Virkningsmekanisme for enzymer

Virkningsmekanismen til enzymer kan betraktes fra to posisjoner: fra synspunktet om endringer i energien til kjemiske reaksjoner og fra synspunktet om hendelser i det aktive senteret.

A. Energiendringer under kjemiske reaksjoner

Alle kjemiske reaksjoner foregår i samsvar med to grunnleggende termodynamiske lover: loven om bevaring av energi og loven om entropi. I henhold til disse lovene forblir den totale energien til et kjemisk system og dets miljø konstant, mens det kjemiske systemet har en tendens til å redusere orden (øke entropien). For å forstå energien til en kjemisk reaksjon er det ikke nok å kjenne energibalansen til reagensene som kommer inn og ut av reaksjonen; det er nødvendig å ta hensyn til energiendringer under prosessen med en gitt kjemisk reaksjon og enzymenes rolle i dynamikken i denne prosessen. Tenk på nedbrytningsreaksjonen av karbonsyre:

H 2 CO 3 > H 2 0 + C0 2.

Karbonsyre er svak; reaksjonen av dens nedbrytning vil foregå under normale forhold hvis karbonsyremolekylene har en energi som overstiger et visst nivå, kalt aktiveringsenergien E a (fig. 2-10).

Aktiveringsenergi er den ekstra mengden kinetisk energi som kreves for at molekylene til et stoff skal reagere.

Når denne energibarrieren er nådd, skjer endringer i molekylet, noe som forårsaker en omfordeling av kjemiske bindinger og dannelse av nye forbindelser. Molekyler som har E a sies å være i en overgangstilstand. Energiforskjellen mellom startreagensen H 2 CO 3 og sluttforbindelsene H 2 O og CO 2 kalles endringen i fri energi

Ris. 2-10. Endring i fri energi under nedbrytning av karbonsyre.

Reaksjonsenergier DG. Molekylene H 2 O og CO 2 er mer stabile stoffer enn H 2 CO 3, dvs. har mindre energi og reagerer praktisk talt ikke under normale forhold. Energien som frigjøres som et resultat av denne reaksjonen spres i form av varme til miljøet.

Jo flere molekyler som har energi som overstiger nivået av E a, jo høyere er hastigheten på den kjemiske reaksjonen. Du kan øke hastigheten på en kjemisk reaksjon ved å varme opp. Dette øker energien til de reagerende molekylene. Høye temperaturer er imidlertid ødeleggende for levende organismer, så enzymer brukes i cellene for å fremskynde kjemiske reaksjoner. Enzymer gir en høy reaksjonshastighet under optimale forhold som eksisterer i cellen ved å senke nivået av E a. Således reduserer enzymer høyden på energibarrieren, som et resultat øker antallet reaktive molekyler, og derfor øker reaksjonshastigheten.

I mekanismen for enzymatisk katalyse er dannelsen av ustabile mellomforbindelser av avgjørende betydning - enzym-substratkomplekset ES, som gjennomgår transformasjon til et ustabilt overgangskompleks EP, som nesten øyeblikkelig desintegrerer til et fritt enzym og reaksjonsproduktet.

Dermed endrer ikke biologiske katalysatorer (enzymer) fri energi

substrater og produkter og endrer derfor ikke likevekten i reaksjonen (fig. 2-11).

Et enzym, som utfører funksjonen til en katalysator for en kjemisk reaksjon, adlyder de generelle katalyselovene og har alle egenskapene som er karakteristiske for ikke-biologiske katalysatorer, men har også særegne egenskaper assosiert med de strukturelle egenskapene til enzymer.

Likheten mellom enzymer og ikke-biologiske katalysatorer er at:

• Enzymer katalyserer energetisk mulige reaksjoner;
• · energien til et kjemisk system forblir konstant;
• · under katalyse endres ikke reaksjonsretningen;
• Enzymer forbrukes ikke under reaksjonen.

Forskjellene mellom enzymer og ikke-biologiske katalysatorer er at:

• · frekvensen av enzymatiske reaksjoner er høyere enn reaksjoner katalysert av ikke-proteinkatalysatorer;
• Enzymer er svært spesifikke;
• · den enzymatiske reaksjonen foregår i cellen, dvs. ved en temperatur på 37 °C, konstant atmosfærisk trykk og fysiologisk pH;
• · Hastigheten på den enzymatiske reaksjonen kan justeres.

1. Dannelse av enzym-substratkomplekset

Det faktum at enzymer har høy spesifisitet tillot oss å fremsette en hypotese i 1890, ifølge hvilken det aktive senteret til enzymet er komplementært til substratet, dvs. tilsvarer det som en "nøkkel til en lås". Etter interaksjonen av substratet ("nøkkel") med det aktive senteret ("lås"), skjer kjemiske transformasjoner av substratet til produktet. Det aktive senteret ble ansett som en stabil, strengt bestemt struktur.

I 1959 ble en annen versjon av "lås og nøkkel"-hypotesen foreslått for å forklare hendelser på det aktive stedet til enzymet. I følge denne hypotesen er det aktive senteret en fleksibel struktur

Ris. 2-11. Endring i fri energi under en kjemisk reaksjon, ukatalysert og katalysert av enzymer.

Enzymet reduserer aktiveringsenergien E a, dvs. reduserer høyden på energibarrieren, som et resultat øker andelen av reaktive molekyler, derfor øker reaksjonshastigheten i forhold til substratet. Substratet, som interagerer med det aktive senteret av enzymet, forårsaker en endring i konformasjonen, som fører til dannelsen av et enzym-substratkompleks, gunstig for kjemiske modifikasjoner av substratet. Samtidig endrer substratmolekylet også konformasjonen, noe som sikrer høyere effektivitet av den enzymatiske reaksjonen. Denne "induserte korrespondansehypotesen" ble deretter bekreftet eksperimentelt.

2. Sekvens av hendelser under enzymatisk katalyse

Prosessen med enzymatisk katalyse kan deles inn i følgende stadier (fig. 2-12). kjemisk substratkatalysereaksjon

Det første, andre og fjerde trinnet av katalyse er korte og avhenger av konsentrasjonen av substratet (for det første trinnet) og bindingskonstantene til ligander i det aktive stedet for enzymet (for det første og tredje trinnet). Endringer i energien til den kjemiske reaksjonen på disse stadiene er ubetydelige.

Den tredje fasen er den tregeste; dens varighet avhenger av aktiveringsenergien til den kjemiske reaksjonen. På dette stadiet brytes bindingene i substratmolekylet, nye bindinger dannes, og produktmolekylet dannes.

3. Rollen til det aktive stedet i enzymatisk katalyse

Som et resultat av forskning ble det vist at enzymmolekylet som regel er mange ganger større enn substratmolekylet som gjennomgår kjemisk transformasjon av dette enzymet. Bare en liten del av enzymmolekylet kommer i kontakt med substratet, vanligvis fra 5 til 10 aminosyrerester, og danner det aktive stedet for enzymet. Rollen til de gjenværende aminosyrerestene er å sikre riktig konformasjon av enzymmolekylet for optimal forekomst av den kjemiske reaksjonen.

Det aktive stedet i alle stadier av enzymatisk katalyse kan ikke betraktes som et passivt sted for substratbinding. Det er en kompleks molekylær "maskin" som bruker en rekke kjemiske mekanismer for å omdanne et substrat til et produkt.

I det aktive stedet for enzymet er substratene arrangert på en slik måte at de funksjonelle gruppene til substratene som er involvert i reaksjonen er i umiddelbar nærhet av hverandre. Denne egenskapen til det aktive senteret kalles effekten av konvergens og orientering av reagenser. Dette ordnede arrangementet av substrater forårsaker en reduksjon i entropi og, som en konsekvens, en reduksjon i aktiveringsenergi (Ea), som bestemmer den katalytiske effektiviteten til enzymer.

Det aktive senteret til enzymet bidrar også til destabilisering av interatomiske bindinger i substratmolekylet, noe som letter forekomsten av en kjemisk reaksjon og dannelsen av produkter. Denne egenskapen til det aktive stedet kalles substratdeformasjonseffekten (fig. 2-12).

Ris. 2-12. Stadier av enzymatisk katalyse.

I - stadium for å nærme seg og orientere substratet i forhold til det aktive senteret av enzymet; II - dannelse av et enzym-substratkompleks (ES) som et resultat av indusert compliance; III - deformasjon av substratet og dannelse av et ustabilt enzym-produktkompleks (EP); IV - dekomponering av komplekset (EP) med frigjøring av reaksjonsprodukter fra det aktive senteret av enzymet og frigjøring av enzymet.

B. Molekylære mekanismer for enzymatisk katalyse

Mekanismene for enzymatisk katalyse bestemmes av rollen til de funksjonelle gruppene til det aktive senteret av enzymet i den kjemiske reaksjonen for å konvertere substratet til produktet. Det er to hovedmekanismer for enzymatisk katalyse: syre-base katalyse og kovalent katalyse.

1. Syre-base katalyse

Konseptet med syre-base katalyse forklarer enzymatisk aktivitet ved deltakelse av sure grupper (protondonorer) og/eller basiske grupper (protonakseptorer) i en kjemisk reaksjon. Syre-base katalyse er et vanlig fenomen. Aminosyrerestene som utgjør det aktive senteret har funksjonelle grupper som viser egenskapene til både syrer og baser.

Aminosyrene involvert i syre-base katalyse inkluderer primært Cys, Tyr, Ser, Lys, Glu, Asp og His. Radikalene til disse aminosyrene i protonert form er syrer (protondonorer), i deprotonert form er de baser (protonakseptorer). Denne egenskapen til funksjonelle grupper på aktive steder gjør enzymer til unike biologiske katalysatorer, i motsetning til ikke-biologiske katalysatorer som kan vise enten sure eller basiske egenskaper.

Et eksempel på syre-base katalyse, hvor kofaktorene er Zn 2+ ioner, og NAD + molekylet brukes som et koenzym, er leveralkohol dehydrogenase enzymet, som katalyserer oksidasjonsreaksjonen til alkohol (fig. 2-13). :

C 2 H 5 OH + NAD + > CH 3 -SON + NADH + H

2. Kovalent katalyse

Kovalent katalyse er basert på angrep av nukleofile (negativt ladede) eller elektrofile (positivt ladede) grupper i det aktive senteret av enzymet av substratmolekyler med dannelse av en kovalent binding mellom substratet og koenzymet eller den funksjonelle gruppen til aminoen. syrerest (vanligvis en) av det aktive sentrum av enzymet.

Virkningen av serinproteaser, som trypsin, chymotrypsin og trombin, er et eksempel på mekanismen for kovalent katalyse, når en kovalent binding dannes mellom substratet og serinaminosyreresten til enzymets aktive sete. Begrepet "serinproteaser" skyldes det faktum at aminosyreresten serin er en del av det aktive senteret til alle disse enzymene og er direkte involvert i katalyse. La oss vurdere mekanismen for kovalent katalyse ved å bruke eksemplet med chymotrypsin, som hydrolyserer peptidbindinger under fordøyelsen av proteiner i duodenum (se avsnitt 9). Chymotrypsin-substrater er peptider som inneholder aminosyrer med aromatiske og sykliske

Ris. 2-13. Mekanismen for syre-base katalyse ved å bruke eksemplet med leveralkoholdehydrogenase.

