Как называется небелковая часть фермента
Параграф 4 Состав ферментов
Автор – Анисимова Елена Сергеевна. Авторские права защищены.
Курсив можно не зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
Параграф № 4: «Состав ферментов».
4.1. СОСТАВ ферментов.
Есть ферменты, которые состоят из одной или нескольких полипептидных цепей (ППЦ) –
такие ферменты называют ПРОСТЫМИ.
(При этом структура простых ферментов с одной ППЦ третичная, а с несколькими ППЦ – четвертичная).
Многим ферментам для работы нужны не только ППЦ (белковая часть),
но и вещества небелковой природы. –
Эти вещества называются небелковой частью или КОФАКТОРАМИ,
а ферменты, для работы которых нужны кофакторы, называются СЛОЖНЫМИ ферментами.
Белковую часть сложного фермента называют АПОФЕРМЕНТОМ,
а комплекс апофермента с кофактором (то есть весь сложный фермент), называются ХОЛОФЕРМЕНТОМ («холо» означает «весь, полный):
апофермент + кофактор = холофермент.
ТИПЫ КОФАКТОРОВ.
Кофакторы, как и все вещества, бывают неорганическими и органическими.
Неорганические представлены ионами металлов: Zn2+, Мn2+, Fe2+ и т.д.
(Это одна из причин, по которым в пище должны быть микроэлементы п.110 –
потому что без них не работают многие ферменты).
Органические кофакторы отличаются по прочности связывания с апоферментами:
прочно связанные кофакторы называются простетическими группами
(примеры: ФАД, биотин),
а непрочно связанные называются коферментами (пример: НАД+).
Обычно прочны ковалентные связи, но иногда и несколько нековалентных прочно связывают: например, ТПФ связан прочно, хоть и нековалентно.
Часто коферментами называют любые органические кофакторы,
то есть и настоящие коферменты, и простетические группы.
В дальнейшем слово «коферменты» (или КоФ) будет использоваться вместо слов «органические кофакторы».
Ф У Н К Ц И Я КОФАКТОРОВ. –
Об ионах металлов нужно прочесть в п. 5;
ионы металлов могут играть роль электрофилов и т.д.
Коферменты выполняют функцию переносчиков разных групп
или атомов в химических реакциях при работе ферментов.
Например, ТГФ переносит одноуглеродные группы,
а ФАД переносит пару атомов водорода (два протона и два электрона).
При этом непрочно связанные с апоферментом коферменты фактически являются субстратами и продуктами при работе ферментов.
С О С Т А В КОФЕРМЕНТОВ.
Большинство КоФ состоит из витамина и дополнительного компонента,
и это часто отражено в названии коферментов:
названия тоже состоят из названия витамина и дополнительного компонента.
Образуются коферменты путем присоединения к витамину дополнительного компонента.
Например, из витамина фолат и 4 (тетра) атомов водорода образуется и состоит кофермент, который так и называется:
тетра/гидро/фолат (ТГФ); дополнительный компонент в ТГФ – это четыре атома водорода.
Из витамина тиамина (В1) и пирофосфата (дифосфата) состоит кофермент тиамин/пирофосфат (ТПФ).
Из витамина пиридоксаля (В6) состоит кофермент пиридоксаль/фосфат (ПФ).
В состав коферментов входят в основном водорастворимые витамины;
из жирорастворимых витаминов кофермент образует только витамин К.
О б р а з о в а н и е кофермента путем присоединения к витамину водорода
называется восстановлением и катализируется редуктазами.
Образование кофермента из витаминов путем присоединения фосфата
называется фосфорилированием и катализируется киназами
(с участием АТФ в качестве источника фосфата).
Некоторые коферменты образуются путем присоединения нуклеотида
(такие коферменты, как НАД, ФАД, ФМН, КоА и т.д).
К В12 (кобаламину) нужно добавить или метил (тогда получится КоФ метил/кобаламин),
или дезокси/аденозин (нуклеоЗид) – получится кофермент дезоксиаденозил/кобаламин.
К витамину пантотенату нужно добавить тиоэтиламин, АДФ и фосфат.
Некоторые КоФ образуются не из витаминов, а путем сложного синтеза при участии витаминов. Например, гем.
Кроме органической части, гем содержит ион железа (органическая часть гема называется порфирином).
Витамин В12 и образующиеся из него коферменты тоже содержат металл – кобальт
(это отражено в названии В12 – кобаламин).
