυκοσιδικός δεσμός (αλυσίδες πολυσακχαριτών διασταυρώνονται με μικρά πεπτιδικά θραύσματα).

Ο βακτηριακός πολυσακχαρίτης είναι μια πολύ σύνθετη αδιάλυτη ένωση· επομένως, καλά υδρολυόμενοι ολιγοσακχαρίτες που σχηματίζονται από υπολείμματα NAG χρησιμοποιούνται συχνά ως υποστρώματα λυσοζύμης.

Η λυσοζύμη πρωτεΐνης αυγού κοτόπουλου σχηματίζεται από μια μοναδική πολυπεπτιδική αλυσίδα που περιέχει 129 υπολείμματα αμινοξέων. το μοριακό του βάρος είναι 14.600. Η υψηλή σταθερότητα του ενζύμου εξασφαλίζεται από την παρουσία τεσσάρων δισουλφιδικών γεφυρών.

Πληροφορίες για το ενεργό κέντρο και τον τύπο της καταλυτικής διεργασίας ελήφθησαν από τον D. Philips το 1965. με βάση τις μελέτες περίθλασης ακτίνων Χ της λυσοζύμης και των συμπλοκών της με αναστολείς. Το μόριο της λυσοζύμης έχει σχήμα ελλειψοειδούς με άξονες 4,5*3*3 nm. ανάμεσα στα δύο μισά του μορίου υπάρχει ένα «κενό» στο οποίο συμβαίνει η δέσμευση των ολιγοσακχαριτών. Τα τοιχώματα του διακένου σχηματίζονται κυρίως από τις πλευρικές αλυσίδες μη πολικών αμινοξέων, που εξασφαλίζουν τη δέσμευση των μη πολικών μορίων του υποστρώματος και περιλαμβάνουν επίσης τις πλευρικές αλυσίδες πολικών αμινοξέων, οι οποίες είναι ικανές να σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με τις ακυλαμινο και υδροξυλομάδες του υποστρώματος. Το μέγεθος του διακένου επιτρέπει την υποδοχή ενός μορίου ολιγοσακχαρίτη που περιέχει 6 υπολείμματα μονοσακχαρίτη. Χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ, καθορίστε τη φύση της δέσμευσης του υποστρώματος, για παράδειγμα, εξασακχαρίτη NAG 6, αποτυγχάνει. Ταυτόχρονα, σύμπλοκα του ενζύμου με τον τρισακχαρίτη αναστολέα NAG 3σταθερό και καλά μελετημένο. ΑΛΟΓΑΚΙ 3συνδέεται σε ένα κενό στην επιφάνεια του ενζύμου, σχηματίζοντας δεσμούς υδρογόνου και επαφές van der Waals. Ταυτόχρονα, καλύπτει μόνο το μισό κενό, στο οποίο μπορούν να δεσμευτούν τρία ακόμη υπολείμματα μονοσακχαριτών. Το μη αναγωγικό άκρο (σάκχαρο Α) βρίσκεται στην αρχή του διακένου και το αναγωγικό άκρο (σάκχαρο C) βρίσκεται στο κεντρικό του τμήμα. Τα υπολείμματα σακχάρου Α, Β και Γ έχουν σχήμα καρέκλας. Η κατασκευή ενός μοντέλου του συμπλέγματος ενζύμου-υποστρώματος βασίστηκε στην υπόθεση ότι κατά τη δέσμευση του υποστρώματος NAG 6πραγματοποιούνται οι ίδιες αλληλεπιδράσεις όπως και στο δέσιμο του NAG 3. Στο ενζυμικό μοντέλο, τρία υπολείμματα σακχάρου (που αναφέρονται ως υπολείμματα D, E και F) τοποθετήθηκαν μέσα στο διάκενο. Κάθε επόμενο σάκχαρο προσκολλήθηκε με τέτοιο τρόπο ώστε η σύστασή του να ήταν ίδια (όσο ήταν δυνατόν) με εκείνη των τριών πρώτων σακχάρων. Ως μέρος του συμπλέγματος μοντέλων, όλα τα υπολείμματα ζάχαρης εφαρμόζουν αποτελεσματικές μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις με πλευρικές και πεπτιδικές ομάδες υπολειμμάτων αμινοξέων που σχηματίζουν ένα κενό.

