КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

 

ГОУВПО УГМА Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Кафедра биохимии

 

 

КУРС ЛЕКЦИЙ

ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

 

 

Модуль 1. Ферменты

 

Автор: к.б.н., доцент кафедры биохимии Гаврилов И.В.

 

Екатеринбург,

2009г

ЛЕКЦИЯ № 1

Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический. 2 курс.  

Сравнение каталитического действия ферментов и неорганических катализаторов

Строение ферментов

Субстрат –вещество, которое вступает в химическую реакцию. Продукт –вещество, которое образуется в ходе химической реакции. Ферменты характеризуются наличием специфических центров катализа.

Классификация и номенклатура ферментов

Номенклатура – названия индивидуальных соединений, их групп, классов, а также правила составления этих названий. Номенклатура ферментов бывает тривиальной (короткое рабочее название) и систематической. По систематической номенклатуре, принята в 1961г Международным союзом биохимии, можно точно идентифицировать фермент и его катализируемую реакцию.

Классификация – разделение чего либо по выбранным признакам.

ü Классификация ферментов основана на типе катализируемой химической реакции;

ü На основании 6 типов химических реакций ферменты, которые их катализируют, подразделяют на 6 классов, в каждом из которых несколько подклассов и поподклассов (4-13);

ü Каждый фермент имеет свой шифр КФ 1.1.1.1. Первая цифра обозначает класс, вторая - подкласс, третья - подподкласс, четвертая - порядковый номер фермента в его подподклассе (в порядке открытия).

ü Название фермента состоит из 2 частей: 1 часть – название субстрата (субстратов), 2 часть – тип катализируемой реакции. Окончание – АЗА;

ü Дополнительная информация, если необходима, пишется в конце и заключается в скобки: L-малат + НАДФ+ ↔ ПВК + СО₂ + НАДН₂ L-малат: НАДФ+ - оксидоредуктаза (декарбоксилирующая);

В правилах названия ферментов нет единого подхода.

Оксидоредуктазы

Оксидоредуктазы делятся на: дегидрогеназы (отщепляют Н от субстратов), оксидазы (переносят Н с субстрата на кислород), оксигеназы (включают кислород… Систематическое название включает в себя название донора е и Н+ через… R-CH2-OH + НАД+ ↔ R-CH=О + НАДН2

Трансферазы

В зависимости от переносимых групп трансферазы делятся на: 1). фосфотрансферазы (киназы); 2). аминотрансферазы; 3). гликозилтрансферазы; 4).… Систематическое название: откуда: куда в какое положение–что–трансфераза или донор: акцептор–транспортируемая группа– трансфераза

Лиазы

Отщепление групп от субстратов по негидролитическому механизму с образованием двойных связей (или наоборот, присоединение по двойной связи). Реакции обратимы, за исключением отщепления СО₂.

В реакцию вступает 1 вещество и 2 образуются (или наоборот): -SХ-SY- ↔ XY + -S=S-

Систематическое название субстрат: что отщепляется–лиаза

L-малат ↔ фумарат + Н₂О

Систематическое название: L-малат: гидро–лиаза

Тривиальное название: фумараза

Изомеразы

Систематическое название субстрат–вид изомеризации–изомераза или субстрат–продукт–изомераза Фумаровая к-та ↔ малеиновая к-та Систематическое название: фумарат–цис,транс–изомераза

Лигазы (синтетазы)

Систематическое название субстрат: субстрат–лигаза (источник энергии) АТФ + L-глутамат + NH4+ → АДФ + Фн + L-глутамин Систематическое название: L-глутамат: аммиак–лигаза (АТФ → АДФ + Фн)

ЛЕКЦИЯ № 2

Тема: Регуляция активности ферментов в клетке.

Общие представления о гормонах и

Их роли в регуляции активности ферментов.

