Активаторы и ингибиторы ферментов

Каталитическая функция ферментов определяется также присутствием в среде активаторов и ингибиторов: первые повышают скорость реакции, вторые —тормозят.

Активаторами ферментов могут быть вещества самой разнообразной природы: НСL - активирует действие пепсина, желчные кислоты — панкреатической липазы. Особенно часто в качестве активаторов выступают ионы двухвалентных металлов, реже одновалентных. Например для К+, N+ - АТФазы, обеспечивающее транспорт одновалентных катионов через клеточную мембрану необходимы ионы магния, калия, натрия. Многие ферменты вообще неактивны в отсутствии металлов (при удалении цинка карбоангидраза практически лишена ферментативной активности). Роль металлов в активирующем действии ферментов.

• в ряде случаев выполняют функции простетических груш ферментов;

• могут способствовать образованию фермент-сустратного комплекса;

• могут выступать в роли аллостерического эффектора

Ингибиторы по типу ингибирования делят на 2 группы:

обратимого действия - когда комплекс фермент-ингибитор непрочен и быстро диссоциирует, активность фермента при этом восстанавливается (после диализа или Сильного разведения раствора)

2; необратимого действия - в основе стойкие изменения ил модификации функциональных групп фермента

По механизму действия ингибиторы ферментов делятся на следующие основные группы: 1) конкурентные 2) неконкурентные : 3) бесконкурентные; 4) субстратные; 5) аллостерические.

конкурентным ингибированием (рис 13) называекя торможение ферментативной реакции, вызванной связыванием с активным центром фермента ингибитора, сходного по структуре с субстратом и препятствующего образованию фермент-субстратного комплекса. При конкурентном торможении ингибитор и субстрат, будучи сходными по строению, конкурируют за активный центр фермента. С активным центром связывается то соединение, молекул которого больше. С ферментом связан либо ингибитор, субстрат. Ингибирование наступает вследствие того, что субстратоподобный ингибитор связывает часть молекул фермента, которые уже не способны образовывать фермент-субстратный комплекс. Снять торможение можно избытком субстрата, вытесняющего ингибитор из активных центов ферментных молекул, тем та самым возвращая им способность к катализу.

 Конкурентными ингибиторами могут быть метаболиты, накопление которых регулирует активность ферментов, и чужеродные вещества.

Явление конкурентного ингибирования ферментов имеет практическое применение:

 • конкурентное ингибирование лежит в основе механизма действия ряда групп фармакологических препарат» (антихолинэстеразные средства: прозерин, физостигмин; средства-антиметаболиты: фторурацил, меркаптопурин)

• ингибиторы холинэстеразы необратимого действия (фосфорорганические соединения) используются в качеств инсектицидов. (дихлофос, хлорофос) и как боевые отравляющие вещества (зарин, зоман);

 • открывает перспективы создания новых лекарственных средств (возможность поиска антиметаболитов, обладающих свойствами конкурентных ингибиторов). 

Неконкурентным ингибированием ферментов называется торможение, связанное с влиянием ингибитора на каталитическое превращение, но не на связывание фермента и субстрат. Неконкурентный ингибитор или связывается непосредственно каталитическими группами активного центра фермента. или. связываясь с ферментом вне активного центра. изменяет конформацию активного центра, мешая взаимодействию с субстраты. Поскольку неконкурентный ингибитор не влияет на связывание субстрата, то комплекс фермент-ингибитор способен присоединить субстрат, но дальнейшего превращения субстрата не про- исходит, так как каталитические группы заблокированы, Снять действие неконкурентного ингибитора избытком субстрата (ка» действие конкурентного) нельзя, а можно лишь веществами, связывающими ингибитор. Эти вещества называют реактиваторами.

Неконкурентными ингибиторами геминового фермента цитохромоксидазы являются цианиды, которые прочно соединяются с трёхвалентным железом. Блокада этого фермента выключает дыхательную цепь, и клетка погибает. К неконкурентным ингибиторам ферментов относятся ионы тяжёлых металлов и их органические кис соединения (ионы тяжёлых металлов ртути, свинца, кадмия, мышьяка). Они блокируют, например, SH - группы, входящие в каталитический участок фермента и являются очень токсичными.

