У дома

Активното място на ензима. Реферати за държавни изпити за студенти по биология

8.7.1. В клетъчното съдържание ензимите не са разпределени на случаен принцип, а строго подредени. С помощта на вътреклетъчните мембрани клетката се разделя на отделения или отделения(Фигура 8.18). Във всеки от тях се извършват строго определени биохимични процеси и се концентрират съответните ензими или полиензимни комплекси. Ето няколко типични примера.

Фигура 8.18.Вътреклетъчно разпределение на ензими от различни метаболитни пътища.

Лизозомите съдържат предимно различни хидролитични ензими. Тук протичат процесите на разделяне на сложни органични съединения на техните структурни компоненти.

Митохондриите съдържат сложни системи от редокс ензими.

Ензимите за активиране на аминокиселини са разпределени в хиалоплазмата, но присъстват и в ядрото. Хиалоплазмата съдържа множество метаболони на гликолиза, структурно комбинирани с тези на пентозофосфатния цикъл, което осигурява връзката между дихотомния и апотомния път на разграждането на въглехидратите.

В същото време в рибозомния апарат на клетката са концентрирани ензими, които ускоряват трансфера на аминокиселинни остатъци към нарастващия край на полипептидната верига и катализират някои други реакции в процеса на биосинтеза на протеини.

В клетъчното ядро се локализират главно нуклеотидилтрансферазите, които ускоряват преноса на нуклеотидни остатъци по време на образуването на нуклеинови киселини.

8.7.2. Разпределението на ензимите в субклетъчните органели се изследва след предварително фракциониране на клетъчните хомогенати чрез високоскоростно центрофугиране, като се определя съдържанието на ензими във всяка фракция.

Локализацията на даден ензим в тъкан или клетка често може да бъде установена in situ чрез хистохимични методи ("хистоензимология"). За да направите това, тънки (от 2 до 10 µm) участъци от замразена тъкан се третират с разтвор на субстрат, към който този ензим е специфичен. На тези места, където се намира ензимът, се образува продуктът от реакцията, катализирана от този ензим. Ако продуктът е оцветен и неразтворим, той остава на мястото на образуване и позволява локализирането на ензима. Хистоензимологията дава ясна и до известна степен физиологична картина на разпределението на ензимите.

Ензимните системи от ензими, концентрирани във вътреклетъчните структури, са фино координирани една с друга. Взаимната връзка на катализираните от тях реакции осигурява жизнената дейност на клетките, органите, тъканите и на организма като цяло.

При изследване на активността на различни ензими в тъканите на здраво тяло може да се получи картина на тяхното разпределение. Оказва се, че някои ензими са широко разпространени в много тъкани, но в различни концентрации, докато други са много активни в екстракти, получени от една или повече тъкани, и практически липсват в други тъкани на тялото.

Фигура 8.19.Относителната активност на някои ензими в човешките тъкани, изразена като процент от активността в тъканта с максимална концентрация на този ензим (Moss, Butterworth, 1978).

8.7.3. Концепцията за ензимопатии.През 1908 г. английският лекар Арчибалд Гарод предполага, че причината за редица заболявания може да е отсъствието на някой от ключовите ензими, участващи в метаболизма. Той въвежда понятието "вродени грешки на метаболизма" (вроден дефект на метаболизма). Впоследствие тази теория беше потвърдена от нови данни, получени в областта на молекулярната биология и патологичната биохимия.

Информацията за последователността на аминокиселините в полипептидната верига на протеина се записва в съответния участък на молекулата на ДНК под формата на последователност от тринуклеотидни фрагменти - триплети или кодони. Всеки триплет кодира специфична аминокиселина. Това съответствие се нарича генетичен код. Освен това някои аминокиселини могат да бъдат кодирани с няколко кодона. Съществуват и специални кодони, които са сигнали за началото на синтеза на полипептидната верига и нейното прекратяване. Към днешна дата генетичният код е напълно дешифриран. Той е универсален за всички видове живи организми.

Реализирането на информацията, съдържаща се в молекулата на ДНК, включва няколко етапа. Първо, информационната РНК (иРНК) се синтезира в клетъчното ядро по време на транскрипция и навлиза в цитоплазмата. От своя страна иРНК служи като шаблон за транслация - синтеза на полипептидни вериги върху рибозомите. По този начин естеството на молекулярните заболявания се определя от нарушение на структурата и функцията на нуклеиновите киселини и протеините, контролирани от тях.

