Substratul (S) este o substanță a cărei transformare chimică într-un produs (P) este catalizată de o enzimă (E).

S + E --> P, enzima reduce energia de activare; datorită acestui fapt, reacția este accelerată.

Centrul activ al unei enzime este o secțiune a suprafeței unei molecule de enzimă care interacționează direct cu o moleculă de substrat. Format din resturi de aminoacizi situate în diferite părți ale lanțului polipeptidic sau diferite lanțuri polipeptidice care sunt apropiate spațial unul de altul. Apare la nivelul structurii terțiare a proteinei enzimatice.

În limitele sale există trei zone:

1) centru catalitic - o regiune (zonă) a centrului activ al unei enzime direct implicată în transformările chimice ale substratului. Se formează din cauza radicalilor a 2-3 aminoacizi localizați în locuri diferite în lanțul polipeptidic al enzimei, dar apropiați spațial unul de celălalt datorită coturilor acestui lanț. Dacă enzima este o proteină complexă, atunci grupul protetic al moleculei de enzimă, coenzima, este adesea implicat în formarea centrului catalitic (de exemplu, toate vitaminele solubile în apă și vitamina K solubilă în grăsimi);

2) centru de adsorbție - o secțiune a centrului activ al moleculei de enzimă pe care are loc sorbția (legarea) moleculei substrat. Este format din 1, 2, adesea 3 radicali de aminoacizi situati in apropierea centrului catalitic. Funcția principală este de a lega o moleculă de substrat și de a transfera această moleculă în centrul catalitic în poziția cea mai convenabilă (pentru centrul catalitic). Sorpția are loc numai din cauza unor tipuri slabe de legături și, prin urmare, este reversibilă. Pe măsură ce se formează aceste legături, are loc o rearanjare conformațională a centrului de adsorbție, ceea ce duce la o apropiere mai apropiată a substratului și a centrului activ al enzimei și o corespondență mai precisă între configurațiile lor spațiale. Este structura centrului de adsorbție care determină specificitatea de substrat a enzimei;

3) centri alosterici - astfel de secțiuni ale moleculei de enzimă în afara centrului său activ care sunt capabile să se lege prin tipuri slabe de legături (ceea ce înseamnă reversibil) cu una sau alta substanță (ligand). Această legare duce la o rearanjare conformațională a moleculei de enzimă, care se extinde până la centrul activ, facilitând sau complicând (încetinind) activitatea acesteia. În consecință, astfel de substanțe sunt numite activatori alosterici sau inhibitori alosterici ai acestei enzime. Centrii alosterici nu se găsesc în toate enzimele.

• 
  Structura enzime enzimă(E).


• 
  Structura enzime. Substrat (S) - o substanță a cărei transformare chimică într-un produs (P) este catalizată enzimă. (Enzime ca catalizatori biologici.


• 
  Specificitatea substratului - abilitate enzimă catalizează transformarea unui singur substrat specific sau a unui grup de altele similare structura substraturi.


• 
  Să le rezolvăm structura folosind exemplul unei molecule de IgG.
  Clasificarea proteinelor- enzime plasma sanguina: 1) enzime plasmă - îndeplinesc funcții metabolice specifice în plasmă.


• 
  Structura molecule proteice. macromoleculele proteice au forma de bile (globuli). Pentru fiecare
  Nomenclatură și clasificare enzime,În prezent sunt cunoscute peste 2400 enzime.


• 
  Structura nucleu: nucleul include o înveliș nuclear (nucleoplasmă) care conține cromatină și nucleoli.
  Nucleoplasma conține proteine enzime, nucleotide, ioni etc. Funcțiile kernelului...


• 
  Folosind cunoștințele despre structurași funcțiile sistemului digestiv, dezvăluie rolul enzimeîn digestie, denumește prevenirea toxiinfecțiilor alimentare, infecții intestinale.

ENZIME

Funcțiile enzimelor sunt limitate la accelerarea reacțiilor chimice, iar enzimele diferă de alți catalizatori prin trei proprietăți unice:

∙ Eficiență ridicată;

∙ specificitatea acțiunii;

∙ capacitatea de a regla;

	Tip de reacție catalizată
Oxidorreductaze	oxidant-
	reacții de recuperare.
	Transferul grupurilor individuale de atomi
Transferaze		donator		molecule
	moleculă acceptoare.
Hidrolazele	Hidrolitic (cu				participare
	apa) scindarea legaturii.
	Despică				într-un fel
	diferit de			hidroliză
	oxidare.
Izomeraze	Interconversie				variat
	izomerii.
	Educaţie				în reacție
Ligaze (sintetaze)	condensare				variat
	conexiuni			(folosit
	energie APR).

Există mulți compuși diferiți într-o celulă vie, dar reacțiile dintre ei nu sunt aleatorii, ci formează căi metabolice strict definite, caracteristice unei celule date. Identitatea unei celule este determinată în mare măsură de setul unic de enzime pe care este programat genetic să le producă. Absența chiar și a unei enzime sau a oricărui defect al acesteia poate avea consecințe negative foarte grave pentru organism.

Cofactori enzimatici

Toate enzimele aparțin proteinelor globulare și fiecare enzimă îndeplinește o funcție specifică asociată cu structura sa globulară inerentă. Cu toate acestea, activitatea multor enzime depinde de compuși non-proteici numiți cofactori. Complexul molecular al părții proteice (apoenzima) și al cofactorului se numește holoenzimă. Rolul unui cofactor poate fi îndeplinit de ionii metalici (Zn2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Cu2+, K+, Na+) sau compuși organici complecși. Cofactorii organici sunt de obicei numiți coenzime, iar unii dintre ei sunt derivați ai vitaminelor. Tipul de conexiune dintre enzimă și coenzimă poate fi diferit. Uneori există separat și se leagă unul de celălalt în timpul unei reacții. În alte cazuri, cofactorul și enzima sunt legate permanent și uneori prin legături covalente puternice. În ultimul caz, partea neproteică a enzimei se numește grup protetic.

Unele coenzime

	Coenzima		Rolul general
						predecesor
	NAD+, NADP+			hidrogen		un acid nicotinic -
			(electroni)			vitamina PP
				hidrogen		Riboflavină - vitamina
			(electroni)
	Coenzima A		Activare și			Acid pantotenic

			grupări acil
			Legarea CO2
	piridoxal fosfat		Transferul grupărilor amino		Piridoxina - vitamina
	Tetrahidrofolic
			cu un singur carbon		Acid folic
			fragmente

Rolul cofactorului se rezumă în principal la următoarele:

∙ modificarea structurii terțiare a proteinei și crearea complementarității între enzimă și substrat;

∙ participarea directă la reacție ca un alt substrat.

Coenzimele organice joacă de obicei acest rol. Participarea lor la reacție se reduce uneori la faptul că acţionează ca donatori sau acceptori ai anumitor grupuri chimice.

Mecanisme de acțiune a enzimelor

Evenimentul inițial în acțiunea unei enzime este legarea sa specifică de un ligand - substrat (S). Aceasta se întâmplă în regiunea centrului activ, care este format din mai multe grupe R specifice de aminoacizi, orientate într-un anumit mod în spațiu.

Cele mai importante reziduuri de aminoacizi din locul activ al lizozimei

Unele enzime au, de asemenea, un cofactor în centrul activ. Unele grupări R ale centrului activ iau parte la legarea substratului, altele la cataliză. Unele grupuri pot face ambele. Mecanismul detaliat de acțiune al fiecărei enzime este unic, dar există caracteristici comune în „lucrarea” enzimelor, care sunt următoarele: selectivitatea ridicată a acțiunii enzimei este asigurată de faptul că substratul se leagă de centrul activ al enzima în mai multe puncte și aceasta elimină erorile; centrul activ este situat într-o adâncitură (nișă) a suprafeței enzimei și are o configurație complementară substratului. Ca rezultat, substratul este înconjurat de grupări funcționale ale situsului activ al enzimei și este izolat din mediul apos. Legarea unui substrat de o enzimă cauzează adesea modificări conformaționale, ceea ce duce la aranjarea corectă (optimă) a resturilor de aminoacizi necesare pentru cataliză și, prin urmare, crește specificitatea enzimei.

interacțiunea substratului (conformitatea indusă). Deoarece activitatea maximă a enzimei este determinată de conformația optimă a moleculei de enzimă în general și de situsul activ în special, chiar și modificările mici ale condițiilor de mediu care afectează legarea substratului sau conformația structurii terțiare a proteinei vor afecta rata enzimatică. reacţie. De exemplu, o modificare a pH-ului duce la o modificare a gradului de ionizare a grupărilor ionogene ale enzimei și, prin urmare, duce la o redistribuire a legăturilor interradicale în structura terțiară. pH-ul optim pentru fiecare enzimă înseamnă o stare optimă a ionizării sale, corespunzătoare celei mai bune complementarități. Modificarea temperaturii provoacă un efect contradictoriu: pe de o parte, când temperatura crește la 37 - 40o, viteza reacției enzimatice crește, ceea ce este firesc pentru cataliză; pe de altă parte, la temperaturi peste 50°, începe denaturarea enzimei.