I - etylalkoholmolekylet har et bindingssenter som gir hydrofob interaksjon mellom det aktive senteret og metylgruppen til alkoholen; II - et positivt ladet sinkatom fremmer abstraksjonen av et proton fra alkoholgruppen av etanol for å danne et negativt ladet oksygenatom. Den negative ladningen omfordeles mellom oksygenatomet og nabohydrogenatomet, som deretter overføres i form av hydrithion til det fjerde karbonatomet i nikotinamidkoenzymet NAD+; III - som et resultat dannes en redusert form av NADH og acetaldehyd.

Hydrofobe radikaler (Phen, Tyr, Tri), som indikerer deltakelsen av hydrofobe krefter i dannelsen av enzym-substratkomplekset. Mekanismen for kovalent katalyse av chymotrypsin er diskutert i fig. 2-14.

Radikalene Asp 102, His 57 og Ser 195 er direkte involvert i katalysehandlingen. På grunn av det nukleofile angrepet av peptidbindingen til substratet, brytes denne bindingen med dannelsen av kovalent modifisert serin - acyl-chymotrypsin. Et annet peptidfragment frigjøres som et resultat av brudd på hydrogenbindingen mellom peptidfragmentet og det aktive His 57-stedet til chymotrypsin. Det siste stadiet av hydrolyse av peptidbindingen til proteiner er deacylering av chymotrypsin i nærvær av et vannmolekyl med frigjøring av det andre fragmentet av det hydrolyserte proteinet og den opprinnelige formen av enzymet.

enzymbiologisk katalysetransaminering

Oppdagelsen av den romlige strukturen til en rekke enzymer ved bruk av røntgendiffraksjonsanalyse ga et pålitelig grunnlag for å konstruere rasjonelle skjemaer for virkningsmekanismen.

Etablering av virkningsmekanismen til enzymer er av sentral betydning for å avdekke struktur-funksjonsforhold i en rekke biologisk aktive systemer.

Lysozym finnes i forskjellige vev hos dyr og planter; det finnes spesielt i tårevæske og eggehvite. Lysozym fungerer som et antibakterielt middel, og katalyserer hydrolysen av celleveggene til en rekke bakterier. Dette polysakkaridet dannes av alternerende N-acetylmuransyre (NAM)-rester koblet med en β-1,4-glykosidbinding (polysakkaridkjedene er tverrbundet av korte peptidfragmenter).

Bakterielt polysakkarid er en svært kompleks uløselig forbindelse, og derfor brukes ofte svært hydrolyserbare oligosakkarider dannet av NAG-rester som lysozymsubstrater.

Kylling eggehvite lysozym er dannet av én polypeptidkjede som inneholder 129 aminosyrerester; dens molekylvekt er 14 600. Den høye stabiliteten til enzymet sikres ved tilstedeværelsen av fire disulfidbroer.

Informasjon om det aktive senteret og typen katalytisk prosess ble innhentet av D. Phillips i 1965. basert på røntgendiffraksjonsstudier av lysozym og dets komplekser med inhibitorer. Lysozymmolekylet har form av en ellipsoid med akser på 4,5*3*3 nm; Mellom de to halvdelene av molekylet er det et "gap" der bindingen av oligosakkarider skjer. Veggene i gapet er hovedsakelig dannet av sidekjeder av ikke-polare aminosyrer, som sikrer binding av ikke-polare molekyler i underlaget, og inkluderer også sidekjeder av polare aminosyrer, som er i stand til å danne hydrogenbindinger med acylamin og hydroksylgrupper i substratet. Størrelsen på gapet tillater akkommodasjon av et oligosakkaridmolekyl som inneholder 6 monosakkaridrester. Det er ikke mulig å bestemme arten av binding av et substrat, for eksempel NAG 6-heksasakkarid, ved røntgendiffraksjonsanalyse. Samtidig er komplekser av enzymet med inhibitoren trisakkarid NAG 3 stabile og godt studert. NAG 3 binder seg til kløfter på overflaten av enzymet, og danner hydrogenbindinger og van der Waals-kontakter; samtidig fyller den bare halvparten av gapet der ytterligere tre monosakkaridrester kan binde seg. Den ikke-reduserende enden (sukker A) er i begynnelsen av gapet, og den reduserende enden (sukker C) er i sin sentrale del; Sukkerrestene A, B og C har en stolkonformasjon. Konstruksjonen av modellen av enzym-substratkomplekset var basert på antakelsen om at når substratet NAG 6 binder seg, realiseres de samme interaksjonene som under bindingen av NAG 3. I enzymmodellen ble tre sukkerrester (referert til som rester D, E og F) plassert inne i kløften; hvert påfølgende sukker ble tilsatt på en slik måte at konformasjonen var den samme (så langt det var mulig) som for de tre første sukkerene. Som en del av modellkomplekset implementerer alle sukkerrester effektive ikke-kovalente interaksjoner med side- og peptidgrupper av aminosyrerester som danner kløften.

Ved identifisering av katalytiske grupper var det naturlig å fokusere på de av dem som er lokalisert nær den spaltbare glykosidbindingen i enzym-substratkomplekset og kan tjene som protondonorer eller akseptorer. Det viste seg at det var på den ene siden av bindingen som ble splittet, på avstand? 0,3 nm (fra oksygenet til glykosidbindingen), er det en karboksylgruppe av Glu-35, og på den andre (i samme avstand) er det en karboksylgruppe av Asp-52, deres miljø er veldig forskjellig. Glu-35 er omgitt av hydrofobe rester; det kan antas at ved optimal pH for enzymet er denne gruppen i en ikke-ionisert tilstand. Miljøet til Asp-52 er tydelig polar; dens karboksylgruppe deltar som en hydrogenakseptor i et komplekst nettverk av hydrogenbindinger og fungerer sannsynligvis i en ionisert tilstand.

Følgende skjema for den katalytiske prosessen for hydrolyse av oligosakkarid er foreslått. Den ikke-ioniserte karboksylgruppen til Glu-35 fungerer som en protondonor, og leverer den til det glykosidiske oksygenatomet mellom C (1) atomet til sukker D og C (4) atomet til sukker E (stadiet av generell syrekatalyse) ; dette fører til spaltning av glykosidbindingen. Som et resultat går sukkerresten D inn i tilstanden til et karbokation med et positivt ladet karbonatom C (1) og får en halvstolskonformasjon. Den negative ladningen til karboksylatgruppen til Asp-52 stabiliserer karbokatet. NAG 2-resten (E+F-sukker) diffunderer fra området med det aktive stedet. Da reagerer et vannmolekyl; dets proton går til Glu-35, og OH - - gruppen går til C-atomet (1) av rest D (stadium av hovedkatalyse). NAG 4-resten (sukker A+B+C+D) forlater området med det aktive stedet, og enzymet går tilbake til sin opprinnelige tilstand.

Ribonuklease (RNase) i bovin bukspyttkjertel hydrolyserer internukleotidbindinger i RNA nær pyrimilyne-enheter, som forblir forestret i 3"-posisjonen. Enzymet, sammen med andre nukleaser, er mye brukt i å analysere strukturen til RNA.

RNase er dannet av én polypeptidkjede som inneholder 124 aminosyrerester, og dens molekylvekt er 13 680; molekylet har fire disulfidbindinger. RNase er det første enzymet som primærstrukturen er bestemt for.

Basert på resultatene av en studie av ribonukleaserenaturering, var K. Afinsen den første som klart formulerte ideen om at den romlige strukturen til et protein bestemmes av dets primære struktur.

I 1958 viste F. Richards at subtilisin under visse forhold spalter Ala-20 - Ser-21 peptidbindingen i RNase. De resulterende fragmentene ble kalt S-peptid (rest 1-20) og S-protein (rest 21-124); på grunn av ikke-kovalente interaksjoner danner fragmentene et kompleks kalt RNase S. Dette komplekset har nesten fullstendig katalytisk aktivitet av det native enzymet; i isolert form er S-peptid og S-protein inaktive. Det ble videre funnet at et syntetisk peptid identisk i sekvens med et fragment av S-peptidet, inneholdende rester 1 til 13, gjenoppretter aktiviteten til S-proteinet, men et kortere peptid som inneholder rester 1 til 11 har ikke denne evnen. Dataene som ble oppnådd tillot oss å konkludere med at de tilsvarende His-12- eller Met-13-restene (eller begge disse restene) er inkludert i det aktive senteret av enzymet.

Når man studerer effekten av pH på RNase-aktivitet, ble den viktige rollen til proteinfunksjonelle grupper med pK 5,2 og 6,8 avslørt; dette antydet deltakelse av histidinrester i den katalytiske prosessen.

Når RNase karboksyleres med jodacetat ved pH 5,5, dvs. under forhold hvor modifikasjon av histidinrester hovedsakelig forekommer, ble et fullstendig tap av aktivitet observert; det modifiserte enzymet inneholder 1 mol karboksymetylgrupper per 1 mol protein. Som et resultat dannes to monokarboksymetylenformer av enzymet. I en form er rest His-12 karboksymetylert, og i den andre er His-119 karboksymetylert. His-119 ble hovedsakelig modifisert.

Disse dataene antydet at His-12 og His-119 er lokalisert i det aktive stedet og at modifikasjon av en av dem forhindrer modifikasjon av den andre.

Som et resultat av røntgendiffraksjonsstudier ble den romlige strukturen til RNase S og RNase S-komplekset med inhibitorer belyst. Molekylet har en nyreform, det aktive senteret er lokalisert i fordypningen der restene His-12, His-119 og Lys-41 befinner seg.

Hydrolyse skjer som et resultat av konjugert virkning av rester His-12 og His-119, som utfører syre-base katalyse. Diagrammet nedenfor viser stadiene i den katalytiske prosessen:

1. Substratet er lokalisert i det aktive stedet; His-12, His-119 og Lys-41 er lokalisert nær det negativt ladede fosfatet.

2. Som et resultat av virkningen av His-12 som en base som aksepterer et proton fra 2"-OH-gruppen av ribose, og His-119 som en syre som donerer et proton til oksygenatomet til fosfatet, først en mellomliggende kompleks dannes, og deretter et 2,3"-syklisk fosfat.

3. I stedet for det tapte produktet kommer vann inn som donerer et proton til His-119 og OH til fosfatet, samtidig går protonet fra His-12 til oksygenatomet til ribose, et andre produkt dannes, og enzymet går tilbake til sin opprinnelige tilstand.

Chymotrypsin utskilles i form av et proenzym - chymotrypsinogen av bukspyttkjertelen til virveldyr; aktivering av proenzymet skjer i tolvfingertarmen under påvirkning av trypsin. Den fysiologiske funksjonen til chymotrypsin er hydrolyse av proteiner og polypeptider. Chymotrypsin angriper hovedsakelig peptidbindinger dannet av karboksylrester av tyrosin, tryptofan, cenylalanin og metionan. Den hydrolyserer også effektivt estere av de tilsvarende aminosyrene. Molekylvekten til chymotrypsin er 25 000, molekylet inneholder 241 aminosyrerester. Chymotrypsin er dannet av tre polypeptidkjeder som er forbundet med disulfidbroer.

