Применение активаторов в регуляции активности ферментов
Анализ механизмов синтеза ферментов в организме, их основные типы. Способы регуляции активности метаболических путей. Свойства аллостерического активатора. Модификация первичной структуры проферментов. Расщепление пептидных связей токсическими веществами.
Рубрика | Химия |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 01.11.2016 |
Размер файла | 302,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Санкт-Петербургская государственная академия ветеринарной медицины
Кафедра биохимии и физиологии
Реферат по биохимии на тему:
Применение активаторов в регуляции активности ферментов
Выполнила: Студентка 2го курса
Шилова Анастасия Дмитриевна
Проверил: Преподаватель
Бахта Алеся Александровна
Санкт-Петербург
2016
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ВИДЫ АКТИВАТОРОВ
РЕГУЛЯЦИЯ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ РЕГУЛЯЦИИ
АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Активность ферментов в реакции определяется также присутствием в среде активаторов и ингибиторов, которые соответственно повышают или тормозят реакцию.
Многие ферменты синтезируются в организме в неактивном состоянии. В частности, это относится к протеолитическим ферментам, синтез которых непосредственно в активном состоянии вызывал бы расщепление белков синтезирующего эти ферменты органа.
Активаторы увеличивают скорость ферментативной реакции, способствуя образованию активного центра, и наиболее часто эту роль выполняют металлы, такие, как Mn2+, Mg2+,Zn2+, Co2+.
Активация аллостерических ферментов, которые состоят из субъединиц, является важнейшим процессом контроля полиферментных систем. Обычно она достигается за счет их взаимодействия с различными органическими соединениями.
активатор синтез фермент метаболический
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. Возможно несколько вариантов таких модификаций:
- активация путём присоединения специфической модифицирующей группы к молекуле фермента. Пример: регуляция активности липазы, этом случае фосфатная группа присоединяется к гидроксильным группам аминокислот, находящихся в белковой части фермента. Отрицательно заряженные фосфатные группы могут разрывать слабые водородные и ионные связи в третичной структуре белка-фермента и влиять на конформационное состояние его активного центра. В зависимости от природы фермента фосфорилирование может его активировать или, наоборот, инактивировать. Реакции присоединения фосфатной группы катализируют ферменты протеинкиназы, а отщепления - фосфатазы. Активность этих ферментов в свою очередь находится под контролем гормональной системы.
- активация путём перехода неактивного предшественника - профермента в активный фермент за счёт частичного протеолиза.
Некоторые ферменты синтезируются в клетке первоначально неактивными и после секреции из клетки переходят в активную форму. Неактивные предшественники называются проферменты (зимогены). Под действием активатора происходит частичный гидролиз профермента с отщеплением от него неактивного пептида, в результате чего открывается активный центр. Так происходит активация ферментов желудочно-кишечного тракта, переваривающих белки пищи. Например, фермент пепсиноген, синтезированный в клетках желудка, затем в просвете желудка под действием соляной кислоты превращается в активный пепсин путём удаления неактивного участка полипептидной цепи.
- активатор вызывает диссоциацию субъединиц фермента, имеющего четвертичную структуру (отщепление одной из субъединиц фермента).
РЕГУЛЯЦИЯ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ
В живой клетке скорость ферментативных реакций находится под строгим контролем, что позволяет каждой метаболической цепочке реакций постоянно изменяться, приспосабливаясь к меняющимся потребностям клетки в продукте.
Метаболическая цепь: А, В, С, D - метаболиты, Е1, Е2, Е3, Е4 - ферменты |
В каждой метаболической цепи есть фермент, который задает скорость всей цепочке реакций. Он называется регуляторным ферментом. Существует несколько способов регуляции действия ферментов:
1) изменение активности фермента при его постоянной концентрации;
2) изменение концентрации фермента, обычно в результате ускорения (индукции) или торможения (репрессии) синтеза фермента.
