Жамсаранова С.Д. и др. Биохимия в таблицах, схемах и графиках
Подождите немного. Документ загружается.
11
аминокислот, которые могут располагаться на значительном расстоянии
друг от друга в пептидной цепи.
СВЯЗИ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ТРЕТИЧНУЮ СТРУКТУРУ
ГЛОБУЛЯРНОГО БЕЛКА
Показаны только некоторые пары взаимодействующих радикалов
ТИПЫ РАДИКАЛОВ АМИНОКИСЛОТ И ОБРАЗУЕМЫЕ ИМИ СВЯЗИ
Типы радикалов Соответствующие
аминокислоты
Примерное
содержание
в белках
Связи, образуемые
радикалами
Неполярные
радикалы
Гли, Ала, Вал,
Лей, Иле, Фен,
Три, Про
50%
«Гидрофобные» и
Ван-дер-ваальсовы
(индукционные и
дисперсионные)
взаимодействия
Полярные
радикалы
неспособные к
ионизации
Сер, Тре, Цис,
Тир, Асн, Глн
20%
Водородные связи,
для Цис еще и
дисульфидные
связи
Полярные
радикалы
способные к
ионизации при
физиологическом
рН
Асп, Глу, Арг,
Лиз, Гис
30%
Ионные и
водородные связи
12
ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА ИНСУЛИНА
Спиралями представлены α-спиральные участки, цилиндрическими
кривыми — нерегулярные участки. Пунктиром показаны водородные
связи, а сплошными линиями — S–S-мостики.
НЕКОТОРЫЕ СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ
Белки Простетическая группа
Металлопротеины
Фосфопротеины
Гемопротеины
Гликопротеины
Липопротеины
Нуклеопротеины
Рибонуклеопротеины (рибосомы и
др.)
Дезоксирибонуклеопротеины
(хроматин)
Ионы металлов
Н
3
РО
4
Гемы
Моносахариды, олигосахариды
Триацилглицерины и сложные
липиды
РНК
ДНК
13
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА
ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ГЕМОГЛОБИНА
Гемоглобин – олигомерный белок. Основная функция
гемоглобина – транспорт О
2
из легких в ткани. Функция регулируется
различными лигандами.
Состоит из четырех субъединиц, двух
α
(по 141 аминокислотному
остатку в каждой) и двух
β
(по 146 остатков в каждой). Более темным
цветом выделены
β
-субъединицы. С каждой субъединицей связана одна
молекула гема – выделена черным цветом
ДЕНАТУРАЦИЯ БЕЛКОВ И ПОДДЕРЖАНИЕ ИХ НАТИВНОЙ
КОНФОРМАЦИИ В УСЛОВИЯХ КЛЕТКИ
Денатурация белков – это разрушение их нативной
конформации, вызванное разрывом слабых связей, стабилизирующих
пространственные структуры, при действии денатурирующих агентов.
РЕАГЕНТЫ И УСЛОВИЯ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ
ДЕНАТУРАЦИЮ БЕЛКОВ
Денатурирующие
агенты
Особенности действия реагента
Высокая температура
(выше 60
0
С)
Разрушение слабых связей в белке
Кислоты и щелочи
Изменение ионизаци
и ионогенных групп, разрыв
ионных и водородных связей
Мочевина
Разрушение внутримолекулярных водородных
связей в результате образования водородных
связей с мочевиной
14
Спирт, фенол,
хлорамин
Разрушение гидрофобных и водородных связей
Соли тяжелых
металлов
Образование нерастворимых солей белков и
ионов тяжелых металлов
ФЕРМЕНТЫ
Ферменты (Е) – это белковые катализаторы, ускоряющие реакции
в клетке.
Сходство ферментов с химическими катализаторами:
- увеличивают скорость реакции, но не расходуются в ходе процесса и не
претерпевают необратимых изменений;
- не изменяют состояние равновесия химической реакции, ускоряя как
прямую так и обратную реакцию в равной степени;
- повышают скорость реакции, понижая энергию активации, тот
энергетический барьер, который отделяет одно состояние системы от
другого.
Отличия ферментов от небиологических катализаторов:
- высокая эффективность действия;
- высокая специфичность действия – способность выбирать определенный
субстрат и катализировать специфическую реакцию;
- мягкие условия протекания ферментативных реакций: температура 37
0
С,
нормальное атмосферное давление, рН, близкое к нейтральному;
- способность к регуляции.
КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
Класс Тип катализируемой реакции
Оксидоредуктазы Окислительно-восстановительные реакции
Трансферазы Перенос отдельных групп атомов от донорной
молекулы к акцепторной молекуле
Гидролазы Гидролитическое (с участием воды) расщепление
связей
Лиазы Расщепление связей способом, отличным от
гидролиза или окисления
Изомеразы Взаимопревращение различных изомеров
Лигазы (синтетазы) Образование связей в реакции конденсации двух
различных соединений (используется энергия
АТР)
15
ФЕРМЕНТЫ
Простые Сложные
(Однокомпонентные) (Двухкомпонентные)
Построены из полипептидных цепей
и при гидролизе распадаются только на
аминокислоты
КОФАКТОРЫ
Ионы металлов Коферменты
(Органические вещества)
НЕКОТОРЫЕ МЕТАЛЛОЗАВИСИМЫЕ ФЕРМЕНТЫ
Фермент Ион
металла
Функция иона металла
Гексокиназа
Пируваткиназа
Пируваткарбоксилаза
α-Амилаза
Транскетолаза
Супероксиддисмутаза
Карбоксипептидаза А
Аргиназа
Мg
2+
Мg
2+
, К
+
4Mn
2+
Са
2+
(Сl
-
)
Са
2+
2
Zn
2+
,2Сu
2+
Zn
2+
4Mn
2+
Связывание субстрата
Связывание субстрата и катализ
Катализ
Стабилизация третичной структуры
Стабилизация че
твертичной
структуры
Катализ
Катализ
Связывание субстрата и катализ
КОФЕРМЕНТЫ И ВИТАМИНЫ, ВХОДЯЩИЕ В ИХ СОСТАВ
Витамин Коферментная форма Тип катализируемой
реакции
Водорастворимые витамины
Тиамин (В
1
) Тиаминпирофосфат Декарбоксилирование
α
-кетокислот
Рибофлавин
(В
2
)
Флавинмононуклеотид,
флавинадениндинуклео-
тид
Окислительно-
восстановительные
реакции
Состоят из белковой части –
апофермента и небелковой
части – кофактора
Апофермент + кофактор =
Холофермент
16
Никотиновая
кислота
Никотинамидаденинди-
нуклеотид, никотинами-
дадениндинуклеотид-
фосфат
Окислительно-восста-
новительные реакции
Пантотеновая
кислота
Кофермент (коэнзим) А Перенос ацильных
групп
Пиридоксин
(В
6
)
Пиридоксальфосфат Перенос аминогрупп
Биотин Биотицин Перенос СО
2
Фолиевая
кислота
Тетрагидрофолат Перенос одноуглерод-
ных групп
Витамин В
12
Дезоксиаденозилкобала-
мин
Перенос связанного с
углеродом атома водо-
рода на соседний атом
углерода
Аскорбино-
вая кислота
(С)
Не известна Реакции гидроксилиро-
вания
Жирорастворимые витамины
Витамин А Ретиналь Зрительный процесс
Витамин D 1,25-Дигидроксихоле-
кальциферол
Регуляция обмена Ca
Витамин Е Не известна Защита мембранных
липидов
Витамин К Не известна Реакции декарбоксили-
рования
КОФЕРМЕНТНЫЕ ФОРМЫ РИБОФЛАВИНА
— флавинмононуклеотид FMN (слева) и флавинадениндинуклеотид
FAD (справа)
N
N
NH
N
CH
2
O
O
H
3
C
H
3
C
CHOH
CHOH
CHOH
CH
2
O P O P
O O
O O
N
N
NH
2
N
N
O
OH OH
HH
H H
OCH
2
N
N
NH
N
CH
2
O
OH
3
C
H
3
C
CHOH
CHOH
CHOH
CH
2
OPO
3
2–
Циклическая изоаллаксазиновая
система
Остаток D-рибозы
17
МЕХАНИЗМ ПЕРЕНОСА АТОМОВ ВОДОРОДА ФЛАВИНОВЫМИ
ФЕРМЕНТАМИ
N
N
NH
N
R
O
O
H
3
C
H
3
C
N
N
NH
N
R
O
OH
3
C
H
3
C
H
H
X
H
H
+
X
′
+
НИКОТИНАМИД (ВИТАМИН РР) И ЕГО КОФЕРМЕНТНЫЕ ФОРМЫ
CONH
2
N
O
CONH
2
N
O
OH OH
HH
H H
CH
2
P
O
P
O
N
N
NH
2
N
N
O
OH OR
HH
H H
CH
2
O O
O O
COOH
N
Никотинамид
Никотинамидадениндинуклеотид
NAD
+
(R = H)
Никотинамидадениндинуклеотидфосфат
NADP
+
(R = PO
3
2–
)
Никотиновая
кислота
МЕХАНИЗМ ПЕРЕНОСА ГИДРИД-ИОНА
CONH
2
N
R
CONH
2
N
R
HH
X
H
H
X′
+
H
+
+
Один из атомов водорода субстрата отщепляется с двумя
электронами связи и в виде гидрид-иона (Н
–
) переносится на окисленную
форму коферменты NAD
+
.