De funksjonelle gruppene til det aktive stedet til chymotrypsin har blitt identifisert ved bruk av irreversible inhibitorer. Ser-195-resten ble modifisert med diisopropylfluorfosfat og fenylmetylsulfofluorid, og His-122-resten ble modifisert med N-tosyl-L-fenylalanin-klormetylketon. To-trinns prosessen med chymotrypsin hydrolyse ble oppdaget når man studerte kinetikken til p-nitrofenylacetat hydrolyse.

Et karakteristisk trekk ved prosessen under vurdering er dannelsen av et kovalent mellomprodukt - et acylenzym. Den acylerbare katalytiske gruppen ble identifisert som rest Ser-195. Katalysemekanismen utført av enzymet ble foreslått allerede før den romlige strukturen til proteinet ble etablert, men ble senere raffinert. Spesielt studier ved bruk av 18 H 2 O gjorde det mulig å bevise dannelsen av et acylenzym under hydrolyse av peptider.

Den tredimensjonale strukturen med en oppløsning på 0,2 nm ble etablert ved røntgendiffraksjonsanalyse av D. Blow. i 1976 Molekylet har form som en ellipsoide med akser på 5,4*4*4 nm. Resultatene av krystallografiske studier bekreftet antakelsen om at Ser-195- og His-57-restene er tett sammen. Hydroksylgruppen til Ser-195 er lokalisert i en avstand på ~0,3 nm fra nitrogenatomet til imidazolringen til His-57. Det mest interessante var at nitrogenatomet i posisjon 1 av ringen er lokalisert i en avstand på ~0,28 nm fra oksygenatomet til karboksylgruppen i sidekjeden til Asp-102 og inntar en posisjon som er gunstig for dannelsen av en Hydrogenbinding.

Det skal bemerkes at kjemiske studier ikke kunne avsløre deltakelsen av Asp-102 i funksjonen til det aktive stedet, siden denne resten er begravd dypt i molekylet.

Det antas for tiden at de tre restene Asp-102, His-57 og Ser-195 danner et ladningsoverføringssystem som spiller en avgjørende rolle i katalyseprosessen. Funksjonen til systemet sikrer effektiv deltakelse av His-57 i katalyse som en syre-base katalysator og øker reaktiviteten til Ser-195 til karboksylkarbonet i den angrepne bindingen.

Nøkkelelementet i katalyse er overføringen av et proton fra Ser-195 til His-57. Samtidig skjer et angrep fra serinoksygenatomet på karbonylkarbonatomet i substratet, som først danner en mellomliggende tetraedrisk forbindelse (1) og deretter et acylenzym (2). Neste trinn er deacylering. Et vannmolekyl kommer inn i ladningsoverføringssystemet, og OH-ionet angriper samtidig karbonylkarbonatomet til acylgruppen til acylenzymet. Som i acyleringstrinnet dannes et tetraedrisk mellomprodukt (4). His-57 leverer deretter et proton til oksygenatomet til Ser-195, noe som resulterer i frigjøring av acylproduktet; det diffunderer inn i løsningen, og enzymet går tilbake til sin opprinnelige tilstand.

Karboksypeptidase A skilles ut som et proenzym av bukspyttkjertelen til virveldyr. Dannelsen av det aktive enzymet skjer i tynntarmen med deltakelse av chymotrypsin. Enzymet spalter sekvensielt av C-terminale aminosyrerester fra peptidkjeden, dvs. er en eksopeptidase.

Karboksypeptidase A er dannet av en enkelt polypeptidkjede som inneholder 307 aminosyrerester; molekylvekt er 34 470. Aminosyresekvensen til proteinet ble etablert i 1969 av R. Bredschow.

Belysning av virkningsmekanismen til enzymet var kun mulig etter røntgendiffraksjonsstudier. Den romlige strukturen til enzymet og dets kompleks med Gly-Tyr-dipeptidet (substratmodell) ble etablert av W. Lipscomb. Enzymmolekylet har form av en ellipsoide med akser på 5,0 * 4,2 * 3,8 nm; det aktive stedet er plassert i en fordypning som blir til en dyp ikke-polar lomme. I sonen til det aktive senteret er et sinkion lokalisert (dets ligander er sidekjedene til rester Glu-72, His196, His-69 og et vannmolekyl), samt funksjonelle grupper involvert i substratbinding og katalyse - rester Arg-145, Glu-270 og Tyr-248.

En sammenlignende analyse av strukturene til enzymet og dets kompleks med Gly-Tyr ga viktig informasjon om strukturen til enzym-substratkomplekset. Spesielt ble det funnet at under kompleksdannelse beveger hydroksylgruppen til Tyr-248 seg 1,2 nm i forhold til sin posisjon i det frie enzymet (dvs. omtrent 1/3 av diameteren til molekylet).

I henhold til skjemaet for den katalytiske prosessen aktiverer karboksylatgruppen til Glu-270 et vannmolekyl som ligger i reaksjonssfæren, og trekker et proton fra det; det resulterende OH-ionet utfører et nukleofilt angrep på karbonylkarbonet i bindingen som spaltes. Samtidig donerer hydroksylgruppen til Tyr-248, som ligger nær nitrogenatomet til den spaltede peptidbindingen, et proton til den. Som et resultat spaltes den angrepne peptidbindingen og de resulterende produktene forlater den aktive sentersonen. Diagrammet nedenfor illustrerer generell grunnleggende katalyse.

Aspartataminotransferase katalyserer den reversible transaminasjonsreaksjonen.

Den enzymatiske transamineringsreaksjonen ble oppdaget av A.E. Braunstein og M.G. Kritsman i 1937 når man studerer et enzympreparat fra duemuskel. Påfølgende studier viste at transamineringsreaksjoner er utbredt i levende natur og spiller en viktig rolle i koblingen av nitrogen og energimetabolisme.

I 1945 ble det funnet at pyridoksal-5"-fosfat (PLP) er et koenzym av aminotransferaser. AAT-molekylet er en dimer dannet av identiske underenheter. I hjertemuskelen til de studerte virveldyrene er det to isoenzymer - cytoplasmatisk (cAAT0 og mitokondrielle (mAAT) aminotransferaser.

Den primære strukturen til cAAT fra hjertemuskelen ble etablert i 1972. Yu.A. Ovchinnikov og A.E. Hjernestein. Polypeptidkjeden til et protein inneholder 412 aminosyrerester; molekylvekten er 46.000.

Den generelle teorien om pyridoksal katalyse ble utviklet av A.E. Braunstein og M.M. Shemyakin i 1952-1953, og noe senere - D.E. Metzler og E.E. Snell. I følge denne teorien bestemmes den katalytiske effekten av pyridoksale enzymer av evnen til aldehydgruppen til pyridoksalfosfat til å danne aldiminer (Schiff-baser) når de interagerer med aminer, inkludert aminosyrer.

I den resulterende fosfopyridoksyldenaminosyren er det et system av konjugerte dobbeltbindinger, langs hvilke forskyvningen av elektroner fra b-karbonatomet letter bruddet av bindinger dannet av dette atomet.

Moderne ideer om mekanismen for enzymatisk transaminering, utviklet av A.E. Braunstein og hans samarbeidspartnere er en utvikling av teorien diskutert ovenfor. I starttilstanden danner aldehydgruppen til pyridoksalfosfat en aldiminbinding med e-aminogruppen til Lys-258-resten til det aktive senteret (I). Når en aminosyre binder seg, dannes et Michaelis-kompleks (II), etterfulgt av et aldimin mellom pyridoksalfosfatet og substratet (III). Som et resultat av påfølgende transformasjoner gjennom mellomstadier (IV) og (V), dannes oksosyre (VI). Dette fullfører den første halvreaksjonen av transamineringen. Å gjenta de samme trinnene i "omvendt retning" med en ny hydroksysyre utgjør den andre halvreaksjonen, og fullfører den katalytiske transamineringssyklusen.

Myoglobin og hemoglobin

Disse to proteinene kalles ofte respiratoriske enzymer. Deres interaksjon med substratet - oksygen - er studert i detalj, først og fremst på grunnlag av høyoppløselig røntgendiffraksjonsanalyse. Den tredimensjonale strukturen til myoglobin ble bestemt av J. Kendrew i 1961, og den tredimensjonale strukturen til hemoglobin av M. Perutz i 1960.

Myoglobinmolekylet har en kompakt form - 4,5 * 3,5 * 2,5 nm, polypeptidkjeden danner 8 spiralformede seksjoner, betegnet med bokstavene A til H. Det er arrangert på en spesialisert måte rundt en stor flat jernholdig hemering. Hem er et kompleks av porfyrin med toverdig jern.

De polare propionsyrekjedene av hem er på overflaten av molekylet, resten av hemen er nedsenket i kulen. Forbindelsen av hem med proteinet utføres på grunn av koordinasjonsbindingen mellom jernatomet og histidinatomet lokalisert i helix F; dette er det såkalte proksimale histidinet. En annen viktig histidinrest, distalt histidin, er lokalisert i hemelommen i helix E; det er plassert på motsatt side av jernatomet i større avstand enn det proksimale histidinet. Området mellom genet jern og det distale histidinet i deoksymyoglobin er fritt, og det lipofile O 2 molekylet kan binde seg til hemjernet og innta den sjette koordinasjonsposisjonen. En unik egenskap ved myoglobin, så vel som hemoglobin, er deres evne til å reversibelt binde O 2 uten å oksidere hem Fe 2+ til Fe 3+. Dette er mulig fordi det skapes et miljø med lav dielektrisk konstant i den hydrofobe hemelommen, hvorfra vann fortrenges.

Når O2 binder seg til jernatomet, beveger sistnevnte seg med omtrent 0,06 nm og havner i planet til porfyrinringen, dvs. i en energimessig gunstigere posisjon. Det antas at denne bevegelsen skyldes det faktum at Fe 2+-ionet i deoksymyoglobin er i en høyspinntilstand og radiusen er for stor til å passe inn i planet til hemporfyrinringen. Når O 2 binder seg, går Fe 2+-ionet inn i en lav-min-tilstand og dets radius avtar; Nå kan Fe 2+-ionet bevege seg inn i planet til porfyrinringen.

Hemoglobin er hovedkomponenten i røde blodceller, som leverer oksygen fra lungene til vevet, og karbondioksid fra vevet til lungene. Hemoglobiner av forskjellige typer er forskjellige i krystallform, løselighet og affinitet for oksygen. Dette skyldes forskjeller i aminosyresekvensen til proteiner; hem-komponenten er den samme i hemoglobiner fra alle arter av virveldyr og noen virvelløse dyr.

Humant hemoglobin er en tetramer som består av fire underenheter, to b-underenheter og to b-underenheter, som inneholder henholdsvis 141 og 146 aminosyrerester. Det er betydelig homologi mellom de primære strukturene til b- og b-underenhetene, og konformasjonen av deres polypeptidkjeder er også lik.

Hemoglobinmolekylet har en sfærisk form med en diameter på 5,5 nm. De fire underenhetene er pakket i en tetraederform.

Røntgendiffraksjonsdata viste at oksygenering av hemoglobin er ledsaget av en rekke endringer. Ved lav oppløsning ble det funnet at i dette tilfellet blir strukturen mer kompakt (Fe-atomene til β-kjedene kommer nærmere hverandre med omtrent 0,6-0,7 nm), underenhetene roterer i forhold til hverandre og andreordens. akser med 10-15 o. Resultatene av studien med høy oppløsning indikerer at det skjer spesielt betydelige endringer i kontaktområdet.

