1. Механизм действия ферментов. Влияние ферментов на энергию активации и стерический коэффициент. Общие сведения о структуре активных центров ферментов. Роль взаимных конформационных изменений молекул фермента и субстрата.

2. Например, энергия расщепления Н₂О₂ без ферментов и катализаторов – 18 000 ккал на моль. Если в качестве катализатора используется платина при высокой температуре, энергия активации снижается до 12 000 ккал/моль. При участии фермента каталазы энергия активации составляет лишь 2 000 ккал/моль.

3. Уменьшение Еа происходит в результате образования промежуточных фермент-субстратных комплексов по схеме: F+S <=> FS-комплекс → F + продукты реакции. Впервые возможность образования фермент- субстратных комплексов была доказана

4. Л. Михаэлисом, М. Ментеном. Впоследствии многие фермент-субстратные комплексы были выделены. Для объяснения высокой избирательности ферментов при взаимодействии с субстратом предложена теория «ключа и замка» Э Фишера. Согласно ей, фермент взаимодействует с субстратом только при абсолютном соответствии их друг другу (комплементарность) наподобие ключа и замка. Данная теория объясняла специфичность ферментов, но не раскрывала механизм их воздействия на субстрат. Позже разработана теория индуцированного соответствия фермента и субстрата - теория Д. Кошланда (теория «резиновой перчатки»). Её суть состоит в следующем: активный центр фермента сформирован и содержит все функциональные группы ещё до взаимодействия с субстратом (положение 1 на рисунке). Однако эти функциональные группы находятся в неактивном состоянии. Субстрат при присоединении к ферменту индуцирует изменение положения, структуры радикалов в активном центре фермента. В результате активный центр фермента под действием субстрата переходит в активное состояние и, в свою очередь, начинает воздействовать на субстрат, т.е. происходит взаимодействие активного центра фермента и субстрата (положение 2 на рисунке). Вследствие этого субстрат переходит в нестабильное, неустойчивое состояние, что ведёт к уменьшению энергии активации и образованию продуктов реакции с переходом структуры активного центра в исходное состояние (положение 3 на рисунке).

6. Взаимодействие фермента и субстрата может заключаться в реакциях нуклеофильного замещения, электрофильного замещения, дегидратации субстрата. Возможно также кратковременное ковалентное взаимодействие функциональных групп фермента с субстратом. В основном происходит геометрическая переориентация функциональных групп активного центра.

8. Увеличение ферментами стерического коэффициента

9. Стерический коэффициент вводится для реакций, в которых участвуют крупные молекулы, имеющие пространственную структуру. Стерический коэффициент показывает долю удачных пространственно соответствующих столкновений активных молекул. Например, он равен 0,4, если 4 из 10 столкновений активных молекул привели к образованию продукта реакции.

11. 

13. Ферменты увеличивают стерический коэффициент, так как они изменяют строение молекулы субстрата в фермент - субстратном комплексе, в результате чего комплементарность фермента и субстрата возрастает. Кроме того, ферменты за счёт своих активных центров упорядочивают расположение молекул субстрата в пространстве (до взаимодействия с ферментом молекулы субстрата располагаются хаотично) и облегчают протекание реакции.

14. В функциональном отношении в ферменте принято выделять два важных участка в молекуле фермента: активный центр и аллостерический участок.

15. Активный центр – это участок молекулы фермента, который взаимодействует с субстратом и участвует в каталитическом процессе. Активный центр фермента образован радикалами аминокислот, удалённых друг от друга в первичной структуре. Активный центр имеет трёхмерную укладку, чаще всего в его составе выявляются реакционноспособные

16. - ОН группы серина

17. - SH – цистеина

18. - NH₂ лизина

19. - γ-СООН глютаминовой кислоты

20. В активном центре различают две зоны – зону связывания с субстратом и каталитическую зону.