18
ПРИМЕР ФЕРМЕНТАТИВНОГО ОКИСЛЕНИЯ
L-Малат
Оксалоацетат
O
O
C
C
H
C
H
2
C
O
O
O
H
O
O
C
C
C
H
2
C
O
O
O
N
A
D
N
A
D
H
H
М
а
л
а
т
д
е
г
и
д
р
о
г
е
н
а
з
а
+
+
+
Ферментативное окисление малата до оксалоацетата с помощью
NAD–зависимой малатдегидрогеназы.
МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ
Первоначальным событием при действии фермента является его
специфическое связывание с лигандом - субстратом (S). Это происходит в
области активного центра, который формируется из нескольких
специфических R-групп аминокислот, определенным образом
ориентированных в пространстве.
Ферментативная реакция - это многостадийный процесс.
На первом этапе устанавливается индуцированное
комплементарное соответствие между ферментом и субстратом. В
результате образуется фермент-субстратный комплекс (ЕS), в котором
далее происходит химическое превращение субстрата, в результате чего
образуется продукт, комплементарность снижается. После диссоциации
продукта фермент возвращается в исходное состояние.
Механизм действия и конформация активного центра
пищеварительного фермента эластазы (сериновой протеазы),
осуществляющего гидролиз полипептидов
NH CH C
O
NH CH C
O
R''
R'
NH CH C
O
O
R'
H
3
N CH C
O
R''
H
2
O
+ +
На первой стадии карбонильная группа расщепляемого пептида
атакуется кислородом гидроксигруппы серина. Соседство с
протонированным имидазольным кольцом гистидина, протонирование
которого обеспечивается близким расположением карбоксильной группы
остатка аспарагиновой кислоты, существенно
повышает стабильность
19
ионизованной формы гидроксила остатка серина (за счет
электростатической энергии притяжения зарядов). В значительной части
молекул фермента этот гидроксил находится в виде аниона, что резко
повышает его нуклеофильную активность.
На второй стадии катализа промежуточно образовавшийся
сложный эфир гидролизуется при действии воды, и активный центр
освобождается для проведения следующего акта катализа.
H
3
N
CH C
O
R''
NH
HN
CH
2
C
O
O
CH
2
NH CH C
O
R'
O
CH
2
+
Б
В результате атаки аниона пептидная связь разрывается и одна
часть пептида покидает активный центр серинового фермента, а другая
переносится на остаток серина с образованием ацилфермента.
NH CH C
O
NH
CH C
O
R''
R'
O
CH
2
C
O
O
CH
2
NH
HN
CH
2
Asp 102
His 57
Ser 195
А
II - этап
I - этап
20
NH CH C
O
R'
O
C
O
O
CH
2
NH
HN
CH
2
O
CH
2
+
В
КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ
МОДЕЛЬ МИХАЭЛИСА-МЕНТОН
Химическое уравнение простейшей односубстратной реакции:
S E ES P E
+ +
k
2
k
–1
k
1
k
–2
Здесь S — субстрат, E — фермент, ES — фермент-субстратный комплекс
и P — продукт.
0.0
0.0
[S]
o
v
o
V
макс
Зависимость начальной скорости ферментативной реакции от
концентрации субстрата.
Чем выше [S], тем выше скорость реакции. Эта зависимость
гиперболическая. Предельное значение, к которому стремится гипербола -
V
max
данной реакции, характеризует максимальную
работоспособность
фермента
:
V
max
- это предел, к которому стремится скорость реакции при
бесконечном повышении концентрации субстрата.
III - этап