Неконкурентные ингибиторы применяются:

• как фармакологические средства (ртутные диуретики; препараты висмута для лечения си препараты сурьмы для лечения лейшманиоза);

• как инсектициды, фунгициды в сельском хозяйстве;

 • как боевые отравляющие вещества (синильная кислота, цианиды);

Бесконкурентным ингибированием называется торможение торможением иферментативной реакции, вызванное присоединением ингибитора, только к комплексу фермент- субстрат. Бесконкурентный ингибитор не соединяется с ферментом в отсутствие субстрата. Более того, ингибитор облегчает присоединение субстрата, а затем, связываясь сам, ингибирует фермент.

Субстратным ингибированием называется торможение ферментативной реакции, вызванное избытком субстрата. Такое ингибирование происходит вследствие образования ферментного комплекса, не способного подвергаться каталитическим превращениям. Субстратное торможение снимается при снижении концентрации субстрата.

Аллостерическое ингибирование характерно только для особой группы ферментов, имеющих аллостерические центры. Механизм действия аллостерических ингибиторов заключается в изменении конформации активного центра фермента. Аллостерическими эффекторами ферментов наиболее часто выступают различные метаболиты, а также гормоны, ионы металлов, коферменты. В редких случаях роль аллостерического эффектора выполняют молекулы субстрата.

Явление аллостерического ингибирования лежит в основе аллостерической регуляции ферментов, когда конечный продукт метаболического процесса выступает в роли ингибитора первого фермента цепи; такая регуляция является регуляцией по типу обратной связи и позволяет контролировать выход конечного продукта накопления которого прекращается работа первого фермента цепи.

3. «Сухая» химия и экспресс-диагностика.

В настоящее время в клинической лабораторной диагностике, наряду с применением для определения физиологических и патологических компонентов мочи и крови методов «жидкой химии», все шире используютсяметодология «сухой» химии.Они реализуются с применением специальных полосок, реагентные зоны которых содержат сухие реагенты, способные воздействовать на определенные метаболиты биологических жидкостей с изменением окраски индикаторной зоны.

Индикаторные тест-полоски применяются для полуколичественного и количественного определения диагностически значимых компонентов мочи, крови и других биосред. Их использование незаменимо для срочного анализа, (выполняемого в присутствии пациента в поликлинике, приёмном отделении, в больничной палате или дома, на месте лечения пациентов.

Необходимость быстрого получения объективной информации о жизнедеятельности организма возникает, в первую очередь, при критических состояниях, вызванных острой кровопотерей, шоком, сердечной, легочной или почечной недостаточностью, обширными ожогами, множественными травмами. В таких ситуациях результаты биохимических анализов непосредственно определяют конкретные действия врача. Кроме общепринятых клинических анализов крови и мочи проводят биохимические исследования.

Нарушения кислородного обеспечения, кислотно-основного состояния и электролитного баланса являются ведущими факторами в развитии тяжелых осложнений и необратимых состояний. Поэтому время от взятия анализа до получения конечных результатов врачом в таких случаях не должно превышать 5-7 минут. Экспресс-анализы необходимы в отделениях реанимации, интенсивной терапии и для этого используются автоматические полианализаторы, определяющие одновременно несколько показателей.

Возможность получить объективную информацию о состоянии пациента непосредственно на приеме врача существенно ускоряет процесс постановки клинического диагноза и назначения лечения. Такая необходимость может также возникнуть при диспансерных и профосмотрах на производстве, в экспедиционных условиях, в изолированных отдаленных местах проживания, на кораблях, в поездах дальнего следования, в спортивной медицине.

В настоящее время имеются большое количество специальных наборов и тест-полосок, позволяющих выполнить анализы в течение 3-10 минут в присутствии пациента. В основе их действия лежат биохимические (образование окрашенных продуктов реакции) и иммунологические (агрегация, агглютинация) методы. При этом не требуются какие-либо дополнительные реактивы или оборудование, так как оценка результатов проводится визуально с использованием эталонной шкалы, прилагающейся к набору тест-полосок.