21. Зона связывания обычно имеет жёсткую пространственную структуру, к которой комплементарно присоединяется субстрат реакции. Например, трипсин расщепляет белки в участках, богатых положительно заряженной аминокислотой лизином, так как в его зоне связывания содержатся остатки отрицательно заряженных аспарагиновой и глютаминовой кислот.

22. Каталитическая зона - это участок активного центра, непосредственно воздействующий на субстрат и осуществляющий каталитическую функцию. Эта зона более подвижна, в ней возможно изменение взаиморасположения функциональных групп.

23. В ряде ферментов (чаще олигомерных) кроме активного центра присутствует аллостерический участок – участок молекулы фермента, удалённый от активного центра и взаимодействующий не с субстратом, а с дополнительными веществами (регуляторами, эффекторами). В аллостерических ферментах в одной субъединице может находиться активный центр, в другой - аллостерический участок. Аллостерические ферменты изменяют свою активность следующим образом: эффектор (активатор, ингибитор) действует на аллостерическую субъединицу и изменяет её структуру. Затем изменение конформации аллостерической субъединицы по принципу кооперативных изменений опосредованно меняет структуру каталитической субъединицы, что сопровождается изменение активности фермента.

2.

Глицеринсодержащие липиды тканей организма человека. Их виды, химическая структура, значение. Синтез и распад различных глицерофосфолипидов в тканях. Лизофосфатиды, их химическая структура и биологическая роль.????

Триацилглицерины поэтапно расщепляется тканевыми липазами.

Ключевым ферментом липолиза является гормональнозависимая ТАГ-липаза. Образующиеся на этом этапе распада жиров глицерин и жирные кислоты окисляются в тканях с образованием энергии.

. Глицерофосфолипиды (ФЛ)

Большинство глицерофосфолипидов построены на основе фосфатидной кислоты, которая состоит из глицерина, двух остатков жирных кислот и остатка Н₃РО₄:

В различных фосфолипидах остаток фосфатидной кислоты (фосфатидил) соединяется эфирной связью с дополнительными компонентами, имеющими спиртовую группу: с холином, коламином, серином, инозитом. В ацетальфосфатидах (плазмалогенах) в альфа - положении содержится не жирные кислоты, а их альдегид. Кардиолипины представляют собой дифосфатидилглицерины.

Все фосфолипиды являются дифильными веществами, т.е. содержат в своем составе гидрофильную (I) и гидрофобную часть (II), в силу чего являются структурными компонентами клеточных мембран.

. Лизофосфолипиды являются поверхностно активными веществами и усиливают процессы эмульгирования жиров.

Под действием фосфолипазы А отщепляется остаток жирной кислоты в α – положении. Фосфолипаза С отрывает остаток фосфорной кислоты, а фосфолипаза Д – остаток холина. Таким образом, при полном распаде глицерофосфолипидов образуются глицерин, жирные кислоты, Н₃РО₄, холин.

3.Вода, её биологические функции, содержание в органах и тканях человека. Суточная потребность. Механизм перераспределения воды между сосудами и тканями. Пути выведения из организма. Регуляция водного баланса и его нарушения. Причины обезвоживания организма и механизм развития отёков. Особенности распределения воды в организме ребенка.

• Транспортная функция которую вода выполняет как универсальный растворительОпределяет диссоциацию солей как диэлектрик

• Участник химических реакций: гидратация, гидролиз, окислительно-востановительные реакции (β-окисление).Обмен воды.Общий объем обмениваемой жидкости в сутки равен 2-2,5 литра. Поступление воды в организм: 50% выпивается, в составе твердых продуктов, 500 мл – эндогенная вода.Выведение из организма: 1,5 л – диурез, 1000 мл – испарение с кожи, легкие, 100 мл – выводится через кишечник.

Для взрослого человека характерен водный баланс т.е. поступление равно выведению.Факторы движения воды в организме.

• Осмотическое давление создаваемое концентрацией солей (вода движется в сторону высокой концентрации соли.

• Онкотическое давление – создается концентрацией белков (вода движется в сторону высокой концентрации белка)

• Гидростатическое давление – создается работой сердца

Обмен воды тесно связан с обменом Na и К.