Til dags dato, basert på røntgendiffraksjonsstudier og en rekke andre metodiske tilnærminger, er det gjort betydelige fremskritt i å belyse virkningsmekanismen til enzymer med ønskede egenskaper basert på fremskritt innen genteknologi. Dette åpner for brede muligheter for å teste gyldigheten av moderne ideer om virkningsmekanismen til enzymer og skape en grunnleggende teori om enzymatisk katalyse.

Den første enzymatiske reaksjonen av stivelsesforsukring med malt ble undersøkt av husforskeren K. Menten utviklet teorien om enzymatisk katalyse. Sumner var den første som isolerte et renset preparat av ureaseenzymet i en krystallinsk tilstand. Merrifield lyktes i å kunstig syntetisere enzymet RNase.

Del arbeidet ditt på sosiale nettverk

Hvis dette verket ikke passer deg, er det nederst på siden en liste over lignende verk. Du kan også bruke søkeknappen

Essay

STRUKTUR, EGENSKAPER OG MEKANISME FOR ENZYMVIRKNING

En kort historie om fermentologi

Den eksperimentelle studien av enzymer på 1800-tallet falt sammen med studien av gjærfermenteringsprosesser, noe som ble reflektert i begrepene "enzymer" og "enzymer". Navnet enzymer kommer fra det latinske ordet fermentatio fermentation. Begrepet enzymer kommer fra begrepet enzyme – fra gjær. Først ble disse navnene gitt forskjellige betydninger, men i dag er de synonyme.

Den første enzymatiske reaksjonen av stivelsesforsukring med malt ble studert av husforskeren K.S. Kirchhoff i 1814. Deretter ble det gjort forsøk på å isolere enzymer fra gjærceller (E. Buchner, 1897). På begynnelsen av det tjuende århundre utviklet L. Michaelis og M. Menten teorien om enzymatisk katalyse. I 1926 isolerte D. Sumner først et renset preparat av ureaseenzymet i krystallinsk tilstand. I 1966 lyktes B. Merrifield med å syntetisere RNase-enzymet kunstig.

Enzymstruktur

Enzymer er høyt spesialiserte proteiner som kan øke reaksjonshastigheten i levende organismer. Enzymer er biologiske katalysatorer.

Alle enzymer er proteiner, vanligvis kuleformede. De kan referere til både enkle og komplekse proteiner. Proteindelen av enzymet kan bestå av én polypeptidkjede monomere proteiner enzymer (for eksempel pepsin). En rekke enzymer er oligomere proteiner og inkluderer flere protomerer eller underenheter. Protomerer, som kombineres til en oligomer struktur, kobles spontant sammen med svake ikke-kovalente bindinger. Under prosessen med forening (samarbeid) oppstår strukturelle endringer av individuelle protomerer, som et resultat av at aktiviteten til enzymet øker merkbart. Separasjonen (dissosiasjonen) av protomerer og deres assosiasjon til et oligomert protein er en mekanisme for å regulere enzymaktivitet.

Underenheter (protomerer) i oligomerer kan enten være like eller forskjellige i primær - tertiær struktur (konformasjon). Når forskjellige protomerer kombineres til den oligomere strukturen til et enzym, oppstår flere former av det samme enzymet isozymer.

Isoenzymer katalyserer den samme reaksjonen, men er forskjellige i settet av underenheter, fysisk-kjemiske egenskaper, elektroforetisk mobilitet og affinitet for substrater, aktivatorer og inhibitorer. For eksempel,laktatdehydrogenase (LDH)enzymet som oksiderer melkesyre til pyrodruesyre er en tetramer. Den består av fire protomere av to typer. En type protomer er betegnet H (isolert fra hjertemuskel), den andre protomer er betegnet M (isolert fra skjelettmuskel). Det er 5 mulige kombinasjoner av disse protomerene i LDH: N 4, N 3 M, N 2 M 2, N 1 M 3, M 4.

Biologisk rolle til isozymer.

• Isoenzymer sikrer forekomsten av kjemiske reaksjoner i samsvar med forholdene i forskjellige organer. Dermed er LDH-isoenzymet 1 har høy affinitet for oksygen, så den er aktiv i vev med høy hastighet av oksidative reaksjoner (erytrocytter, myokard). LDH isoenzym 5 aktiv i nærvær av høye konsentrasjoner av laktat, mest karakteristisk for levervev
• Uttalt organspesifisitet brukes til å diagnostisere sykdommer i ulike organer.
• Isoenzymer endrer aktiviteten med alderen. I et foster med oksygenmangel er det altså LDH som dominerer 3 , og med økende alder og økende oksygentilførsel øker andelen LDH 2 .

Hvis et enzym er et komplekst protein, så består det av et protein og en ikke-proteindel. Proteindelen er en høymolekylær, termolabil del av enzymet og kalles apoenzym . Den har en unik struktur og bestemmer spesifisiteten til enzymer.

Den ikke-protein delen av enzymet kalleskofaktor (koenzym) . Kofaktorer er oftest metallioner som kan binde seg tett til apoenzymet (f.eks. Zn i enzymet karbonsyreanhydrase, C u i enzymet cytokromoksidase). Koenzymer er oftest organiske stoffer mindre tett bundet til apoenzymet. Koenzymene er nukleotidene NAD og FAD. Koenzymlav molekylvekt, termostabil del av enzymet. Dens rolle er at den bestemmer det romlige arrangementet (konformasjonen) av apoenzymet og bestemmer dets aktivitet. Kofaktorer kan overføre elektroner, funksjonelle grupper og delta i dannelsen av ytterligere bindinger mellom enzymet og substratet.

Når det gjelder funksjonalitet, er det vanlig å skille mellom to viktige seksjoner i enzymmolekylet: det aktive senteret og det allosteriske seksjonen.

Aktivt senter dette er en del av enzymmolekylet som interagerer med substratet og deltar i den katalytiske prosessen. Det aktive stedet for enzymet er dannet av aminosyreradikaler som er fjernt fra hverandre i primærstrukturen. Det aktive senteret har et tredimensjonalt arrangement; oftest inneholder det

OH-grupper av serin

SHcystein

NH2-lysin

- γ -COOH av glutaminsyre

I det aktive senteret skilles det mellom to soner: substratbindingssonen og den katalytiske sonen.

Bindingsområde har vanligvis en stiv struktur som reaksjonssubstratet er komplementært festet til. For eksempel spalter trypsin proteiner i områder rike på den positivt ladede aminosyren lysin, siden dens bindingssone inneholder rester av negativt ladet asparaginsyre.

Katalytisk sone -Dette er en region av det aktive senteret som direkte påvirker substratet og utfører en katalytisk funksjon. Denne sonen er mer mobil; den relative plasseringen til funksjonelle grupper kan endres i den.

I en rekke enzymer (vanligvis oligomere), i tillegg til det aktive senteret, er detallosterisk nettsteden del av enzymmolekylet som er fjernt fra det aktive senteret og interagerer ikke med substratet, men med tilleggsstoffer (regulatorer, effektorer). I allosteriske enzymer kan en underenhet inneholde det aktive senteret, og den andre - det allosteriske stedet. Allosteriske enzymer endrer sin aktivitet som følger: en effektor (aktivator, inhibitor) virker på den allosteriske underenheten og endrer strukturen. Deretter endrer en endring i konformasjonen til den allosteriske underenheten, i henhold til prinsippet om kooperative endringer, indirekte strukturen til den katalytiske underenheten, som er ledsaget av en endring i enzymaktivitet.

Virkningsmekanisme for enzymer.

Enzymer har en rekke generelle katalytiske egenskaper:

• ikke forskyv den katalytiske likevekten
• blir ikke konsumert under reaksjonen
• katalyserer kun termodynamisk reelle reaksjoner. Slike reaksjoner er de der den innledende energireserven til molekylene er større enn den siste.

Under reaksjonen overvinnes en høyenergibarriere. Forskjellen mellom energien til denne terskelen og det innledende energinivået er aktiveringsenergien.

Hastigheten av enzymatiske reaksjoner bestemmes av aktiveringsenergien og en rekke andre faktorer.

Hastighetskonstanten for en kjemisk reaksjon bestemmes av ligningen:

K = P*Z*e - (Ea / RT)

K - reaksjonshastighetskonstant

P romlig (sterisk) koeffisient

Z antall interagerende molekyler

E a aktiveringsenergi

R gass ​​konstant

T universell absolutt temperatur

e base av naturlige logaritmer

I denne ligningen Z, e, R, T konstante verdier, og P og Ea er variabler. Dessuten er det et direkte forhold mellom reaksjonshastigheten og den steriske koeffisienten, og et inverst og kraftlovsforhold mellom hastigheten og aktiveringsenergien (jo lavere Ea, jo høyere reaksjonshastighet).

Virkningsmekanismen til enzymer reduseres til en økning i den steriske koeffisienten av enzymer og en reduksjon i aktiveringsenergi.

Reduksjon av aktiveringsenergi med enzymer.

For eksempel spaltningsenergien H 2 O 2 uten enzymer og katalysatorer 18.000 kcal per mol. Hvis det brukes platina og høy temperatur, reduseres det til 12 000 kcal/mol. Med deltagelse av et enzym katalase aktiveringsenergien er kun 2000 kcal/mol.

En reduksjon i Ea oppstår som et resultat av dannelsen av mellomliggende enzym-substratkomplekser i henhold til følgende skjema: F+S<=>FS-kompleks → F + reaksjonsprodukter.Muligheten for å danne enzym-substratkomplekser ble først bevist av Michaelis og Menten. Deretter ble mange enzym-substratkomplekser isolert. For å forklare den høye selektiviteten til enzymer når de interagerer med et substrat, ble det foreslåttFishers "nøkkel og lås"-teori. I følge den samhandler enzymet med substratet bare hvis de er i absolutt samsvar med hverandre (komplementaritet), som en nøkkel og en lås. Denne teorien forklarte spesifisiteten til enzymer, men avslørte ikke mekanismene for deres virkning på underlaget. Senere ble teorien om indusert korrespondanse mellom enzym og substrat utviklet - Koshland-teori (teorien om "gummihanske"). Dens essens er som følger: det aktive senteret av enzymet dannes og inneholder alle funksjonelle grupper selv før interaksjon med substratet. Imidlertid er disse funksjonelle gruppene i en inaktiv tilstand. I det øyeblikket substratet festes, induserer det endringer i posisjonen og strukturen til radikaler i det aktive sentrum av enzymet. Som et resultat går det aktive senteret av enzymet, under påvirkning av substratet, inn i en aktiv tilstand og begynner på sin side å påvirke substratet, dvs. skjer interaksjon det aktive stedet for enzymet og substratet. Som et resultat går substratet inn i en ustabil, ustabil tilstand, noe som fører til en reduksjon i aktiveringsenergi.

Interaksjonen mellom enzym og substrat kan involvere reaksjoner av nukleofil substitusjon, elektrofil substitusjon og dehydrering av substratet. Kortvarig kovalent interaksjon av enzymets funksjonelle grupper med substratet er også mulig. I utgangspunktet skjer en geometrisk reorientering av de funksjonelle gruppene til det aktive stedet.

Økning i sterisk koeffisient med enzymer.

Den steriske koeffisienten introduseres for reaksjoner som involverer store molekyler som har en romlig struktur. Den steriske koeffisienten viser andelen vellykkede kollisjoner mellom aktive molekyler. For eksempel er det lik 0,4 hvis 4 av 10 kollisjoner av aktive molekyler resulterte i dannelsen av et reaksjonsprodukt.