Κατά τον εντοπισμό καταλυτικών ομάδων, ήταν φυσικό να εστιάσουμε σε εκείνες που βρίσκονται στο σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος κοντά στον διασπάσιμο γλυκοσιδικό δεσμό και μπορούν να χρησιμεύσουν ως δότες ή δέκτες πρωτονίων. Αποδείχτηκε ότι στη μία πλευρά του διαχωρισμένου δεσμού, σε απόσταση; 0,3 nm (από το οξυγόνο του γλυκοσιδικού δεσμού), βρίσκεται η καρβοξυλική ομάδα του Glu-35 και από την άλλη (στην ίδια απόσταση) η καρβοξυλική ομάδα του Asp-52, το περιβάλλον τους είναι πολύ διαφορετικό. Το Glu-35 περιβάλλεται από υδρόφοβα υπολείμματα. μπορεί να υποτεθεί ότι στο βέλτιστο pH του ενζύμου, αυτή η ομάδα βρίσκεται σε μη ιονισμένη κατάσταση. Το περιβάλλον του Asp-52 είναι έντονο πολικό. Η καρβοξυλική του ομάδα συμμετέχει ως δέκτης υδρογόνου σε ένα πολύπλοκο δίκτυο δεσμών υδρογόνου και πιθανότατα λειτουργεί σε ιονισμένη κατάσταση.

Το ακόλουθο σχήμα της καταλυτικής διεργασίας κατά την υδρόλυση του ολιγοσακχαρίτη έχει προταθεί. Η μη ιονισμένη καρβοξυλική ομάδα του Glu-35 δρα ως δότης πρωτονίων, παρέχοντάς το στο γλυκοσιδικό άτομο οξυγόνου μεταξύ του ατόμου C (1)σάκχαρο D και άτομο C ( 4)σάκχαρο Ε (γενικό στάδιο όξινης κατάλυσης). αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διάσπαση του γλυκοσιδικού δεσμού. Ως αποτέλεσμα, το υπόλειμμα σακχάρου D περνά στην κατάσταση ενός καρβοκατιόντος με θετικά φορτισμένο άτομο άνθρακα C (1)και αναλαμβάνει τη διαμόρφωση μισής καρέκλας. Το αρνητικό φορτίο της καρβοξυλικής ομάδας Asp-52 σταθεροποιεί το καρβοκατιόν. Υπόλοιπο NAG 2(σάκχαρο E+F) διαχέεται από την περιοχή της ενεργού θέσης. Στη συνέχεια, ένα μόριο νερού εισέρχεται στην αντίδραση. Το πρωτόνιό του πηγαίνει στο Glu-35 και το OH --ομάδα σε άτομο C (1)υπόλειμμα D (βασικό στάδιο κατάλυσης). Υπόλοιπο NAG 4(σάκχαρο A + B + C + D) φεύγει από την περιοχή του ενεργού κέντρου και το ένζυμο επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση.

Η ριβονουκλεάση (RNase) του παγκρέατος των βοοειδών υδρολύει τους ενδονουκλεοτιδικούς δεσμούς στο RNA κοντά σε μονάδες πυρυμυλίνης, οι οποίες παραμένουν εστεροποιημένες στο 3 - θέση. Το ένζυμο, μαζί με άλλες νουκλεάσες, χρησιμοποιείται ευρέως στην ανάλυση της δομής του RNA.

Η RNase σχηματίζεται από μία πολυπεπτιδική αλυσίδα που περιέχει 124 υπολείμματα αμινοξέων και το μοριακό της βάρος είναι 13.680. Υπάρχουν τέσσερις δισουλφιδικοί δεσμοί στο μόριο. Η RNase είναι το πρώτο ένζυμο για το οποίο έχει καθιερωθεί μια πρωτογενής δομή.

Με βάση τα αποτελέσματα της μελέτης της επανασύνθεσης της ριβονουκλεάσης, ο K. Afinsen διατύπωσε για πρώτη φορά ξεκάθαρα την ιδέα ότι η χωρική δομή μιας πρωτεΐνης καθορίζεται από την πρωτογενή δομή της.