8.7.4. Тъй като информацията за структурата на всички протеини в клетката се съдържа в последователността от ДНК нуклеотиди и всяка аминокиселина се определя от триплет нуклеотиди, промяната в първичната структура на ДНК може в крайна сметка да има дълбок ефект върху синтезирания протеин . Такива промени възникват поради грешки в репликацията на ДНК, когато една азотна база се заменя с друга, било в резултат на радиация или химическа модификация. Всички наследствени дефекти, възникнали по този начин, се наричат мутации. Те могат да доведат до неправилно разчитане на кода и изтриване (загуба) на ключова аминокиселина, заместване на една аминокиселина с друга, преждевременно спиране на протеиновия синтез или добавяне на аминокиселинни последователности. Като се има предвид зависимостта на пространствената опаковка на протеина от линейната последователност на аминокиселините в него, може да се предположи, че такива дефекти могат да променят структурата на протеина, а оттам и неговата функция. Въпреки това, много мутации се откриват само в лабораторията и не влияят неблагоприятно на протеиновата функция. По този начин ключовият момент е локализирането на промените в първичната структура. Ако позицията на заместената аминокиселина е критична за образуването на третичната структура и образуването на каталитичния сайт на ензима, тогава мутацията е сериозна и може да се прояви като заболяване.

Последствията от дефицит на един ензим във веригата на метаболитните реакции могат да се проявят по различни начини. Приемаме, че трансформацията на съединението Авъв връзката Бкатализира ензим Еи каква връзка ° Ссе случва по алтернативен път на трансформация (Фигура 8.20):

Фигура 8.20.Схема на алтернативни начини за биохимични трансформации.

Последствията от ензимния дефицит могат да бъдат следните явления:

недостатъчност на продукта от ензимната реакция ( Б). Като пример можем да посочим намаляване на кръвната захар при някои форми на гликогеноза;
натрупване на материя А), чието превръщане се катализира от ензим (например хомогентизинова киселина при алкаптонурия). При много лизозомни заболявания на натрупването, вещества, които нормално претърпяват хидролиза в лизозомите, се натрупват в тях поради дефицит на един от ензимите;
отклонение към алтернативен път с образуването на някои биологично активни съединения ( ° С). Тази група явления включва екскреция с урината на фенилпировиноградна и фенилмлечна киселини, които се образуват в организма на пациенти с фенилкетонурия в резултат на активиране на спомагателни пътища за разграждане на фенилаланин.

Ако метаболитната конверсия като цяло се регулира от принципа на обратната връзка на крайния продукт, тогава ефектите от последните два вида аномалии ще бъдат по-значими. Така например при порфирии (вродени нарушения на синтеза на хем) се елиминира преобладаващият ефект на хема върху първоначалните реакции на синтез, което води до образуването на прекомерни количества междинни продукти на метаболитния път, които имат токсичен ефект върху клетките на кожата и нервната система.

Факторите на околната среда могат да засилят или дори напълно да определят клиничните прояви на някои вродени метаболитни нарушения. Например, много пациенти с дефицит на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа не развиват заболяване, докато не приемат лекарства като примахин. При липса на контакт с наркотици такива хора създават впечатлението за здрави.

8.7.5. Ензимният дефицит обикновено се преценява косвено чрез повишаване на концентрацията на изходното вещество, което нормално претърпява трансформации под действието на този ензим (например фенилаланин при фенилкетонурия). Директното определяне на активността на такива ензими се извършва само в специализирани центрове, но ако е възможно, диагнозата трябва да бъде потвърдена по този метод. Пренатална (предродилна) диагностика на някои вродени метаболитни нарушения е възможна чрез изследване на клетки от околоплодна течност, получени в ранните етапи на бременността и култивирани in vitro.

Някои вродени метаболитни нарушения могат да бъдат лекувани чрез доставяне на липсващия метаболит в тялото или чрез ограничаване на приема на прекурсори на нарушени метаболитни процеси в стомашно-чревния тракт. Натрупващите се продукти (напр. желязо при хемохроматоза) понякога могат да бъдат отстранени.