Некоторые коферменты являются просто витаминами:
например, к биотину или аскорбату (витамин С) не нужно присоединять дополнительные группы.
Витамины потому и должны поступать в организм с пищей,
чтобы из них или при их участии образовывались кофакторы (органические).
Иначе в организме мало кофакторов, а без коферментов не работают многие ферменты,
снижается скорость многих реакций,
накапливаются вредные субстраты
и возникает дефицит нужных продуктов (особенно АТФ).
Все это приводит к смерти при сильном дефиците даже некоторых витаминов
(при авитаминозах: без С – цинга, без В1 – бери-бери и т.д.).
Относительно небольшой дефицит витаминов (при гиповитаминозе) приводит
к ухудшению внешнего вида, самочувствия, настроения
(мало гормонов счастья серотонина и др.), к анемии, к дефициту «сил», к слабости, к снижению иммунитета и т.д..
Функция А, Д и Е другая – из А и Д образуются гормоны – см. п.9-19.
4. 2. А к т и в н ы й ц е н т р (АЦ). См. п.58.
Активный центр – это участок молекулы фермента,
в котором происходит реакция,
то есть связывание субстратов и их превращение в продукты.
АЦ образован атомами 3-4-х радикалов ППЦ.
Порядковые номера радикалов АЦ не соседние,
то есть, к примеру, не № 27, 28 и 29, а 14, 56 и 117.
Радикалы АЦ должны оказаться рядом, чтобы сформировать АЦ – это
сближение радикалов АЦ происходит за счет определенного расположения ППЦ в пространстве при формировании третичной или четвертичной структуры.
Активный центр должен иметь определенную форму –
для этого радикалы должны быть определенным образом расположены относительно друг друга.
Правильную ориентацию радикалов в пространстве обеспечивает конформация всей молекулы фермента.
Конформация молекулы фермента может изменяться
под действием веществ-регуляторов
при их связывании с молекулой фермента
или в результате изменений среды (например, при изменении рН).
Изменения конформации молекулы фермента приводят либо к появлению АЦ,
либо к исчезновению;
появление АЦ приводит к активации молекулы фермента,
а исчезновение АЦ – к инактивации (к ингибированию).
При превращении третичной структуры в первичную (то есть при денатурации)
происходит отдаление радикалов АЦ, то есть разрушение АЦ.
Именно поэтому после денатурации белки не могут работать (ППЦ есть, но АЦ нет).
С т р у к т у р а АЦ.
В АЦ часть атомов может заниматься прежде всего связыванием субстратов –
эта часть АЦ называется связывающим участком.
Другая часть атомов АЦ занимается прежде всего самим катализом – эта часть АЦ называется каталитическим участком.
Когда желудку и кишечнику не хватает ферментов
Основным инструментом пищеварения являются ферменты, именно они выполняют всю основную работу. Логично, что при их недостатке процесс пищеварения нарушается, и организм начинает нам сообщать о проблемах, сигнализируя различными симптомами. Такие привычные всем симптомы как изжога, тяжесть в животе, боль, метеоризм, диарея или запор – являются прямым указанием на проблемы с пищеварением.
Ферменты поджелудочной железы – виды и функции
Пора узнать, что представляют собой ферменты, и как они влияют на пищеварение. Ферменты поджелудочной железы – это белковые комплексы или катализаторы, основной задачей которых является расщепление питательных веществ на простые, легкоусвояемые соединения. Таким образом, организм легко усваивает все необходимые элементы и витамины.
Какие ферменты вырабатывает поджелудочная железа и какие у них функции?
Особо интересно то, что организм может регулировать выработку тех или иных ферментов в зависимости от характера потребляемой пищи. То есть, если вы потребляете много хлебобулочных изделий, то упор в выработке будет сделан на амилазе, если потребляется жирная пища, то поджелудочная железа отправит в кишечник больше липазы.
Кажется, что работа полностью налажена, и сбоев быть не может. Но сбои случаются и достаточно часто: слишком тонкий механизм работы, который легко нарушить. Даже большой приём пищи с преобладанием жиров может сломать систему, и поджелудочная железа не сможет обеспечить нужное количество ферментов.
Появление проблем с пищеварением
Мы выяснили, что проблемы с пищеварением могут возникать из-за недостатка ферментов. Существует два основных механизма, при которых организму не хватает ферментов поджелудочной железы. В первом варианте проблема с выработкой ферментов кроется в самой поджелудочной железе, т.е. сам орган функционирует неправильно.