Το 1958, ο F. Richards έδειξε ότι, υπό ορισμένες συνθήκες, η σουμπτιλισίνη διασπά τον πεπτιδικό δεσμό Ala-20 - Ser-21 σε RNase. Τα προκύπτοντα θραύσματα ονομάστηκαν S-πεπτίδιο (υπολείμματα 1-20) και S-πρωτεΐνη (υπολείμματα 21-124). Λόγω των μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων, τα θραύσματα σχηματίζουν ένα σύμπλοκο που ονομάζεται RNase S. Αυτό το σύμπλοκο έχει σχεδόν την πλήρη καταλυτική δράση του φυσικού ενζύμου. σε απομονωμένη μορφή, το S-πεπτίδιο και η S-πρωτεΐνη είναι ανενεργά. Περαιτέρω, βρέθηκε ότι ένα συνθετικό πεπτίδιο πανομοιότυπο σε αλληλουχία με το θραύσμα S-πεπτιδίου που περιέχει υπολείμματα 1 έως 13 αποκαθιστά τη δραστικότητα της S-πρωτεΐνης, αλλά ένα βραχύτερο πεπτίδιο που περιέχει υπολείμματα 1 έως 11 δεν έχει αυτή την ικανότητα. Τα δεδομένα που ελήφθησαν μας επέτρεψαν να συμπεράνουμε ότι τα αντίστοιχα υπολείμματα His-12 ή Met-13 (ή και τα δύο από αυτά τα υπολείμματα) περιλαμβάνονται στην ενεργή θέση του ενζύμου.

Κατά τη μελέτη της επίδρασης του pH στη δραστηριότητα της RNase, αποσαφηνίστηκε ο σημαντικός ρόλος των λειτουργικών ομάδων πρωτεΐνης με pK 5,2 και 6,8. Αυτό υποδηλώνει τη συμμετοχή των υπολειμμάτων ιστιδίνης στην καταλυτική διαδικασία.

Κατά την καρβοξυλίωση της RNase με ιωδοοξικό σε ρΗ 5,5, δηλ. υπό συνθήκες υπό τις οποίες συμβαίνει κυρίως η τροποποίηση των υπολειμμάτων ιστιδίνης, παρατηρήθηκε πλήρης απώλεια δραστικότητας. το τροποποιημένο ένζυμο περιέχει 1 mol καρβοξυμεθυλικών ομάδων ανά 1 mol πρωτεΐνης. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται δύο μορφές μονοκαρβοξυμεθυλενίου του ενζύμου. Σε μια μορφή, το His-12 είναι καρβοξυμεθυλιωμένο, και στην άλλη, το His-119. Το His-119 τροποποιήθηκε κυρίως.

Αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι τα His-12 και His-119 βρίσκονται στην ενεργή τοποθεσία και ότι η τροποποίηση ενός από αυτά αποτρέπει την τροποποίηση του άλλου.

Ως αποτέλεσμα μελετών περίθλασης ακτίνων Χ, αποσαφηνίστηκε η χωρική δομή της RNase S και του συμπλέγματος της RNase S με αναστολείς. Το μόριο έχει σχήμα νεφρού, το ενεργό κέντρο εντοπίζεται στην κοιλότητα όπου βρίσκονται τα υπολείμματα των His-12, His-119 και Lys-41.

Η υδρόλυση λαμβάνει χώρα ως αποτέλεσμα της συζευγμένης δράσης των υπολειμμάτων His-12 και His-119, τα οποία πραγματοποιούν κατάλυση οξέος-βάσης. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τα στάδια της καταλυτικής διαδικασίας:

1.Το υπόστρωμα βρίσκεται στην ενεργή θέση. Τα His-12, His-119 και Lys-41 βρίσκονται κοντά στο αρνητικά φορτισμένο φωσφορικό άλας.

2.Ως αποτέλεσμα της δράσης του His-12 ως βάσης αποδοχής πρωτονίων από το 2 -Ομάδες ΟΗ ριβόζης και His-119 ως οξύ που δίνει ένα πρωτόνιο στο άτομο οξυγόνου του φωσφορικού, σχηματίζεται πρώτα ένα ενδιάμεσο σύμπλοκο και μετά 2 ,3-κυκλικό φωσφορικό.

.Στη θέση του προϊόντος που έχει αποχωρήσει, εισέρχεται νερό, δίνοντας το πρωτόνιο His-119 και το OH -- φωσφορικό, την ίδια στιγμή το πρωτόνιο από το His-12 περνά στο άτομο οξυγόνου της ριβόζης, σχηματίζεται το δεύτερο προϊόν και το ένζυμο επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση.