2 курс.   Одним из важнейших свойств живых организмов является способность к поддержанию гомеостаза. Гомеостаз в организме…

Аллостерическая регуляция каталитической активности ферментов

Активирование происходит по принципу прямой положительной связи, а ингибирование - по принципу отрицательной обратной связи. Аллостерические ферменты играют важную роль в регуляции т.к. чрезвычайно быстро реагируют на изменения среды.

III. Механизмы регуляции количества ферментов

Синтез ферментов регулируется индукторами и репрессорами. В качестве индукторов и репрессоров выступают некоторые метаболиты, гормоны и биологически… Индукторы, это вещества которые запускают синтез ферментов. Процесс запуска… Например, у бактерий ферменты синтезируются только при наличии для них субстратов, которые являются для этих ферментов…

Клеточная сигнализация

1). нервная, 2). гуморальная, 3). иммунная. Регуляторные системы функционируют с участием сигнальных молекул. Сигнальные молекулы – это органические вещества, которые переносят информацию.

Рецепторы

Рецепторы - это белки, встроенные в клеточную мембрану или находящиеся внутри клетки, которые, взаимодействуя с сигнальными молекулами, меняют активность регуляторных белков.

По локализации рецепторы делятся на: 1) цитоплазматические; 2) ядерные; 3) мембранные.

По эффекту рецепторы делятся на: активаторные (активируют каскадные системы) и ингибиторные (блокируют каскадные системы).

Участие рецепторов в трансмембранной передаче сигнала

2). Рецепторы, с тирозинкиназной активностью (рецептор инсулина); 3). Рецепторы, активирующие инозитолтрифосфатную систему… 4). Рецепторы, с гуанилатциклазной активностью (гуанилатциклаза, рецептор ПНФ);

Регуляторные белки

В настоящее время известно более 50 G-белков: · Gs-белок активирует аденилатциклазу. Масса 80000-90000Да. · Gi-белок ингибирует аденилатциклазу. Масса 80000-90000Да. Через рецептор, активируется соматостатином.

Вторичные посредники (мессенджеры)

Нарушения обмена мессенджеров приводят к тяжелым последствиям. Например, форболовые эфиры, которые являются аналогами ДАГ, но в отличие от которого…   цАМФ открыта Сазерлендом в 50 годах прошлого века. За это открытие он получил Нобелевскую премию. цАМФ участвует в…

Ферменты

Ферменты каскадных систем катализируют:

• образование вторичных посредников гормонального сигнала;
• активацию и ингибирование других ферментов;
• превращение субстратов в продукты;

Аденилатциклаза (АЦ)

АЦ содержит 2 –SH группы, одна для взаимодействия с G-белком, другая для катализа. АЦ содержит несколько аллостерических центров: для Mg2+, Mn2+,… Есть во всех клетках, располагается на внутренней стороне клеточной мембраны.…  

Протеинкиназа А (ПК А)

Протеинкиназа С (ПК С)

ПК С участвует в инозитолтрифосфатной системе, стимулируется Са²⁺, ДАГ и фосфатидилсерином. Имеет регуляторный и каталитический домен. ПК С катализирует реакцию фосфорилирования белков-ферментов.

Протеинкиназа G (ПК G) есть только в легких, мозжечке, гладких мышцах и тромбоцитах, участвует в гуанилатциклазной системе. ПК G содержит 2 субъединицы, стимулируется цГМФ, катализирует реакцию фосфорилирования белков-ферментов.

Фосфолипаза С (ФЛ С)

Гидролизует фосфоэфирную связь в фосфатидилинозитолах с образованием ДАГ и ИФ₃, имеет 10 изоформ. ФЛ С регулируется через G-белки и активируется Са²⁺.

Фосфодиэстеразы (ФДЭ)

NO-синтаза – это сложный фермент, представляющий собой димер, к каждой из субъединиц которого присоединено несколько кофакторов. NO-синтаза имеет… Синтезировать и выделять NO способно большинство клеток организма человека и животных, однако наиболее изучены три…

Действие NO

  В физиологических концентрациях NO оказывает мощное сосудорасширяющее… · Эндотелий постоянно продуцирует небольшие количества NO.

