Активатори та інгібітори ферментів: приклади та механізми дії

Білет №1

НЕ ЗРОБЛЕНО.

1. Ферменти: визначення; властивості ферментів як біологічних каталізаторів.

Ферменти (ензими) - біологічні каталізатори білкової природи, які синтезуються в клітинах живих організмів і забезпечують необхідні швидкість і координацію біохімічних реакцій, що становлять обмін речовин (метаболізм). Властивості ферментів ферменти значно підвищують швидкість перебігу біохімічних реакцій, але не входять до складу кінцевих продуктів реакції; ферменти забезпечують перебіг лише тих біохімічних реакцій, які можливі згідно з законами термодинаміки; ферменти прискорюють швидкість як прямої, так і зворотної реакції перетворення субстрату, не змінюючи константи рівноваги (Кр) реакції та зменшуючи термін часу до досягнення

стану рівноваги (або стаціонарного стану у відкритій метаболічній системі); протягом реакції фермент певним чином взаємодіє із субстратом, що перетворюється, але до складу кінцевих продуктів реакції не входить. Під час перебігу біохімічної реакції, що каталізується, відбувається циклічний процес, в ході якого фермент та субстрат підлягають ступінчастому перетворенню з утворенням продукту реакції та регенерацією ферменту; ферменти є високоспецифічними каталізаторами, тобто діють, як правило, на структурно близькі субстрати, що мають певний хімічний зв’язок, структурно подібні радикали або функціональні групи. Проявом високої

специфічності ферментів є їх стереоспецифічність, тобто здатність перетворювати тільки певні стереоізомери, наприклад L- або L- амінокислоти, D- або L-моносахариди; відповідно до білкової природи, каталітична активність ферментів дуже чутлива до змін фізико- хімічних властивостей середовища (рН, температури), які можуть впливати на структурну організацію молекул ферментів, спричиняючи в певних умовах їх денатурацію; активність ферментів може суттєво змінюватися під впливом певних хімічних сполук, що збільшують (активатори) або зменшують (інгібітори) швидкість реакції, яка каталізується.__

Активування ферментів. Речовини, які підвищують активність ферментів, одержали назву активаторів. Присутність активатора вкрай

важлива для ферменту. До активаторів належать кофактори, іони металів, різноманітні модифікатори тощо. Субстрат у певних межах

концентрацій є активатором - після досягнення насичених концентрацій субстрату активність ферменту не зростає. Субстрат полегшує

формування потрібної конформації активного центру ферменту (індукція), підвищує його стабільність. Досить часто роль активаторів

виконують іони металів: вони можуть входити до складу каталітичної ділянки активного центру ферменту; сприяти зв'язуванню

субстрату з посадочною ділянкою ферменту (зв'язуючий місток); іноді метали можуть сполучатися не з ферментом, а із субстратом,

утворюючи металосубстратний комплекс, на який краще діє фермент; вони можуть діяти непрямим шляхом, зв'язуючи присутній

інгібітор тощо. Активація деяких ферментів може здійснюватися шляхом приєднання до алостеричного центру ферменту якої-небудь

специфічної модифікуючої групи, що сприяє змінюванню конформації ферменту і його активного центру. Прикладами можуть бути

іони хлору, які є активаторами амілази слини; іони водню, які підвищують активність пепсину; жовчні кислоти, які посилюють дію

ліпази підшлункової залози; лужна фосфатаза може активуватися катіонами. Активація деяких ферментів (особливо тих, що

виробляються в шлунково-кишковому тракті) може відбуватися протеолітичним шляхом. Спочатку ферменти виробляються в

неактивній формі у вигляді проферментів або зимогенів (попередників ферментів), у яких активний центр замаскований додатковою

ділянкою пептидного ланцюга. Внаслідок цього субстрат не може з'єднатися з активним центром. Видалення такої додаткової ділянки

може відбуватися різними шляхами і сприяє звільненню активного центру та можливості утворення фермент-субстратного комплексу.

Наприклад, проферментом пепсину є пепсиноген, який виробляється в стінках шлунка. Відщеплення від його молекули невеликого

пептидного ланцюга за участю соляної кислоти в шлунку призводить до утворення пепсину і формування його активного центру.