Фигура 8.18.Вътреклетъчно разпределение на ензими от различни метаболитни пътища.

Митохондриите съдържат сложни системи от редокс ензими.

Фигура 8.20.Схема на алтернативни начини за биохимични трансформации.

Последствията от ензимния дефицит могат да бъдат следните явления:

недостатъчност на продукта от ензимната реакция ( Б). Като пример можем да посочим намаляване на кръвната захар при някои форми на гликогеноза;
натрупване на материя А), чието превръщане се катализира от ензим (например хомогентизинова киселина при алкаптонурия). При много лизозомни заболявания на натрупването, вещества, които нормално претърпяват хидролиза в лизозомите, се натрупват в тях поради дефицит на един от ензимите;
отклонение към алтернативен път с образуването на някои биологично активни съединения ( ° С). Тази група явления включва екскреция с урината на фенилпировиноградна и фенилмлечна киселини, които се образуват в организма на пациенти с фенилкетонурия в резултат на активиране на спомагателни пътища за разграждане на фенилаланин.

Биологична химия Лелевич Владимир Валерианович

Активно място на ензима

Частта от ензимната молекула, която специфично взаимодейства със субстрата, се нарича активно място. Активният център е уникална комбинация от аминокиселинни остатъци в ензимната молекула, която осигурява директното му взаимодействие с молекулата на субстрата и участва пряко в акта на катализа. В комплексните ензими активният център включва и кофактор. В активния център условно се разграничават каталитично място, което директно влиза в химично взаимодействие със субстрата, и място на свързване, което осигурява специфичен афинитет към субстрата и образуването на неговия комплекс с ензима.

Свойства на активните места на ензимите:

1. Активният център представлява относително малка част от общия обем на ензима.

2. Активният център има формата на тясна вдлъбнатина или процеп в ензимната глобула.

3. Активният център е триизмерно образувание, в образуването на което участват функционални групи аминокиселини, линейно отдалечени една от друга.

4. Субстратите се свързват относително слабо с активното място.

5. Специфичността на свързването на субстрата зависи от строго определено подреждане на атоми и функционални групи в активния сайт.

Някои регулаторни ензими имат друг център, наречен алостеричен или регулаторен. Той е пространствено отделен от активния обект.

Алостеричният център е участък от ензимна молекула, с който се свързват определени обикновено нискомолекулни вещества (алостерични регулатори), чиито молекули не са подобни по структура на субстрата. Прикрепването на регулатора към алостеричния център води до промяна в третичната и кватернерната структура на ензимната молекула и съответно конформацията на активния център, което води до намаляване или повишаване на ензимната активност.

От книгата Extended Phenotype [Далеко влияние на гена] автор Докинс Клинтън Ричард

ГЛАВА 5 Активният репликатор на зародишната линия През 1957 г. Beezer доказа, че "генът" вече не може да се разглежда като единна, единна концепция. Той го разложи на три ипостаси: мутон - минималната единица на мутационни изменения; recon - най-малката единица

От книгата Най-новата книга с факти. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и други науки за Земята. биология и медицина] автор

От книгата Фармацевтична и хранителна мафия от Брауър Луис

От книгата Най-новата книга с факти. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и други науки за Земята. Биология и медицина автор Кондрашов Анатолий Павлович

Център за фармакологичен надзор „Париж, 4 февруари 1977 г. Създаденият през януари 1974 г. НЦПП заседава на Общото събрание на 2 февруари, заедно с делегати от Националните харти на лекарите и фармацевтите, към които се присъедини група центрове за контрол на интоксикация и

От книгата Четене между редовете на ДНК [Вторият код на нашия живот, или Книгата, която всеки трябва да прочете] автор Шпорк Петър

Къде е центърът на масата на системата Земя-Луна? Центърът на масата на системата Земя-Луна, така нареченият барицентър, се намира на разстояние от 4672 километра от центъра на Земята към Луната, тоест на дълбочина приблизително 1700 километра под земната повърхност. Строго погледнато, от

От книгата Тайната на Бога и науката за мозъка [Невробиология на вярата и религиозния опит] от Нюбърг Андрю