Enzymer øker den steriske koeffisienten fordi de endrer strukturen til substratmolekylet i enzym-substratkomplekset, som et resultat av at komplementariteten til enzymet og substratet øker. I tillegg bestiller enzymer, på grunn av deres aktive sentre, arrangementet av substratmolekyler i rommet (før interaksjon med enzymet er substratmolekylene kaotisk plassert) og letter reaksjonen.

Enzymnomenklatur

Enzymer har flere typer navn.

1. Trivielle navn (trypsin, pepsin)
2. Arbeidsnomenklatur. Dette enzymnavnet inneholder endingen aza, som er lagt til:
   • til navnet på substratet (sukrase, amylase),
   • til typen binding som enzymet virker på (peptidase, glykosidase),
   • til typen reaksjon, prosess (syntetase, hydrolase).

3) Hvert enzym har et klassifiseringsnavn, som gjenspeiler type reaksjon, type substrat og koenzym. For eksempel: LDH L laktat-NAD+ - oksidoreduktase.

Klassifisering av enzymer.

Klassifiseringen av enzymer ble utviklet i 1961. I henhold til klassifiseringen er hvert enzym lokalisert i en bestemt klasse, underklasse, underklasse og har et serienummer. I denne forbindelse har hvert enzym en digital kode der det første sifferet indikerer klassen, den andre underklassen, den tredje underklassen, det fjerde serienummeret (LDG: 1,1,1,27). Alle enzymer er klassifisert i 6 klasser.

1. Oksidoreduktaser
2. Overføringer
3. Hydrolaser
4. Lyaser
5. Isomeraser
6. Syntetaser (ligaser)

Oksidoreduktaser.

Enzymer som katalyserer redoksprosesser. Generell type reaksjon: A ok + B sol = A øst + B ok . Denne klassen av enzymer inkluderer flere underklasser:

1. Dehydrogenaser, katalysere reaksjoner ved å fjerne hydrogen fra stoffet som oksideres. De kan være aerobe (overføre hydrogen til oksygen) og anaerobe (overføre hydrogen ikke til oksygen, men til et annet stoff).

2. Oksygenaser - enzymer som katalyserer oksidasjon ved å tilsette oksygen til stoffet som oksideres. Hvis ett oksygenatom tilsettes, er monooksygenaser involvert, hvis to oksygenatomer tilsettes, er dioksygenaser involvert.

3. Peroksidaser enzymer som katalyserer oksidasjon av stoffer som involverer peroksider.

Overføringer.

Enzymer som utfører intramolekylær og intermolekylær overføring av funksjonelle grupper fra ett stoff til et annet i henhold til skjemaet: AB + C = A + BC. Underklasser av transferaser skilles avhengig av typen overførte grupper: aminotransferaser, metyltransferaser, sulfotransferaser, acyltransferaser (overføringsfettsyrerester), fosfotransferaser (overføringsfosforsyrerester).

Hydrolaser.

Enzymer av denne klassen katalyserer bruddet av en kjemisk binding ved tilsetning av vann på stedet for bruddet, det vil si hydrolysereaksjonen i henhold til skjemaet: AB + HOH = AN + BOH. Underklasser av hydrolaser skilles ut avhengig av hvilken type bindinger som brytes: peptidaser bryter ned peptidbindinger (pepsin), glykosidaser bryter ned glykosidbindinger (amylase), esteraser bryter ned esterbindinger (lipase).

Lyaser.

Lyaser katalyserer bruddet av en kjemisk binding uten å tilsette vann på stedet for bruddet. I dette tilfellet dannes det dobbeltbindinger i underlagene etter skjemaet: AB = A + B. Underklasser av lyaser avhenger av hvilke atomer bindingen brytes mellom og hvilke stoffer som dannes. Aldolaser bryter bindingen mellom to karbonatomer (for eksempel "kutter" fruktose 1,6-di-fosfat aldolase fruktose og to trioser). Lyaser inkluderer dekarboksylaseenzymer (de fjerner karbondioksid), mens dehydrataser "kutter ut" vannmolekyler.

Isomeraser.

Isomeraser katalyserer innbyrdes omdannelser av forskjellige isomerer. For eksempel omdanner fosfoheksoimerase fruktose til glukose. Underklasser av isomeraser inkluderer mutaser (fosfoglukomutase konverterer glukose-1-fosfat til glukose-6-fosfat), epimeraser (for eksempel konverterer ribose til xylulose), tautomeraser

Syntetaser (ligaser).

Enzymer av denne klassen katalyserer reaksjoner for syntese av nye stoffer ved å bruke energien til ATP i henhold til skjemaet: A+B+ATP = AB. For eksempel kombinerer glutaminsyntetase glutaminsyre, NH 3 + med deltakelse av ATP med dannelse av glutamin.

Egenskaper til enzymer.

Enzymer, i tillegg til egenskaper som er felles for uorganiske katalysatorer, har visse forskjeller fra uorganiske katalysatorer. Disse inkluderer:

• høyere aktivitet
• høyere spesifisitet
• mildere forhold for katalyse
• evne til å regulere aktivitet

Høy katalytisk aktivitet av enzymer.

Enzymer er preget av høy katalytisk aktivitet. For eksempel katalyserer ett molekyl karbonsyreanhydrase dannelsen (eller nedbrytningen) av 36 millioner karbonsyremolekyler (H) 2 CO 3 ). Den høye aktiviteten til enzymer forklares av mekanismen for deres virkning: de reduserer aktiveringsenergien og øker den romlige (steriske koeffisienten). Høy enzymaktivitet har en viktig biologisk betydning ved at den sørger for høy hastighet av kjemiske reaksjoner i kroppen.

Høy enzymspesifisitet.

Alle enzymer har spesifisitet, men graden av spesifisitet varierer fra enzym til enzym. Det finnes flere typer enzymspesifisitet.

Absolutt substratspesifisitet, der enzymet kun virker på ett spesifikt stoff. For eksempel bryter enzymet urease kun urea ned.

Absolutt gruppespesifisitet, der et enzym har samme katalytiske effekt på en gruppe forbindelser som er like i struktur. For eksempel oksiderer enzymet alkoholdehydrogenase ikke bare C 2 N 5 OH, men også dets homologer (metyl, butyl og andre alkoholer).

Pårørende gruppespesifisitet der enzymet katalyserer forskjellige klasser av organiske stoffer. For eksempel utviser enzymet trypsin peptidase- og esteraseaktivitet.

Stereokjemiskspesifisitet (optisk spesifisitet), der bare en viss form for isomerer spaltes ( D, L former, α, β, cis - trans-isomerer). For eksempel virker LDH bare på L-laktat, L -aminosyreoksidaser virker på L -isomerer av aminosyrer.

Høy spesifisitet forklares av den unike strukturen til det aktive senteret for hvert enzym.

Termolabilitet av enzymer.

Termolabilitet er enzymaktivitetens avhengighet av temperaturen. Når temperaturen stiger fra 0 til 40 grader, øker enzymaktiviteten etter Van't Hoffs regel (ved temperaturøkning med 10 grader øker reaksjonshastigheten 2 4 ganger). Med en ytterligere økning i temperaturen begynner aktiviteten til enzymer å avta, noe som forklares av termisk denaturering av proteinmolekylet til enzymet. Grafisk har temperaturavhengigheten til enzymer formen:

Inaktivering av enzymet ved 0 grader er reversibelt, og ved høye temperaturer blir inaktiveringen irreversibel. Denne egenskapen til enzymer bestemmer den maksimale reaksjonshastigheten under menneskelige kroppstemperaturforhold. Termolabiliteten til enzymer må tas i betraktning i praktisk medisinsk praksis. For eksempel, når du utfører en enzymatisk reaksjon i et reagensrør, er det nødvendig å skape en optimal temperatur. Denne egenskapen til enzymer kan brukes i kryokirurgi, når en kompleks langsiktig operasjon utføres med en reduksjon i kroppstemperatur, noe som bremser hastigheten på reaksjoner som oppstår i kroppen og reduserer oksygenforbruk av vev. Enzympreparater skal oppbevares ved lave temperaturer. For å nøytralisere og desinfisere mikroorganismer brukes høye temperaturer (autoklavering, koking av instrumenter).

Fotostabilitet.

Fotolabilitet er avhengigheten av enzymaktivitet på virkningen av ultrafiolette stråler. UV-stråler forårsaker fotodenaturering av proteinmolekyler og reduserer enzymaktivitet. Denne egenskapen til enzymer brukes i den bakteriedrepende effekten av ultrafiolette lamper.

Aktivitetsavhengighet av pH.

Alle enzymer har et visst pH-område der enzymaktiviteten er maksimal – pH-optimal. For mange enzymer er det optimale ca 7. Samtidig er det optimale miljøet for pepsin 1-2, for alkalisk fosfatase er det ca 9. Når pH avviker fra det optimale, avtar aktiviteten til enzymet, som kan sees fra grafen. Denne egenskapen til enzymer forklares med en endring i ionisering av ionogene grupper i enzymmolekyler, noe som fører til en endring i ioniske bindinger i proteinmolekylet til enzymet. Dette er ledsaget av en endring i konformasjonen av enzymmolekylet, og dette fører igjen til en endring i aktiviteten. Under kroppens forhold bestemmer pH-avhengigheten den maksimale aktiviteten til enzymer. Denne egenskapen finner også praktisk anvendelse. Enzymatiske reaksjoner utenfor kroppen utføres ved en optimal pH. Ved redusert surhet av magesaft er en løsning av NS foreskrevet for terapeutiske formål. l.

Avhengighet av hastigheten for enzymatisk reaksjon på konsentrasjonen av enzymet og konsentrasjonen av substratet

Reaksjonshastighetens avhengighet av enzymkonsentrasjonen og substratkonsentrasjonen (kinetikk av enzymatiske reaksjoner) er presentert i grafene.

Tidsplan 1 timeplan 2

I en enzymatisk reaksjon ( F + S 2  1 FS → 3 F + P ) Hastighetene til tre komponenttrinn skilles ut:

1- dannelse av et enzym-substratkompleks F.S.

2- omvendt dekomponering av enzymsubstratkomplekset,

3 dekomponering av enzym-substratkomplekset med dannelse av reaksjonsprodukter. Hastigheten til hver av disse reaksjonene følger loven om massehandling:

V 1 = K 1 [F]* [S]

V 2 = K 2 * [FS]

V 3 = K 3 *[ FS ]

I likevektsøyeblikket, hastigheten på formasjonsreaksjonen FS lik summen av dens forfallshastigheter: V 1 = V 2 + V 3. Av de tre stadiene av en enzymatisk reaksjon er den tredje den viktigste og tregeste., siden det er assosiert med dannelsen av reaksjonsprodukter. Bruk formelen ovenfor, finn hastigheten V 3 umulig, siden enzym-substratkomplekset er svært ustabilt, er det vanskelig å måle konsentrasjonen. I denne forbindelse introduserte Michaelis-Menten K m Michael er konstant og transformerte ligningen til mål V 3 inn i en ny ligning som inneholder faktisk målbare mengder:

V 3 = K 3 * [ F 0 ] * [S] / Km + [S] eller V 3 =V maks * [S] / Km+[S]

[F0] initial enzymkonsentrasjon

K m Michael er konstant.

