Бх FiBO-2012

•Уравнение Михаэлиса и Ментен графически – прямоугольная гипербола

•Если мы простроим график зависимости скорости реакции V от концентрации субстрата [S] мы получим кривую типа

•Каково физическое значение Km? Уравнение Михаэлиса-Ментен можно преобразовать к такому виду

51

•Из этого уравнения легко показать, что

•при [S] =10 Kmv/Vmax = 0.91при [S] = Kmv/ Vmax = 0.50при [S] = 0.1 Kmv/ Vmax = 0.09 Т.е, Km = [S], если скорость реакции равна половине от максимальной скорости и, значит, выражается в единицах концентрации.

•При условии, что k3 << k2, константа Михаэлиса становится хорошим показателем сродства фермента к субстрату. Чем выше значение Км, т.е., чем выше должна быть концентрация субстрата для достижения состояния

FS.

•Значение Km дает также некоторые представления относительно эффективности катализа и регуляции. Если [S]>> 10 Km, реакция является эффективной («работают» все молекулы фермента), но реакция утрачивает способность к регуляции количеством субстрата.

52

•Если [S] << 0.1 Km, эффективность реакции низка, но имеется хорошее управление скоростью реакции путем изменения концентрации субстрата.

•Наиболее удобное сочетание эффективности и контроля соблюдается при условии, если концентрация субстрата одного порядка со значениями Km. Эти выводы имеют важное прикладное значение. Если Вы исследуете активность фермента в лаборатории, то следует насыщать F субстратом.

•Знание Км позволит Вам оценивать концентрацию субстрата, необходимую для гарантии насыщения. Эта концентрация должна быть равна по крайней мере двум Км.

53

•В физиологических условиях, для эффективной работы, концентрация субстрата должна быть на уровне Км этого фермента, но если важно управление концентрацией субстрата, концентрация субстрата должна быть в диапазоне ниже 5 Км.

•Практически рассчитать значения Км и Vmax, пользуясь кривой, описываемой уравнением Михаэлис и Ментен сложно. Более удобно оказалось определять эти параметры в координатах “двойных обратных величин”. Формула уравнения Михаэлиса в этом случае приобретает следующий вид

•а зависимость - вид прямой линии (график Лайнуивера-Берка).

•

• Такой способ выражения позволяет более точно рассчитать значения Км и V. Пересечение линии с осью 1/[S] позволяет вычислить значение Км, а пересечение с осью 1/V – значение максимальной скорости.

•

54

Примеры использования данных кинетических исследований ферментов в медицине

•Некоторые люди обладают повышенной чувствительностью к этиловому спирту. После приема даже небольших количеств этилового спирта у них развивается тахикардия и покраснение лица. Этиловый спирт под влиянием алкогольдегидрогеназы превращается в уксусный альдегид, который в свою очередь затем окисляется под влиянием альдегиддегидрогеназы в уксусную кислоту.

•Альдегиддегидрогеназа обычно существует в двух формах, с высоким сродством (низкие значения Км) к альдегиду и с низким сродством (высокие значения Км) к альдегиду. У людей, чувствительных к этиловому спирту отмечен недостаток формы с высоким сродством и уксусный альдегид, накапливаясь, вызывает у них вазодилятацию и покраснение лица.

55

•Семейная пара с генетической предрасположенностью к болезни НейманаПика ожидает ребенка. Им известно, что их будущий малыш имеет высокую вероятность наследования генетического дефекта, который приводит к этой болезни. При этом заболевании синтезируется дефектный белок - фермент, катализирующий распад сфингомиэлина. Сфингомиэлин - нормальный компонент мембран глиальных клеток, которые обеспечивают функции нейронов.

•Если сфингомиэлин не распадается должным образом, нарушается нейронная передача. Физиологические последствия болезни Наймана-Пика - олигофрения и ранняя смерть. Выяснение качественных характеристик фермента с последующими рекомендациями по продолжению беременностиэто только один из примеров широкого использования знаний о ферментах в медицинской практике.

