Цели занятия: усвоить структурно-функциональную организацию ферментов, условия образования фермент- субстратного комплекса; основные физико-химические свойства ферментов для объяснения особенностей ферментативного катализа; сформировать представление о способах регуляции активности ферментов; усвоить классификацию ферментов, причины ферментопатий, способы их коррекции.
Задачи обучения: уметь определять влияние температуры, рН среды, и других факторов для определения активности ферментов; научиться использовать знания о строении и свойствах белков для объяснения свойств ферментов; усвоить основные механизмы развития энзимопатий.
Основные вопросы темы:
1.Классификация и номенклатура ферментов.
2.Структурно-функциональная организация ферментов. Понятие об активном и аллостерическом центрах.
3.Понятие о коферментах и кофакторах.
4.Механизм действия ферментов. Кинетика ферментативных реакций.
5.Особенности ферментативного катализа:
а) зависимость скорости ферментативных реакций от температуры, рН среды и времени инкубации;
б) специфичность действия ферментов;
в) действие ингибиторов и активаторов.
6.Регуляция действия ферментов: активирование и ингибирование.
7.Виды ингибирования:
а) обратимое и необратимое;
б) конкурентное и неконкурентное;
в) ретроингибирование.
8.Строение аллостерических ферментов, их роль в регуляции метаболизма.
9.Общая активность фермента. Понятие о единицах ферментативной активности. Удельная активность ферментов.
10.Применение ферментов в медицине. Ферментопатии.
Методы обучения и преподавания: – практическое занятие – дискуссия.
В ходе дискуссии необходимо обратить внимание студентов на следующее:
Ферменты – специфические белки, обладающие каталитическими свойствами. Они входят в структуру всех тканей, клеток и субклеточных включений
Функция ферментов заключается в ускорении химических реакций, протекающих в процессе обмена веществ, т.е. ферменты- это биологические катализаторы
По химической природе ферменты делятся на простые и сложные. В состав сложных ферментов (холоферментов) входят помимо белковой части, называемой апоферментом, небелковый компонент, называемый простетической группой или коферментом
Апофермент определяет специфичность действия фермента, а кофермент- характер химического превращения. Кофермент может быть соединен с белковой частью фермента с различной степенью прочности, он непосредственно взаимодействует с субстратом, выполняя роль «добавочного» субстрата и тем самым облегчая превращения субстрата реакции
Целесообразно свойства ферментов разбирать в сравнении с неорганическими катализаторами, опираясь при этом на знания студентов из курса биофизической химии
Ферменты, как неорганические катализаторы, обладают рядом общих свойств. Они ускоряют термодинамически возможные реакции , не оказывают влияния на направление обратимых процессов, способствуя более быстрому установлению равновесия, не влияют на тепловой эффект реакции и т.д.
Также надо обратить внимание студентов на то, что белковая природа ферментов обуславливает ряд особенностей их действия:
А) ферменты обладают чрезвычайно высокой каталитической активностью по сравнению с неорганическими катализаторами
Б) ферменты действуют избирательно, обладают высокой специфичностью действия, т.к. каждый фермент действует на одно вещество или группу сходных по химическому строению веществ. Специфичность ферментов позволяет обнаруживать ферменты в различных тканях и биожидкостях, а также судить об их количестве.
Обнаружение ферментов по специфичности их действия лежит в основе методов изучения реакций метаболизма и методов, используемых для диагностики и контроля за лечением ряда заболеваний
В) ферменты термолабильны, для большинства ферментов температурный оптимум лежит в пределах 37- 50 С. Ферменты чувствительны к значению рН среды, для каждого фермента имеется оптимальная область значений рН в которой он наиболее активен
Г) действие ферментов может усиливаться веществами, которые называются активаторами (соли, ионы некоторых металлов и др.)
Являясь белками, ферменты проявляют свою высокую каталитическую активность в коллоидном состоянии. Так, инактивирование ферментов при нагревании напоминает тепловую денатурацию растворимых белков. При действии на ферменты щелочей, кислот, алкалоидов, облучения и др. они денатурируют. При электрофорезе ферменты ведут себя как белки
Д) скорость ферментативной реакции зависит отрН среды, температуры, концентрации субстрата и фермента. Эти факторы влияют на скорость образования фермент-субстратного комплекса.
Активность ферментов регулируется. Изменение активности может быть связано с действием активаторов и ингибиторов. Их роль могут выполнять гормоны, ионы, структурные аналоги субстратов, метаболиты и вещества, вызывающиемодификацию ферментов. Они оказывают влияние на формирование активного центра или образование фермент-субстратного комплекса.
Повышение активности фермента может происходить в результате изменения третичной структуры, вызываемой протеолизом и превращением в активный фермент.Активирование может быть следствием химической модификации фермента, при которой происходит образование фосфорилированных, аденилированных и др.форм фермента.