Η χυμοθρυψίνη εκκρίνεται με τη μορφή ενός προενζύμου - χυμοθρυψινογόνου από το πάγκρεας των σπονδυλωτών. Η ενεργοποίηση του προενζύμου συμβαίνει στο δωδεκαδάκτυλο υπό τη δράση της θρυψίνης. Η φυσιολογική λειτουργία της χυμοθρυψίνης είναι η υδρόλυση πρωτεϊνών και πολυπεπτιδίων. Η χυμοθρυψίνη επιτίθεται κυρίως στους πεπτιδικούς δεσμούς που σχηματίζονται από καρβοξυλικά υπολείμματα τυροσίνης, τρυπτοφάνης, κενυλαλανίνης και μεθειονανίνης. Επίσης, υδρολύει αποτελεσματικά τους εστέρες των αντίστοιχων αμινοξέων. Το μοριακό βάρος της χυμοθρυψίνης είναι 25.000, το μόριο περιέχει 241 υπολείμματα αμινοξέων. Η χυμοθρυψίνη σχηματίζεται από τρεις πολυπεπτιδικές αλυσίδες που συνδέονται με δισουλφιδικές γέφυρες.

Οι λειτουργικές ομάδες της ενεργού θέσης της χυμοθρυψίνης έχουν ταυτοποιηθεί χρησιμοποιώντας μη αναστρέψιμους αναστολείς. Το υπόλειμμα Ser-195 τροποποιήθηκε με φθοροφωσφορικό διισοπροπυλεστέρα και φαινυλμεθυλοσουλφοφθορίδιο, και το υπόλειμμα His-122 τροποποιήθηκε με Ν-τοσυλ-L-φαινυλαλανινο-χλωρομεθυλκετόνη. Η διεργασία δύο σταδίων της υδρόλυσης της χυμοθρυψίνης ανακαλύφθηκε στη μελέτη της κινητικής της υδρόλυσης του οξικού π-νιτροφαινυλεστέρα.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της υπό εξέταση διαδικασίας είναι ο σχηματισμός ενός ομοιοπολικού ενδιάμεσου, ενός ενζύμου ακυλίου. Η ακυλιωμένη καταλυτική ομάδα ταυτοποιήθηκε ως το υπόλειμμα Ser-195. Ο μηχανισμός της κατάλυσης που πραγματοποιείται από το ένζυμο προτάθηκε ακόμη και πριν από την καθιέρωση της χωρικής δομής της πρωτεΐνης, αλλά αργότερα βελτιώθηκε. Ειδικότερα, η έρευνα με 18H 2Το Ο κατέστησε δυνατή την απόδειξη του σχηματισμού ενός ενζύμου ακυλίου κατά την υδρόλυση των πεπτιδίων.

Μια τρισδιάστατη δομή με ανάλυση 0,2 nm δημιουργήθηκε με ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ του D. Blow. το 1976 Το μόριο έχει σχήμα ελλειψοειδούς με άξονες 5,4*4*4 nm. Τα αποτελέσματα των κρυσταλλογραφικών μελετών επιβεβαίωσαν την υπόθεση ότι τα υπολείμματα Ser-195 και His-57 είναι κοντά. Η υδροξυλομάδα του Ser-195 βρίσκεται σε απόσταση ~0,3 nm ορθίως του ατόμου αζώτου του δακτυλίου ιμιδαζόλης His-57. Το πιο ενδιαφέρον γεγονός ήταν ότι το άτομο αζώτου στη θέση 1 του δακτυλίου βρίσκεται σε απόσταση ~0,28 nm από το άτομο οξυγόνου της καρβοξυλικής ομάδας της πλευρικής αλυσίδας Asp-102 και καταλαμβάνει μια θέση ευνοϊκή για το σχηματισμό υδρογόνου. δεσμός.

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι χημικές μελέτες δεν μπόρεσαν να αποκαλύψουν τη συμμετοχή του Asp-102 στη λειτουργία του ενεργού κέντρου, καθώς αυτό το υπόλειμμα είναι ενσωματωμένο βαθιά στο μόριο.