•Семейная пара с генетической предрасположенностью к болезни НейманаПика ожидает ребенка. Им известно, что их будущий малыш имеет высокую вероятность наследования генетического дефекта, который приводит к этой болезни. При этом заболевании синтезируется дефектный белок - фермент, катализирующий распад сфингомиэлина. Сфингомиэлин - нормальный компонент мембран глиальных клеток, которые обеспечивают функции нейронов.

56

•У беременной были получены клетки плода (путем амниоцентеза) и размножены методом тканевой культуры. Экстракт клеток был использован в качестве источника фермента. Результаты приведены на графиках.

Значения Vmax и Km определяются при экстраполяции линий до пересечения с осью абсцисс и ординат. Как видно исследуемый фермент отличается по значению Км от Км контрольного фермента более высокими значениями, что может свидетельствовать о более низком сродстве этого фермента к субстрату и возможном дефекте фермента

57

Регуляция активности ферментов

•Гормональная регуляция осуществляется на генетическом уровне путем обратного фосфорилирования. Например под действием адреналина и глюкагона происходит активация процесса распада гликогена, в ходе этого процесса образуется небелковое соединение - цАМФ, цАМФ - внутриклеточный гормон (вторичный посредник) яв-ся аллостерическим регулятором большого числа протеинкиназ. цАМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклазы

•Гормон, циркулирующий в крови, попадает в межклеточную жидкость и контактирует с поверхностью клетки, где расположены рецепторы (Rs и Ri), белки узнающие и связывающие гормон.

•Гормональный сигнал поступает на АЦ через белки посредники (Gs и Gi), которые активируются в условиях присоединения ГТФ

•Уровень, образовавшийся под действием АЦ, цАМФ определяется не только активностью АЦ, но и активностью фосфодиэстераз, которые циклизируют цАМФ до АМФ.

•Кроме цАМФ, существуют цГМФ, цУМФ, цЦМФ. Наибольшее значение имеет цГМФ. Она образуется под действием гуанилатциклазы, расположенной как в наружной мембране, так и внутри клетки, цГМФ единственный фермент, который реагирует на концентрацию Н2О2 и активируется под действием продуктов перекисного окисления.

58

•цГМФ оказывает эффекты противоположные цАМФ.

•цАМФ находится в тесном контакте с ионами Ca2+: высокая концентрация цАМФ в возбудимых тканях приводит к высокой [Ca2+] и стимуляции клетки. И наоборот, резкое уменьшение [Ca2+] тормозит АЦ и снижает уровень цАМФ.

Изоферменты, их природа, биологическая роль, строение ЛДГ.

•Изоферменты - это группа родственных ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию. Они происходят из одного предшественника за счет дупликациии гена с последующей мутацией образуемых аллелей. Они отличаются между собой:

•1) скорстью катализа;

•2) направлением катализируемой реакции;

•3) условиями протекания реакции;

•4) чувствительностью к регуляторам, факторам среды. (Более или менее устойчивы к ингибиторам);

•5) сродством к субстрату;

•6) особенностями структуры молекулы, ее ИЭТ, Mr, размерами и зарядом.

59

•Изоферменты имеют адаптивное значение, т. е. придают специфику метаболизма.

•Изоферменты обеспечивают межорганную связь, например, в процессе мышечной деятельности.

•В миокарде и печени существуют различные изоферменты ЛДГ, которые обеспечивают метаболизм лактата:

•ЛДГ4,5

•в печени: ПВК -----> лактат

•ЛДГ1,2

•в сердце: лактат ------> ПВК

•ЛДГ - олигомерный фермент, состоящий из 4-х субъединиц 2 типов.

•H (heart) и M (muscle).

•Существует 5 изоферментных форм:

•HHHH HHHM HHMM HMMM MMMM

• H4H3M H2M2 HM3 M4

•ЛДГ1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4, ЛДГ5.

•Поскольку H-протомеры несут более выраженный отрицательный заряд, то изофермент H4 (ЛДГ1) будет мигрировать при электрофорезе с наибольшей скоростью к аноду.

•С наименьшей скоростью к аноду будет двигаться М4.

60