Презентация на тему Ферменты: строение, свойства, регуляция активности

Содержание

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Дисциплина: биохимия (Б1.Б.15)
Специальность: педиатрия (31.05.02)

НГМУ, кафедра медицинской химии
Д.б.н., доцент Суменкова Дина

Валерьевна

Лекции: ЭНЗИМОЛОГИЯ

Дисциплина: биохимия (Б1.Б.15)Специальность: педиатрия (31.05.02)НГМУ, кафедра медицинской химииД.б.н., доцент Суменкова Дина ВалерьевнаЛекции: ЭНЗИМОЛОГИЯ

Слайд 2ЛЕКЦИЯ № 1
ФЕРМЕНТЫ:
строение, свойства, регуляция активности

ЛЕКЦИЯ № 1ФЕРМЕНТЫ:строение, свойства, регуляция активности

Слайд 3Актуальность темы

Изучение ферментов способствует познанию феномена жизни
Биохимические реакции – основа физиологических

процессов
Ферменты – «возбудители всех химических превращений у живых существ» (И.П. Павлов)
Изучение ферментов необходимо для понимания связи между ферментами и наследственными болезнями обмена веществ
Изучение ферментов позволяет расширять область их использования в медицине
Успехи биохимии, молекулярной биологии и медицины связаны с развитием энзимологии



Актуальность темыИзучение ферментов способствует познанию феномена жизниБиохимические реакции – основа физиологических процессовФерменты

Слайд 4История энзимологии
Пищеварение — это идущие внутри тела химические реакции, важнейшую роль

в которых играет химический реагент – «фермент» (от лат. fermentum «брожение»)

Ян Баптист Ван Гельмонт (17 в):

Лат. fermentum, греч. enzym

История энзимологииПищеварение — это идущие внутри тела химические реакции, важнейшую роль в

Слайд 5Артур Корнберг (1918 – 2007)
Кэри Мюллис (р. 1944)
Открытие ДНК-полимеразы (1956)
Открытие механизма

биосинтеза НК (Нобелевская премия 1959 совместно с Северо Очоа)

Создание высокоэффективного метода ПЦР-диагностики (1983)
Нобелевская премия совместно с Майклом Смитом (1993)

Артур Корнберг (1918 – 2007)Кэри Мюллис (р. 1944)Открытие ДНК-полимеразы (1956)Открытие механизма биосинтеза

Слайд 6План лекции
Понятие о ферментах и особенности ферментативного катализа (свойства ферментов)
Структура

и механизм действия ферментов
Сложные ферменты и их кофакторы Мультиферментные комплексы
Кинетика ферментативных реакций
Регуляция активности ферментов
План лекцииПонятие о ферментах и особенности ферментативного катализа (свойства ферментов) Структура и

Слайд 7Цель
Знать:
строение, свойства и роль ферментов в организме человека
химико-биологическую сущность ферментативного

катализа, условия протекания ферментативных реакций
механизмы регуляции активности ферментов для понимания биохимических основ функционирования организма

Знания о ферментативном катализе необходимы для понимания принципов методов определения активности ферментов в клинической лабораторной диагностике с целью выявления патологических процессов в органах и системах детей и подростков

Цель Знать:строение, свойства и роль ферментов в организме человекахимико-биологическую сущность ферментативного катализа,

Слайд 8Понятие о ферментах
Ферменты – белковые катализаторы химических реакций в живом

организме
состоят из L-α-аминокислот, соединенных пептидными связями
имеют 4 уровня организации молекул
характерна конформационная лабильность
при денатурации теряют активность
синтезируются как белковые молекулы
И.П. Павлов: переваривающая способность желудочного сока зависит от количества белка в нем (отсюда следует, что пепсин – белок)



Понятие о ферментах Ферменты – белковые катализаторы химических реакций в живом организмесостоят

Слайд 9Особенности ферментативного катализа: сравнение с неорганическими катализаторами
Сходства
Различия
(свойства ферментов)
Катализируют реакции возможные по

термодинамическим условиям
Снижают энергию активации реакции
Не изменяют термодинамических характеристик реакции (не смещают равновесие)
Многие ферменты катализируют прямую и обратную реакции
Не расходуются в процессе реакции

Уникальность структуры
Высокая эффективность катализа
Высокая специфичность действия
Конформационная лабильность
Регулируемая активность
Проявляют активность в оптимальных для организма условиях

Особенности ферментативного катализа: сравнение с неорганическими катализаторамиСходстваРазличия(свойства ферментов)Катализируют реакции возможные по термодинамическим

Слайд 10Высокая эффективность ферментативного катализа
2Н2О2 → 2Н2О + О2

самопроизвольно (Еа = 70

кДж/моль)
при участии железа (Еа = 42 кДж/моль), скорость реакции увеличивается в 103 раз
в присутствии каталазы (Еа = 7 кДж/моль), скорость реакции увеличивается в 1010 раз

Что лежит в основе высокой эффективности ферментативного катализа?