Επί του παρόντος πιστεύεται ότι τα τρία υπολείμματα Asp-102, His-57 και Ser-195 σχηματίζουν ένα σύστημα μεταφοράς φορτίου που παίζει κρίσιμο ρόλο στη διαδικασία κατάλυσης. Η λειτουργία του συστήματος διασφαλίζει την αποτελεσματική συμμετοχή του His-57 στην κατάλυση ως οξεοβασικός καταλύτης και αυξάνει την αντιδραστικότητα του Ser-195 στον καρβοξυλικό άνθρακα του προσβεβλημένου δεσμού.

Το βασικό στοιχείο της κατάλυσης είναι η μεταφορά πρωτονίων από το Ser-195 στο His-57. Ταυτόχρονα, το άτομο οξυγόνου της σερίνης προσβάλλει το άτομο άνθρακα καρβονυλίου του υποστρώματος με το σχηματισμό πρώτα μιας ενδιάμεσης τετραεδρικής ένωσης (1) και στη συνέχεια ενός ενζύμου ακυλίου (2). Το επόμενο βήμα είναι η αποακυλίωση. Το μόριο του νερού εισέρχεται στο σύστημα μεταφοράς φορτίου και το ιόν ΟΗ -επιτίθεται ταυτόχρονα στο άτομο άνθρακα καρβονυλίου της ακυλικής ομάδας του ενζύμου ακυλίου. Όπως και στο στάδιο ακυλίωσης, σχηματίζεται μια ενδιάμεση τετραεδρική ένωση (4). Το His-57 στη συνέχεια δωρίζει ένα πρωτόνιο στο άτομο οξυγόνου του Ser-195, απελευθερώνοντας το ακυλικό προϊόν. διαχέεται στο διάλυμα και το ένζυμο επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση.

Η καρβοξυπεπτιδάση Α εκκρίνεται ως προένζυμο από το πάγκρεας των σπονδυλωτών. Ο σχηματισμός του ενεργού ενζύμου συμβαίνει στο λεπτό έντερο με τη συμμετοχή της χυμοθρυψίνης. Το ένζυμο αποκόπτει διαδοχικά υπολείμματα C-τερματικού αμινοξέος από την πεπτιδική αλυσίδα, δηλ. είναι μια εξωπεπτιδάση.

Η καρβοξυπεπτιδάση Α σχηματίζεται από μια μοναδική πολυπεπτιδική αλυσίδα που περιέχει 307 υπολείμματα αμινοξέων. το μοριακό βάρος είναι 34 470. Η αλληλουχία αμινοξέων της πρωτεΐνης καθιερώθηκε το 1969 από τον R. Bredshaw.

Η αποσαφήνιση του μηχανισμού δράσης του ενζύμου ήταν δυνατή μόνο μετά από μελέτες περίθλασης ακτίνων Χ. Η χωρική δομή του ενζύμου και του συμπλόκου του με το διπεπτίδιο Gly-Tyr (μοντέλο υποστρώματος) καθιερώθηκε από τον W. Lipscomb. Το μόριο του ενζύμου έχει σχήμα ελλειψοειδούς με άξονες 5,0*4,2*3,8 nm. το ενεργό κέντρο βρίσκεται σε μια κοιλότητα που περνά σε έναν βαθύ μη πολικό θύλακα. Ένα ιόν ψευδαργύρου εντοπίζεται στην ενεργό κεντρική ζώνη (οι συνδέτες του είναι οι πλευρικές αλυσίδες των υπολειμμάτων Glu-72, His196, His-69 και ένα μόριο νερού), καθώς και λειτουργικές ομάδες που εμπλέκονται στη σύνδεση και την κατάλυση του υποστρώματος - Arg-145, Glu-270 και Tyr-248.

Μια συγκριτική ανάλυση των δομών του ενζύμου και του συμπλόκου του με το Gly-Tyr έδωσε σημαντικές πληροφορίες για τη δομή του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος. Συγκεκριμένα, βρέθηκε ότι κατά τον σχηματισμό του συμπλόκου, η υδροξυλομάδα του Tyr-248 κινείται 1,2 nm σε σχέση με τη θέση της στο ελεύθερο ένζυμο (δηλαδή περίπου το 1/3 της διαμέτρου του μορίου).