Fysisk betydning av K m: K m = (K 2 + K 3) / K 1 . Den viser forholdet mellom hastighetskonstantene for dekomponeringen av enzym-substratkomplekset og hastighetskonstanten for dannelsen.

Michaelis-Menten-ligningen er universell. Det illustrerer avhengigheten av reaksjonshastigheten på [ F 0 ] fra [ S ]

1. Avhengighet av reaksjonshastighet på substratkonsentrasjon.Denne avhengigheten avsløres ved lave substratkonsentrasjoner [ S]< Km . I dette tilfellet kan substratkonsentrasjonen i ligningen neglisjeres og ligningen har formen: V 3 = K 3* [F 0] * [S] / Km. I denne ligningen K 3 , F 0 ], Km konstanter og kan erstattes av en ny konstant K*. Således, ved en lav substratkonsentrasjon, er reaksjonshastigheten direkte proporsjonal med denne konsentrasjonen V3 = K * * [S]. Denne avhengigheten tilsvarer den første delen av graf 2.
2. Hastighetsavhengighet av enzymkonsentrasjonvises ved høye substratkonsentrasjoner. S ≥ Km . I dette tilfellet kan vi neglisjere Km og ligningen blir følgende: V 3 = K 3* (([F 0 ] * [ S ]) / [ S ]) = K 3 * [ F 0 ] = V maks. Ved høye substratkonsentrasjoner bestemmes reaksjonshastigheten av enzymkonsentrasjonen og når sin maksimale verdi V 3 = K 3 [ F 0 ] = V maks. (tredje del av graf 2).
3. Lar deg bestemme en numerisk verdi Km forutsatt V 3 = V maks /2. I dette tilfellet har ligningen formen:

V maks /2 = ((V maks *[ S ])/ Km +[ S ]), hvorfra det følger det Km =[ S ]

Dermed K m er numerisk lik substratkonsentrasjonen ved en reaksjonshastighet lik halvparten av maksimum. TIL m er en svært viktig egenskap ved et enzym, det måles i mol (10-2 10 -6 mol) og karakteriserer spesifisiteten til enzymet: jo lavere Km , jo høyere spesifisitet til enzymet.

Grafisk definisjon av Michaelis-konstanten.

Det er mer praktisk å bruke en graf som representerer en rett linje. En slik graf ble foreslått av Lineweaver Burke (graf av doble gjensidige linjer), som tilsvarer den inverse Michaelis-Menten-ligningen

Avhengighet av frekvensen av enzymatiske reaksjoner på tilstedeværelsen av aktivatorer og inhibitorer.

Aktivatorer stoffer som øker hastigheten på enzymatiske reaksjoner. Det er spesifikke aktivatorer som øker aktiviteten til ett enzym (NS l - pepsinogenaktivator) og uspesifikke aktivatorer som øker aktiviteten til en rekke enzymer (ioner Mg heksokinase aktivatorer, K, Na ATPase og andre enzymer). Metallioner, metabolitter og nukleotider kan tjene som aktivatorer.

Virkningsmekanisme for aktivatorer.

1. Fullføring av det aktive senteret av enzymet, som et resultat av at interaksjonen mellom enzymet og substratet lettes. Denne mekanismen forekommer hovedsakelig i metallioner.
2. En allosterisk aktivator interagerer med det allosteriske stedet (underenheten) til enzymet, endrer gjennom sine endringer indirekte strukturen til det aktive senteret og øker aktiviteten til enzymet. Metabolitter av enzymatiske reaksjoner, ATP, har en allosterisk effekt.
3. Den allosteriske mekanismen kan kombineres med en endring i oligomeresiteten til enzymet. Under påvirkning av aktivatoren kombineres flere underenheter til en oligomer form, noe som kraftig øker aktiviteten til enzymet. For eksempel er isositrat en aktivator av enzymet acetyl-CoA-karboksylase.
4. Fosfolylering - defosforylering av enzymer refererer til reversibel modifikasjon av enzymer. Tilkobling H 3 RO 4 oftest øker aktiviteten til enzymet kraftig. For eksempel kombineres to inaktive dimerer av enzymet fosforylase med fire molekyler ATP for å danne den aktive tetramere fosforylerte formen av enzymet. Fosfolylering av enzymer kan kombineres med en endring i deres oligomeritet. I noen tilfeller reduserer fosforylering av et enzym tvert imot dets aktivitet (for eksempel fosforylering av enzymet glykogensyntetase)
5. Delvis proteolyse (irreversibel modifikasjon). Med denne mekanismen splittes et fragment av molekylet fra den inaktive formen av enzymet (proenzym), og blokkerer det aktive senteret til enzymet. For eksempel inaktivt pepsinogen under påvirkning HCL blir til aktivt pepsin.

Inhibitorer stoffer som reduserer enzymaktivitet.

Etter spesifisitetskille spesifikke og uspesifikke inhibitorer

Ved reversibilitet effekt skilles det mellom reversible og irreversible inhibitorer.

Etter plasseringDet er inhibitorer som virker på det aktive senteret og utenfor det aktive senteret.

Ved virkningsmekanismeskilles i konkurrerende og ikke-konkurrerende inhibitorer.

Konkurransehemming.

Inhibitorer av denne typen har en struktur nær strukturen til underlaget. På grunn av dette konkurrerer inhibitorer og substrat om binding til det aktive stedet for enzymet. Konkurrerende inhibering er reversibel hemming Effekten av en konkurrerende hemmer kan reduseres ved å øke konsentrasjonen av reaksjonssubstratet.

Et eksempel på konkurrerende hemming er hemming av aktiviteten til succinatdehydrogenase, som katalyserer oksidasjonen av dikarboksylravsyre, med dikarboksylmalonsyre, som i struktur ligner ravsyre.

Prinsippet om konkurrerende hemming er mye brukt i utviklingen av legemidler. For eksempel har sulfonamidmedisiner en struktur nær den til para-aminobenzosyre, som er nødvendig for vekst av mikroorganismer. Sulfonamider blokkerer mikrobielle enzymer som er nødvendige for absorpsjon av para-aminobenzosyre. Noen kreftmedisiner er analoger av nitrogenholdige baser og hemmer dermed syntesen av nukleinsyrer (fluorouracil).

Grafisk har konkurrerende hemming formen:

Ikke-konkurrerende hemming.

Ikke-konkurrerende inhibitorer er ikke strukturelt lik reaksjonssubstratene og kan derfor ikke fortrenges ved høye substratkonsentrasjoner. Det er flere alternativer for virkningen av ikke-konkurrerende inhibitorer:

1. Blokkerer den funksjonelle gruppen til det aktive senteret av enzymet og som et resultat reduserer aktiviteten. For eksempel aktivitet S H - grupper kan binde tiolgifter reversibelt (metallsalter, kvikksølv, bly) og irreversibelt (moniodoacetat). Den hemmende effekten av tiolhemmere kan reduseres ved innføring av tilsetningsstoffer rike på SH grupper (for eksempel unithiol). Serinhemmere som blokkerer OH-gruppene i det aktive senteret av enzymer blir funnet og brukt. Organiske fosfofluorholdige stoffer har denne effekten. Disse stoffene kan spesielt hemme OH-grupper i enzymet acetylkolinesterase, som ødelegger nevrotransmitteren acetylkolin.
2. Blokkering av metallioner som er en del av det aktive stedet for enzymer. For eksempel blokkerer cyanider jernatomer, EDTA (etylendiamintetraacetat) blokkerer Ca-ioner, Mg.
3. En allosterisk inhibitor interagerer med det allosteriske stedet, indirekte gjennom det i henhold til prinsippet om kooperativitet, og endrer strukturen og aktiviteten til det katalytiske stedet. Grafisk har ikke-konkurrerende hemming formen:

Den maksimale reaksjonshastigheten ved ikke-konkurrerende inhibering kan ikke oppnås ved å øke substratkonsentrasjonen.

Regulering av enzymaktivitet under metabolisme.

Tilpasning av kroppen til endrede forhold (kosthold, miljøpåvirkninger, etc.) er mulig på grunn av endringer i enzymaktivitet. Det er flere muligheter for å regulere hastigheten på enzymreaksjoner i kroppen:

1. Endring av enzymsyntesehastigheten (denne mekanismen krever lang tid).
2. Øke substrat og enzymtilgjengelighet ved å endre permeabiliteten til cellemembraner.
3. Endring av aktiviteten til enzymer som allerede er tilstede i celler og vev. Denne mekanismen oppstår ved høy hastighet og er reversibel.

I flertrinns enzymatiske prosesser,forskrift, nøkkelenzymer som begrenser den totale hastigheten i prosessen. Oftest er dette enzymer i de innledende og siste stadiene av prosessen. Endringer i aktiviteten til nøkkelenzymer skjer gjennom ulike mekanismer.

1. Allosterisk mekanisme:

1. Endring i enzymoligomeritet:

Monomerer er ikke aktive ↔ oligomerer er aktive

1. Fosfolylering - defosforylering:

Enzym (inaktivt) + H 3 RO 4 ↔ fosforylert aktivt enzym.

Den autoregulatoriske mekanismen er utbredt i celler. Den autoregulatoriske mekanismen er spesielt retroinhibering, der produktene fra den enzymatiske prosessen hemmer enzymene i de innledende stadiene. For eksempel hemmer høye konsentrasjoner av purin- og pyrimidinnukleotider de innledende stadiene av deres syntese.

Noen ganger aktiverer de første substratene de endelige enzymene, i diagrammet: substrat A aktiveres F 3 . For eksempel aktiverer den aktive formen av glukose (glukose-6-fosfat) det endelige enzymet i syntesen av glykogen fra glukose (glykogensyntetase).

Strukturell organisering av enzymer i cellen

Sammenhengen av metabolske prosesser i kroppen er mulig på grunn av den strukturelle enheten av enzymer i cellene. Individuelle enzymer er lokalisert i visse intracellulære struktureroppdeling.For eksempel er enzymet kalium - natrium ATPase - aktivt i plasmamembranen. Enzymer av oksidative reaksjoner (suksinatdehydrogenase, cytokromoksidase) er aktive i mitokondrier. Enzymer for syntese av nukleinsyrer (DNA-polymerase) er aktive i kjernen. Enzymer som bryter ned ulike stoffer (RNAase, fosfatase og andre) er aktive i lysosomer.

Enzymene som er mest aktive i en gitt cellestruktur kalles indikator eller markørenzymer. Definisjonen deres i klinisk praksis gjenspeiler dybden av strukturell vevsskade. Noen enzymer kombineres til multienzymkomplekser, for eksempel pyruvatdehydrogenasekomplekset (PDC), som utfører oksidasjon av pyrodruesyre.

Prinsipper for enzymdeteksjon og kvantifisering:

Påvisning av enzymer er basert på deres høye spesifisitet. Enzymer identifiseres ved virkningen de produserer, dvs. basert på forekomsten av reaksjonen som dette enzymet katalyserer. For eksempel oppdages amylase ved reaksjonen som bryter ned stivelse til glukose.

Kriterier for forekomsten av en enzymatisk reaksjon kan være:

• forsvinningen av reaksjonssubstratet
• utseende av reaksjonsprodukter
• endring i de optiske egenskapene til koenzymet.