Трансмембранная передача информации

С участием аденилатциклазной системы

Последовательность событий, приводящих к каталитической активации ферментов

2). 1 Аденилатциклаза превращает тысячи АТФ в тысячи цАМФ; 3). 4 цАМФ обратимо присоединяясь к 2 рецепторным субъединицам R ПК А,… 4). 1 Субъединица С ПК А фосфорилирует сотни ферментов или регуляторных белков, что способствует их активации или…

Трансмембранная передача информации с участием инозитолтрифосфатной системы

продукт

субстрат

Последовательность событий, приводящих к каталитической активации ферментов

2). Фосфолипаза С расщепляет фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат (ФИФ2) клеточной мембраны на инозитолтрифосфат (ИТФ) и диацилглицерин (ДАГ); 3). ИФ3 присоединяясь к рецептору на мембране ЭПР, открывает кальциевые… 4). Са2+, ДАГ и фосфотидилсерин активируют ПК С, которая превращает субстрат в продукт.

Трансмембранная передача информации

С участием гуанилатциклазной системы

Последовательность событий, приводящих к каталитической активации ферментов

  Гуанилатциклазная система функционирует в легких, почках, кишечнике, сердце,…  

Трансмембранная передача информации с участием

Цитоплазматических и ядерных рецепторов

Через цитоплазматические и ядерные рецепторы действуют кортикоиды, половые и тиреоидные гормоны. Последовательность событий, приводящих к активации транскрипции и биосинтезу… 1). Освобождаясь от белка, гормон самостоятельно проходит клеточную мембрану и в цитоплазме присоединяется к…

Литература

1. Филиппов П.П. «Как внешние сигналы передаются внутрь клетки». Соросовский образовательный журнал, № 3, 1998, с 28-34.

 

ЛЕКЦИЯ № 3

Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический. 2 курс. Энзимология – это раздел биохимии, изучающий ферменты и катализируемые ими реакции.

I. Энзимопатология

Энзимопатология – это наука, которая изучает энзимопатии.

Энзимопатии – это группа заболеваний, которые вызваны различными дефектами ферментов. Энзимопатий делятся на: наследственные (первичные) и приобретенные (вторичные).

 

Наследственные энзимопатии

В норме:  

Приобретенные энзимопатии

А). Алиментарные энзимопатии – это заболевания, вызванные изменением количества и активности ферментов вследствие нарушения характера питания. Алиментарные энзимопатии вызываются дефицитом или дисбалансом в пище: ü витаминов (гипо-, авитаминозы);

II Энзимодиагностика

Энзимодиагностика (энзим[ы] + греч. diagnostikos способный распознавать) – методы диагностики болезней, патологических состояний и процессов, основанные на определении активности ферментов в биологических жидкостях.

Направления энзимодиагностики:

Определение активности органо-, органеллоспецифических ферментов и их изоферментов.

Ферменты плазмы крови по происхождению можно разделить на 3 группы: 1) секреторные ферменты - секретируются определенными органами в плазму крови,… 2) экскреторные ферменты - синтезируются в железах ЖКТ, выделяются в просвет ЖКТ, где обеспечивают процесс…

Определение активности ферментов и их констант (Km, t, pH).

Это направление используют для диагностики наследственных патологий и выявления механизмов патогенеза ряда заболеваний.

Определение концентрации органических веществ с помощью ферментов.

Использование ферментов в качестве реактивов позволяет определять концентрацию органических веществ с высокой точностью, так как ферменты обладают высокой чувствительностью и избирательностью к своим субстратам.

III Энзимотерапия

Внедрению ферментных препаратов в современную клиническую практику способствовало развитие технологий получения обогащенных ферментами препаратов и… В энзимотерапии существует насколько направлений: 1. Лекарственные препараты на основе ферментов. В качестве лекарственных препаратов наиболее широко используются…