Cinetica reacțiilor enzimatice este determinată de formarea unui complex enzimă-substrat:

Unde E este o enzimă, S este un substrat, ES este un complex enzimă-substrat, a cărui reacție de formare este reversibilă și este caracterizată prin constante K1 și respectiv K-1.

Descompunerea complexului enzimă-substrat se desfășoară conform unei ecuații de ordinul întâi, este practic ireversibilă și se caracterizează prin constanta de viteză K2. Această etapă a procesului este mai lentă, adică. limitare. Viteza inițială (Vo). În condiții normale, când [S] >> [E], viteza inițială este direct proporțională cu concentrația enzimei. Viteza maximă (Vmax). La o concentrație fixă ​​de enzimă, viteza de reacție tinde spre o valoare maximă finală în timp ce concentrația de substrat crește. Saturația unei enzime cu un substrat are loc atunci când întreaga enzimă este inclusă în complexul enzimă-substrat. constanta Michaelis (Km). În cazul în care toți centrii activi sunt ocupați și nu există molecule de enzimă libere, Vo=Vmax. În această condiție se vorbește de saturație 100%. La 50% saturație, când Vo=1/2 Vmax, urmează ecuația Michaelis-Menten: Vmax / 2 = Vmax [S] / Km + [S], sau în formă convertită: Km + [S] = 2 [S] ; Km = [S]. Prin urmare, Km are dimensiunea concentrației. Astfel, Km este concentrația de substrat necesară pentru a lega jumătate din enzima disponibilă și pentru a atinge jumătate din viteza maximă. Din această definiție rezultă că Km poate fi utilizat pentru a estima afinitatea unei enzime pentru un substrat dat. Specificitatea substratului poate fi evaluată folosind următoarea regulă: cu cât valoarea Km este mai mică, cu atât substratul este mai bun (de preferat) pentru o anumită enzimă. Km și Vmax sunt parametri cinetici care reflectă mecanismele de acțiune a enzimei.

Cinetica reacțiilor enzimatice

Vmax reflectă eficiența enzimei. Pentru a compara activitatea catalitică a diferitelor enzime, este necesar să se exprime Vmax în funcție de cantitatea fiecărei enzime. Această conversie duce la o valoare numită activitate molară (sau numărul de rotații ale enzimei). Se exprimă ca numărul de moli de substrat care reacţionează cu un mol de enzimă pe unitatea de timp. Activitatea enzimatică poate fi exprimată și în unități (unități sau E) de activitate. O unitate catalizează transformarea substratului cu o viteză de 1 µmol/min. Activitatea specifică este activitatea în unități per 1 mg de proteină.

Inhibitori de enzime

Acțiunea enzimelor poate fi complet sau parțial suprimată (inhibată) de anumite substanțe chimice (inhibitori). Prin natura acțiunii lor, inhibitorii pot fi reversibili sau ireversibili. Această diviziune se bazează pe puterea conexiunii dintre inhibitor și enzimă. Un alt mod de a clasifica inhibitorii se bazează pe natura locului lor de legare. Unele dintre ele se leagă de enzima din centrul activ, în timp ce altele se leagă la un loc îndepărtat de centrul activ. Ele pot lega și bloca grupa funcțională a moleculei de enzimă necesară activității sale. În același timp, ele se leagă ireversibil, adesea covalent, de complexul enzimă sau enzimă-substrat și modifică ireversibil conformația nativă. Acest lucru, în special, explică efectul compușilor Hg2+, Pb2+ și arsenic. Inhibitorii de acest fel pot fi utili în studierea naturii catalizei enzimatice. De exemplu, fluorofosfatul de diizopropil inhibă enzimele care au serină în situsul activ. O astfel de enzimă este acetilcolinesteraza, care catalizează următoarea reacție:

Reacția are loc de fiecare dată când este condus un impuls nervos, înainte ca un al doilea impuls să fie transmis prin sinapsă. Fluorofosfatul de diizopropil este unul dintre agenții nervoși toxici, deoarece duce la pierderea capacității neuronilor de a conduce impulsurile nervoase.

Efectul fluorofosfatului de diizopropil asupra enzimei

Efectul terapeutic al aspirinei ca agent antipiretic și antiinflamator se explică prin faptul că aspirina inhibă una dintre enzimele care catalizează sinteza prostaglandinelor (PG). Prostaglandinele sunt substanțe implicate în dezvoltarea inflamației. Inhibarea se datorează modificării covalente a uneia dintre grupările amino ale enzimei - prostaglandin sintetaza.

Interacțiunea aspirinei cu enzima prostaglandin sintetaza

Inhibitori reversibile. Există două tipuri de astfel de inhibitori - competitivi și necompetitivi. Un inhibitor competitiv concurează cu substratul pentru legarea la situsul activ. Acest lucru se întâmplă deoarece inhibitorul și substratul au structuri similare:

Inhibare competitivă: S-substrat, I-inhibitor (structura sa tridimensională este similară cu substratul).

Spre deosebire de substrat, un inhibitor competitiv legat de o enzimă nu suferă conversie enzimatică. Mai mult, formarea EI reduce numărul de molecule de enzime libere și scade viteza de reacție. Legarea lui S și I are loc într-o manieră care se exclude reciproc. Se formează fie ES, fie EI, dar nu EIS. Deoarece inhibitorul competitiv se leagă reversibil de enzimă, este posibil să se schimbe

echilibrul reacției E + I ↔ EI la stânga prin simpla creștere a concentrației substratului. Mulți agenți chimioterapeutici sunt inhibitori competitivi. De exemplu, medicamentele cu sulfa utilizate pentru tratarea bolilor infecțioase. Sulfonamidele sunt analogi structurali ai acidului para-aminobenzoic, din care o coenzimă (H4 - folat) este sintetizată în celula microorganismului, care este implicată în biosinteza bazelor nucleice. Încălcarea sintezei acizilor nucleici duce la moartea microorganismelor.

Inhibarea reversibilă necompetitivă nu poate fi redusă sau eliminată prin creșterea concentrației de substrat, deoarece acești inhibitori se atașează la enzimă la un alt loc decât cel activ.

E + S ↔ ES → E + P; E + I ↔ EI; ES + I → ESI. Inhibare reversibilă necompetitivă

Legarea conduce la o modificare a conformației enzimei și la perturbarea complementarității cu substratul. Inhibitorii necompetitivi se pot lega reversibil atât la enzima liberă, cât și la complexul ES. Cei mai importanți inhibitori necompetitivi sunt produșii metabolici intermediari formați într-o celulă vie care se pot lega reversibil de anumite locuri ale enzimelor (centri alosterici) și își pot modifica activitatea, care este una dintre modalitățile de reglare a metabolismului. Studiul acțiunii inhibitorilor este folosit pentru a studia mecanismul de acțiune al enzimei și, de asemenea, ajută la căutarea unor medicamente mai eficiente, deoarece efectul terapeutic al multor medicamente se datorează faptului că sunt inhibitori ai anumitor enzime. Analogii structurali ai coenzimelor pot fi, de asemenea, inhibitori. Testele cinetice pot distinge inhibiția competitivă de cea necompetitivă.

Dependența I/V de I/S. 1 - fără inhibitor, 2 - în prezența inhibitorului (a - competitiv; b - inhibiție necompetitivă)

Reglarea acțiunii enzimelor

Într-o celulă vie, rata reacțiilor enzimatice este strict controlată, permițând fiecărui lanț metabolic de reacții să se schimbe constant pentru a se adapta la nevoile în schimbare ale celulei pentru un produs.

Lanț metabolic: A, B, C, D - metaboliți, E1, E2, E3, E4 - enzime

Fiecare lanț metabolic are o enzimă care stabilește viteza întregului lanț de reacții. Se numește enzimă reglatoare. Există mai multe moduri de a regla acțiunea enzimelor:

∙ modificarea activității enzimatice la o concentrație constantă;

∙ o modificare a concentrației enzimatice, de obicei ca urmare a accelerării (inducției) sau inhibării (reprimarii) sintezei enzimatice;

Modalități de bază de reglare a activității enzimelor

Reglarea alosterică. Enzima își modifică activitatea prin

efector legat necovalent de acesta. Legarea are loc la un loc îndepărtat spațial de centrul activ (catalitic). Această legare provoacă modificări conformaționale ale moleculei proteinei, ducând la o modificare a geometriei specifice a centrului catalitic. Activitatea poate crește - aceasta este activarea enzimei sau scăderea - aceasta este inhibarea.

Activarea alosterică a enzimei

„Mesajul” despre atașarea activatorului alosteric este transmis prin modificări conformaționale la subunitatea catalitică, care devine complementară substratului, iar enzima „se pornește”. Când activatorul este îndepărtat, enzima intră din nou într-o formă inactivă și „se oprește”. Reglarea alosterică este principala modalitate prin care sunt reglate căile metabolice.

Reglarea activității enzimelor prin fosforilare defosforilare . Enzima își schimbă activitatea ca urmare a modificării covalente.

Reglarea activității lipazei

ÎN în acest caz gruparea fosfat este OPO 3 2- se leagă de grupări hidroxil

V reziduuri de serină, treonină sau tirozină. În funcție de natura enzimei, fosforilarea o poate activa sau, dimpotrivă, o poate inactiva. Reacția de adăugare a unei grupări fosfat și eliminarea acesteia este catalizată de enzime speciale - protein kinaze și protein fosfataze.