Enzym kvantifisering

Siden konsentrasjonen av enzymer i cellene er svært lav, bestemmes ikke deres sanne konsentrasjon, men mengden enzym bedømmes indirekte, av enzymets aktivitet.

Enzymaktivitet vurderes ved hastigheten på den enzymatiske reaksjonen som skjer under optimale forhold (optimal temperatur, pH, for høy substratkonsentrasjon). Under disse forholdene er reaksjonshastigheten direkte proporsjonal med enzymkonsentrasjonen ( V = K3 [Fo]).

Enheter for enzymaktivitet (mengde)

I klinisk praksis brukes flere enheter enzymaktivitet.

1. Internasjonal enhet er mengden enzym som katalyserer omdannelsen av 1 mikromol substrat per minutt ved en temperatur på 25 0 C.
   1. Catal (i SI-systemet) er mengden enzym som katalyserer omdannelsen av 1 mol substrat per sekund.
   2. Spesifikk aktivitet er forholdet mellom enzymaktivitet og massen av enzymprotein.
   3. Den molekylære aktiviteten til et enzym viser hvor mange substratmolekyler som omdannes under påvirkning av 1 molekyl enzym.

Klinisk enzymologi

Anvendelsen av informasjon om enzymer i medisinsk praksis er en gren av medisinsk enzymologi. Den inneholder 3 seksjoner:

1. Enzymodiagnostikk
   1. Enzymopotologi
      1. Enzymterapi

Enzymodiagnostikkseksjon som utforsker mulighetene for å studere enzymaktivitet for å diagnostisere sykdommer. For å vurdere skade på individuelle vev, brukes organspesifikke enzymer og isoenzymer.

I pediatrisk praksis, når du utfører enzymdiagnostikk, er det nødvendig å ta hensyn til barns egenskaper. Hos barn er aktiviteten til noen enzymer høyere enn hos voksne, for eksempel reflekterer høy LDH-aktivitet overvekt av anaerobe prosesser i den tidlige postnatale perioden. Innholdet av transaminaser i blodplasmaet til barn øker som følge av økt vaskulær vevspermeabilitet. Glukose-6-fosfatdehydrogenaseaktiviteten økes som følge av økt nedbrytning av røde blodlegemer. Aktiviteten til andre enzymer, tvert imot, er lavere enn hos voksne. For eksempel er aktiviteten til pepsin og bukspyttkjertelenzymer (lipase, amylase) redusert på grunn av umodenhet av sekretoriske celler.

Med alderen er omfordeling av individuelle isoenzymer mulig. Dermed dominerer LDH hos barn 3 (mer anaerob form), og hos voksne LDH 2 (mer aerob form).

Enzymopatologien gren av enzymologi som studerer sykdommer, hvor den ledende utviklingsmekanismen er et brudd på enzymaktivitet. Disse inkluderer metabolske forstyrrelser av karbohydrater (galaktosemi, glykogenose, mukopolysakkaridose), aminosyrer (fenylketonuri, cystinuri), nukleotider (orotataciduri), porfyriner (porfyri).

Enzymterapi en seksjon av enzymologi som studerer bruken av enzymer, koenzymer, aktivatorer og inhibitorer til medisinske formål. Enzymer kan brukes til erstatningsformål (pepsin, bukspyttkjertelenzymer), for lytiske formål for å fjerne nekrotiske masser, blodpropper og for å gjøre viskøse ekssudater flytende.

Litteratur

1. Avdeeva, L.V. Biokjemi: Lærebok / L.V. Avdeeva, T.L. Aleynikova, L.E. Andrianova; Ed. E.S. Severin. - M.: GEOTAR-MED, 2013. - 768 s.

2. Auerman, T.L. Grunnleggende om biokjemi: Lærebok / T.L. Auerman, T.G. Generalova, G.M. Suslyanok. - M.: NIC INFRA-M, 2013. - 400 s.

3. Bazarnova, Yu.G. Biokjemiske prinsipper for prosessering og lagring av råvarer av animalsk opprinnelse: Lærebok / Yu.G. Bazarnova, T.E. Burova, V.I. Marchenko. - St. Petersburg: Prosp. Sciences, 2011. - 192 s.

4. Baishev, I.M. Biokjemi. Testspørsmål: Lærebok / D.M. Zubairov, I.M. Baishev, R.F. Baykeev; Ed. D.M. Zubairov. - M.: GEOTAR-Media, 2008. - 960 s.

5. Bokut, S.B. Biokjemi av fylogenese og ontogenese: Lærebok / A.A. Chirkin, E.O. Danchenko, S.B. Bokut; Under generelt utg. A.A. Chirkin. - M.: NIC INFRA-M, nov. kunnskap, 2012. - 288 s.

6. Gidranovich, V.I. Biokjemi: Lærebok / V.I. Gidranovich, A.V. Gidranovich. - Mn.: TetraSystems, 2012. - 528 s.

7. Golosjtsjapov, A.P. Genetiske og biokjemiske aspekter ved menneskelig tilpasning til forholdene i en by med en utviklet kjemisk industri / A.P. Golosjtsjapov. - M.: KMK, 2012. - 103 s.

8. Gunkova, P.I. Biokjemi av melk og meieriprodukter / K.K. Gorbatova, P.I. Gunkova; Under generelt utg. K.K. Gorbatova. - St. Petersburg: GIORD, 2010. - 336 s.

9. Dimitriev, A.D. Biokjemi: Lærebok / A.D. Dimitriev, E.D. Ambrosieva. - M.: Dashkov og K, 2013. - 168 s.

10. Ershov, Yu.A. Generell biokjemi og sport: Lærebok / Yu.A. Ershov. - M.: MSU, 2010. - 368 s.

11. Ershov, Yu.A. Grunnleggende om biokjemi for ingeniører: Lærebok / Yu.A. Ershov, N.I. Zaitseva; Ed. S.I. Shchukin. - M.: MSTU im. Bauman, 2010. - 359 s.

12. Kamyshnikov, V.S. Håndbok i klinisk og biokjemisk laboratoriediagnostikk: I 2 bind. I 2 bind Håndbok i klinisk og biokjemisk laboratoriediagnostikk: I 2 bind / V.S. Kamyshnikov. - Mn.: Hviterussland, 2012. - 958 s.

13. Klopov, M.I. Biologisk aktive stoffer i fysiologiske og biokjemiske prosesser i dyrets kropp: Lærebok / M.I. Klopov, V.I. Maksimov. - St. Petersburg: Lan, 2012. - 448 s.

14. Mikhailov, S.S. Sportsbiokjemi: Lærebok for universiteter og høyskoler for kroppsøving / S.S. Mikhailov. - M.: Sov. sport, 2012. - 348 s.

15. Repnikov, B.T. Råvarevitenskap og biokjemi av fiskeprodukter: Lærebok / B.T. Repnikov. - M.: Dashkov og K, 2013. - 220 s.

16. Rogozhin, V.V. Biokjemi av melk og kjøtt: Lærebok / V.V. Rogozhin. - St. Petersburg: GIORD, 2012. - 456 s.

17. Rogozhin, V.V. Planters biokjemi: Lærebok / V.V. Rogozhin. - St. Petersburg: GIORD, 2012. - 432 s.

18. Rogozhin, V.V. Workshop om plantefysiologi og biokjemi: Lærebok / V.V. Rogozhin, T.V. Rogozhina. - St. Petersburg: GIORD, 2013. - 352 s.

19. Taganovich, A.D. Patologisk biokjemi: Monografi / A.D. Taganovich. - M.: BINOM, 2013. - 448 s.

20. Filippovich, Yu.B. Biokjemiske grunnlag for menneskeliv: En lærebok for universitetsstudenter / Yu.B. Filippovich, A.S. Konichev, G.A. Sevastyanova, N.M. Kutuzova. - M.: VLADOS, 2005. - 407 s.

21. Shcherbakov, V.G. Biokjemi og råvarevitenskap av oljefrøråvarer / V.G. Shcherbakov, V.G. Lobanov. - M.: KolosS, 2012. - 392 s.

Andre lignende verk som kan interessere deg.vshm>
3791.		Markedsmekanisme: essens, struktur, funksjoner	86,49 KB
	Markedsmekanismen er en mekanisme for samhandling mellom selgere og kjøpere angående prissetting, produksjonsvolumer, struktur og kvalitet på produktene; det er en mekanisme for fordeling av ressurser og inntekt basert på de objektive økonomiske lovene i markedet.
5233.		Ferroelektrikk - struktur, egenskaper og anvendelse	2,33 MB
	Ferroelektrikk er dielektrikum som har spontan (spontan) polarisering i et visst temperaturområde, det vil si polarisering i fravær av et eksternt elektrisk felt. Ferroelektrikk får navnet sitt fra navnet på mineralet
7848.		Retrovirus familie. HIV, dets egenskaper, antigene struktur. Epidemiologi og patogenese av HIV-infeksjon, diagnostiske metoder. Problemer med behandling og spesifikk forebygging av HIV-infeksjon	16,75 KB
	HIV dens egenskaper antigene struktur. Epidemiologi og patogenese av HIV-infeksjon, diagnostiske metoder. Problemer med behandling og spesifikk forebygging av HIV-infeksjon Spesialitet Allmennmedisin Utarbeidet av lærer Koleda V. Minsk Aktualisering av emnet: HIV-infeksjon er en smittsom prosess i menneskekroppen forårsaket av det humane immunsviktviruset HIV, preget av et sakte forløp av skade på immun- og nervesystemet, den påfølgende utviklingen av opportunistiske infeksjoner mot denne bakgrunnen...
3755.		Handlinger på tall	16,02 KB
	Når du legger til binære tall i hvert siffer i samsvar med den binære addisjonstabellen, utføres addisjonen av to sifre av leddene eller to av disse sifrene og 1 hvis det er en overføring fra det tilstøtende lavordenssifferet
10885.		Etterforskningsaksjoner	41,97 KB
	I andre tilfeller, når det ble lagt vekt på det kognitive aspektet, ble bare de handlingene som fungerte som måter å studere omstendighetene i saken og fastslå sannheten kalt undersøkende. På vegne av etterforskeren, fremlagt på den måte som er fastsatt i straffeprosessloven, kan enkeltetterforskningshandlinger i saken som er under etterforskning utføres av undersøkelsesmyndighetene eller andre etterforskere. Etterforskningshandlinger gjennomføres som regel på initiativ fra etterforskeren eller den som foretar undersøkelsen.
5406.		Psykologiske kjennetegn ved gruppehandling	16,13 KB
	Fenomenene vi vurderer kan deles inn i tre hovedgrupper: egenskaper ved gruppen som handlingssubjekt, basert på gruppens selvbevissthet, egenskaper ved moralske og psykologiske relasjoner i prosessen med gruppehandling.
533.		Kombinasjon av skadelige faktorer	4,94 KB
	Det er fastslått at giftighetens giftighet kan øke både med økning og reduksjon i lufttemperatur. Utvidelse av blodårer i hud og slimhinner øker absorpsjonshastigheten av giftige stoffer gjennom hud og luftveier.En økning i toksiske effekter ved forhøyede lufttemperaturer har blitt notert for mange flyktige giftstoffer av bensindamp og kvikksølv, nitrogenoksider og andre. Årsaken til dette er en økning i hydrolyseprosesser, en økning i oppbevaring av giftstoffer på overflaten av slimhinnene, en endring i den aggregerte tilstanden til giftstoffer. Med økt...
7422.		STUDIE AV EFFEKTEN AV HELIOGEOFYSISKE FAKTORER PÅ BIOSYSTEMER	1,34 MB
	Som et resultat av oppgaven ble reaksjonen av volutingranulat til geoheliofysiske påvirkninger studert. Det ble oppnådd grafer som uttrykker avhengigheten av typen metakromasi-reaksjon av forskjellige heliofysiske faktorer. Observasjon av den 3. typen metakromasi-reaksjon skjer ofte 2-3 dager etter maksima for Ap- og Kp-indeksene for geomagnetisk forstyrrelse. Pearson-korrelasjonsdata ble innhentet
3643.		Driftsprinsipper vinkel. lov i rommet	2,96 KB
	Dette er et spørsmål om å bestemme territoriet der KM brukes. En person som har begått en forbrytelse på den russiske føderasjonens territorium er underlagt straffeansvar. Borgere av Den Russiske Føderasjon og statsløse personer som er permanent bosatt i Den Russiske Føderasjon og som har begått en forbrytelse utenfor Den Russiske Føderasjon, er underlagt strafferett i henhold til straffeloven dersom handlingen de begikk er anerkjent som en forbrytelse i staten på hvis territorium det ble begått og hvis disse personene ikke ble dømt i en fremmed stat. Ved domfellelse av disse personene kan ikke straffen overstige den øvre grensen for sanksjonen fastsatt i loven i den fremmede staten på territoriet der forbrytelsen ble begått.
17448.		Studie av batch-grønnsakskrellmaskin MOK-250	364,1 KB
	Mat er et av fundamentene i folks liv; som en energikilde for kroppens funksjon, bør en person spise fra 1 til 5 ganger om dagen. En komplett mat, kostholdet hennes inneholder alle de essensielle elementene i maten, dette er elementene som maten må inkludere for å sikre normal funksjon av menneskekroppen. Seksjonen for livssikkerhet legger spesiell vekt på sikkerhetstiltak og alle tiltak som er tatt for å sikre at arbeid på maskinen som studeres forårsaker så lite skade og fare som mulig...