Во втором варианте нарушаются условия, при которых ферменты могут правильно работать. Подобное возможно в результате изменения кислотности среды кишечника, например, при воспалении или при изменении стандартной температуры окружения (36-37° С). Воспалительный процесс в кишечнике может возникать при различных состояниях: кишечные инфекции, аллергические реакции (пищевая аллергия, атопический дерматит).
Основные признаки нехватки ферментов поджелудочной железы
Выявить недостаток ферментов достаточно просто. Ключевыми симптомами являются тяжесть после еды, чувство распирания в животе и дискомфорт в животе. Нередко эти симптомы сопровождаются вздутием, урчанием, метеоризмом, диареей. Чаще всего такие симптомы могут возникать в рядовых ситуациях: при употреблении тяжелой, жирной пищи или при переедании, когда удержаться от множества вкусных блюд попросту не удалось. В этом случае не стоит бояться неполадок с поджелудочной железой или других заболеваний ЖКТ. Поджелудочная железа просто не справляется с большим объемом работы, и ей может потребоваться помощь.
Если нехватка ферментов и проблемы с пищеварением сохраняются длительное время, то это не остается незаметным для организма. Симптомы могут усугубляться и носить уже не эпизодический, а регулярный характер. Постоянная диарея дает старт авитаминозу, могут развиваться: белково-энергетическая недостаточность и обезвоживание во всем организме. Может наблюдаться значительное снижение массы тела. Помимо этого при тяжелых стадиях могут наблюдаться следующие симптомы недостатка ферментов поджелудочной железы 8 :
Поддержание пищеварения и лечение ферментной недостаточности
При проблемах с пищеварением могут помочь ферментные препараты (чаще они называются препаратами для улучшения пищеварения), основная задача которых компенсировать нехватку собственных ферментов в организме. Не зря такая терапия называется «ферментозаместительная». Критически важно, чтобы ферментный препарат максимально точно «имитировал» физиологический процесс.
На сегодняшний момент существуют различные препараты для улучшения пищеварения. Как же ориентироваться в многообразии средств и сделать правильный выбор?
Эффективный ферментный препарат должен соответствовать следующим критериям 5,6 :
Биологическая химия (6 стр.)
Глава 3. Ферменты. Механизм действия ферментов
Ферментами или энзимами называют специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов и выполняющие роль биологических катализаторов.
Общие свойства ферментов и неорганических катализаторов:
1. Не расходуются в процессе реакции.
2. Оказывают свое действие при малых концентрациях.
3. Не оказывают влияния на величину константы равновесия реакции.
4. Их действие подчиняется закону действующих масс.
5. Не ускоряют термодинамически невозможных реакций.
Отличия ферментов от неорганических катализаторов.
1. Термолабильность ферментов.
2. Зависимость активности ферментов от рН среды.
3. Специфичность действия ферментов.
4. Скорость ферментативных реакций подчиняется определенным кинетическим закономерностям.
5. Активность ферментов зависит от действия регуляторов – активаторов и ингибиторов.
6. Ряд ферментов при формировании третичной и четвертичной структуры подвергаются постсинтетической модификации.
7. Размеры молекулы ферментов обычно намного превышают размеры их субстратов.
Структура молекулы ферментов
По строению ферменты могут быть простыми и сложными белками. Фермент, являющийся сложным белком называют холоферментом. Белковая часть фермента называется апоферментом, небелковая часть – кофактором.
Различают два типа кофакторов:
1. Простетическая группа – прочно связана с апоферментом, часто ковалентными связями.
2. Кофермент – небелковая часть, легко отделяемая от апофермента. Часто коферментами служат производные витаминов.
К коферментам относятся следующие соединения:
1. производные витаминов;
2. гемы, входящие в состав цитохромов, каталазы, пероксидазы, гуанилатциклазы, NO-синтазы и являющиеся простетической группой ферментов;
3. нуклеотиды – доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты;
4. убихинон или кофермент Q, участвующий в переносе электронов и протонов в цепи тканевого дыхания;
5. фосфоаденозилфосфосульфат, участвующий в переносе сульфата;
6. глутатион, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях.