Reglarea prin asociere-disocierea subunităților dintr-o enzimă oligomerică.

Acest proces începe uneori cu o modificare covalentă sau necovalentă a uneia dintre subunități. De exemplu, enzima protein kinază în forma sa inactivă este construită ca un tetramer R2C2 (R și C sunt subunități diferite). Protein kinaza activă este subunitatea C, a cărei eliberare necesită disocierea complexului. Activarea enzimei are loc cu participarea cAMP (acidul cicloadenozin monofosforic), care se poate atașa la subunitatea R, după care se modifică conformația și complementaritatea subunităților R și C și are loc disocierea complexului: R2C2 + 2cAMP 2C + 2(R -cAMP) AMP ciclic este un produs al ATP, a cărui conversie este catalizată de enzima adenilat ciclază: ATPc AMP + H4 P2 O7

Sistemul de adenilat ciclază. Adenilat ciclaza și protein kinaza catalizează reacții interconectate care constituie un singur sistem de reglare.

Sistemul de adenilat ciclază

Cu ajutorul acestui sistem, semnalele din mediul extracelular sunt transmise în celulă, iar metabolismul celulei se modifică în direcția dorită. Mesagerul extracelular al semnalului poate fi diferite molecule, inclusiv hormoni. Aceste molecule nu pătrund în celulă, ci sunt „recunoscute” de receptorii membranari. Când adenilat ciclaza este activată, au loc următorii pași:

∙ o modificare a conformației receptorului după atașarea unei molecule de semnalizare la acesta și o creștere a afinității acestuia pentru cel de reglare proteina G. Ca rezultat, se formează un complex de receptor și protomeri de proteină G;

∙ formarea acestui complex duce la modificarea conformaţiei a-protomerul proteinei G, care își pierde afinitatea pentru PIB și GDP este înlocuit cu GTP. Ca rezultat, complexul protomer al proteinei G se dezintegrează;

∙ a-protomerul interacționează cu adenilat ciclaza, ceea ce duce la modificarea conformației sale și, în consecință, la activare;

∙ după aceasta, adenilat ciclaza catalizează sinteza cAMP, care la rândul său activează protein kinaza dependentă de cAMP. Activarea acestuia din urmă este asociată cu disocierea complexului de protomeri incluși în acesta după adăugarea cAMP. Protein kinaza fosforilează enzimele corespunzătoare, le modifică activitatea și, în consecință, rata metabolică în celulă.

Activarea enzimelor prin proteoliză parțială . Unele enzime

Se sintetizează inițial inactiv și abia după secreție din celulă trec în forma activă. Precursorul inactiv se numește proenzimă. Activarea proenzimei implică modificarea structurii primare cu o modificare simultană a conformației. De exemplu, tripsinogenul sintetizat în pancreas este apoi convertit în tripsină în intestin prin îndepărtarea unui fragment de la capătul N-terminal: enteropeptidază tripsinogentripsină + Val-(Acn)-Lys Scindarea anumitor legături peptidice „declanșează” noi interacțiuni ale grupului R molecula, conducând la o nouă conformație în care grupările R ale situsului activ ocupă o poziție optimă pentru cataliză. Tulburările în structura oricărei enzime, care conduc la o scădere a activității sale, duc la perturbarea căilor metabolice la care participă această enzimă. Asemenea tulburări se manifestă aproape întotdeauna ca boli. Există două tipuri de deteriorare a enzimelor: defecte ereditare în structura enzimei și daune cauzate de substanțele toxice care pătrund în organism care inhibă enzima.

Milioane de reacții chimice au loc în celula oricărui organism viu. Fiecare dintre ele este de mare importanță, de aceea este important să menținem viteza proceselor biologice la un nivel ridicat. Aproape fiecare reacție este catalizată de propria sa enzimă. Ce sunt enzimele? Care este rolul lor în celulă?

Enzime. Definiție

Termenul de „enzimă” provine din latinescul fermentum – drojdie. Ele pot fi numite și enzime din grecescul en zyme - „în drojdie”.

Enzimele sunt substanțe biologic active, astfel încât orice reacție care are loc într-o celulă nu poate avea loc fără participarea lor. Aceste substanțe acționează ca catalizatori. Prin urmare, orice enzimă are două proprietăți principale:

1) Enzima accelerează reacția biochimică, dar nu este consumată.

2) Valoarea constantei de echilibru nu se modifică, ci doar accelerează atingerea acestei valori.

Enzimele accelerează reacțiile biochimice de o mie și, în unele cazuri, de un milion de ori. Aceasta înseamnă că, în absența aparatului enzimatic, toate procesele intracelulare se vor opri practic, iar celula în sine va muri. Prin urmare, rolul enzimelor ca substanțe biologic active este mare.

Varietatea de enzime permite reglarea versatilă a metabolismului celular. Multe enzime de diferite clase iau parte la orice cascadă de reacție. Catalizatorii biologici sunt foarte selectivi datorită conformației specifice a moleculei. Deoarece enzimele sunt în majoritatea cazurilor de natură proteică, ele sunt situate într-o structură terțiară sau cuaternară. Acest lucru se explică din nou prin specificitatea moleculei.

Funcțiile enzimelor în celulă

Sarcina principală a enzimei este de a accelera reacția corespunzătoare. Orice cascadă de procese, de la descompunerea peroxidului de hidrogen până la glicoliză, necesită prezența unui catalizator biologic.

Funcționarea corectă a enzimelor se realizează prin specificitate ridicată pentru un substrat specific. Aceasta înseamnă că un catalizator poate accelera doar o anumită reacție și nici o altă reacție, chiar foarte asemănătoare. În funcție de gradul de specificitate, se disting următoarele grupuri de enzime:

1) Enzime cu specificitate absolută, când este catalizată o singură reacție. De exemplu, colagenaza descompune colagenul, iar maltaza descompune maltoza.

2) Enzime cu specificitate relativă. Aceasta include substanțe care pot cataliza o anumită clasă de reacții, de exemplu, scindarea hidrolitică.

Lucrarea unui biocatalizator începe din momentul în care centrul său activ se atașează de substrat. În acest caz, ei vorbesc despre interacțiune complementară, cum ar fi un lacăt și cheie. Aici ne referim la coincidența completă a formei centrului activ cu substratul, ceea ce face posibilă accelerarea reacției.

Următoarea etapă este reacția în sine. Viteza acestuia crește datorită acțiunii unui complex enzimatic. În cele din urmă, obținem o enzimă care este asociată cu produșii de reacție.

Etapa finală este desprinderea produșilor de reacție din enzimă, după care centrul activ devine din nou liber pentru următoarea sarcină.

Schematic, activitatea enzimei în fiecare etapă poate fi scrisă după cum urmează:

1) S + E ——> SE

2) SE ——> SP

3) SP ——> S + P, unde S este substratul, E este enzima și P este produsul.

Clasificarea enzimelor

Un număr mare de enzime poate fi găsit în corpul uman. Toate cunoștințele despre funcțiile și funcționarea lor au fost sistematizate și, ca urmare, a apărut o singură clasificare, datorită căreia puteți determina cu ușurință pentru ce este destinat un anumit catalizator. Cele 6 clase principale de enzime sunt prezentate aici, precum și exemple ale unora dintre subgrupe.

1. Oxidorreductaze.

Enzimele din această clasă catalizează reacțiile redox. Se disting în total 17 subgrupe. Oxidorreductazele au de obicei o parte neproteică, reprezentată de o vitamină sau hem.

Printre oxidoreductaze, se găsesc adesea următoarele subgrupe:

a) Dehidrogenaze. Biochimia enzimelor dehidrogenaze implică îndepărtarea atomilor de hidrogen și transferul lor pe alt substrat. Acest subgrup se găsește cel mai adesea în reacțiile de respirație și fotosinteză. Dehidrogenazele conțin în mod necesar o coenzimă sub formă de NAD/NADP sau flavoproteine ​​FAD/FMN. Ionii metalici se găsesc adesea. Exemplele includ enzime cum ar fi citocrom reductază, piruvat dehidrogenaza, izocitrat dehidrogenaza, precum și multe enzime hepatice (lactat dehidrogenază, glutamat dehidrogenază etc.).

b) Oxidaze. O serie de enzime catalizează adăugarea de oxigen la hidrogen, drept urmare produsele de reacție pot fi apă sau peroxid de hidrogen (H 2 0, H 2 0 2). Exemple de enzime: citocrom oxidaza, tirozinaza.

c) Peroxidazele și catalazele sunt enzime care catalizează descompunerea H 2 O 2 în oxigen și apă.

d) Oxigenaze. Acești biocatalizatori accelerează adăugarea de oxigen la substrat. Dopaminhidroxilaza este un exemplu de astfel de enzime.