Какво е центърът на удоволствието и къде се намира в тялото? Една от частите на мозъка е хипоталамусът, който е част от диенцефалона и се намира под зрителните туберкули (таламус). Хипоталамусът, в който се намират автономните центрове

От книгата Произход на мозъка автор Савелиев Сергей Вячеславович

От Берлин до центъра на бъдеща революция Той не се обижда, когато го сбъркат със студент или докторант. И това се случва на 32-годишния генетик през цялото време. Александър Майснер - сиво-сини очи, тъмно руса небрежно сресана коса, тридневна стърнища - не само млада,

От книгата В търсене на памет [Появата на нова наука за човешката психика] автор Кандел Ерик Ричард

Активният подход Активният тип медитация започва не с намерението да изчисти ума от мислите, а с желанието да се насочи максимално фокусирано внимание към някаква мисъл или някакъв обект. Така, да речем, будист може да пее мантра или да гледа сиянието на свещ или

От книгата Ами ако Ламарк е прав? Имуногенетика и еволюция автор Стийл Едуард

§ 37. Асоциативният център на мозъка на влечугите След като разгледахме общия план на устройството на нервната система, следва да се спрем отделно на новите принципи на организация и действие на мозъка, реализирани за първи път при влечугите. Нервната система на архаичните амниоти се превърна в логично развитие на структурата

От книгата Психопати. Достоверна история за хора без съжаление, без съвест, без угризения от Кийл Кент А.

От книгата на автора

Размножителен център: соматична хипермутация на пренаредени V(D)J гени Всички налични доказателства сочат, че само пренаредени V(D)J гени, кодиращи протеина на антитялото, са мутирали в В лимфоцитите. С други думи, променливи гени, които остават в конфигурацията на зародишната линия

От книгата на автора

Център за рехабилитация на непълнолетни Мендота В началото на 90-те години на миналия век в Съединените щати обхвана истинска епидемия от тийнейджърско насилие. Броят на престъпленията, извършени от непълнолетни, почти се е удвоил между 1980 и 1993 г. Изглеждаше, че нищо не може да спре това

Ензимите са макромолекулни вещества, чието молекулно тегло достига няколко милиона Молекулите на субстратите, които взаимодействат с ензимите, обикновено имат много по-малък размер. Следователно е естествено да се предположи, че не цялата ензимна молекула като цяло взаимодейства със субстрата, а само част от него, така наречения „активен център” на ензима.

Активният център на ензима е част от неговата молекула, която директно взаимодейства със субстратите и участва в акта на катализа.

Активният център на ензима се образува на нивото на третичната структура. Следователно, по време на денатурация, когато третичната структура е нарушена, ензимът губи своята каталитична активност. !

Активният център от своя страна се състои от:

- каталитичен център който извършва химическата трансформация на субстрата;

- център на субстрата („котва” или контактна зона), която осигурява прикрепването на субстрата към ензима, образуването на комплекса ензим-субстрат.

Не винаги е възможно да се направи ясна граница между каталитичния и субстратния център; при някои ензими те съвпадат или се припокриват.

Освен активния център, в ензимната молекула има т.нар. алостеричен център . Това е участък от ензимна молекула, в резултат на добавянето към което определено вещество с ниско молекулно тегло ( ефектор ), третичната структура на ензима се променя. Това води до промяна в конфигурацията на активното място и следователно до промяна в активността на ензима. Това е феноменът на алостеричната регулация на ензимната активност.

Много ензими са мултимери (или олигомери ), т.е. съставен от две или повече субединици протомери(подобно на кватернерната структура на протеин).

Връзките между субединиците са предимно нековалентни. Ензимът проявява максимална каталитична активност именно под формата на мултимер. Дисоциацията на протомери рязко намалява активността на ензима.

Ензимите – мултимерите обикновено съдържат ясен брой субединици (2-4), т.е. са ди- и тетрамери. Въпреки че са известни хекса- и октамери (6-8), а тримери и пентамери (3-5) са изключително редки.

Мултимерните ензими могат да бъдат изградени от еднакви или различни субединици.

Ако мултимерните ензими се образуват от различни видове субединици, те могат да съществуват като множество изомери. Множество форми на ензим се наричат изоензими (изоензими или изоензими).