Σύμφωνα με το σχήμα της καταλυτικής διαδικασίας, η καρβοξυλική ομάδα του Glu-270 ενεργοποιεί ένα μόριο νερού που βρίσκεται στη σφαίρα αντίδρασης, τραβώντας ένα πρωτόνιο από αυτό. το προκύπτον ιόν ΟΗ- πραγματοποιεί μια πυρηνόφιλη επίθεση στον άνθρακα καρβονυλίου του διασπάσιμου δεσμού. Ταυτόχρονα, η υδροξυλομάδα του Tyr-248, που βρίσκεται κοντά στο άτομο αζώτου του διασπάσιμου πεπτιδικού δεσμού, της δίνει ένα πρωτόνιο. Ως αποτέλεσμα, ο προσβεβλημένος πεπτιδικός δεσμός διασπάται και τα προκύπτοντα προϊόντα εγκαταλείπουν τη ζώνη της ενεργού θέσης. Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει τη γενική βασική κατάλυση.

Η ασπαρτική αμινοτρανσφεράση καταλύει την αναστρέψιμη αντίδραση τρανσαμίνωσης.

Η αντίδραση ενζυματικής τρανσαμίνωσης ανακαλύφθηκε από τον Α.Ε. Braunstein και M.G. Kritzman το 1937 στη μελέτη ενός ενζυμικού παρασκευάσματος από το μυ ενός περιστεριού. Σε μεταγενέστερες μελέτες, αποδείχθηκε ότι οι αντιδράσεις τρανσαμίνωσης είναι ευρέως διαδεδομένες στην άγρια ​​ζωή και παίζουν σημαντικό ρόλο στη σύζευξη του αζώτου και του μεταβολισμού της ενέργειας.

Το 1945, διαπιστώθηκε ότι η πυριδοξάλη-5 Το -φωσφορικό (PLF) είναι ένα συνένζυμο των αμινοτρανσφερασών. Το μόριο AAT είναι ένα διμερές που σχηματίζεται από πανομοιότυπες υπομονάδες. Στον καρδιακό μυ των σπονδυλωτών που μελετήθηκαν, υπάρχουν δύο ισοένζυμα - οι κυτταροπλασματικές (cAAT0) και οι μιτοχονδριακές (mAAT) αμινοτρανσφεράσες.

Η κύρια δομή του cAAT από τον καρδιακό μυ ιδρύθηκε το 1972. Yu.A. Ovchinnikov και A.E. Brainstein. Η πολυπεπτιδική αλυσίδα μιας πρωτεΐνης περιέχει 412 υπολείμματα αμινοξέων. μοριακό βάρος είναι 46.000.

Η γενική θεωρία της κατάλυσης της πυριδοξάλης αναπτύχθηκε από τον A.E. Braunstein και M.M. Shemyakin το 1952-1953, και λίγο αργότερα - D.E. Metzler και E.E. Χορδή αγκίστρου. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η καταλυτική δράση των ενζύμων πυριδοξάλης οφείλεται στην ικανότητα της ομάδας αλδεΰδης της φωσφορικής πυριδοξάλης να σχηματίζει αλδιμίνες (βάσεις Schiff) όταν αλληλεπιδρά με αμίνες, συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων.

Στο προκύπτον φωσφοπυριδοξυλδεναμινοξύ, υπάρχει ένα σύστημα συζευγμένων διπλών δεσμών, κατά μήκος των οποίων υπάρχει μια μετατόπιση ηλεκτρονίων από ?-Το άτομο άνθρακα διευκολύνει τη διάσπαση των δεσμών που σχηματίζονται από αυτό το άτομο.

Σύγχρονες ιδέες για τον μηχανισμό της ενζυμικής τρανσαμίνωσης, που αναπτύχθηκαν από την A.E. Ο Braunstein και οι συνεργάτες του αποτελούν εξέλιξη της παραπάνω θεωρίας. Στην αρχική κατάσταση, η ομάδα αλδεΰδης της φωσφορικής πυριδοξάλης σχηματίζει έναν δεσμό αλδιμίνης με ?-την αμινομάδα του υπολείμματος Lys-258 της δραστικής θέσης (Ι). Κατά τη δέσμευση του αμινοξέος, σχηματίζεται ένα σύμπλοκο Michaelis (II), ακολουθούμενο από μια αλδιμίνη μεταξύ της φωσφορικής πυριδοξάλης και του υποστρώματος (III). Ως αποτέλεσμα επακόλουθων μετασχηματισμών μέσω των ενδιάμεσων σταδίων (IV) και (V), σχηματίζεται οξο οξύ (VI). Αυτό ολοκληρώνει την πρώτη ημιαντίδραση της τρανσαμίνωσης. Η επανάληψη αυτών των ίδιων βημάτων προς την «αντίστροφη» κατεύθυνση με το νέο υδροξυ οξύ αποτελεί τη δεύτερη ημιαντίδραση που ολοκληρώνει τον κύκλο της καταλυτικής τρανσαμίνωσης.