Простота и быстрота процедуры определяют большую популярность и широкую распространенность экспресс-диагностики с использованием методов «сухой химии». Однако в ряде случаев результаты, полученные с их использованием, требуют подтверждения более объективными количественными методами. Наборы и тест-полоски имеют длительный срок хранения (1 год и более).

Получение иммобилизованных ферментов (искусственно полученного комплекса фермента нерастворимым в воде носителем), значительно расширило сферу применения биокатализаторов. Различают иммобилизацию ковалентную и нековалентную (иммобилизацию физическими методами).

Первый тип основан на ковалентном связывании фермента нерастворимым материалом или молекул фермента между собой с образованием нерастворимых полиферментных комплексов. Нековалентная иммобилизация включает: адсорбцию включение в гели, микроинкапсулирование; в данном случае отметается способность фермента диссоциировать на субъединицы с последующим переходом в раствор не связанных с носителем субъединиц и падением активности фермента. В этом случае приходиться прибегать к дополнительным способам стабилизации - иммобилизованных ферментов: 

• использованию «поперечно сшивающих» агентов с целью наложения межсубъединичных сшивок, вследствие чего фермент теряет способность к диссоциации;

• включению ферментов в гели с подбором таких размеров ор, который был бы меньше размеров субъединиц фермента.

 При применении так называемой «мягкой» адсорбционнойиммобилизации , включающей предварительную обработку адсорбента липидами, изменяющими степень его гидрофобности, при последующей сорбции фермент связывается с «мягкой» поверхностью липидного слоя, а не с жесткой поверхностью адсорбента. Искусственно связанные с носителями, “иммобилизованные ферменты, сохраняющие свою каталитическую активность, отличаются повышенной термостабильностью и устойчивостью к протеиназам, а, следовательно, увеличением времени жизни и пролонгацией действия, антигенные свойства их значительно снижены.

Ряд иммобилизованных ферментов с успехом применяется в:

• использование тампонов, бинтов с иммобилизованными на них протеазами— для ускорения заживления ран и ожогов и предотвращения гнойных осложнений;

• создание протезов кровеносных сосудов и сердечных клапанов из тромборезистентного материала на основе полимеров с иммобилизованными на них тромболитическими ферментами;

• использование иммобилизованных терапевтических белков в экстракорпоральных реакторах (уреазы, фен илаланиламмиаклиазы — в лечении почечной недостаточности, фенилкетонурии).

 

 

Коферменты – это органические вещества, предшественниками которых являются витамины. Некоторые из них непрочно связаны с белком (НАД, НSКоА, и др). есть ферменты, которые прочно связаны с апоферментом, т.е. представляют собой простетическую группу (гем и флавиновые коферменты).

Коферменты в каталитических реакциях осуществляют транспорт различных групп атомов, электронов или протонов. Коферменты связываются с ферментами:

- ковалентными связями;

- ионными связями;

- гидрофобными взаимодействиями и т.д.

Один кофермент может быть коферментом для нескольких ферментов. Многие коферменты являются полифункциональными (например, НАД, ПФ). В зависимости от апофермента зависит специфичность холофермента.

Все коферменты делят на две большие группы: витаминные и невитаминные.

 

 

Большинство коферментов не синтезируются в организме млекопитающих. Они должны поступать в организм с пищей (как правило, растительной). Однако в организм попадают не сами коферменты, а их предшественники — витамины. В клетке витамины модифицируются до коферментной формы. В настоящее время известно 13 витаминов, которые подразделяют на два типа:водорастворимые витамины жирорастворимые витамины.