Ингибирование ферментов вызывают вещества, препятствующие образованию фермент-субстратного комплекса. Ингибиторы делят на обратимые и необратимые, конкурентные и неконкурентные. Рекомендуется при обсуждении аллостерической регуляции ферментов вспомнить особенности строения и конформационных изменений белков с четвертичной структурой и акцентировать внимание студентов на следующее:
Аллостерические ферменты – олигомерные белки, состоят из каталитических и регуляторных протомеров. Регуляторный протомер имеет аллостерический центр для различных эффекторов, которые могут повышать или понижать активность ферментов. Аллостерическими активаторами могут быть субстраты, аллостерическими ингибиторами – конечные продукты метаболизма, их действие направлено на ключевые ферменты метаболизма
В основе действия аллостерических ферментов лежат кооперативные конформационные изменения молекулы и, вследствие этого, изменяется конформация активного центра
Обратить внимание на важность количественного определения активности ферментов. Количественное определение активности ферментов необходимо для обнаружения ферментов в биологических жидкостях и тканях для количественной оценки их активности при решении вопросов энзимодиагностики и энзимотерапии
Результатом действия ферментов является убыль субстратов и появление определенных продуктов реакции, а скорость реакции измеряется количеством субстрата реакции, превращенного под действием фермента в единицу времени
Для определения активности ферментов можно применять колометрические, спектрофотометрические, флуорометрические и др.методы..Поскольку в ряде случаев количество ферментов не может быть измерено в абсолютных величинах (в мг или в молях), его приходится выражать в условных единицах.
За международную единицу фермента (Е) принимают его количество, которое способно превратить 1мкмоль субстрата за 1 мин (30 С).
Удельная активность фермента равна массе фермента (мг), способной превратить 1мкмоль субстрата за 1мин в стандартных условиях, выражается в мкмоль/мин/мг белка
В заключение надо обсудить значение ферментов для медицинской практики.
Контроль: В виде вопросов по теме и работы по билетам:
Строение, свойства ферментов, особенности ферментативного катализа
Что такое ферменты, энзимы?
Какова химическая природа ферментов? Объясните смысл понятий: кофактор, простетическая группа, кофермент, апофермент, холофермент и т.д.
Перечислите основные свойства ферментов, особенности ферментативного катализа
Какие свойства ферментов доказывают их белковую природу?
Что понимается под специфичностью действия ферментов? Абсолютная или групповая субстратная специфичность и каталитическая специфичность ферментов
Что такое активный центр ферментов? Фермент-субстратный комплекс
Какие факторы определяют скорость ферментативной реакции?
Каково значение кинетических данных в выяснении механизма ферментативного катализа?
Что такое активный и аллостерический центры ферментов?
Как осуществляется регуляция активности ферментов?
В чем состоит отличие конкурентного и неконкурентного ингибирования?
Как действует необратимый ингибитор?
Что такое химическая модификация ферментов?
Объясните ретроингибирование (саморегуляцию), приведите примеры.
Дайте понятие о пусковой реакции, регуляторном ферменте-модуляторе
Что такое аллостерический, контактный каталитический центр фермента? Объяснить их значение в регуляции активности ферментов
Какими способами измеряется активность ферментов?
Билет № 1
- Отличие ферментов от неорганических катализаторов
2.Привести примеры ферментов из класса оксидо-редуктаз и реакции катализируемые ими.
3.Конкурентное ингибирование
Билет № 2
- Строение ферментов. Активный и аллостерический центры
2.Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры.
3.Ретроингибирование
Билет № 3
- Простые и сложные ферменты. Апофермент, кофермент
- Привести пример реакции, катализируемой ферментом из класса гидролаз.
3.Неконкурентное ингибирование
Билет № 4
- Зависимость скорости ферментативной реакции от рН среды
- Привести пример реакции, катализируемой фементом из класса трансфераз.
3.Аллостерическая регуляция ферментов
Билет № 5
- Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата
- Привести пример реакции, катализируемой ферментом из класса лиаз.
3.Единицы ферментативной активности
Билет № 6
- Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента
2.Привести пример реакции, катализзируемой ферментом из класса синтетаз.
3.Обратимое и необратимое ингибирование ферментов.
Билет № 7
1.Специфичность действия ферментов.
2.Привести пример реакции, катализзируемой ферментом из класса гидролаз.
3.Активация проферментов
Билет № 8
- Особенности ферментативного катализа.
- Виды ингибирования ферментов.
3.Удельная активность ферментов
Билет № 9
- Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата
- Привести пример реакции, катализируемой ферментом из класса гидролаз
- Полиферментные комплексы, строение.
Билет № 10
1. Зависимость скорости ферментативной реакции от рН среды
2.Привести пример реакции, катализзируемой ферментом из класса синтетаз.
3.Аллостерическме активаторы и ингибиторы