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ РЕГУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ
Аллостерическая регуляция. Фермент изменяет активность с помощью нековалентно связанного с ним эффектора. Связывание происходит в участке, пространственно удаленном от активного (каталитического) центра. Это связывание вызывает конформационные изменения в молекуле белка, приводящие к изменению определенной геометрии каталитического центра. Активность может увеличиться - это активация фермента, или уменьшиться - это ингибирование.
Аллостерическая активация фермента |
«Сообщение» о присоединении аллостерического активатора передается посредством конформационных изменений каталитической субъединице, которая становится комплементарной субстрату, и фермент «включается».
При удалении активатора фермент вновь переходит в неактивную форму и «выключается».
Аллостерическая регуляция является основным способом регуляции метаболических путей.
Регуляция активности ферментов путем фосфорилирования-дефосфорилирования. Фермент изменяет активность в результате ковалентной модификации.
Регуляция активности липазы |
В этом случае фосфатная группа - ОРО32- присоединяется к гидроксильным группам в остатках серина, треонина или тирозина. В зависимости от природы фермента фосфорилирование может его активировать или, наоборот, инактивировать. Реакция присоединения фосфатной группы и ее отщепление катализируют специальные ферменты - протеинкиназы и протеинфосфатазы.
Регуляция путем ассоциации-диссоциации субъединиц в олигомерном ферменте. Этот процесс иногда начинается с ковалентной или нековалентной модификации одной из субъединиц. Например, фермент протеинкиназа в неактивной форме построена как тетрамер R2C2 (R и С - разные субъединицы).
Активная протеинкиназа представляет собой субъединицу С, для освобождения которой необходима диссоциация комплекса. Активация фермента происходит при участии cAMP (циклоаденозинмонофосфорная кислота), которая способна присоединиться к субъединице R, после чего изменяется конформация, комплементарность субъединиц R и С и происходит диссоциация комплекса:
R2C2 + 2cАМР 2С + 2(R -сАМР)
Циклический АМР является продуктом АТР, превращение которой катализирует фермент аденилатциклаза: АТРс АМР + Н4Р2О7
Аденилатциклазная система. Аденилатциклаза и протеинкиназа катализируют взаимосвязанные реакции, которые составляют единую регуляторную систему.
Аденилатциклазная система |
С помощью этой системы в клетку передаются сигналы из внеклеточной среды, и в нужном направлении изменяется метаболизм клетки. Внеклеточным вестником сигнала могут быть разные молекулы, в том числе и гормоны. Эти молекулы не проникают внутрь клетки, но «узнаются» мембранными рецепторами. При активации аденилатциклазы происходят следующие этапы:
· изменение конформации рецептора после присоединения к нему сигнальной молекулы и увеличение его сродства к регуляторному G-белку. В результате образуется комплекс рецептора и протомеров G-белка;
· образование этого комплекса приводит к изменению конформации a -протомера G-белка, который теряет сродство к GDP и происходит замена GDP на GTP. В результате комплекс протомеров G-белка распадается;
· a -протомер взаимодействует с аденилатциклазой, что ведет к изменению ее конформации и как следствие этого - активации;
· после этого аденилатциклаза катализирует синтез cAMP, который в свою очередь активирует cAMP-зависимую протеинкиназу. Активация последней связана с диссоциацией комплекса входящих в нее протомеров после присоединения cAMP. Протеинкиназа фосфорилирует соответствующие ферменты, изменяет их активность и, следовательно, скорость метаболизма в клетке.
Активация ферментов путем частичного протеолиза. Некоторые ферменты синтезируются первоначально неактивными и лишь после секреции из клетки переходят в активную форму. Неактивный предшественник называется проферментом. Активация профермента включает модификацию первичной структуры с одновременным изменением конформации.