2. Transferaze.

Sarcina enzimelor din acest grup este de a transfera radicalii de la o substanță donatoare la o substanță primitoare.

a) Metiltransferaze. ADN-metiltransferazele sunt principalele enzime care controlează procesul de replicare a nucleotidelor și joacă un rol important în reglarea funcționării acizilor nucleici.

b) Aciltransferaze. Enzimele acestui subgrup transportă o grupare acil de la o moleculă la alta. Exemple de aciltransferaze: lecitin colesterol aciltransferaza (transferă o grupare funcțională de la un acid gras la colesterol), lizofosfatidilcolin aciltransferaza (transferă o grupare acil la lizofosfatidilcolină).

c) Aminotransferazele sunt enzime care sunt implicate în conversia aminoacizilor. Exemple de enzime: alanina aminotransferaza, care catalizează sinteza alaninei din piruvat și glutamat prin transfer de grupare amino.

d) Fosfotransferaze. Enzimele acestui subgrup catalizează adăugarea unei grupări fosfat. Un alt nume pentru fosfotransferaze, kinaze, este mult mai comun. Exemplele includ enzime precum hexokinaze și aspartat kinaze, care adaugă reziduuri de fosfor la hexoze (cel mai adesea glucoză) și, respectiv, acid aspartic.

3. Hidrolaze - o clasă de enzime care catalizează scindarea legăturilor dintr-o moleculă cu adăugarea ulterioară de apă. Substanțele care aparțin acestui grup sunt principalele enzime digestive.

a) Esterazele - rupe legăturile eterice. Un exemplu sunt lipazele, care descompun grăsimile.

b) Glicozidaze. Biochimia enzimelor din această serie constă în distrugerea legăturilor glicozidice ale polimerilor (polizaharide și oligozaharide). Exemple: amilază, zaharază, maltază.

c) Peptidazele sunt enzime care catalizează descompunerea proteinelor în aminoacizi. Peptidazele includ enzime cum ar fi pepsine, tripsina, chimotripsină și carboxipeptidaza.

d) Amidaze - scindează legăturile amidice. Exemple: arginază, urază, glutaminază etc. Multe enzime amidaze se găsesc în

4. Liazele sunt enzime care sunt similare ca funcție cu hidrolazele, dar scindarea legăturilor din molecule nu necesită apă. Enzimele din această clasă conțin întotdeauna o parte neproteică, de exemplu, sub formă de vitamine B1 sau B6.

a) Decarboxilază. Aceste enzime acționează asupra legăturii C-C. Exemplele includ glutamat decarboxilaza sau piruvat decarboxilaza.

b) Hidratazele și deshidratazele sunt enzime care catalizează reacția de scindare a legăturilor C-O.

c) Amidină liazele - distrug legăturile C-N. Exemplu: arginina succinat liaza.

d) P-O liaza. Astfel de enzime, de regulă, scindează o grupare fosfat dintr-o substanță substrat. Exemplu: adenilat ciclază.

Biochimia enzimelor se bazează pe structura lor

Abilitățile fiecărei enzime sunt determinate de structura sa individuală, unică. Orice enzimă este în primul rând o proteină, iar structura și gradul ei de pliere joacă un rol decisiv în determinarea funcției sale.

Fiecare biocatalizator se caracterizează prin prezența unui centru activ, care, la rândul său, este împărțit în mai multe zone funcționale independente:

1) Centrul catalitic este o regiune specială a proteinei prin care enzima se atașează de substrat. În funcție de conformația moleculei de proteină, centrul catalitic poate lua o varietate de forme, care trebuie să se potrivească cu substratul așa cum se potrivește un lacăt cu o cheie. Această structură complexă explică ceea ce se află în starea terțiară sau cuaternară.

2) Centru de adsorbție - acționează ca un „suport”. Aici, în primul rând, are loc legătura dintre molecula de enzimă și molecula de substrat. Totuși, legăturile formate de centrul de adsorbție sunt foarte slabe, ceea ce înseamnă că reacția catalitică în această etapă este reversibilă.

3) Centrii alosterici pot fi localizați atât în ​​centrul activ, cât și pe întreaga suprafață a enzimei în ansamblu. Funcția lor este de a regla funcționarea enzimei. Reglarea are loc cu ajutorul moleculelor inhibitoare și moleculelor activatoare.

Proteinele activatoare, prin legarea de molecula de enzimă, accelerează activitatea acesteia. Inhibitorii, pe de altă parte, inhibă activitatea catalitică, iar acest lucru se poate întâmpla în două moduri: fie molecula se leagă de un situs alosteric din regiunea locului activ al enzimei (inhibare competitivă), fie se leagă de o altă regiune a enzimei. proteine ​​(inhibare necompetitivă). considerată mai eficientă. La urma urmei, acest lucru închide locul pentru ca substratul să se lege de enzimă, iar acest proces este posibil numai în cazul unei coincidențe aproape complete a formei moleculei inhibitoare și a centrului activ.

O enzimă constă adesea nu numai din aminoacizi, ci și din alte substanțe organice și anorganice. În consecință, apoenzima este partea proteică, coenzima este partea organică, iar cofactorul este partea anorganică. Coenzima poate fi reprezentată de carbohidrați, grăsimi, acizi nucleici și vitamine. La rândul său, un cofactor este cel mai adesea ioni metalici auxiliari. Activitatea enzimelor este determinată de structura sa: substanțele suplimentare incluse în compoziție modifică proprietățile catalitice. Diverse tipuri de enzime sunt rezultatul unei combinații a tuturor factorilor enumerați în formarea complexului.

Reglarea enzimelor

Enzimele ca substanțe biologic active nu sunt întotdeauna necesare pentru organism. Biochimia enzimelor este de așa natură încât, dacă sunt catalizate excesiv, pot dăuna unei celule vii. Pentru a preveni efectele nocive ale enzimelor asupra organismului, este necesar să le reglementăm cumva activitatea.

Deoarece enzimele sunt proteine ​​în natură, ele sunt ușor distruse la temperaturi ridicate. Procesul de denaturare este reversibil, dar poate afecta semnificativ performanța substanțelor.

pH-ul joacă, de asemenea, un rol important în reglare. Cea mai mare activitate enzimatică este de obicei observată la valori neutre ale pH-ului (7,0-7,2). Există și enzime care funcționează doar în medii acide sau doar în medii alcaline. Astfel, în lizozomii celulari se menține un pH scăzut, la care activitatea enzimelor hidrolitice este maximă. Dacă intră accidental în citoplasmă, unde mediul este deja mai aproape de neutru, activitatea lor va scădea. Această protecție împotriva „autoalimentării” se bazează pe particularitățile activității hidrolazelor.

Este de menționat importanța coenzimei și cofactorului în compoziția enzimelor. Prezența vitaminelor sau a ionilor metalici afectează semnificativ funcționarea unor enzime specifice.

Nomenclatura enzimelor

Toate enzimele din organism sunt de obicei denumite în funcție de apartenența lor la oricare dintre clase, precum și de substratul cu care reacționează. Uneori nu unul, ci două substraturi sunt folosite în nume.

Exemple de denumiri ale unor enzime:

1. Enzime hepatice: lactat dehidrogenază, glutamat dehidrogenază.
2. Denumirea sistematică completă a enzimei: lactat-NAD+-oxidoreductază.

Au fost păstrate și nume banale care nu respectă regulile de nomenclatură. Exemple sunt enzimele digestive: tripsina, chimotripsina, pepsina.

Procesul de sinteză a enzimelor

Funcțiile enzimelor sunt determinate la nivel genetic. Deoarece molecula este, în mare, o proteină, sinteza ei repetă exact procesele de transcripție și traducere.

Sinteza enzimatică are loc după următoarea schemă. În primul rând, informațiile despre enzima dorită sunt citite din ADN, rezultând formarea ARNm. ARN-ul mesager codifică toți aminoacizii care formează enzima. Reglarea enzimelor poate apărea și la nivel de ADN: dacă produsul reacției catalizate este suficient, transcripția genei se oprește și invers, dacă este nevoie de produs, procesul de transcripție este activat.

După ce ARNm a intrat în citoplasma celulei, începe următoarea etapă - translația. Pe ribozomii reticulului endoplasmatic se sintetizează lanțul primar, format din aminoacizi legați prin legături peptidice. Cu toate acestea, molecula proteică din structura primară nu își poate îndeplini încă funcțiile enzimatice.

Activitatea enzimelor depinde de structura proteinei. Pe același EPS, are loc răsucirea proteinelor, în urma căreia se formează mai întâi structuri secundare și apoi terțiare. Sinteza unor enzime se oprește deja în această etapă, dar pentru a activa activitatea catalitică este adesea necesară adăugarea unei coenzime și a unui cofactor.

În anumite zone ale reticulului endoplasmatic se adaugă componentele organice ale enzimei: monozaharide, acizi nucleici, grăsimi, vitamine. Unele enzime nu pot funcționa fără prezența unei coenzime.

Cofactorul joacă un rol crucial în formarea. Unele funcții enzimatice sunt disponibile numai atunci când proteina ajunge la o organizare de domeniu. Prin urmare, prezența unei structuri cuaternare, în care legătura de legătură dintre mai multe globule proteice este un ion metalic, este foarte importantă pentru ei.

Forme multiple de enzime

Există situații în care este necesar să existe mai multe enzime care catalizează aceeași reacție, dar diferă unele de altele în anumiți parametri. De exemplu, o enzimă poate funcționa la 20 de grade, dar la 0 grade nu își va mai putea îndeplini funcțiile. Ce ar trebui să facă un organism viu într-o astfel de situație la temperaturi ambientale scăzute?