В плазме 4,5 ммоль/л, Внутри клетки 110 ммоль/лСуточная потребность – 2-4 г/сут.Биологическая роль:

Определяют осмотическое давление

Определяют распределение водыСоздают артериальное давлениеУчаствуют (Na) в всасывании АК, моносахаровКалий необходим для биосинтетических процессов.

В плазме 4,5 ммоль/л, Внутри клетки 110 ммоль/лСуточная потребность – 2-4 г/сут.Биологическая роль:Определяют осмотическое давлениеОпределяют распределение водыСоздают артериальное давлениеУчаствуют (Na) в всасывании АК, моносахаровКалий необходим для биосинтетических процессов.

Всасывания Nа и К осуществляется в желудке и в кишечнике. Натрий может незначительно депонироваться в печени. Выводятся натрий и калий в основном через почки, потовые железы и через кишечник.В перераспределении натрия и калия между клетками и внеклеточной жидкостью участвует натрий-калиявая АТФ-аза мембранный фермент который за счет энергии АТФ перемещает ионы натрия и калия против градиента концентрации. Этот перепад концентрации натрия и калия обеспечивает процесс возбуждения ткани.Регуляция водно-солевого обмена.Осуществляется с помощью ЦНС, ВНС, эндокринной системой. В ЦНС при уменьшении количества жидкости в организме формируется чувство жажды, за него ответственен питьевой центр находящийся в гипоталамусе, его возбуждение приводит к потреблению воды и восстановлении ее количества. ВНС участвует в регуляции водного обмена за счет потоотделения (увеличения или уменьшения). Антидиуретический гормон – синтезируется в гипоталамусе → в заднюю долю гипофиза → выделяется в кровь. Этот гормон задерживает воду в организме путем усиления обратной реабсорбции воды в почках, способствует синтезу белка аквапорина. Альдостерон – способствует задержке натрия в организме и потере ионов К через почки. Считается что этот гормон способствует синтезу белков определяющих обратную реабсорбцию натрия и синтезу белков натриевых каналов, в почках гормон активирует цикл Кребса, синтез АТФ необходимый для процессов реабсорбции. Активирует синтез транспортеров калия.Функция и АДГ и альдостерона тесно взаимосвязана с особой ренин-ангиотенсиновой системой крови.Ренин-ангиотензивная система крови.

При уменьшении кровотока через почки (бывает при уменьшении воды в организме) в почках вырабатывается протеолитический фермент ренин он переводит ангиотензиноген (α₂-глобулин) в ангиотензин 1 (пептид в 10 АК)→ангиотензин 2 (8 АК) под воздействием фермента ангиотезин превращающий фермент (АПФ – пептидаза) АГТ2- суживает сосуды, стимулирует выработку АДГ и альдостерона, которые и увеличивают объем жидкости.

Противодействующим фактором являтся натрий-уретический пептид (циклический, 28 АК с дисульфидными мостиками. В основном вырабатывается в предсердиях в ответ на увеличение объема воды в организме и на растяжения предсердий. НУП – способствует выведению Nа и воды из организма.Нарушение водно-солевого обмена.

Обезвоживание (дегидратация) – сопровождается нарушением функции ЦНС. Причинами может служить:

водный голод, расстройства кишечника, увеличение потери ч/з легкие (одышка, гипертермия), усиленное потоотделения, сахарный и несахарный диабет.Гипергидратация – увеличение количества воды в организме может наблюдается при:большом введении жидкости в организм, почечной недостаточности, нарушении кровообращения, заболевании печениМестным проявлением накопления жидкости в организме являются отеки: Голодные отеки – при белковом голодании, заболеваниях печени (гиперпротеинэмия)Сердечные отеки – при нарушении гидростатического давленияПочечные отеки – основной механизм – нарушение осмотического и онкотического давления.Гипонатрийэмия, гипокалийэмия – проявляются нарушением возбудимости, поражением нервной системы, нарушением ритма сердца. Эти состояния могут возникать при: нарушении функции почек многократной рвотедиарее нарушении выработки альдостерона, НУП