Μυοσφαιρίνη και αιμοσφαιρίνη

Αυτές οι δύο πρωτεΐνες αναφέρονται συχνά ως αναπνευστικά ένζυμα. Η αλληλεπίδρασή τους με το υπόστρωμα, το οξυγόνο, έχει αποσαφηνιστεί λεπτομερώς, κυρίως με βάση την ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ υψηλής ευκρίνειας. Η τρισδιάστατη δομή της μυοσφαιρίνης καθορίστηκε από τον J. Kendrew το 1961 και η τρισδιάστατη δομή της αιμοσφαιρίνης - από τον M. Perutz το 1960.

Το μόριο μυοσφαιρίνης έχει συμπαγές σχήμα - 4,5 * 3,5 * 2,5 nm, η πολυπεπτιδική αλυσίδα σχηματίζει 8 ελικοειδή τμήματα, που υποδηλώνονται με γράμματα από το Α έως το Η. Είναι διατεταγμένο με εξειδικευμένο τρόπο γύρω από έναν μεγάλο επίπεδο δακτύλιο αίμης που περιέχει σίδηρο. Η αίμη είναι ένα σύμπλεγμα πορφυρίνης με σίδηρο.

Οι αλυσίδες πολικής αίμης προπιονικού οξέος βρίσκονται στην επιφάνεια του μορίου, η υπόλοιπη αίμη είναι ενσωματωμένη στο σφαιρίδιο. Η σύνδεση της αίμης με την πρωτεΐνη πραγματοποιείται λόγω του δεσμού συντονισμού μεταξύ του ατόμου του σιδήρου και του ατόμου της ιστιδίνης, που εντοπίζεται στην έλικα F. αυτή είναι η λεγόμενη εγγύς ιστιδίνη. Ένα άλλο σημαντικό υπόλειμμα ιστιδίνης, η περιφερική ιστιδίνη, εντοπίζεται στον θύλακα της αίμης στην έλικα Ε. βρίσκεται στην αντίθετη πλευρά του ατόμου του σιδήρου σε μεγαλύτερη απόσταση από την εγγύς ιστιδίνη. Η περιοχή μεταξύ του γονιδίου σιδήρου και της απομακρυσμένης ιστιδίνης στη δεοξυμυοσφαιρίνη είναι ελεύθερη και το λιπόφιλο μόριο Ο 2μπορεί να συνδεθεί με τον αιμικό σίδηρο, καταλαμβάνοντας την έκτη θέση συντονισμού. Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό της μυοσφαιρίνης, καθώς και της αιμοσφαιρίνης, είναι η ικανότητά τους να δεσμεύουν αναστρέψιμα το O 2χωρίς οξείδωση αίμης Fe 2+σε Fe 3+. Αυτό είναι δυνατό επειδή δημιουργείται ένα μέσο χαμηλής διαπερατότητας στον υδρόφοβο θύλακα αίμης από τον οποίο μετατοπίζεται το νερό.

Κατά τη σύνδεση του O 2με το άτομο σιδήρου, το τελευταίο κινείται κατά 0,06 nm περίπου και καταλήγει στο επίπεδο του δακτυλίου της πορφυρίνης, δηλ. σε ενεργειακά πιο ευνοϊκή θέση. Υποτίθεται ότι αυτή η κίνηση οφείλεται στο γεγονός ότι το ιόν Fe 2+στη δεοξυμυοσφαιρίνη βρίσκεται σε κατάσταση υψηλής περιστροφής και η ακτίνα της είναι πολύ μεγάλη για να χωρέσει στο επίπεδο του δακτυλίου της αίμης πορφυρίνης. Κατά τη σύνδεση του O 2Ιόν Fe 2+ μεταβαίνει σε κατάσταση χαμηλής ακίδας και η ακτίνα του μειώνεται. τώρα ιόν Fe 2+μπορεί να κινηθεί στο επίπεδο του δακτυλίου της πορφυρίνης.