Această problemă este ușor de rezolvat prin prezența mai multor enzime care catalizează aceeași reacție, dar funcționează în condiții diferite. Există două tipuri de forme multiple de enzime:

1. Izoenzime. Astfel de proteine ​​sunt codificate de gene diferite, constau din diferiți aminoacizi, dar catalizează aceeași reacție.
2. Formele de plural adevărate. Aceste proteine ​​sunt transcrise din aceeași genă, dar modificarea peptidelor are loc pe ribozomi. Rezultatul este mai multe forme ale aceleiași enzime.

Ca urmare, primul tip de forme multiple se formează la nivel genetic, în timp ce al doilea tip se formează la nivel post-traducțional.

Importanța enzimelor

În medicină, se reduce la eliberarea de noi medicamente, care conțin deja substanțe în cantitățile necesare. Oamenii de știință nu au găsit încă o modalitate de a stimula sinteza enzimelor lipsă din organism, dar astăzi există medicamente pe scară largă care pot compensa temporar deficiența lor.

Diverse enzime din celulă catalizează un număr mare de reacții asociate cu menținerea vieții. Unul dintre aceste enisme sunt reprezentanți ai grupului de nucleaze: endonucleaze și exonucleaze. Sarcina lor este de a menține un nivel constant de acizi nucleici în celulă și de a elimina ADN-ul și ARN-ul deteriorat.

Nu uitați de fenomenul de coagulare a sângelui. Ca măsură de protecție eficientă, acest proces este controlat de o serie de enzime. Principala este trombina, care transformă proteina inactivă fibrinogenul în fibrină activă. Firele sale creează un fel de rețea care înfundă locul de deteriorare a vasului, prevenind astfel pierderea excesivă de sânge.

Enzimele sunt utilizate în vinificația, fabricarea berii și producerea multor produse lactate fermentate. Drojdia poate fi folosită pentru a produce alcool din glucoză, dar un extract din aceasta este suficient pentru ca acest proces să se desfășoare cu succes.

Fapte interesante despre care nu știai

Toate enzimele din organism au o masă uriașă - de la 5000 la 1.000.000 Da. Acest lucru se datorează prezenței proteinelor în moleculă. Pentru comparație: greutatea moleculară a glucozei este de 180 Da, iar dioxidul de carbon este de doar 44 Da.

Până în prezent, au fost descoperite peste 2000 de enzime care au fost găsite în celulele diferitelor organisme. Cu toate acestea, majoritatea acestor substanțe nu au fost încă studiate pe deplin.

Activitatea enzimatică este utilizată pentru a produce pulberi de spălat eficiente. Aici, enzimele îndeplinesc același rol ca și în organism: descompun materia organică, iar această proprietate ajută în lupta împotriva petelor. Se recomandă utilizarea unei astfel de pulberi de spălat la o temperatură nu mai mare de 50 de grade, altfel poate apărea denaturarea.

Potrivit statisticilor, 20% dintre oamenii din întreaga lume suferă de o deficiență a oricăreia dintre enzime.

Proprietățile enzimelor erau cunoscute de foarte mult timp, dar abia în 1897 oamenii și-au dat seama că nu drojdia în sine, ci un extract din celulele sale, ar putea fi folosită pentru a fermenta zahărul în alcool.

Descrierea prezentării PRELEȚIA Nr. 1 Introducere în biochimie. Enzime pe lame

Schema cursului I. Biochimia ca știință. Subiectul, scopurile și obiectivele biochimiei. II. Metabolism. Noțiuni de bază. Tipuri de reacții metabolice. III. Enzimologie. 1. Enzime. Definiție, natură chimică, proprietăți fizico-chimice, semnificație biologică. 2. Comparația dintre enzime și catalizatori anorganici 3. Structura enzimelor

Biochimia este o știință care studiază substanțele care alcătuiesc organismele vii, transformările acestora, precum și relația acestor transformări cu activitatea organelor și țesuturilor.Biochimia este o știință tânără; în urmă cu aproximativ o sută de ani a apărut la intersecția dintre fiziologie și chimie organică. Termenul de biochimie a fost introdus în 1903 de biochimistul german Carl Neuberg (1877 -1956). I. BIOCHIMIE

Biochimia ca știință se împarte în: Statică (chimia bioorganică) analizează structura și compoziția chimică a organismelor Studii dinamice metabolismul și energia din organism Studii funcționale interacțiunea proceselor chimice cu funcțiile biologice și fiziologice OH H O H O HO HH HO HCO 2 + H 2 O ÀÄÔ + Ôí ÀÒÔ À Ò Ô À Ä Ô + Ô í

După obiectele de cercetare, biochimia se împarte în: biochimia oamenilor și animalelor; biochimia plantelor; biochimia microorganismelor; biochimia ciupercilor; biochimia virusurilor. Tu și cu mine vom fi angajați în biochimia medicală, una dintre ramurile biochimiei oamenilor și animalelor

Obiectul biochimiei medicale este persoana.Scopul cursului de biochimie medicală este de a studia: fundamentele moleculare ale funcţiilor fiziologice umane; mecanismele moleculare ale patogenezei bolii; baza biochimică pentru prevenirea și tratamentul bolilor; metode biochimice de diagnosticare a bolilor și monitorizare a eficacității tratamentului (biochimie clinică) Obiectivele cursului de biochimie medicală: studiu material teoretic; dobândiți abilități practice în cercetarea biochimică; învață să interpreteze rezultatele studiilor biochimice

II. Metabolism Activitatea vitală a oricărui organism se bazează pe procese chimice. Metabolism (metabolism) - totalitatea tuturor reacțiilor care apar într-un organism viu A FB C DEEnergy Heat Catabolism Anabolism

Metaboliți - substanțe implicate în procesele metabolice (substraturi, A, B, C, produse) Substrat - o substanță care intră într-o reacție chimică Produs - o substanță care se formează în timpul unei reacții chimice Substrat Produs. Secvența reacțiilor în urma cărora substratul este transformat într-un produs se numește calea metabolică A B. Compușii organici au o structură complexă și sunt sintetizați numai în timpul mai multor reacții secvențiale.Exemplu de cale metabolică: Glicoliză, lanț de fosforilare oxidativă

Substrat Produsul 2 Secvența de reacții care ocolesc calea metabolică principală se numește șunt metabolic A B D EProdusul 3 Produsul 1 Exemple de șunturi metabolice: 1. șunt de pentoză fosfat, 2. 2, șunt 3-difosfoglicerat

S 1 Secvența de reacții în timpul cărora produsul rezultat este și substratul acestor reacții se numește ciclu metabolic S 2 (P) A CBProduct 1 Produs 2 Exemple de cicluri metabolice: 1. Ciclul Krebs, 2. Ciclul ornitinei 3. β ciclu - acizi grași de oxidare 4. Ciclul glucoză-lactat, 5. Ciclul glucoză-alanină

Enzimologia este o știință, o ramură a biochimiei, despre enzime. III. Enzimologia, structura și proprietățile enzimelor; reacții enzimatice și mecanisme de cataliză a acestora; reglarea activității enzimelor. Subiectul enzimologiei sunt enzimele. Studii de enzimologie: Enzimologie medicală - studiază utilizarea enzimelor în medicină.

Aproape toate reacțiile dintr-un organism viu au loc cu participarea enzimelor.Enzimele sunt catalizatori biologici de natură proteică. Rolul biologic al enzimelor este că ele catalizează cursul controlat al tuturor proceselor metabolice din organism.Proprietăți fizico-chimice Fiind substanțe de natură proteică, enzimele au toate proprietățile proteinelor Definiție și natură chimică Până în 2013, peste 5.000 de enzime diferite au fost descris

Caracteristici ale acțiunii enzimelor 1. Acceleră doar reacțiile posibile termodinamic 2. Nu modifică starea de echilibru a reacțiilor, ci doar accelerează realizarea acesteia 3. reacțiile sunt accelerate semnificativ, de 10 8 -10 14 ori 4. Acţionează în cantităţi mici 5. Nu se consumă în reacţii 6. Sensibili la activatori şi inhibitori. 7. Activitatea enzimelor este reglată de factori specifici și nespecifici 8. Enzimele acționează numai în condiții blânde (t = 36 -37ºС, pH ~ 7,4, presiunea atmosferică) 9. Au o gamă largă de acțiune, catalizează majoritatea reacțiilor în body 10. Pentru Enzimele se caracterizează prin specificitate ridicată: specificitatea substratului: ▪ absolută (1 enzimă - 1 substrat), ▪ grup (1 enzimă - mai multe substraturi similare), ▪ stereospecificitate (enzimele lucrează cu substraturile L sau D). specificitate catalitică (enzimele catalizează reacțiile unuia dintre tipurile de reacții chimice) Comun anorganici și catalizatori

1. Centrul activ este o parte a moleculei de enzimă care interacționează în mod specific cu substratul și este direct implicat în cataliză b). Centru catalitic. Centrul activ, de regulă, este situat într-o nișă (buzunar) Conține cel puțin trei puncte pentru legarea substratului, datorită cărora molecula de substrat se atașează la centrul activ în singurul mod posibil, ceea ce asigură specificitatea substratului. enzima 1. Centru activ a). Locul substratului (zona de contact) Caracteristica structurală a centrului catalitic permite enzimei să catalizeze o reacție folosind un mecanism de cataliză specific: acido-bazic, electrofil, nucleofil etc. Astfel. centrul catalitic asigură alegerea căii de transformare chimică şi specificitatea catalitică a enzimei. Structura enzimelor Enzimele sunt proteine ​​globulare care conțin un centru activ

