Характеристика основных видов регуляции активности ферментов в клетках живого организма

Существует 2 класса регуляторных ферментов:
1. аллостерические - регулируются при связывании с ними аллостерических модуляторов (положительных - активаторов и отрицательных - ингибиторов),
2. ферменты, регулируемые путем обратной ковалентной модификации.
Аллостерический центр называют центром регуляции активности фермента. Часто аллостерическими ингибиторами выступают конечные продукты процесса - это ингибирование по принципу обратной связи или ретроингибирование.
Регуляция путем обратной ковалентной модификации осуществляется через процесс фосфорилирования и дефосфорилирования за счет изменения пространственной организации фермента. При фосфорилировании фермента образуются ковалентные эфирные связи между ОН-группой серина и фосфорной кислотой. Эти изменения сопровождаются изменением структурной организации молекулы фермента.

15.Ингибирование ферментов. Виды ингибирования, примеры. Лекарственные вещества как ингибиторы ферментов.

На скорость химической реакции влияют различные вещества. Те из них, которые тормозят ферментативные процессы, называются ингибиторами. Те же, которые усиливают реакции - активаторами. Активаторами могут быть:
1) кофакторы, они важные участники ферментативного процесса. Например, металлы, входящие в состав каталитического центра фермента: амилаза слюны активна в присутствии ионов Са, Они обеспечивают связывание активного центра фермента с субстратом.
2) анионы также могут оказывать активирующее влияние на активность фермента, например, анионы С1- активируют слюнную амилазу;
3) активаторами могут служить также вещества, создающие оптимальное значение рН среды для проявления ферментативной активности, например, НС1 для создания оптимальной среды желудочного содержимого для активации пепсиногена в пепсин;

4) активаторами являются также вещества, переводящие проферменты в активный фермент, например, энтерокиназа кишечного сока активирует превращение трипсиногена в трипсин;

5) активаторами могут быть разнообразные метаболиты, которые связываются с аллостерическим центром фермента и способствуют формированию активного центра фермента.
Ингибиторы - это вещества, которые тормозят активность ферментов. Различают два основных типа ингибирования: необратимое и обратимое.
При необратимом ингибировании - ингибитор (необратимо) связывается с активным центром фермента ковалентными связями, изменяет конформацию фермента. Таким образом, могут действовать на ферменты соли тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия), соединения мышьяка и другие токсические вещества, способные привести к необратимой денатурации апофермента (неспецифические ингибиторы).
Специфический необратимый ингибитор может связываться с ферментом и инактивировать в его активном центре функциональную группу, которая необходима для проявления его каталитической активности. Например, диизопропилфторфосфат, йодацетат и ион ацетамида.
Обратимое ингибирование - это такой тип ингибирования, когда активность ферментов может восстанавливаться. Обратимое ингибирование бывает 2-х типов: конкурентное и неконкурентное. При конкурентном ингибировании обычно субстрат и ингибитор очень похож по химическому строению. При этом виде ингибирования субстрат (S) и ингибитор (I) одинаково могут связываться с активным центром фермента.пример, конкурентного ингибирование - торможение действия сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой. Неконкурентные ингибиторы связываются с аллостерическим центром фермента. Вследствие этого происходят изменения конформации аллостерического центра, которые приводят к деформации каталитического центра фермента и снижению ферментативной активности. Часто аллостерическими неконкурентными ингибиторами выступают продукты метаболизма.

14. Современные представления о механизме действия ферментов. Стадии ферментативной реакции, молекулярные эффекты.

С термодинамической точки зрения, действие любого фермента направлено на понижение энергии активации. Энергия активации - это то дополнительное количество энергии, которое нужно сообщить молекуле, чтобы перевести её из неактивного состояния в состояние активности. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции. Фермент взаимодействует с субстратом, образуя нестойкий промежуточный F-S комплекс, который затем распадается с образованием продуктов реакции (Р) и освобождением фермента. В этом процессе выделяют несколько стадий:

1.Диффузия субстрата к ферменту и их стерическое взаимодействие с образованием F-S комплекса.

2.Преобразование F-S комплекса в один, или несколько, активированных комплексов, при этом происходит расслабление и разрыв старых химических связей в молекуле субстрата под действием каталитических групп активного центра фермента.

3.Образование и освобождение продуктов реакции от фермента и поступление их в окружающую среду. Образующиеся продукты диффундируют в окружающую среду, а активный центр освобождается. Стадия непродолжительна, снижение энергии активации незначительно.

Эффектконцентрации молекул субстрата в области активного центра фермента. Уменьшается расстояние между субстратом и активным центром, что увеличивает скорость взаимодействия.

Эффект ориентации – в процессе сближения фермент и субстрат ориентируются друг к другу теми функциональными группами, которые принимают участиев катализе. Это возможно благодаря вращательным движениям фермента субстрата.

Эффект индуцированного соответствия – характерен для ферментов обладающих свойством групповой специфичности. Субстрат, взаимодействуя с активным центром фермента вызывает изменение его конформации на благоприятную для химического превращения субстрата,скорость зависит от концентрации субстрата и скорости диффузии его к активному центру фермента.

Эффект натяжения До присоединения субстрата к активному центру фермента, его молекула как бы в расслабленном состоянии. После связывания молекула субстрата растягивается и принимает напряжённую деформированную конфигурацию.

Кислотно-основный катализ: аминокислотные остатки в составе активного цента имеют функциональные группы кислотного и основного характера. Кислотные группы в реакциях доноры, а основные – акцепторы. В результате заряженные частицы перераспределяются, разрушаются старые и образуются новые связи.

Ковалентный катализ: между субстратом и активным центром фермента формируются ковалентные связи, по окончанию катализа эти связи разрушаются и продукт высвобождается, поэтому у продукта появляются новые связи.