Профермент трипсиноген утворюється в підшлунковій залозі, до складу його поліпептидного ланцюга входить 229 амінокислотних

залишків. У дванадцятипалій кишці під впливом ферменту ентерокінази розривається пептидний зв'язок між 6 і 7 амінокислотними

залишками і відщеплюється гек-сапептид. Після відщеплення гексапептиду створюються умови, які сприяють утворенню активного

центру ферменту, і трипсиноген перетворюється в трипсин. Цей же процес може здійснюватися аутокаталітично, тобто під впливом

уже утворених трипсину і пепсину - у випадку пепсиногену. Інгібітори ферментів. Інгібітори - хімічні сполуки, що зменшують

каталітичну активність ферментів. Навідміну від речовин, які інактивують ферменти за рахунок їх денатурації (концентровані кислоти

та луги, солі важких металів у високих концентраціях), дія інгібіторів є специфічною стосовно певних ферментів або груп ферментів,

вони мають низьку концентрацію. За допомогою інгібіторів отримують цінну інформацію про специфічність дії ферментів, природу

функціональних груп їх активних центрів, про механізм дії і т. ін.

2. Аеробне та анаеробне окислення глюкози, загальна характеристика процесів. Етапи перетворення глюкози до CO2, H2O

Прості вуглеводи після всмоктування в кишковому тракті та проникнення всередину клітин підлягають метаболічним

перетворенням,які становлять підгрунтя їх біоенергетичної функції.Безпосередній і найбільший внесок в утворення АТФ здійснює окислення глюкози до кінцевих продуктів катаболізму – діоксиду вуглецю та води.Крім того,певна кількість вуглеводів,що постійно надходить в організм з продуктами харчування,формують енергетичні депо метаболічного палива у вигляді глікогену та нейтральних жирів.

Основні шляхи внутрішньоклітиннного катаболізму глюкози:

- аеробне окислення,в рез-ті якого глюкоза розщеплюється до СО2 та Н2О

- гліколітичний шлях(гліколіз),в результаті якого глюкоза утворює проміжні продукти катаболізму (піровиниградну або молочну кислоту)

Складний багатоступеневий процес аеробного окислення глюкози поділяється на такі етапи:

1) Розщеплення глюкози до піровиноградної кислоти.

С6H12O6 + 2 NAD + 2 АДФ + 2 Фн = 2 C3H4O3 + 2 НАДН + 2Н +2АТФ

2) Окислювальне декарбоксилювання піровиноградної кислоти

У результаті цього процесу утворюється ацетил-коА – основний субстрат окислення в ЦТК та відновлена форма НАД

Окислювальне декарбоксилювання пірувату каталізується піруватдегідрогеназним комплексом(міст.у мембранах мітохондрій),у прокаріотів у цитоплазмі.

3) Окислення ацетил-коА до двоокису вуглецю та води в ЦТК

ЦТК,функціонально та біохімічно спряжений із ланцюгом електронного транспорту в мембранах мітохондрій,завершує аеробне окислення глюкози до СО2 та Н2О,генеруючи 12 молекул АТФ на кожну молекулу ацетил-коА,що розщеплюється.

3. Шляхи біотрансформації холестерину: етерифікація; утворення жовчних кислот, стероїдних гормонів, вітаміну D3.

Етерифікація

Переважна частина холестерину тканин і близько 65 % холестерину плазми етерифіковано вищими жирними кислотами в положенні С-

3. Синтез ефірів холестерину в плазмі крові та в клітинах відбувається за різними механізмами. 1. Зовнішньоклітинна етерифікація холестерину здійснюється ферментом лецитин (фосфатидилхолін)-холестерин-ацилтранаферазою (ЛХАТ) плазми. ЛХАТ каталізує реакцію перенесення ацильного залишку з 2-го (бета-) положення фосфатидилхоліну на гідроксильну групу холестерину: холестерол + фосфатидилхолін--- холестерол-ефір + лі зофосфатидилхолін

Для етерифікації холестерину використовуються ненасичені жирні кислоти: лінолева та олеїнова. Найбільш активно реакція відбувається в ліпопротеїнах крові ЛПВЩ 2. Внутрішньоклітинна етерифікація холестерину перебігає за участю ацил-КоА- холестерин-ацилтрансферази (АХАТ): холестерол + ацил-КоА --- холестерол-ефір + КоА-SН

Утв Жовчних КИСЛОт!11

Жовчні кислоти с гідроксильованими похідними холанової кислоти; до них належать такі сполуки: холева (3,7,12-триоксихоланова), дезоксихолева (3,12-діоксихоланова), хенодезоксихолева (3,7-