Enzima t + - 0 Substrat Enzimele se caracterizează prin prezenţa unor centri specifici de cataliză Situl substratului Catalit. centru Centru activ + 0 -Produs t

02. Centrul alosteric Grupul de enzime reglatoare are centri alosterici situati in afara centrului activ.Centrul alosteric pot fi atasati modulatori „+” (activatori), crescand activitatea enzimelor. Centrul alosteric și tamponul de contact sunt dispuse în mod similar + -0+ Activator

02. Centrul alosteric De asemenea, la centrul alosteric pot fi atașați modulatorii „-” (inhibitori), inhibând activitatea enzimelor. -0+ inhibitor —

După compoziția lor, enzimele sunt împărțite în: Simplu Constă numai din aminoacizi - Enzimele complexe constau din: 1. Aminoacizi; 2. Ioni metalici 3. Substante organice de natura neproteica 0+ Apoenzima. Grupa protetică + - 0 Partea proteică (din aminoacizi) a unei enzime complexe se numește Apoenzimă Partea neproteică a unei enzime complexe se numește Grupa protetică Ioni metalici (cofactori) Substanțe organice de natură neproteică (coenzime)

Coenzimele sunt substanțe organice de natură non-proteică care participă la cataliză ca parte a situsului catalitic al centrului activ al enzimei. Forma activă catalitic a unei proteine ​​complexe se numește holoenzimă.Holoenzimă = Apoenzimă + Coenzimă. Se numesc cofactori - ioni metalici necesari pentru manifestarea activitatii catalitice a enzimelor

Următoarele funcționează ca coenzime: Vitamine Activare Coenzime PP (acid nicotinic) NAD + , NADP + B 1 (tiamină) B 2 (riboflavină) Tiamină pirofosfat FAD, FMN B 6 (piridoxal) Piridoxal fosfat B 12 Cobalamine Hemes (citocrom); Nucleotide (coenzime ribozomale); coenzima Q; FAFS (coenzime transferaze); SAM ; Glutation (coenzima glutation peroxidază); Derivați de vitamine solubile în apă:

— 0+ +- 0++ — 0+ + — 0 Cosubstratul este un grup protetic care este atașat de partea proteică prin legături slabe necovalente. Un cosubstrat este adăugat la enzimă în momentul reacției: De exemplu, NAD +, NADP +. +- 0+ Produs Enzimă + Substrat Enzimă Cosubstrat Complex enzimă-substrat Cosubstrat- 0+ Grupul protetic este de obicei strâns asociat cu apoenzima.

Cofactori Ionii de potasiu, magneziu, calciu, zinc, cupru, fier etc actioneaza ca cofactori, stabilizeaza moleculele substratului si asigura legarea acestuia; stabilizează centrul activ al enzimei, stabilizează structura terțiară și cuaternară a enzimei; asigură cataliză. Rolul cofactorilor este variat, ei sunt:

De exemplu, ATP unește kinazele numai împreună cu Mg 2+ + Substrat (ATP) Cofactor (Mg 2+) + - 0 Enzimă Substrat activ (ATP- Mg 2+) - 0+ + - 0+ Produs complex enzimă-substrat (ADP) ) — 0+ Enzimă. Cofactor (Mg 2+)

Localizarea și compartimentarea enzimelor în celule și țesuturi În funcție de localizarea în organism, enzimele se împart în: Enzime generale (universale) Enzime specifice organelor Enzime specifice organelor. Organele-enzime nespecifice. După localizarea lor în celulă, enzimele se împart în: creatin kinaze, aminotransferaze etc. Enzime de glicoliză, ribozomi etc.

Găsite în aproape toate celulele, ele asigură procesele de bază ale vieții celulare: 1. Enzime generale (universale) Enzime: glicoliză, ciclul Krebs, fosforilarea oxidativă, PPS, etc. Sinteza și utilizarea ATP; metabolismul proteinelor, acizilor nucleici, lipidelor, carbohidraților și altor substanțe organice; crearea potențialului electrochimic; mișcare etc.

2. Enzime specifice organelor Tesut osos Fosfataza alcalina Miocard AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 Transamidinaza renala a, fosfataza alcalina Arginaza hepatica, ALT, AST, LDH 4, 5, fosfataza alcalina, γ-glutamil glutamat transpeptidaza, colinesteraza. Caracteristic anumitor organe sau țesuturi (sau unui grup de organe și țesuturi). Asigurați-vă că îndeplinesc funcții specifice Fosfataza acidă de prostată. Pancreas α-amilaza, lipaza, γ-glutamil transpeptidaza

Distribuția enzimelor în organele miocului hepatic. Skel. mosc Rinichi Er Os Prostată AST ALT LDH CK ALP CP 0 -10% 10 -50% 50 -75% 75 -100%

3. Enzime specifice organelor Membrana celulara Fosfataza alcalina, Adenilat ciclaza, K-Na-ATPaza Citoplasma Enzime de glicoliza, PFS Smooth ER Enzime de oxidare microzomala Ribozomi Enzime de biosinteza proteinelor. Lizozomi Fosfataza acidă. Mitocondrii Enzime de fosforilare oxidativă, ciclu TCA, β-oxidare a acizilor grași Core ARN polimerază, NAD sintetaza

Izoenzimele sunt forme multiple ale unei enzime care catalizează aceeași reacție și diferă în compoziția chimică.Izoenzimele diferă prin: afinitate pentru substrat (diferiți Km), viteza maximă a reacției catalizate, mobilitate electroforetică, sensibilitate diferită la inhibitori și activatori, p optimă. . Termostabilitatea H Izoenzimele au o structură cuaternară, care este formată dintr-un număr par de subunități (2, 4, 6 etc.): Izoenzime Proteinele cu structură cuaternară și subunități diferite creează o varietate mai mare de forme datorită unui număr mai mic de gene .

Lactat dehidrogenază (LDH) LDH este format din 4 subunități de 2 tipuri M (mușchi) și H (inima), care în combinații diferite formează 5 izoforme M (mușchi)H (inima) AA dicarboxilici predomină în compoziție AA diaminomonocarboxilici predomină în compoziție Ë Ä ÃC O O H C C H 3 O Ï Ê 2 Í À Ä + 2 Í À Ä Í 2 C O O H C C H 3 O H Ë à ê ò à òH enzimă a glicolizei și gluconeogenezei

LDH 1 NNNN LDH 2 NNNM LDH 3 NNMM LDH 4 NMMM LDH 5 MMMM O 2 H (inima) M (mușchi) epiteliu pulmonar alveolmiocard, eritrocite, cortexul renal în secțiune transversală mușchii scheletici, hepatocite. N neutru r. H acidă

Creatin kinaza (creatina fosfokinaza) CPK este formată din 2 subunități de 2 tipuri M (din engleză, muscle - muscle) și B (din engleză, brain - brain), care în diferite combinații formează 3 izoforme: CPK BB CPK MMKPK joacă un rol important în schimbul de energie al țesutului muscular și nervos

Determinarea activității enzimelor și izoenzimelor specifice organelor din sânge este utilizată pe scară largă în diagnosticul clinic: infarctul miocardic AST, ALT, CK MB, LDH 1, 2 Pancreatită Amilaza pancreatică, γ-glutamil transpeptidază, lipază Hepatită ALT, AST, LDH 4, 5, y - glutamil transpeptidază, glutamat dehidrogenază

Nomenclatură - denumirile compușilor individuali, grupurile lor, clasele, precum și regulile de compilare a acestor nume. Clasificare - împărțirea a ceva în funcție de caracteristicile selectate Nomenclatura și clasificarea enzimelor

Nomenclatura modernă a enzimelor este internațională, tradusă în diferite limbi. conversie + aza (piruvat carboxilază) Trivial Sistematic Denumirea poate identifica cu exactitate enzima și reacția ei catalizată. Fiecare clasă este construită după o schemă specifică adoptată în 1961 de Uniunea Internațională a Biochimiștilor

Clasificarea enzimelor Pe baza celor 6 tipuri cunoscute de reacții chimice, enzimele care le catalizează sunt împărțite în 6 clase. Pe baza substraturilor, grupurilor transferabile etc., în fiecare clasă se disting mai multe subclase și subsubclase (de la 5 la 23); Fiecare enzimă are propriul său cod CF 1. 1. Prima cifră indică clasa, a doua - subclasa, a treia - subsubclasa, a patra - numărul de serie al enzimei din subclasa sa (în ordinea descoperirii). http://www. chimic. qmul. ac. uk/iubmb/enzima/

Nr. Tip de reacție Clasa Subclasa Subclasa 1 ORV Oxidoreductaze 23 subclase Oxidaze DG Aerobe DG Oxigenaze anaerobe Hidroxiperoxidaze 2 transfer de grupări funcționale Transferaze 10 subclase Kinaze Aminotransferaze Protein kinaze Hexokinaze 3 Hidrolitic grupări hidrolitice Substraturi 13 subclase Phosfotazei - îndepărtarea hidrolitică a unei grupări din substrat a Liazele 7 subclasele 5 izomerizarea izomerazei 5 subclasele 6 sinteza datorită energiei compușilor cu energie înaltă ligază 6 subclase C-O-ligaze, C-S-ligaze, C-N-ligaze, C-C-ligaze