Билет 14

Четвертичная структура белка

Чс- количество и взаимное расположение суб. единиц в олигомерных белках.В формировании чс не прочные не ковалентные связи гидрофобные, ионные водородные, формируются самопроизвольно и легко разрываются при денатурации. Отдельные субъединицы в олигомером белке взаимодействуют друг с другом это происходит без изменения третичнойструктуры. Это явление называется кооперативные изменения конформацияпротомеров.Олигомерные белки имеют ряд особенностей по сравнением с мономерными белками.Имеюочень компактную укладку и относительно небольшая поверхность раздела, поэтому располагаясь внутриклеточно они связывают водуАктивность их регулируется в организме. Протомеры, как правило, неактивны, а олигомерные белки очень активны.В синтезе учувствуют однотипные мономеры это экономит генетический материал.Они функционально более приспособлены для условий организма.

S-образная характеристика насыщения кислородом связан с взаимными конформационными изменениями его протомеров. В белке могут встречается участки с различной структурой. Протомеры в белке инсулине 57% - всей белковой молекулы уложено в α-структуры 6% β-структура , 10% β-петли, а остаток не имеет вторичную регулярную укладку и называется неупорядоченный белок.

Особое положение среди белков занимают доменные белки.

Домены – структурно и функционально обособленные участки одной полипептидной цепи Домены отвечают за взаимодействие с различными лимандами. Пример: Домен белок + альбумин сыворотки крови.В силу высокой избирательности белков они могут объединятся в комплексы которые чаще всего называются полиферментные комплексы – это структурные объединения нескольких ферментов катализирующих отдельные стадии сложных химических процессов. Пример: пируватдегидрогиназа комплекс ДНК компонент трех видов ферментов катализирующий окисление пировиноградной кислоты (ПВК). В комплексах возможно специфическое соединение не только отдельных белков, но и белков с липидами жирами из образуется, что полупроницаемые мембраны. А белки + нуклеиновая кислота = хроматин.Чс– опр числом и пространственным расположением субъединиц белков, то-есть, по сути, ч с рассм нековалентное агрегирование двух и большего числа полипептидных цепей. Субъединица – это часть белковой молекулы, способная выполнять какую-то функцию. Четвертичная структура характерна для белков, существующих в виде агрегатов двух или большего числа полипептидных цепей, соединенных друг с другом посредством лишь нековалентных связей (электростатические и водородные связи). Ковалентные связи, например, дисульфидные мостики – отсутствуют. Белки такого типа называются олигомерными, соответственно есть и мономерные белки – 1 цепь. Причем Каждую отдельную цепь в составе таких белков называют протомером. Выделяют гомогенные олигомеры (у которых все протомеры идентичны) и гетерогенные олигомеры (у которых цепи различны). Иногда число субъединиц равно числу протомеров. Олигомерным белкам свойственны кооперативные изменения конформации протомеров. Это можно рассмотреть на примере миоглобина и гемоглобинаГемоглобин является гетерогенным тетрамером, он состоит из двух альфа-цепей и двух бетта-цепей. В каждой из цепей есть простетическая группа – гем, в которой происходит связывание кислорода с железом. Альфа-цепь имеет 141 аминокислотный остаток, бетта-цепь – 144. Миоглобин и по отдельности альфа- и бетта- цепи гемоглобина очень похожи по третичной структуре. Но полностью молекула гемоглобина (2альфа- + 2бетта- цепи) очень отличаются от миоглобина по конфигурации, вследствии кооперативных изменений протомеров. белок может принимать различные трехмерные конформации, обладающие разной активностью.Изучают с помощью рентгено структурного анализа.Олигомерные белки значительно лучше регулируются, что способствует лучшему выполнению функции в меняющихся условиях среды. Четвертичная структура собирается также по принципу самосборки.