діоксихоланова) та літохолева (3-оксихоланова) кислоти. Холева та хенодезоксихолева кислоти (первинні жовчні кислоти) утворюються в печінці при гідроксилюванні циклопентанперпдрофенантренового циклу та частковому окисленні в боковому ланцюзі молекули холестерину. Першим етапом у біосинтезі жовчних кислот є 7-альфа-гідроксилювання холестерину, що каталізується ферментом мембран ендоплазматичного ретикулума 1альфа-гідроксилазою, який є однією з ізоформ цитохрому Р-450 та функціонує за участю НАДФН, кисню та вітаміну С (аскорбінової кислоти).7альфа-Гідроксилаза — регуляторний фермент, що є активним у фосфорильованій і малоактивним — в дефосфорильваній формі. Жовчні кислоти — кінцеві продукти цього

метаболічного шляху — пригнічують активність ферменту за принципом негативною зворотного зв’язку. Після утворення 7альфа- гідроксихолестеролу шлях біосинтезу жовчних кислот дихотомічно розгалужується: одна з гілок веде до утворення холевої кислоти, друга — хенодезоксихолевої. Ці сполуки надходять із гепатоцитів у жовчні капіляри і депонуюються в жовчному міхурі, надходячи з нього до порожнини дванадцятипалої кишки. При дії ферментів мікроорганізмів, що містяться в кишечнику, утворюються вторинні

жовчні кислоти — дезоксихолева та літохолева.

Стероїдні гормони

Першим етапом на шляху синтезу з холестерину стероїдних гормонів надниркових залоз (кортикостероїдів) є утворення С21-стероїду прегненолону— безпосереднього попередника прогестагену прогестерону (С21), який у клітинах надниркових залоз перетворюється на кортикостероїди (С21): глюкокортикоїд кортизол та мінералокортикоїд альдостерон.Гормони чоловічих та жіночих статевих залоз також утворюються з холестерину через стадію прегненолону та прогестерону, який у цих органах перетворюється в 17-альфа-

гідроксипрогестерон — попередник андрогону (С19)— тестостерону та естрогонів (С18) — естрону та естрадіолу.

Вітамін д3

Перетворення холестерину у вітамін Д 3 — холекальциферол — потребує розщеплення кільця циклопентанпергідрофенантрену з утворенням провітаміну д3, який підлягає реакціям окисного гідроксилювання з утворенням біологічно активної форми вітаміну — 1,25дигідроксихалекальциферолу (кальцитріолу).

4. Класифікація гормонів та біорегуляторів: відповідність структури та механізмів дії гормонів.

Гормони, що синтезуються в ендокринних залозах («справжні», істинні гормони), декретуються в кров*яне русло і після перенесення спеціалізованими транспортними білками здійснюють свої біологічні ефекти, як правило, на відстані, тобто діють на віддалений чутливий орган. До «справжніх» гормонів належать: гормони гіпоталамуса та гіпофіза, гормони щитовидної залози, гормони пара щитовидної залози, гормони ендокринних клітин підшлункової залози, гормони коркової частини наднирникових залоз, гормони чоловічих та жіночих статевих залоз, гормони епіфіза.

Близькі за біологічними ф-ціями до гормонів фізіологічно активні сполуки, що є гуморальними регуляторними факторами не ендокринного походження. Ці біорегулятори виробляються не в ендокринних залозах, а в спеціалізованих клітинах, які містяться в інших тканинних елементах, зокрема в лімфоїдній системі, лейкоцитах, сполучній тканині, шлунку, кишечнику тощо і мають назву гормоноподібних сполук (гормоноїдів) або тканинних гормонів (гістогормонів). На відміну від «справжніх» гормонів, що характеризуються дистантністю дії, гістогормони можуть справляти свій регульований вплив на чутливі до них клітини-мішені на місці свого утворення (місцева дія). Загальною рисою у біорегуляторів різного походження є їх інформаційна ф-ція, спрямована на контроль, регуляцію, модуляцію

метаболічних і фізіологічних ф-цій чутливих біоструктур. Найбільш вивченими на даний час є такі класи біорегуляторів: гормони («справжні» гормони), нейромедіатори та опіоїдні пептиди, фізіологічно активні ейкозаноїди, гормони та медіатори імунної системи, пептидні фактори росту (цитомедини, інтермедини).

Дата добавления: 2015-05-07