Высокая эффективность ферментативного катализа2Н2О2 → 2Н2О + О2самопроизвольно (Еа = 70 кДж/моль)при

Слайд 11Структура фермента: активный центр
Активный центр фермента (АЦ) – это участок

молекулы фермента, способный комплементарно (специфически) связываться с субстратом и обеспечивать его каталитическое превращение
Формируется на уровне III структуры белка
У простых ферментов состоит только из аминокислотных остатков
У сложных ферментов имеет кофактор (кофермент)
Участок связывания активного центра обеспечивает сродство к субстрату и формирование фермент-субстратного комплекса (ES), например, за счет ионных взаимодействий
Каталитический участок активного центра осуществляет химическую реакцию
Структура фермента: активный центр Активный центр фермента (АЦ) – это участок молекулы

Слайд 12Схема строения активного центра
Субстрат (S) – вещество, вступающее в ферментативную реакцию
Субстрат

комплементарен АЦ фермента («ключ-замок»)
Продукт (Р) – вещество, которое образуется в процессе реакции
Продукт не имеет сродства к активному центру фермента
Схема строения активного центраСубстрат (S) – вещество, вступающее в ферментативную реакциюСубстрат комплементарен

Слайд 13Связывание субстрата в активном центре фермента

Связывание субстрата в активном центре фермента

Слайд 14Механизм действия ферментов: этапы ферментативного катализа

Механизм действия ферментов: этапы ферментативного катализа

Слайд 15Фермент-субстратный комплекс (ES)
Образование ES – это ключевой момент ферментативной реакции, основа

высокой эффективности катализа
ES образуется в результате индуцированного соответствия фермента и субстрата
(теория Д. Кошленда, 1958) :
субстрат индуцирует конформационные изменения фермента и его активный центр принимает необходимую для связывания с субстратом пространственную ориентацию
(фермент активен только в присутствии субстрата)
субстрат также претерпевает конформационные перестройки
Фермент-субстратный комплекс (ES)Образование ES – это ключевой момент ферментативной реакции, основа высокой

Слайд 16Пример индуцированного соответствия
Каталаза – гемопротеин
(сложный фермент: белковая часть + гем)

неактивная каталаза:

железо в составе гема находится под плоскостью порфиринового кольца
активная каталаза: при взаимодействии с Н2О2 железо перемещается в плоскость кольца, «настраивая» активный центр фермента

Пример индуцированного соответствияКаталаза – гемопротеин(сложный фермент: белковая часть + гем)неактивная каталаза: железо

Слайд 17Итак, высокая каталитическая эффективность ферментов обусловлена

Высокой специфичностью связывания АЦ фермента и

субстрата и образованием ES-комплекса
Конформационной лабильностью ферментов, которая является основой их высокой специфичности

Итак, высокая каталитическая эффективность ферментов обусловленаВысокой специфичностью связывания АЦ фермента и субстрата

Слайд 18Специфичность ферментов
Каталитическая (реакционная) специфичность – способность фермента катализировать одну химическую реакцию

или один тип реакций
Пример: реакции гидролиза, окисления-восстановления

Исключение: лиазы, в одном направлении, катализируют негидролитическое расщепление субстрата, а в другом – присоединение простой молекулы по кратной связи
Специфичность ферментовКаталитическая (реакционная) специфичность – способность фермента катализировать одну химическую реакцию или

Слайд 19Специфичность ферментов
Субстратная специфичность – способность фермента взаимодействовать с одним (абсолютная) или

несколькими субстратами со сходным строением и типом связей (относительная, групповая)
абсолютная субстратная специфичность
уреаза: гидролиз мочевины
аргиназа: гидролиз аргинина
относительная субстратная специфичность
пищеварительные ферменты
стереоспецифичность
лактатдегидрогеназа: окисление только L-лактата

Специфичность ферментовСубстратная специфичность – способность фермента взаимодействовать с одним (абсолютная) или несколькими

Слайд 20Сложные ферменты
Белок (апофермент) + кофактор (кофермент) → активный фермент (холофермент)
апофермент –

не активен
большинство природных ферментов – сложные белки-протеиды
кофактор – небелковая часть сложного фермента (лат. «вместе делающий»)
Сложные ферментыБелок (апофермент) + кофактор (кофермент) → активный фермент (холофермент)апофермент – не