Таблица 3.1. Коферментные функции витаминов
Кофакторы – ионы металлов
Более 25 % всех ферментов для проявления полной каталитической активности нуждается в ионах металлов. Рассмотрим их роль в ферментативном катализе.
Роль металлов в присоединении субстрата в активном центре фермента.
Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.
Ионы металлов – стабилизаторы молекулы субстрата.
Для некоторых ферментов субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла. Например, для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТФ, а комплекс Mg-АТФ. В этом случае ион Mg не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТФ и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к активному центру фермента.
Схематично роль кофактора при взаимодействии фермента и субстрата можно представить как комплекс E-S-Me, где Е – фермент, S – субстрат, Ме – ион металла.
Ионы металлов – стабилизаторы активного центра фермента.
В некоторых случаях ионы металлов служат «мостиком» между ферментом и субстратом. Они выполняют функцию стабилизаторов активного центра, облегчая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции. В ряде случаев ион металла может способствовать присоединению кофермента. Перечисленные выше функции выполняют такие металлы, как Mg, Mn, Zn2+, Co, Mo. В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают. Такие ферменты получили название «металлоэнзимы».
К металлоэнзимам относят, например, фермент пируваткиназу.
Роль металлов в стабилизации структуры фермента.
Ионы металлов обеспечивают сохранение вторичной, третичной, четвертичной структуры молекулы фермента. Такие ферменты в отсутствие ионов металлов способны к химическому катализу, однако они нестабильны. Их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН, температуры и других незначительных изменениях внешнего окружения. Таким образом, ионы металлов выполняют функцию стабилизаторов оптимальной конформации белковой молекулы.
Иногда в стабилизации вторичной и третичной структуры принимают участие ионы щёлочноземельных металлов. Так, для поддержания третичной конформации пируваткиназы необходимы ионы К.
Для стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидрогеназы, катализирующей реакцию окисления этанола, необходимы ионы цинка.
Роль металлов в ферментативном катализе
Не менее важную роль отводят ионам металлов в осуществлении ферментативного катализа.
Участие металлов в электрофильном катализе.
Наиболее часто эту функцию выполняют ионы металлов с переменной валентностью, имеющие свободную d-орбиталь и выступающие в качестве электрофилов. Это, в первую очередь, такие металлы, как Zn, Fe, Mn, Cu. Ионы щелочных металлов, такие так Na и К, не обладают этим свойством.
В ходе электрофильного катализа ионы металлов часто участвуют в стабилизации промежуточных соединений.
Участие металлов в окислительно-восстановительных реакциях. Ионы металлов с переменной валентностью могут также участвовать в переносе электронов. Например, в цитохромах (гемсодержащих белках) ион железа способен присоединять и отдавать один электрон.
Благодаря этому свойству цитохромы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях.
Активный центр фермента
Участок молекулы фермента, который специфически взаимодействует с субстратом, называется активным центром. Активный центр – это уникальная комбинация аминокислотных остатков в молекуле фермента, обеспечивающая непосредственное взаимодействие её с молекулой субстрата и принимающая прямое участие в акте катализа. У сложных ферментов в состав активного центра входит также кофактор. В активном центре условно различают каталитический участок, непосредственно вступающий в химическое взаимодействие с субстратом и участок связывания, который обеспечивает специфическое сродство к субстрату и формирование его комплекса с ферментом.
Свойства активных центров ферментов:
1. На активный центр приходится относительно малая часть общего объема фермента.
2. Активный центр имеет форму узкого углубления или щели в глобуле фермента.
3. Активный центр – это трехмерное образование, в формировании которого участвуют функциональные группы линейно удаленных друг от друга аминокислот.
4. Субстраты относительно слабо связываются с активным центром.
5. Специфичность связывания субстрата зависит от строго определенного расположения атомов и функциональных групп в активном центре.
У некоторых регуляторных ферментов имеется еще один центр, называемый аллостерическим или регуляторным. Он пространственно разделен с активным центром.
Аллостерический центр – это участок молекулы фермента, с которым связываются определенные обычно низкомолекулярные вещества (аллостерические регуляторы), молекулы которых не сходны по строению с субстратом. Присоединение регулятора к аллостерическому центру приводит к изменению третичной и четвертичной структуры молекулы фермента и, соответственно, конформации активного центра, вызывая снижение или повышение ферментативной активности.
Как называется небелковая часть фермента
Установите соответствие между характеристикой химического вещества и веществом в организме человека.