Например, трипсиноген, синтезированный в поджелудочной железе, затем в кишечнике превращается в трипсин путем удаления фрагмента с N-конца: энтеропептидаза трипсиногентрипсин + Val-(Acn) -Lys Расщепление определенных пептидных связей «запускает» новые взаимодействия R-групп по всей молекуле, приводя к новой конформации, в которой R-группы активного центра занимают оптимальное положение для катализа.
Нарушения структуры какого-либо фермента, ведущие к снижению его активности, приводят к нарушению метаболических путей, в которых участвует этот фермент. Такие нарушения почти всегда проявляются как болезни. Повреждения ферментов бывают двух типов: наследственные дефекты строения фермента и повреждения, вызванные попадающими в организм токсическими веществами, ингибирующими фермент.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Все химические реакции в клетке протекают при участии ферментов. Поэтому, чтобы воздействовать на скорость протекания метаболического пути (последовательного превращения одних веществ в другие), достаточно регулировать количество молекул фермента или их активность. Во многих ситуациях действие ферментов становится необходимым увеличить, т. е. совершить активацию ферментов.
Активаторы -- разнообразные вещества органической и неорганической природы, которые повышают скорость ферментативных реакций.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Ферменты - белки-катализаторы, регулирующие процессы жизнедеятельности и обмена веществ в организме. Строение ферментов, их специфичность к субстрату, селективность и эффективность, классификация. Структура и механизм действия ферментов; их применение.
презентация [670,0 K], добавлен 12.11.2012Биологическая роль углеводов, действие ферментов пищеварительного тракта на углеводы. Процесс гидролиза целлюлозы (клетчатки), всасывание продуктов распада углеводов. Анаэробное расщепление и реакция гликолиза. Пентозофосфатный путь окисления углеводов.
реферат [48,6 K], добавлен 22.06.2010Понятие ферментов как органических катализаторов белковой природы, которые ускоряют реакции, необходимые для функционирования живых организмов. Их отличие от катализаторов, условия действия в зависимости от температуры и реакции среды. Значение ферментов.
презентация [370,7 K], добавлен 15.05.2013История изучения ферментов, специфических белков, выполняющих роль биокатализаторов. Анализ химических реакций в биологических системах. Функциональные участки молекулы фермента. Аминокислотная последовательность в активном центре сериновых ферментов.
презентация [1,1 M], добавлен 21.01.2016Свойства и строение ферментов - специфических белков, присутствующих во всех живых клетках и играющих роль биологических катализаторов. Их номенклатура и классы. Методы выделения ферментов из клеточного содержимого. Основные этапы цикла лимонной кислоты.
презентация [221,2 K], добавлен 10.04.2013Сущность понятия "иммобилизованные ферменты". Главные преимущества иммобилизации. Типы связывания ферментов. Главные отличительные признаки химических методов иммобилизации. Применение иммобилизованных ферментов в производстве кукурузного сиропа.
реферат [10,9 K], добавлен 30.11.2010Способы выделения, очистки и анализа органических веществ. Получение предельных, непредельных и ароматических углеводородов, спиртов, карбоновых кислот. Получение и разложение фенолята натрия. Методы выделения белков. Химические свойства жиров, ферментов.
лабораторная работа [201,8 K], добавлен 24.06.2015Особенности строения простых и сложных ферментов. Преимущества перед химическими катализаторами. Классификация и номенклатура ферментов по типу катализируемой реакции. Биокатализ, факторы, влияющие на реакции ферментации, особенности биомиметики.
реферат [39,5 K], добавлен 15.04.2011Характеристика сущности ферментов, которые благодаря своим функциям обеспечивают быстрое протекание в организме огромного числа химических реакций. Особенности строения и функций фермента амилаза. Влияние ингибиторов и активаторов на активность амилазы.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 12.01.2011Ознакомление с понятием, историей открытия и классификацией ферментов; особенности их применения в химической индустрии, промышленной энзимологии и фармацевтической промышленности. Изучение физических и химических свойств белковых катализаторов.
контрольная работа [129,0 K], добавлен 03.04.2012