Слайд 21Кофакторы
По химической природе:
неорганические вещества (ионы металлов)
органические вещества (производные витаминов) - коферменты
По

виду химической связи:
слабые взаимодействия (присутствуют в активом центре фермента только в момент реакции, являясь косубстратом)
ковалентная связь (простетическая группа)
Роль кофактора:
изменение конформации фермента, субстрата
непосредственное участие в реакции
КофакторыПо химической природе:неорганические вещества (ионы металлов)органические вещества (производные витаминов) - коферментыПо виду

Слайд 22Кофакторы – ионы металлов: способы участия в ферментативном катализе
Изменяют конформацию субстрата

(Mg2+-АТФ)
Стабилизируют конформацию апофермента (Zn2+ стабилизирует IV структуру алкогольдегидрогеназы)
Участвует в катализе (ионы железа, меди участвуют в переносе электронов)
Кофакторы – ионы металлов: способы участия в ферментативном катализеИзменяют конформацию субстрата (Mg2+-АТФ)Стабилизируют

Слайд 23Cu, Zn-супероксиддисмутаза (СОД)
Zn необходим для стабилизации молекулы
Cu – активный участник в

реакции дисмутации супероксид-аниона:
О2 - + О2 - + 2Н+ = Н2О2 + О2
1) О2 - + Cu2+ + Н+ = Cu1+ + О2
2) О2 - + Cu1+ + Н+ = Cu2+ + Н2О2

Cu, Zn-супероксиддисмутаза (СОД)Zn необходим для стабилизации молекулыCu – активный участник в реакции

Слайд 24Коферменты, обратимо связанные с апоферментом
NAD+ , NADP+ – кофермент оксидоредуктаз (анаэробных

дегидрогеназ), источник синтеза – никотиновая кислота (vit РР, или В3)
HS-CoA (кофермент А) - кофермент ацетил-, ацилтрансфераз, некоторых лигаз, источник синтеза – пантотеновая кислота (vit B5)
тетрагидрофолат (Н4 –фолат) - кофермент трансфераз - переносчиков С1-фрагментов, источник синтеза – фолиевая кислота (vit B9)

Коферменты, обратимо связанные с апоферментомNAD+ , NADP+ – кофермент оксидоредуктаз (анаэробных дегидрогеназ),

Слайд 25Простетические группы
флавиновые нуклеотиды FAD, FMN – коферменты оксидоредуктаз (аэробных и некоторых

анаэробных дегидрогеназ), источник синтеза - рибофлавин (vit В2)
пиридоксальфосфат - кофермент аминотрансфераз и некоторых других ферментов, источник синтеза - пиридоксин (vit В6)
тиаминпирофосфат - кофермент в реакциях окислительного декарбоксилирования кетокислот и кетосахаров, источник синтеза – тиамин (vit В1)
биоцитин - кофермент лигаз, образующих связи С – С и карбоксильные группы, источник синтеза - биотин (vit Н, или В7)

Простетические группыфлавиновые нуклеотиды FAD, FMN – коферменты оксидоредуктаз (аэробных и некоторых анаэробных

Слайд 26Мультиферментные комплексы
Комплексы ферментов, катализирующие последовательные этапы превращения какого-либо субстрата
Отличительные особенности комплексов:
прочность

ассоциации ферментов
молекулярные массы от 2,3•106 до 10•106
определенный порядок расположения ферментов в соответствии с последовательностью прохождения этапов превращения исходного субстрата
Биологическая значимость комплексов: повышение эффективности процесса превращения
сокращение расстояния, на которые молекулы промежуточных продуктов должны перемещаться при действии изолированных ферментов
Примеры комплексов:
митохондриальная пируватдегидрогеназа и α-кетоглутаратдегидрогеназа
цитоплазматическая синтаза высших жирных кислот
ферментные комплексы дыхательной цепи митохондрий

Мультиферментные комплексыКомплексы ферментов, катализирующие последовательные этапы превращения какого-либо субстратаОтличительные особенности комплексов:прочность ассоциации

Слайд 27Кинетика ферментативного катализа: условия протекания ферментативных реакций
Активность фермента, или скорость ферментативной реакции

определяется уменьшением количества молекул субстрата или увеличением количества молекул продукта за единицу времени

активность фермента (1МЕ) = мкмоль (S или P) / мин
1 кат = 6 х 107 МЕ
уд. активность фермента = мкмоль (S или P) / (мин • мг белка)