 

Характеристика основных коферментов по их функциям

 

Коферменты	Тип реакции, в которой участвует кофермент, роль кофермента и участие активной группы в катализе	Витамин-предшественник
Биотицин	КарбоксилированиеПрисоединение карбоксильной группы путем замещения атома водорода у азота активной группой кофермента. Затем карбоксильная группа переносится на субстрат	Биотин (Витамин Н)
Кофермент (коэнзим) А (НSКоА)	Реакция ацилирования.Образование высокоэнергетической тиоэфирной группы с карбоксильными группами карбоновых кислот R-СО-SКоА	Пантотеновая кислота
Никотинамидадениндинуклеотид,(НАД) никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) – никотинамидные коферменты	Окислительно-восстановительные реакции. При окислении субстрата к пиридиновому кольцу присоединяются 1 протон (2-й переходит в среду) и 2 электрона, при этом положительный заряд утрачивается.	Никотинамид (витамин РР)
Пиридоксальфосфат (ПФ)	Трансаминирование, декарбоксилирование аминокислот. При сближении азота аминокислоты и углерода альдегидной группы ПФ образуется альдиминная связь. Далее после вутримолекулярных перестроек образуется аминогруппа на коферменте и кетогруппа на бывшей аминокислоте.	Пиридоксин (В6)
Тиаминпирофосфат (ТПФ)	Декарбоксилирование α-кетокислот. Разрывается связь, следующая за кетогруппой субстратов, высвобождается СО2, между кетогруппой субстрата и углеродом тиазолового кольца ТПФ образуется ковалентная связь. Это промежуточное соединение катализа.	Тиамин (В1)
Флавинмононуклеотид, (ФМН) флавин-адениндинуклеотид, (ФАД) - флавиновые коферменты	Окислительно-восстановительные реакции. Два атома водорода от субстрата присоединяются к атома азота N1 и N10	Рибофлавин (В2)
Тетрагидрофолат	Перенос одноуглеродных групп	Фолиевая кислота
Дезоксиаденозилкобаламин	Перенос связанного с углеродом атома водорода на соседний атом углерод	Витамин В12

 

 

2. Регуляция активности ферментов может осуществляться путём взаимодействия ферментов с различными биологическими компонентами или чужеродными соединениями, которые называются регуляторами ферментов. Они могут либо ускорять, либо замедлять ферментативную реакцию.

Активаторы – это вещества, увеличивающие скорость ферментативной реакции.

Виды активаторов:

1. Вещества, влияющие на область активного центра. К ним относятся ионы металлов (Na+, K+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+ и др.). В ряде случаев ионы металлов выполняют функцию кофактора фермента. В других случаях они способствуют присоединению субстрата к активному центру фермента. Ионы металлов оказываются активаторами только в условиях дефицита их в организме.

2. Аллостерические эффекторы, которые связываются с аллостерическим (регуляторным) участком апофермента. Это связывание вызывает конформационные изменения в молекуле белка, приводящие к изменению структуры активного центра, что сказывается на связывании и превращении субстрата в активном центре. При этом активность фермента либо увеличивается (это аллостерические активаторы), либо уменьшается (это аллостерические ингибиторы). Аллостерическими эффекторами ферментов наиболее часто выступают различные метаболиты, а также гормоны, ионы металлов, нуклеозиды - АТФ, АДФ, АМФ.

3. Вещества, вызывающие модификации, не затрагивающие активный центр фермента

 

Ингибиторами называют вещества, вызывающие снижение активности фермента. Следует различать инактивацию и ингибирование фермента. Сам по себе факт торможения ферментативной реакции в присутствии какого-либо вещества ещё не говорит о том, что это вещество – ингибитор. Любые денатурирующие агенты вызывают инактивацию фермента и торможение ферментативной реакции. Ингибиторы, в отличие от денатурирующих агентов, действуют в малых концентрациях и вызывают специфическое снижение ферментативной активности.

По прочности связывания с ферментом ингибиторы делятся на обратимые и необратимые. Необратимые ингибиторы прочно связываются с ферментом, тогда как комплекс фермент – обратимый ингибитор непрочен. Если сильно разбавить раствор фермента с обратимым ингибитором, то их комплекс распадается и активность фермента восстанавливается.

По механизму действия ингибиторы делятся на конкурентные и неконкурентные. Конкурентные ингибиторы имеют структурное сходство с молекулой субстрата, что позволяет им занять место субстрата в активном центре фермента:

E + S + I → EI + S

Встраиваясь вместо субстрата в активный центр, такой ингибитор не даёт ферментативной реакции осуществиться. То есть, субстрат конкурирует с ингибитором за активный центр. С активным центром связывается то соединение, молекул которого больше. Снять конкурентное ингибирование можно, увеличив концентрацию субстрата.

