Лекция №5 «Ферменты. Часть 2. Ингибирование и активация ферментов. Регуляция ферментативной активности»

Лектор: проф. Дадали В.А.

Ингибирование – снижение активности (снижение Vр-ции) ферментов. Ингибиторы – в-ва, снижающие Vр-ции. Ингибиторы бывают:

-обратимого характера

-необратимого характера

Схема р-ции:

1. E+S=ES---P+E.

E+I=EI---0

2. E+S=ES---P+E.

E+I---EI---0

Ингибиторы различают по месту взаимодействия:

-конкурентного действия(с субстратом – их структура должна быть схожа!!). Схема:

E+S=ES---P+E.

E+I=EI---0

-неконкурентное действие(связывается с белковой частью Е – не в АЦ – пример: медь, ртуть, кадмий, свинец, марганец, цинк). Схема:

E+S=ES---P+E.

E+I=EI---0

ES+I=ESI---0

График для конкурентного ингибирования:

-Абсцисса: Концентрация субстрата

-Ордината: Скорость р-ции

График р-ции без ингибитора из нуля идёт по типу гиперболы

График р-ции с ингибитором из нуля идёт по типу гиперболы (но ниже, чем график для конкурентного ингибирования)

График для неконкурентного ингибирования:

-Абсцисса: Концентрация субстрата

-Ордината: Скорость р-ции

График р-ции без ингибитора из нуля идёт по типу гиперболы

График р-ции с ингибитором из нуля идёт по типу гиперболы (но ниже, чем график для конкурентного ингибирования; макс.скорость ниже у ингибированной р-ции)

Ингибитор оказывает влияние на Км (увеличивает её)

Примеры:

1. сукцинатдегидрогеназа (субстрат – анион янтарной к-ты). Это фермент, имеющий два положительных заряда на строго определённом расстоянии. Два отрицательно заряженных конца к-ты присоединяются к нему – происходит р-ция. При ингибировании: малоновая кислота (ингибитор, похожий на янтарную - токсикант) присоединяется к ферменту одним сайтом.

2. Ацетилхолинэстераза (субстрат – АХ). АХЭ тоже имеет два сайта (один отрицательный, другой центр – эстеразный – имеет группу серина (ОН). АХ : четвертичный азот напротив первого сайта, дальше цепочка – два метила, ацетил группа, в которой ацил-группа напротив второго сайта. Электростат.взаимодействие очень сильное. При ингибировании: триметилэтиламмоний связывается с первым сайтом через четвертичный азот, и АХ не может связаться. Курареподобные в-ва содержат четвертичный азот.

3. Зарин (1 кг зарина достаточен для убийства млн человек). Формула – Фосфор, соединённый со фтором (через эту связь происходит связь со вторым сайтом АХЭ), двойной связью с кислородом, метил и радикалом через О.

Схема конкурентного ингибирования:

0---EI=(+I)E(+S)=ES---P+E.

Пример: метанол (10 г – слепота, 30 г – смерть). Этанол – лекарство.

Активация ферментов – это повышение активности ферментов. Активаторы – в-ва или процессы, которые:

1. Восстанавливают акт.ферм.(если она была снижена)

2. Увеличивают акт.ферм.

3. Образование акт.формы фермента

Некоторые металлы (ЩеЗе – пример:магний) активируют ферменты (пример: АТФ-зависимые ферменты).

Ограниченный протеолиз, как универсальный механизм активации фермента:

Белок: 6-8АК(который должен быть отщеплён)---альфа-спираль---S-петля---альфа-спираль…...... Есть 3 ф-циональные группы: одна на 3-й спирали, две на 1-й спирали (всё закреплено водородными связями). Дальше происходит под действием соляной кислоты(как пример) закручивание с отщеплением того участка белка, и три ф-циональные группы оказались рядом и образовали АЦ. В наст.время доказано, что пептидные гормоны, короткие пептиды синтезируются по одному механизму: из белка способом ограниченного протеолиза отщепляется маленький кусочек полипептида.

Механизм протективного действия – ещё один механизм активности фермента.

Регуляция активности фермента.

Типы:

-медленная – осуществляется на уровне гена путём образования нового фермента, повышения концентрации и изменением локализации фермента (индукция и репрессия синтеза фермента. Пример: действие антибиотиков и возникновение новых антибиотикоустойчивых форм - пенициллин)

-быстрая (оперативная) – изменение активности уже имеющихся в клетке ферментов путём физ-хим. или ковалентного изменения их структуры (пример – стресс)

Все процессы в клетке делятся на линейные и циклические.

1. Гликолиз (глюкоза – ПВК) С=(мембрана)=С=(+Е1)=С1====……=Сн=Р. Оказывается, что продукт р-ции может взаимодествовать с Е1 (как ингибитор) и снижать скорость р-ции. Это механизм регуляции по принципу обратной связи (feedback). Продукт р-ции – обратимый ингибитор (автосистема регуляции).

Но клетка вырабатывает спец.ферменты, которые являются втор.посредниками - messenger (первичный – гормон) – пример: цАМФ, Са++ и ещё полтора десятка.

С-ва регуляторных ферментов:

1. Все рег.ферменты – четв.структурированы

2. В рег.ферментах кроме АЦ имеется аллостерический центр (в другой белк.субъединице)

3. Аллостерические ферменты не подчиняются уравнению Михаэлиса-Ментен

Связывание происходит за счёт сил слабого взаимодействия. Пример:

Белок (рег.ферм.) – из 2 субъединиц – одна каталическая, другая – регуляторная. Сигнал в виде втор.посредника нековалентно связывается с рег.ферм. (процесс прекращается, т.к. изменяется структура белка – и рег.части, и кат.части).

График зависимости акт.ферм. от концентрации субстрата:

Абсцисса – [S]

Ордината – V

График идёт сначала как парабола, потом как гипербола (похоже на сигмоидный график).

Проявляется эффект кооперативности.

Ковалентная модификация фермента – это изменение акт.фермента путём ковалентного присоединения или отщепления хим.группы (пример – остаток фосфорной к-ты).

Пример: гликогенфосфорилаза (действует на гликоген в печени, мыщцах). Этот фермент находится в печени в малоактивной форме – ГГФ-б. В момент активации ГГФ-В фосфорилируется до ГГФ-А (акт.форма). Р-ция обратима (работают киназы – обратно-фосфатазы).

В момент стресса идёт выброс адреналина, тот связывается с адренорецептором – внутри клетки идёт образование цАМФ, который связывается с киназой аллостерически, и включает киназу – начинается фосфорилирование ГГФ-Б до ГГФ-А – выброс глюкозы (1 молекула адреналина способствует выбросу 2 млн молекул глюкозы)