Η αιμοσφαιρίνη είναι το κύριο συστατικό των ερυθρών αιμοσφαιρίων που μεταφέρει οξυγόνο από τους πνεύμονες στους ιστούς και διοξείδιο του άνθρακα από τους ιστούς στους πνεύμονες. Οι αιμοσφαιρίνες διαφορετικών τύπων διαφέρουν ως προς τη μορφή κρυστάλλων, τη διαλυτότητα, τη συγγένεια για το οξυγόνο. Αυτό οφείλεται σε διαφορές στην αλληλουχία αμινοξέων των πρωτεϊνών. το συστατικό της αίμης είναι το ίδιο στις αιμοσφαιρίνες όλων των ειδών σπονδυλωτών και ορισμένων ασπόνδυλων.

Η ανθρώπινη αιμοσφαιρίνη είναι ένα τετραμερές που αποτελείται από τέσσερις υπομονάδες, δύο ?-υπομονάδες και δύο ?-υπομονάδες που περιέχουν 141 και 146 υπολείμματα αμινοξέων, αντίστοιχα. μεταξύ πρωτογενών δομών ?- και ?-στις υπομονάδες υπάρχει σημαντική ομολογία και η διαμόρφωση των πολυπεπτιδικών τους αλυσίδων είναι επίσης παρόμοια.

Το μόριο της αιμοσφαιρίνης έχει σφαιρικό σχήμα με διάμετρο 5,5 nm. Οι τέσσερις υπομονάδες είναι συσκευασμένες σε τετραεδρικό σχήμα.

Τα δεδομένα περίθλασης ακτίνων Χ έδειξαν ότι η οξυγόνωση της αιμοσφαιρίνης συνοδεύεται από μια σειρά αλλαγών. Σε χαμηλή ανάλυση, βρέθηκε ότι σε αυτή την περίπτωση η δομή γίνεται πιο συμπαγής (άτομα Fe ?-οι αλυσίδες πλησιάζουν η μία την άλλη κατά περίπου 0,6-0,7 nm), οι υπομονάδες περιστρέφονται μεταξύ τους και ο άξονας δεύτερης τάξης κατά 10-15 σχετικά με . Τα αποτελέσματα της μελέτης σε υψηλή ανάλυση δείχνουν ότι ιδιαίτερα σημαντικές αλλαγές συμβαίνουν στην περιοχή του ?? επαφές.

Μέχρι σήμερα, με βάση τις μελέτες περίθλασης ακτίνων Χ και μια σειρά από άλλες μεθοδολογικές προσεγγίσεις, έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην αποσαφήνιση του μηχανισμού δράσης των ενζύμων με επιθυμητές ιδιότητες με βάση τα επιτεύγματα στον τομέα της γενετικής μηχανικής. Αυτό ανοίγει ευρείες ευκαιρίες για τον έλεγχο της εγκυρότητας των σύγχρονων ιδεών σχετικά με τον μηχανισμό της δράσης των ενζύμων και τη δημιουργία μιας θεμελιώδη θεωρίας της ενζυμικής καταλ.

Βιβλιογραφικός κατάλογος

1. A. Lehninger Βασικές αρχές της βιοχημείας. - Κόσμος της Μόσχας, 1985.

Yu.A. Οβτσινίκοφ. Βιοοργανική χημεία. - Διαφωτισμός της Μόσχας, 1987.

T.T. Berezov, B.F. Κόροβκιν. Βιολογική χημεία. - Ιατρική της Μόσχας, 1990.

Φροντιστήριο

Χρειάζεστε βοήθεια για να μάθετε ένα θέμα;

Οι ειδικοί μας θα συμβουλεύσουν ή θα παρέχουν υπηρεσίες διδασκαλίας σε θέματα που σας ενδιαφέρουν.
Υποβάλλω αίτησηυποδεικνύοντας το θέμα αυτή τη στιγμή για να ενημερωθείτε σχετικά με τη δυνατότητα λήψης μιας διαβούλευσης.