Неконкурентные ингибиторы не имеют структурного сходства с субстратами. Они или связываются с каталитическими группами активного центра фермента, или, связываясь с ферментом вне активного центра, изменяют конформацию активного центра таким образом, что это препятствует превращению субстрата. Поскольку неконкурентный ингибитор не влияет на связывание субстрата, то в отличие от конкурентного ингибирования наблюдается образование тройного комплекса:

E + S + I → ESI

К неконкурентным ингибиторам относятся ионы тяжёлых металлов: ртути, свинца, кадмия, мышьяка. Они блокируют SH-группы, входящие в каталитический участок фермента. Снять действие неконкурентного ингибитора избытком субстрата, как при конкурентном ингибировании, нельзя, а можно лишь веществами, связывающими ингибитор (реактиваторами). Тяжелые металлы лишь в небольших концентрациях играют роль ингибиторов, в больших концентрациях они действуют как денатурирующие агенты.

 

Наиболее важными неконкурентными ингибиторами являются образующиеся в живой клетке промежуточные продукты метаболизма, способные обратимо связываться с аллостерическими участками фермента – аллостерические ингибиторы. Они занимают ключевое положение в метаболизме, поскольку тонко реагируют на изменения в обмене веществ и регулируют прохождение веществ по целой системе ферментов.

 

3. Амилаза (другие названия – альфа-амилаза, диастаза, панкреатическая амилаза) это биологически активное вещество, участвующее в процессе метаболизма углеводов. В организме человека большая ее часть вырабатывается поджелудочной железой, меньшая – слюнными железами.

Различают два основных типа (изофермента) амилазы: панкреатическую амилазу (вырабатывается в поджелудочной железе) и амилазу слюны.
Альфа-амилаза слюнных желез (птиалин) и панкреатическая амилаза, выделяемая поджелудочной железой в просвет двенадцатиперстной кишки, поэтапно осуществляют расщепление высокомолекулярных углеводов до простых сахаров.
Амилаза желудка имеет второстепенное значение по отношению к амилазам слюнных желез и поджелудочной железы.

Значительно более низкой амилазной активностью обладают также такие органы как яичники, фаллопиевы трубы, тонкий и толстый кишечник, печень.

У человека α-амилаза является основным пищеварительным ферментом.
Амилаза обеспечивает переваривание углеводов пищи, расщепляя их и преобразуя в глюкозу. Благодаря этому же ферменту глюкоза усваивается организмом.
Амилаза слюнных желез начинает этот процесс и может фактически совершить переваривание значительной части крахмала до поступления его в тонкую кишку и контакта с панкреатической амилазой.

Основное переваривание углеводов происходит в тонком кишечнике, где для этого имеются все необходимые условия: слабощелочная среда и ферменты, катализирующие распад гликозидных связей в углеводах.

Активность α-амилазы оптимальна при нейтральной pH = 6,7-7,0. Активность амилазы подавляется кислой средой, создаваемой желудочным соком.
Большая часть панкреатической амилазы расщепляется в нижней части кишечного тракта трипсином, небольшое количество попадает в кровь.
Из организма амилазу выводят почки вместе с мочой.

 

Признаком дефицита амилазы в ЖКТ может быть ее повышен-ное содержание в крови при:
- остром или хроническом панкреатите;
- кисте поджелудочной железы;
- камне, опухоли в протоке поджелудочной железы;
- раке поджелудочной железы;
- эпидемическом паротите;
- остром перитоните;
- сахарном диабете;
- заболеваниях желчных путей (холецистит);
- почечной недостаточности;
- непроходимости кишечника;

Признаком дефицита амилазы в ЖКТ может также быть ее пониженное содержание в крови при
- недостаточности поджелудочной железы;
- некрозе клеток поджелудочной железы;
- муковисцидозе;
- поражениях печени

Альфа- амилаза является кальций-зависимым ферментом, так как ее деятельность активируется ионом кальция.

Определение уровня амилазы в крови и моче применяется при диагностике заболеваний поджелудочной железы, слюнных желез, причин боли в животе.

 

---

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 796; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!