Inntil nylig ble det antatt at absolutt alle enzymer er stoffer av proteinnatur. Men på 80-tallet ble katalytisk aktivitet oppdaget i noen lavmolekylære RNA-er. Disse enzymene ble navngitt ribozymer. Resten, over 2000 for tiden kjente enzymer, er protein i naturen og er preget av alle egenskapene til proteiner.

I henhold til deres struktur er enzymer delt inn i:

1. enkel eller en-komponent;

2. kompleks eller to-komponent (holoenzymer).

Enkle enzymer er enkle proteiner og, når de hydrolyseres, brytes de ned til bare aminosyrer. Enkle enzymer inkluderer hydrolytiske enzymer (pepsin, trypsin, urease, etc.).

Komplekse proteiner er komplekse proteiner og inneholder i tillegg til polypeptidkjeder en ikke-proteinkomponent ( kofaktor). De fleste enzymer er komplekse proteiner.Proteindelen av et to-komponent enzym kalles apoenzym. Kofaktorer kan ha varierende styrke på binding til apoenzymet.Hvis en kofaktor er tett bundet til en polypeptidkjede, kalles det protesegruppe. Det er en kovalent binding mellom protesegruppen og apoenzymet.

Hvis en kofaktor lett skilles fra apoenzymet og er i stand til uavhengig eksistens, kalles en slik kofaktor koenzym.

Forbindelsene mellom apoenzymet og koenzymet er svake - hydrogen, elektrostatisk, etc.

Den kjemiske naturen til kofaktorer er ekstremt mangfoldig. Rollen til kofaktorer i to-komponent enzymer spilles av:

1 - de fleste vitaminer (E, K, Q, C, H, B1, B2, B6, B12, etc.);

2 forbindelser av nukleotidnatur (NAD, NADP, ATP, CoA, FAD, FMN), samt en rekke andre forbindelser;

3 - lipolsyre;

4 – mange toverdige metaller (Mg 2+, Mn 2+, Ca 2+, etc.).

Aktivt sted for enzymer.

Enzymer er høymolekylære stoffer, hvis molekylvekt når flere millioner Molekylene til substrater som interagerer med enzymer har vanligvis en mye mindre størrelse. Derfor er det naturlig å anta at ikke hele enzymmolekylet som helhet interagerer med substratet, men bare en del av det - det såkalte "aktive senteret" til enzymet.

Det aktive senteret til et enzym er en del av dets molekyl som interagerer direkte med substrater og deltar i katalysehandlingen.

Det aktive senteret til enzymet dannes på nivå med tertiærstrukturen. Derfor, under denaturering, når den tertiære strukturen blir forstyrret, mister enzymet sin katalytiske aktivitet!

Det aktive senteret består igjen av:

1. katalytisk senter, som utfører den kjemiske transformasjonen av substratet;

2.substratsenter ("anker" eller kontaktområde), som sikrer festing av substratet til enzymet, dannelsen av et enzym-substratkompleks.

Det er ikke alltid mulig å trekke en klar linje mellom de katalytiske og substratsentrene; i noen enzymer faller de sammen eller overlapper hverandre.

I tillegg til det aktive senteret inneholder enzymmolekylet et såkalt allosterisk senter. Dette er en del av enzymmolekylet, som et resultat av tilsetning av en viss lavmolekylær substans (effektor) som den tertiære strukturen til enzymet endres til. Dette fører til en endring i konfigurasjonen av det aktive stedet og følgelig til en endring i aktiviteten til enzymet. Dette er et fenomen med allosterisk regulering av enzymaktivitet.

Mange enzymer er multimerer (eller oligomerer), dvs. består av to eller flere protomer-underenheter (lik den kvartære strukturen til et protein).

Bindingene mellom underenheter er generelt ikke-kovalente. Enzymet viser maksimal katalytisk aktivitet i form av en multimer. Dissosiasjon til protomerer reduserer enzymaktiviteten kraftig.

Enzymer - multimerer inneholder vanligvis et klart antall underenheter (2-4), dvs. er di- og tetramere. Selv om heksa- og oktamerer (6-8) er kjent, er trimerer og pentamerer (3-5) ekstremt sjeldne.

Multimer enzymer kan konstrueres fra enten samme eller forskjellige underenheter.

Hvis multimerenzymer dannes fra forskjellige typer underenheter, kan de eksistere som flere isomerer. Flere former for et enzym kalles isoenzymer (isoenzymer eller isozymer).

For eksempel består et enzym av 4 underenheter av type A og B. Det kan danne 5 isomerer: AAAA, AAAB, AABB, ABBB, BBBB. Disse isomere enzymene er isoenzymer.

Isoenzymer katalyserer den samme kjemiske reaksjonen, virker vanligvis på det samme substratet, men er forskjellige i enkelte fysisk-kjemiske egenskaper (molekylvekt, aminosyresammensetning, elektroforetisk mobilitet, etc.), og lokalisering i organer og vev.

En spesiell gruppe enzymer består av de såkalte. multimere komplekser. Dette er systemer av enzymer som katalyserer påfølgende stadier av transformasjonen av et substrat. Slike systemer er preget av sterke bindinger og streng romlig organisering av enzymer, noe som sikrer en minimumsvei gjennom substratet og en maksimal konverteringshastighet.

Et eksempel er et multienzymkompleks som utfører oksidativ dekarboksylering av pyrodruesyre. Komplekset består av 3 typer enzymer (M.v. = 4.500.000).

Virkningsmekanisme for enzymer

Virkningsmekanismen til enzymer er som følger. Når et substrat kombineres med et enzym, dannes et ustabilt enzym-substratkompleks. Det aktiverer substratmolekylet på grunn av:

1. polarisering av kjemiske bindinger i substratmolekylet og omfordeling av elektrontetthet;

2. deformasjon av bindinger involvert i reaksjonen;

3. tilnærming og nødvendig gjensidig orientering av substratmolekyler (S).

Substratmolekylet er fiksert i det aktive sentrum av enzymet i en stresset konfigurasjon, i en deformert tilstand, noe som fører til en svekkelse av styrken til kjemiske bindinger og reduserer nivået av energibarrieren, dvs. underlaget er aktivert.

Det er 4 stadier i den enzymatiske reaksjonsprosessen:

1 - festing av et substratmolekyl til enzymet og dannelse av et enzym-substratkompleks;

2 – endring i substratet under påvirkning av et enzym, noe som gjør det tilgjengelig for en kjemisk reaksjon, dvs. substrat aktivering;

3 - kjemisk reaksjon;

4 – separasjon av reaksjonsprodukter fra enzymet.

Dette kan skrives som et diagram:

E + SESES* EPE + P

hvor: E – enzym, S – substrat, S* – aktivert substrat, P – reaksjonsprodukt.

På 1. trinn festes den delen av substratmolekylet som ikke gjennomgår kjemiske transformasjoner til substratsenteret ved hjelp av svake interaksjoner. For dannelse av et enzym-substratkompleks (ES) må tre betingelser være oppfylt, som bestemmer den høye spesifisiteten til enzymvirkningen.

Betingelser for dannelsen av enzym-substratkomplekset:

1.strukturell samsvar mellom substratet og det aktive stedet for enzymet. Som Fischer sier det, må de passe sammen «som en nøkkel til en lås». Denne likheten er sikret på nivået av den tertiære strukturen til enzymet, dvs. romlig arrangement av funksjonelle grupper av det aktive senteret.

2.elektrostatisk samsvar det aktive senteret til enzymet og substratet, som er forårsaket av samspillet mellom motsatt ladede grupper.

3. fleksibilitet av den tertiære strukturen til enzymet - "indusert compliance". I henhold til teorien om tvungen eller indusert konformitet, kan den katalytisk aktive konfigurasjonen av enzymmolekylet bare oppstå i øyeblikket av festing av substratet som et resultat av dets deformerende effekt i henhold til "håndhanske"-prinsippet.

Virkningsmekanismen til en-komponent og to-komponent enzymer er lik.

Både apoenzym og koenzym deltar i dannelsen av enzym-substratkomplekset i komplekse enzymer. I dette tilfellet er substratsenteret vanligvis plassert på apoenzymet, og koenzymet deltar direkte i handlingen av kjemisk transformasjon av substratet. I det siste stadiet av reaksjonen frigjøres apoenzymet og koenzymet uendret.

På trinn 2 og 3 er transformasjonen av substratmolekylet assosiert med brudd og lukking av kovalente bindinger.

Etter at kjemiske reaksjoner har skjedd, går enzymet tilbake til sin opprinnelige tilstand og reaksjonsproduktene separeres.

Evnen til et enzym til å katalysere en bestemt type reaksjon kalles spesifisitet.

Det er tre typer spesifisitet:

1.relativ eller gruppespesifisitet– enzymet virker på en bestemt type kjemisk binding (for eksempel spalter enzymet pepsin en peptidbinding);

2.absolutt spesifisitet - enzymet virker bare på ett strengt definert substrat (for eksempel spalter enzymet urease amidbindingen bare i urea);

3.støkiometrisk spesifisitet– enzymet virker kun på en av stereoisomerene (for eksempel fermenterer enzymet glukosidase kun D-glukose, men virker ikke på L-glukose).

Spesifisiteten til enzymet sikrer orden i metabolske reaksjoner.