Например, един ензим се състои от 4 субединици от тип А и В. Той може да образува 5 изомера: AAAA, AAAB, AABB, ABBB, BBBB. Тези изомерни ензими са изоензими.

Изоензимите катализират една и съща химична реакция, обикновено действат върху един и същ субстрат, но се различават по някои физикохимични свойства (молекулно тегло, аминокиселинен състав, електрофоретична подвижност и др.), локализация в органи и тъкани.

Специална група ензими са т.нар. мултимерни комплекси. Това са системи от ензими, които катализират последователните етапи на трансформацията на субстрата. Такива системи се характеризират със силата на връзката и строгата пространствена организация на ензимите, която осигурява минималния път за преминаване на субстрата и максималната скорост на неговата трансформация.

Пример за това е мултиензимен комплекс, който извършва окислителното декарбоксилиране на пирогроздена киселина. Комплексът се състои от 3 вида ензими (M.v. = 4 500 000).

Край на работата -

Тази тема принадлежи към:

Лекции по дисциплината: биохимия на пептиди, протеини: тяхната структура, свойства, значение в организма, методи на изследване. Физико-химични свойства на протеините.10

Федерална агенция за образование .. държавно образователно заведение за висши професионалисти ..

Ако имате нужда от допълнителен материал по тази тема или не сте намерили това, което търсите, препоръчваме да използвате търсенето в нашата база данни с произведения:

Какво ще правим с получения материал:

Ако този материал се оказа полезен за вас, можете да го запишете на страницата си в социалните мрежи:

Всички теми в този раздел:

РНК ДНК
H3PO4 H3PO4 Рибоза Дезоксирибоза Азотни основи (A, G, C, U) (A, G, C, T) Таблица 1 показва състава

Първична структура на РНК и ДНК
Първичната структура на РНК и ДНК е една и съща - това е линейна полинуклеотидна верига, в която нуклеотидите са свързани помежду си чрез 3/5 / фосфодиестерни връзки, които образуват остатъка

Вторична структура на ДНК
Вторичната структура на ДНК се характеризира с правилото на Е. Чаргаф (равномерност на количественото съдържание на азотни основи): 1. ДНК има моларни фракции на пурин и пиримидино

Третична структура на ДНК
Третичната структура на ДНК е спирала и супернамотка в комплекс с протеини. ДНК може да съществува в линейна форма (в еукариотните хромозоми) и в кръгова форма (в прокариотите и митохондриите). Спирализация

Структура и функции на РНК
За разлика от ДНК, молекулата на РНК се състои от единична полинуклеотидна верига, която е навита върху себе си, т.е. образува всякакви "примки" и "фиби" поради взаимодействията на комплементарния азот

Обмен на нуклеинови киселини и нуклеотиди в човешкото тяло
Метаболизмът на нуклеотидите в организма включва процесите на анаболизъм (биосинтеза на пурин – основен и резервен път – и пиримидинови нуклеотиди) и катаболизъм (разграждане на нуклеиновите киселини).

Транскрипция
Транскрипция – биосинтезата на РНК молекули върху ДНК шаблона, локализирана в клетъчното ядро, протича постоянно, независимо от клетъчния цикъл. Субстрати и енергийни източници за биосинтетика

Биосинтеза на протеини
Протеиновата биосинтеза (транслация) се осъществява в полизоми и води до изграждането на полипептидна верига от аминокиселини (първичната структура на протеина). За процеса на превод са ви необходими: матрици

регулиране на транскрипцията. Теория на оперона
Оперонът е участък от ДНК, кодиращ структурата на един вид протеин, съдържащ регулаторна зона, която контролира синтеза на тези протеини. Регулирането на транскрипцията на иРНК включва индукция

Цикъл на лимонена киселина - CTC - цикъл на Кребс
Цикълът на лимонената киселина е поредица от реакции, които протичат в митохондриите, по време на които се катаболизират ацетилни групи (до 2CO2) и се образува реанимация.

Регулиране на цикъла на Кребс
Ограничаващата реакция на целия цикъл на Кребс е реакцията на синтез на цитрат (ензим цитрат синтаза). Регулаторни ензими на цикъла на Кребс: пируват дехидрогеназа (инхибитори: ATP, NADH +

Ролята на кислорода в метаболизма
Човешкото тяло функционира при аеробни условия: получава 90% от енергията си с участието на кислород. Кислородът изпълнява две основни функции в метаболизма на живота.