Nomenclatura enzimelor Nu există o abordare unică a regulilor de denumire a enzimelor - fiecare clasă are propriile reguli.Numele unei enzime este format din 2 părți: 1 parte - numele substratului (substratelor), 2 părți - tipul de reacție catalizată. Finalizare – AZA; Informații suplimentare, dacă este necesar, sunt scrise la sfârșit și incluse între paranteze: L -malat + NADP + ↔ PVK + CO 2 + NADH 2 L -malat: NADP + - oxidoreductază (decarboxilant);

1. Oxidoreductaze Denumirea clasei: donator: acceptor (cosubstrat) oxidoreductaza R - CH 2 - O H + NAD + R - CH =O + NAD H 2 Denumire sistematica: Alcool: NAD + oxidoreductaza Denumire banala: alcool dehidrogenaza Cod: CF 1. 1 ℮ - și N +

2. Transferaze Denumirea clasei: de unde: unde până ce poziție – ce – donator de transferază: acceptor – grup transportat – transferază AT F + D-hexoză ADP + D-hexoză -6 f Denumire sistematică: AT F: D -hexoză -6 - fosfotransferaza Denumire banala: hexokinaza Cod: CF 2. 7. 1. 1 Atomi si reziduuri moleculare

3. Hidrolaze Denumirea clasei: Substrat - ce se desprinde - hidrolaza Substrat - hidrolaza Acetilcolina + H 2 O Acetat + Colina Denumire sistematica: Acetilcolina -acil hidrolaza Denumire banala: Acetilcolinesteraza Cod: EC 3. 1. 1.

4. Liazele Denumirea clasei: substrat: ce se scindează – liază L-malat H 2 O + fumarat Denumire sistematică: L-malat: hidro-lază Denumire banală: fumarază Cod: EF 4. 2. 1.

5. Izomeraze Denumirea clasei: Substrat – tip de izomerizare – izomerază Substrat – produs – izomerază Acid fumaric Acid maleic Denumire sistematică: Fumarat – cis, trans – izomerază

6. Ligaze (sintetaze) Denumirea clasei: substrat: substrat – ligaza (sursa de energie) L-glutamat + NH 4 + + ATP L-glutamină + ADP + Fn Denumire sistematică: L-glutamat: amoniac – ligază (ATP → ADP + Fn ) Denumire banala: glutamin sintetaza Cod: KF 6. 3. 1.

Enzime

Enzimele sau enzimele sunt proteine ​​ale naturii care se formează și funcționează în toate organismele vii. Cuvântul enzimă provine din lat. fermentum - aluat, un alt nume pentru enzime - enzime din greaca. en zyme - în drojdie.

Pentru prima dată, procesele enzimatice au fost descoperite în producția de fermentație. Fermentologia sau enzimologia modernă este știința enzimelor și a organizării lor structurale. Rezolvă problema studierii mecanismelor de acțiune a enzimelor și modalităților de reglare a activității enzimatice. Acest interes pentru biocatalizatori nu este întâmplător. Enzimele sunt cele mai importante componente ale celulei; fără ele sinteza, descompunerea și interconversiile în organismele vii sunt imposibile. Prin aparatul enzimatic și prin reglarea activității acestuia se reglează și rata reacțiilor metabolice. Studiul este important pentru biologie, medicină, farmacie și multe domenii ale economiei naționale. S-a stabilit că multe boli umane sunt asociate cu activitatea enzimatică afectată; un număr de enzime sunt utilizate ca medicamente.

Proprietăți generale și specifice ale enzimelor.
Fiind catalizatori, adică substanțe care accelerează reacțiile, enzimele au o serie de proprietăți comune cu catalizatorii chimici nebiologici.
1. Enzimele fac parte din P final și ies din reacție neschimbate, nu sunt consumate în procesul de cataliză.
2. Enzimele nu pot iniția reacții care contrazic legile termodinamicii, ele accelerează doar acele reacții care pot avea loc fără ele.
3. Enzimele, de regulă, nu schimbă poziția de echilibru a reacției, ci doar accelerează realizarea acesteia.
În același timp, enzimele au și proprietăți specifice:
1. După structura lor chimică, enzimele sunt proteine ​​(99,9).
2. Eficiența enzimelor este cu câteva ordine de mărime mai mare decât cea a catalizatorilor nebiologici.
De exemplu: H2O2  H2O + ½ O2
a) dacă reacția se desfășoară fără catalizator, atunci Ea = 75,7 kJ/mol, bulele de O2 sunt aproape invizibile;
b) dacă adăugăm un catalizator nebiologic, atunci Ea = 54,1 kJ/mol, bulele sunt clar vizibile;
c) dacă se adaugă catalaza de catalizator biologic, atunci Ea = 18 kJ/mol, soluția pur și simplu „fierbe”.
3. Specificitate ridicată - fiecare enzimă catalizează o singură reacție sau un grup de reacții, în timp ce catalizatorii anorganici acționează asupra diferitelor tipuri de reacții.
4. Enzimele catalizează reacțiile în condiții „ușoare”: la P normal, pH = 7,0. Catalizatorii anorganici necesită valori extreme ale pH-ului și încălzire la temperaturi foarte ridicate.

Natura chimică și structura enzimelor.
Dovada importantă a naturii proteice a enzimelor a fost opera lui Pasteur (inactivarea enzimelor de fermentație prin fierbere), Pavlov (a dovedit natura proteică a pepsinei, o enzimă din sucul gastric), etc.
1) o caracteristică importantă a naturii proteice a enzimelor este marea lor Mr. De exemplu, pentru un DW Mr = 4 106; 4,8 105 etc.
2) soluțiile de enzime sunt de natură coloidală - nu trec printr-o membrană semipermeabilă, sunt precipitate din soluții de aceiași reactivi ca și proteinele;
3) enzimele se denaturează și își pierd activitatea sub influența temperaturii ridicate, ultrasunetelor, alcalinelor puternice și a altor factori;
4) enzimele, ca și proteinele, au proprietăți amfotere, mobilitate electroforetică și pI.
5) ca și proteinele, enzimele au specificitate ridicată;
6) în sfârșit, dovada directă a naturii proteice a enzimelor a fost sinteza artificială a enzimelor (ribonuclează, lizozimă), care nu diferă în proprietăți și activitate biologică de analogii lor naturali.
Enzime

proteine ​​simple proteine ​​complexe
constau numai din PPC constau din PPC + componentă non-proteică
(enzime hidrolitice – pepsină, tripsină, urază etc.)
sau enzime proteice (acetil CoA, DG lactat etc.)
sau enzime proteice
În enzimele proteice, partea proteică este numită apoenzimă, iar partea neproteică este numită grup protetic. Denumirea generală a enzimelor complexe este holoenzimă.
Dacă o grupare protetică este slab legată de fragmentul proteic și se disociază ușor, se numește coenzimă. Coenzima se poate combina cu diferite proteine ​​și este partea proteică care determină specificitatea acțiunii enzimelor complexe. În același timp, fără o coenzimă, o enzimă complexă nu poate funcționa, deoarece coenzima, de regulă, este în contact direct cu substratul (S) și servește ca purtător de ē, atomi sau un grup de atomi.
Cofactorii sau coenzimele sunt:
1) Ioni Me – Mg2+, Ca2+, Cu2+, Mn2+ b lh/$
2) vitamine și esterii lor de fosfor - vitamina H (biotina) (în compoziția coenzimelor de carboxilare), acizi lipoici, folici, B1 etc.;
3) mononucleotide FMN, ATP, GTP etc.;
4) majoritatea coenzimelor sunt dinucleotide NAD, NADP, HS-KoA etc.
Cu hipovitaminoză și avitaminoză, lipsa vitaminelor slăbește biosinteza multor enzime și provoacă deficit de hipocoenzimă. Coenzimele joacă, de asemenea, un rol important în stabilizarea și protejarea apoenzimelor. Acestea din urmă, fără coenzime, sunt mai susceptibile de a fi distruse de enzimele proteolitice.
Astfel, nici coenzimele, nici apoenzimele în sine nu au activitate catalitică, ci doar în combinație între ele.
Moleculele S-s au cel mai adesea dimensiuni mici în comparație cu moleculele de enzimă, prin urmare, în timpul formării complexului E-S, o parte limitată a aminoacizilor PPC, care se numește centru activ (AC), intră în contact cu S. În proteinele E, ACP include și grupări protetice.
Astfel, centrul activ al enzimei este o combinație unică de resturi de aminoacizi care asigură interacțiunea directă între E și S și participarea directă la actul de cataliză.
ACF

situs de legare situs catalitic
zona în care are loc legarea lui S și E este locul de contact sau „ancoră” zona în care are loc transformarea lui S după legarea lui
Când E și S se unesc și se formează complexul ES, grupările nucleofile și electrofile ale ACP, donând sau acceptând ē-ns, „slăbește” astfel structura electronică a S, activând-o și accelerând reacția chimică. Există enzime care au mai multe ACP - ureaza-3; alcool DG-4; acetilcolinesteraza – 25-30 ACP la diferite animale.

