Билет 27

1. Гидролазы.

класс ферментов, катализирующих гидролиз. Могут действовать на сложноэфирные и гликозидные связи, на связи С—О в простых эфирах, С—S в сульфидах, С—N в пет идах, и др.

Гидролазы, катализирующие гидролиз сложноэфирных связей (эстеразы), действуют на сложные эфиры карбоновых и тио-карбоновых к-т, моноэфиры фосфорной к-ты и др. К этому подклассу относятся, в частности, ферменты, играющие важную роль в метаболизме липидов, нуклеиновых к-т и нуклеозидов, напр. арилсульфатазы, липазы. Наиб. группу ферментов, расщепляющих гликозидные связи, представляют те, к-рые катализируют гидролиз олиго- и полисахаридов, напр. амилазы. Ферменты, катализирующие гидролиз связи С—N в пептидах и белках (пептидгидролазы),- самая многочисленная группа гидролаз. К ним относятся ферменты, отщепляющие одну или две аминокислоты с N- или С-конца полипептидной цепи (напр., аминопептидазы,), а также эндопептидазы, или протеиназы, расщепляющие цепь вдали от концевых остатков. Последние классифицируют не по специфичности к субстрату, как остальные гидролазы, а по типу каталитически активных групп в активном центре. В соответствии с этим различают сериновые, тиоловые, карбоксильные и металлзависимые протеиназы. Пептидгидролазы играют важную роль не только в катаболизмебелков и пептидов, но и в биол. регуляции.

Ферменты, катализирующие гидролиз связей С—N в амидах, амидинах и нитрилах, играют важную роль в метаболизме амидов аминокислот (напр., аспарагина и глутамина), мочевины и ее производных, пуринов и пиримидинов и др. Гидролазы, расщепляющие связь элемент-кислород в ангидридах неорг. к-т, действуют гл. обр. на фосфоангидридные связи в нуклеозиддифосфатах и нуклеозидтрифосфатах. В эту группу входят, напр., аденозилтрифосфатазы.

Каталитически активными группами в гидролазах являются: группа ОН остатка серина в химотрипсине, панкреатич. липазе, щелочной фосфатазе, аспарагиназе и др.; группа SH остатка цистеина, напр. в папаине; группа СООН остатков аспарагиновой и глутаминовой к-т в пепсине, лизоциме, и др.; имидазольная группа остатка гистидина, напр. в рибонуклеазе, глюкозо-6-фосфатазе. Атомыметалла в металлсодержащих гидролазах поляризуют расщепляемую связь, включая в свою координац. сферу молекулу Н₂О, способствуя ее ионизации. Активность гидролаз подавляется многими специфич. ингибиторами.

2. Типы ингибирования. Константа Михаэлиса.

Различают обратимое и необратимое ингибиро-вание. Если ингибитор вызывает стойкие изменения пространственной третичной структуры молекулыфермента или модификацию функциональных группфермента, то такой тип ингибирования называется необратимым. Чаще, однако, имеет место обратимое ингибирование, поддающееся количественному изучению на основе уравнения Михаэлиса-Ментен. Обратимое ингибирование в свою очередь разделяют на конкурентное и неконкурентное в зависимости от того, удается или не удается преодолеть торможение ферментативной реакции путем увеличения концентрациисубстрата.

Конкурентное ингибирование может быть вызвано веществами, имеющими структуру, похожую на структуру субстрата, но несколько отличающуюся от структуры истинного субстрата. Такое ингибирование основано на связывании ингибитора с субстратсвязывающим (активным) центром.

В общей форме реакция взаимодействия ингибитора с ферментом может быть представлена следующим уравнением:

Образовавшийся комплекс, называемый фермент-ингибиторным комплексом ЕI, в отличие от фермент-субстратного комплекса ES не распадается с образованием продуктов реакции. Константудиссоциации комплекса EI, или ингибиторную константу К_i, можно, следуя теории Михаэлиса–Ментен, определить как отношение констант обратной и прямой реакций:

т.е. ингибиторная константа прямо пропорциональна произведению концентрациифермента и ингибитора и обратно пропорциональна концентрации комплекса EI.

Неконкурентное ингибирование вызывается веществами, не имеющими структурного сходства с субстратами и часто связывающимися не с активным центром, а в другом месте молекулыфермента. Степень торможения во многих случаях определяется продолжительностью действия ингибитора на фермент. При данном типе ингибирования благодаря образованию стабильной ковалентной связифермент часто подвергается полной инактивации, и тогда торможение становится необратимым.

Известно, кроме того, так называемое бесконкурентное ингиби-рование, когда ингибитор связывается с ферментом также в некаталитическом центре, однако не со свободным ферментом, а только с ES-комп-лексом в виде тройного комплекса.

Для выяснения вопроса о типе ингибирования пользуются уравнениями Михаэлиса-Ментен.

и соответствующими графиками в прямолинейных координатах.

(Графики зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в присутствии конкурентного ингибитора.)

При конкурентном типе ингибирования ингибитор увеличивает значение К_m, не

оказывая влияния на максимальную скорость V_max(рис. 4.21). Это означает, что при достаточно высокой концентрациисубстрата[ S ] ингибитор вытесняется молекуламисубстрата из комплекса EI. При неконкурентном ингибировании (рис. 4.22) ингибитор снижает величину максимальной скорости. Если при этом величина К_m не уменьшается, то говорят о полностью неконкурентном ингибировании. Часто, однако, наблюдается смешанный тип ингибирования, иногда называемый частично неконкурентным, или обратимым неконкурентным ингибированием, при котором снижение V_maxсочетается с одновременным увеличением значений К_m.

(Графики зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в присутствии неконкурентного ингибитора.)

3. Свободное окисление.

Одна из задач – превращения природных или неприродных субстратов, называемых в этом случае ксенобиотиками. Они осуществляются ферментами диоксигеназами и монооксигеназами. Окисление протекает при участии специализированныхцитохромов, локализованных чаще всего в эндоплазматическом ретикулуме, поэтому иногда этот процесс называют микросомальнымокислением.

В реакциях свободного окисления участвуют также кислород и восстановленные дыхательные переносчики (чаще всего НАДФН). Акцептором электронов является цитохром Р-450 (иногда цитохром b₅). Окислениесубстрата протекает по следующей схеме:

SH + O₂–> SOH.

Механизм действия оксигеназ включает изменение валентности входящих в их состав ионов двухвалентных металлов (железа или меди). Диоксигеназы присоединяют к субстрату молекулярный кислород, активируя его за счет электронаатомажелеза в активном центре (железо при этом становится трехвалентным). Оксигена-ция протекает как атака субстрата образующимся супероксид-анионом кислорода. Одной из биологически важных реакций такого типа является превращение β-каротина в витамин А. Монооксигеназы требуют участия в реакции НАДФН, атомыводорода которого взаимодействуют с одним из атомовкислорода, поскольку только один электрон связывается с субстратом.

В процессе свободного окисления вследствие особенностей используемых цепей передачи электронов не происходит образования АТФ; биологическая роль этих процессов заключается в метаболизме ряда природных и ксенобиотических субстратов. В последнем случае свободное окисление выполняет важную функцию модификации чужеродных соединений. К последним относятся лекарственные средства, гербициды, продукты загрязнения окружающей среды, в возрастающем количестве попадающие в организм с водой, пищей и атмосферным воздухом. Как правило, они имеют гидрофобные свойства. Многие из них являются канцерогенными. Их гидроксилирование в ходе свободного окисления облегчает последующую деструкцию и выведение из организма.