Кинетика ферментативного катализа: условия протекания ферментативных реакцийАктивность фермента, или скорость ферментативной реакции

Слайд 28Факторы, определяющие активность фермента (скорость реакции)
Количество фермента
Количество субстрата
Количество продукта (для аллостерических

ферментов)
Концентрация кофактора (для сложных ферментов)
Присутствие активаторов или ингибиторов
Температура
рН среды
Факторы, определяющие активность фермента (скорость реакции)Количество ферментаКоличество субстратаКоличество продукта (для аллостерических ферментов)Концентрация

Слайд 29Скорость реакции и температура
Влияние температуры обусловлено броуновским движением молекул (от нуля

до 40 ° С) и денатурацией белка (выше 40° С)
Скорость реакции и температураВлияние температуры обусловлено броуновским движением молекул (от нуля до

Слайд 30Скорость реакции и рН
Влияние рН обусловлено изменением ионизации
функциональных групп активного центра

фермента и субстрата,
а также денатурацией фермента при значительных изменениях рН
Скорость реакции и рНВлияние рН обусловлено изменением ионизациифункциональных групп активного центра фермента

Слайд 31Скорость реакции и концентрация субстрата
Константа Михаэлиса (концентрация субстрата, при которой скорость

реакции равна 1/2 от максимальной). Характеризует сродство фермента к субстрату (чем меньше значение, тем выше сродство). Является величиной постоянной.
Скорость реакции и концентрация субстратаКонстанта Михаэлиса (концентрация субстрата, при которой скорость реакции

Слайд 32Скорость реакции и концентрация субстрата
Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата описывает

уравнение Михаэлиса и Ментен:

V = V max · [ S] / [ S] + Km
Отсюда,
[ S] = Km · V / V max - V

Скорость реакции и концентрация субстратаЗависимость скорости реакции от концентрации субстрата описывает уравнение

Слайд 33Активаторы ферментов
Активаторы – вещества, повышающие каталитическую активность ферментов
Часто активаторами являются микро-,

макроэлементы
Активаторы не являются кофакторами


Известно, что в присутствии хлорид-ионов активность амилазы слюны значительно возрастает, а в отсутствии катионов кальция не проявляется. Какую роль в проявлении активности фермента играют кальций и хлор?

Активаторы ферментовАктиваторы – вещества, повышающие каталитическую активность ферментовЧасто активаторами являются микро-, макроэлементыАктиваторы

Слайд 34Ингибиторы ферментов
Ингибиторы – вещества, снижающие каталитическую активность фермента
По типу химической связи:
обратимые

(слабые связи)
необратимые (ковалентная связь)
По механизму действия:
конкурентные
неконкурентные
Ингибиторы ферментовИнгибиторы – вещества, снижающие каталитическую активность ферментаПо типу химической связи:обратимые (слабые

Слайд 35Конкурентные ингибиторы
Структурные аналоги субстратов (структурное сходство той части молекулы, которая взаимодействует

с активным центром фермента в участке связывания)
Связываются в активном центре фермента
Формируется комплекс EI
Не изменяют структуры фермента
Продукт реакции не образуется (часть молекулы ингибитора, которая попадает в каталитический участок, не имеет структурного сходства с соответствующей частью молекулы субстрата)
Ингибитор вытесняется из активного центра фермента при увеличении концентрации субстрата
Снижают скорость реакции, но не изменяют Vmax. Почему?
«Изменяют» (повышают) Кm. В чем состоит условность «изменения» Кm?
Конкурентные ингибиторыСтруктурные аналоги субстратов (структурное сходство той части молекулы, которая взаимодействует с

Слайд 36Неконкурентное ингибирование
Ингибитор связывается не с активным центром

Образуется комплекс ESI

Ингибитор изменяет конформацию

фермента и активного центра

Снижают Vmax

Не изменяют Km
Неконкурентное ингибированиеИнгибитор связывается не с активным центромОбразуется комплекс ESIИнгибитор изменяет конформацию фермента

Слайд 37Регуляция активности ферментов – основа регуляции метаболических путей
Способы регуляции активности ферментов:
Изменение

количества фермента (индукция или репрессия синтеза)
Изменение каталитической активности фермента вследствие изменения его конформации

Ферменты, активность которых регулируется при участии гормонов или каких-либо метаболитов, называются регуляторными, или ключевыми. С помощью ключевых ферментов регулируется скорость метаболических процессов.
Регуляция активности ферментов – основа регуляции метаболических путейСпособы регуляции активности ферментов:Изменение количества

Слайд 38Изменение количества фермента
Регуляция на уровне транскрипции: индукция синтеза
Инсулин индуцирует синтез ключевых