Кислородна токсичност
За човешкото тяло токсичността на кислорода се дължи на токсичността на неговите активни форми, които могат да се образуват при прехвърлянето на електрони от окислени субстрати към кислород.

Нуклеозидни трифосфати
Най-често срещаните високоенергийни общи междинни продукти са нуклеозидни трифосфати (NTP), които могат да прехвърлят своите крайни високоенергийни

Изучаването на механизма на химическа реакция, катализирана от ензим, заедно с определянето на междинни и крайни продукти на различни етапи на реакцията, предполага точно познаване на геометрията на третичната структура на ензима, естеството на функционалните групи от неговата молекула, които осигуряват специфичността на действието и високата каталитична активност върху даден субстрат, както и химическата природа на мястото(ите). ) ензимна молекула, която осигурява висока скорост на каталитична реакция. Обикновено молекулите на субстрата, участващи в ензимните реакции, са относително малки в сравнение с ензимните молекули. По този начин, по време на образуването на комплекси ензим-субстрат, само ограничени фрагменти от аминокиселинната последователност на полипептидната верига влизат в директно химично взаимодействие - "активният център" - уникална комбинация от аминокиселинни остатъци в ензимната молекула, осигуряваща директно взаимодействие с молекулата на субстрата и пряко участие в акта на катализа

В активния център условно разпределете

каталитичен център - директно химическо взаимодействащ със субстрата;

свързващ център (контактен или "котвен" сайт) - осигурява специфичен афинитет към субстрата и образуването на ензим-субстратен комплекс.

За да катализира реакция, ензимът трябва да се свърже с един или повече субстрати. Протеиновата верига на ензима е нагъната по такъв начин, че на повърхността на глобулата се образува празнина или депресия, където субстратите се свързват. Тази област се нарича субстратно свързващо място. Обикновено той съвпада с активния център на ензима или се намира близо до него. Някои ензими също съдържат свързващи места за кофактори или метални йони.

Ензимът се свързва със субстрата:

почиства субстрата от водното "кожено палто"

подрежда реагиращите молекули на субстрата в пространството по начина, необходим за протичане на реакцията

подготвя за реакцията (например поляризира) субстратни молекули.

Обикновено прикрепването на ензим към субстрат се случва поради йонни или водородни връзки, рядко поради ковалентни връзки. В края на реакцията неговият продукт (или продукти) се отделя от ензима.

В резултат на това ензимът понижава енергията на активиране на реакцията. Това е така, защото в присъствието на ензима реакцията протича по различен път (всъщност се получава различна реакция), например:

При липса на ензим:

В присъствието на ензим:

AF+V = AVF
AVF \u003d AV + F

където A, B - субстрати, AB - реакционен продукт, F - ензим.

Ензимите не могат да осигурят енергия за ендергонични реакции (които изискват енергия) сами. Следователно ензимите, които извършват такива реакции, ги свързват с екзергонични реакции, които протичат с освобождаване на повече енергия. Например, реакциите на биополимерен синтез често са съчетани с реакцията на хидролиза на АТФ.

Активните центрове на някои ензими се характеризират с феномена на кооперативността.

Специфичност

Ензимите обикновено проявяват висока специфичност за своите субстрати (субстратна специфичност). Това се постига чрез частична комплементарност на формата, разпределението на заряда и хидрофобните участъци върху молекулата на субстрата и на мястото на свързване на субстрата върху ензима. Ензимите също обикновено проявяват високи нива на стереоспецифичност (образуват само един от възможните стереоизомери като продукт или използват само един стереоизомер като субстрат), региоселективност (образуват или разрушават химическа връзка само в една от възможните позиции на субстрата) и хемоселективност (катализира само една химична реакция).на няколко възможни условия за тези условия). Въпреки общото високо ниво на специфичност, степента на субстратна и реакционна специфичност на ензимите могат да бъдат различни. Например, ендопептидазата трипсин разрушава пептидната връзка само след аргинин или лизин, ако те не са последвани от пролин, а пепсинът е много по-малко специфичен и може да разруши пептидната връзка след много аминокиселини.

Секции