Centri alosterici ai enzimelor.
Pe lângă ACP, enzimele au și centre alosterice (greacă allos - altele) sau extra-spațiale. Acesta este locul de influență a diverșilor factori de reglare asupra enzimelor. Relația dintre ACP și ALCP se numește interacțiuni alosterice. O caracteristică importantă a ALCF este sensibilitatea sa mai mare la diferite influențe în comparație cu ACF.
De exemplu, când temperatura crește și se aplică pH-ul, funcția ALCF este inhibată mai devreme. În special, odată cu creșterea temperaturii, centrul alosteric al hexokinazei își pierde sensibilitatea la efectele reglatoare ale insulinei și glucocorticoizilor, iar activitatea funcțională a enzimelor este menținută și continuă să fosforileze glucoza în detrimentul ATP.

Efectul reglator asupra centrului alosteric este exercitat de: diverși metaboliți ai reacțiilor enzimatice, hormoni și produșii lor metabolici, mediatori NS etc. Aceștia se numesc efectori sau modificatori. Moleculele lor nu sunt similare cu moleculele S-b.
Prin legarea de centrul alosteric, efectorii modifică TS și SN ale enzimelor, modificând astfel configurația ACP, ceea ce duce la creșterea (activarea) sau scăderea (inhibarea) activității enzimatice.
Izoenzimele sunt forme moleculare de enzime care apar din cauza diferențelor genetice în PS a proteinei enzimatice. Acesta este un grup de enzime care sunt prezente într-o singură specie (LDG) sau într-o singură celulă (aminotransferaze), au același mecanism de acțiune, dar diferă prin unele proprietăți fizico-chimice: mobilitate electroforetică, reacții imunobiologice. De exemplu, există sub formă de cinci izoenzime. Deși catalizează aceeași reacție, ele diferă prin Kt. Au același Mr (134.000) și 4 PPP-uri fiecare cu Mr 33.500. Cele cinci izoenzime corespund la cinci combinații diferite de două tipuri diferite de PPC, numite lanțuri M (mușchi) și H (inima). Izoenzima M4 - localizată în țesutul muscular, conține lanțuri 4M identice; H4 - situat în inimă, conține lanțuri 4H identice. Cele trei izoenzime rămase sunt combinații diferite de M3H; M2H2; MH3. Două tipuri de lanțuri - M și H, sunt codificate de două gene diferite, combinația de PPC este sub control genetic. Prezența izoenzimelor și modificările raportului lor în organism este una dintre modalitățile de reglare a enzimelor.

Clasificarea modernă a enzimelor și nomenclatura lor
Conform clasificării elaborate de Comisia Internațională pentru Enzime (1961), toate enzimele sunt împărțite în șase clase. Clasele sunt împărțite în subclase, iar acestea din urmă în subsubclase, în cadrul cărora enzimei i se atribuie propriul număr de serie. De exemplu, LDH are un cod. 1.1.1.27. 1- denumirea clasei - oxidoreductaza - indică tipul de reacție enzimatică; A 2-a cifră arată numărul subclasei; subclasa precizează acțiunea enzimei, deoarece indică în termeni generali natura grupului chimic S. Subsubclasa – specifică natura legăturii chimice S atacate sau natura acceptorului. Nr. 27 – numărul de serie al LDG din subclasa.
1) Oxidoreductazele - catalizează reacţiile de oxido-reducere - conţin 17 subclase şi ~ 480 E. De exemplu: LDH.
2) Transferaze - catalizează reacții de transfer a diferitelor grupări de la un S (donator) la altul (acceptor). 8 subclase în funcție de tipul grupelor transferate și ~ 500 U. De exemplu: enzima colin acetiltransferaza - catalizează transferul unui rest de acid acetic în colină  acetilcolină.
3) Hidrolaze - catalizează scindarea legăturilor în S cu adaos de apă. Ele conțin 11 subclase și ~ 460 E. Hidrolazele includ enzime digestive, precum și enzime care fac parte din lizozomi și alte organite celulare, unde contribuie la descompunerea moleculelor mari în molecule mai mici.
4) Liazele - catalizează reacțiile de rupere a legăturilor în S fără a adăuga apă sau oxidare. Conțin 4 subclase și ~ 230 E - participă la reacții intermediare de sinteză (sintază) sau de descompunere (deshidratază).
5) Izomeraze - catalizează conversia izomerilor unul în altul. Mutazele (racemaze) se disting de tipul de reacție de izomerizare. Conține 5 subclase și ~80 E.
6) Ligaze (sintetaze) - catalizează reacțiile de unire a două molecule S folosind legături E fosfat. Sursa enzimelor este ATP etc. Acestea conțin 5 subclase, ~ 80 E (de exemplu, hexokinaza, fosfofructokinaza).

Nomenclatura enzimelor.
Există două tipuri de denumiri de enzime:
1) de lucru, sau banal;
2) sistematic.
Titlu de lucru – titlu S + tip de reacție + terminație aza. Lactat + reacție de dehidrogenare + aza LDH.
Pentru unele enzime, se lasă numele lor de lucru: pepsină, tripsină etc.
Nume sistematic - numele ambelor S + tip de reacție + aza.
-Lactat (S1): NAD+ (S2) – oxidoreductaza.
Un nume sistematic este dat numai acelor enzime a căror structură a fost pe deplin studiată. Există ~ 104 molecule de enzime într-o celulă și ~ 2000 de reacții diferite sunt catalizate. În prezent, se cunosc aproximativ 1800 de enzime, iar ~150 de enzime au fost obținute sub formă cristalină.
Idei generale despre cataliză
Probabilitatea apariției unei reacții chimice este determinată de diferența dintre E liber al substanțelor inițiale și E liber al produșilor de reacție. Enzimele accelerează reacțiile chimice datorită energiei de activare – Ea.
Ea este energia suplimentară necesară pentru a converti toate moleculele unei substanțe într-o stare activă la o anumită temperatură. (Arrhenius – conceptul de Ea).
Astfel, Vfr depinde de bariera energetică pe care trebuie să o depășească substanțele care reacționează, iar înălțimea acestei bariere nu este aceeași pentru diferite reacții.
Cu cât energia de activare este mai mare, cu atât reacția are loc mai încet. Ea nu afectează modificarea enzimelor libere a substanțelor inițiale și a produselor de reacție, adică ∆G, adică posibilitatea energetică a reacției nu depinde de enzimă.
Enzima scade Ea (vârful 2), adică reduce înălțimea barierei, rezultând o creștere a proporției de molecule reactive și, în consecință, o creștere a Vfr. Cu cât Ea scade mai mult, cu atât catalizatorul acționează mai eficient și reacția se accelerează mai mult.
S - substrat initial

P – produsul final

ΔG – schimbare standard de energie liberă

Eа nfr – energia de activare a unei reacții non-enzimatice

Eа fr – energia de activare a reacției enzimatice

Mecanismul de acțiune al enzimelor
Un rol major în dezvoltarea ideilor despre mecanismul de acțiune al enzimelor l-au jucat lucrările clasice ale lui Michaelis și Menten, care au dezvoltat prevederile privind complexele E-S. Conform ideilor lor (1915), enzimele se combină reversibil cu S-ul lor, formând un produs intermediar instabil - complexul E-S, care la sfârșitul reacției se descompune în enzime și produse de reacție (P). De fapt, în natură există o transformare treptată a lui S printr-un număr de reacții intermediare: ES1 → ES2 → ES3 ... → E + P. Schematic, transformarea lui S în P poate fi reprezentată astfel:

ACP, de regulă, este situat adânc în molecula E.
Prelucrarea matematică a reacției pentru formarea complexului ES a făcut posibilă derivarea unei ecuații numită ecuația Michaelis-Menten:

unde Vfr – viteza observată fr;
Vmax – viteza maximă a fr cu saturarea incompletă a enzimei cu S-volum;
[S] – concentrația de S;
Km – constanta Michaelis-Menten.
Grafic, ecuația Michaelis-Menten arată astfel:

La [S] scăzut, Vfr este direct proporțional cu [S] la un moment dat (reacție de ordinul I).
De asemenea, din ecuația Michaelis-Menten rezultă că la o valoare scăzută a Km și o valoare mare a [S], Vfr este maxim (in) și nu depinde de [S] - aceasta este o reacție de ordin zero. O reacție de ordin zero corespunde unui fenomen numit saturație completă a enzimei cu substratul.
Hiperbola care exprimă dependența lui Vfr de [S] se numește curba Michaelis. Pentru a determina corect activitatea enzimelor, este necesar să se realizeze o reacție de ordin zero, adică să se determine Vfr la concentrații de saturare de S.
Km este numeric egal cu [S] (mol (l)), la care V al reacției este egal cu jumătate din maxim.
Pentru a determina valoarea numerică a lui Km, găsiți că [S] la care Vfr este ½ din Vmax.
Astfel, determinarea Km joacă un rol important în elucidarea modificatorilor MD asupra activității enzimatice.

Uneori, graficul este construit folosind metoda dublei reciproce - metoda Lineweaver-Burk:
Valoarea ambelor Vmax și Km este determinată mai precis prin metoda dublei reciproce.