ферментов гликолиза (окисления глюкозы).
Активация гликолиза в клетках приводит к снижению уровня глюкозы в крови.
Изменение количества ферментаРегуляция на уровне транскрипции: индукция синтезаИнсулин индуцирует синтез ключевых ферментов

Слайд 39Конститутивные ферменты – ферменты, которые синтезируются постоянно, независимо от наличия субстрата

Индуцибельные

(адаптивные) ферменты – ферменты, которые синтезируются только при наличии субстрата
ПРИМЕР: алкогольдегидрогеназа

Конститутивные ферменты – ферменты, которые синтезируются постоянно, независимо от наличия субстратаИндуцибельные (адаптивные)

Слайд 40Механизмы регуляция каталитической активности ферментов
Взаимодействие с белком-активатором

Ассоциация и диссоциация протомеров

Фосфорилирование и

дефосфорилирование

Частичный протеолиз

Аллостерическая регуляция
Механизмы регуляция каталитической активности ферментовВзаимодействие с белком-активаторомАссоциация и диссоциация протомеровФосфорилирование и дефосфорилированиеЧастичный протеолизАллостерическая регуляция

Слайд 41Взаимодействие с белком-активатором
Фермент переваривания пищевого жира в тонком кишечнике – панкреатическая

липаза – активируется путем присоединения белка-фермента колипазы
Мембранный фермент аденилатциклаза, участвующий в передаче сигнала гормонов в клетку, активируется путем взаимодействия с альфа-субъединицей G-белка
Взаимодействие с белком-активаторомФермент переваривания пищевого жира в тонком кишечнике – панкреатическая липаза

Слайд 42Ассоциация-диссоциация протомеров

Ассоциация-диссоциация протомеров

Слайд 43Фосфорилирование -дефосфорилирование

Фосфорилирование -дефосфорилирование

Слайд 44Частичный протеолиз
Изменение первичной структуры белка
Изменение конформации молекулы, формирование активного центра
Необратимая регуляция

Частичный протеолизИзменение первичной структуры белкаИзменение конформации молекулы, формирование активного центраНеобратимая регуляция

Слайд 45Аллостерическая регуляция

Аллостерическая регуляция

Слайд 46Аллостерические ферменты
Олигомерные белки (2 и более субъединиц)
Имеют аллостерический центр (один или

несколько)
Активный и аллостерический центры находятся в разных протомерах
Регуляторы активности - эффекторы (активаторы, ингибиторы)
Изменение конформации регуляторного протомера приводит к изменению конформации молекулы в целом, а значит и активного центра
Катализируют ключевые реакции
Аллостерическая регуляция обратима
ПРИМЕРЫ эффекторов:
продукты реакции (ингибиторы)
ATP – ингибитор, ADP – активатор ключевых ферментов энергетического обмена
Аллостерические ферментыОлигомерные белки (2 и более субъединиц)Имеют аллостерический центр (один или несколько)Активный

Слайд 47Задание для самостоятельной работы
1. Используя материал слайдов 24, 25 закончите таблицу:


2. Используя интернет-ресурсы, найдите информацию о лекарственных препаратах, механизм действия которых связан с ингибированием активности ферментов. Приведите примеры лекарственных препаратов и назовите область их применения.

Задание для самостоятельной работы1. Используя материал слайдов 24, 25 закончите таблицу: 2.

Слайд 48Заключение
Основа физиологических процессов – биохимические реакции
Скорость биохимических реакций в организме катализируют

белки-ферменты, многие из которых нуждаются в кофакторах – микроэлементах и производных витаминов
Ферментам свойственна высокая каталитическая эффективность, специфичность действия, конформационная лабильность, способность осуществлять катализ в «мягких» условиях внутренней среды организма
Активность ферментов регулируется. Это свойство ферментов является основой регуляции метаболических процессов в организме
ЗаключениеОснова физиологических процессов – биохимические реакцииСкорость биохимических реакций в организме катализируют белки-ферменты,

Слайд 49Литература
Биохимия: учебник для вузов / ред. Е. С. Северин. - М.:

ГЭОТАР-Медиа, 2014. -768 с.
Биологическая химия с упражнениями и задачами: учебник / ред. С.Е. Северин. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. - 624 с. (С. 65-72; 76-86)
Биологическая химия: учебник для студентов медицинских вузов / А.Я. Николаев. – М.: Мед. информ. агенство, 2007. – 568 с.



ЛитератураБиохимия: учебник для вузов / ред. Е. С. Северин. - М.: ГЭОТАР-Медиа,

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика