392.ферменты общая характеристика и роль в...

М И Н И СТ Е РСТ В О О Б РА ЗО В А Н И Я И Н А У К И РО ССИ Й СК О Й

Ф Е Д Е РА Ц И И

В оронежский государственный университет

Ф Е РМ Е Н Т Ы : О Б Щ А Я ХА РА К Т Е РИ СТ И К А И РО ЛЬ В М Е Т А Б О ЛИ ЧЕ СК И Х ПРО Ц Е ССА Х

У ч ебно-м етодич ес к ое п ос обие

п о сп ец и ал ь н ост и 020201 (011600) – би ологи я

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

У тверж дено научно-м етодич ес к им с оветом биолого-п оч венного

ф ак уль тета 16 с ентября 2005 г., п роток ол N 6. У ч ебно-м етодич ес к ое п ос обие п одготовлено на к аф едре ф изиологии и

биохим ии рас тений биолого-п оч венного ф ак уль тета Воронеж с к ого гос ударс твенного универс итета.

Рек ом ендует с я для с т удентов 2 к урс а дневного обуч ения биолого-п оч венного ф ак уль тета.

Для с п ециальнос ти 020201 (011600) –Биология

Разраб отка данного п особ ия частично п оддержана грантом

CRDF Y1-B-10-01.


СО Д Е РЖ А Н И Е

Ф ерм енты ....................................................................................... 4

Метаболизм ..................................................................................... 34


Ф Е РМ Е Н Т Ы Ф ерм енты – это биологич ес к ие м олек улы , обладающ ие к аталитич ес к ой

ак тивнос т ь ю. В нас тоящ ее врем я извес тно п рим ерно 2000 различны х ф ерм ентов, к атализирующ их с отни м ногос тадийны х хим ич ес к их реак ций, в ходе к оторы х изм еняютс я биологич ес к ие м олек улы . Подавляющ ее боль ш инс тво ф ерм ентов являютс я белк овы м и м олек улам и. Ис к люч ение с ос тавляет лиш ь довольно узк ая груп п а рибозим ов – м олек ул РНК, уч ас твующ их в с п лайс инге (с озревании м атричной РНК).

Ф ерм енты вы с ок ос п ециф ичны к с воим с убс тратам (м олек улам , на к оторы е воздейс твует ф ерм ент ), ус к оряют с трого с п ециф ичны е хим ич ес к ие реак ции без образования п обочны х п родук тов. Ф ерм енты ф унк ционируют в разбавленны х водны х рас творах п ри ф изиологич ес к их знач ениях тем п ературы и рН.

Для ф ерм ентативной ак тивнос ти белк ов важ ное знач ение им еет с охранение их п ервичной, вторичной и третичной с трук тур. Молек улярны е м ас с ы ф ерм ентов, к ак и вс ех ос тальны х белк ов, леж ат в п ределах от 12 000 до 1000 000, так ч то их разм еры нам ного п ревы ш ают разм еры их с убс тратов или ф унк циональны х груп п , на к оторы е они дейс твуют . Нек оторы е ф ерм енты с ос тоят толь к о из п олип еп тидны х цеп ей и не с одерж ат ник ак их других хим ич ес к их груп п , к ром е тех, к оторы е входят в с ос тав ам инок ис лотны х ос тат к ов; к п одобны м ф ерм ентам относ ит с я, нап рим ер, рибонук леаза из п одж елудочной ж елезы . Однак о для к аталитич ес к ой ак тивнос ти м ногих ф ер-м ентов необходим ещ е и доп олнительны й хим ич ес к ий к ом п онент - к оф ак тор. Роль к оф ак торов м огут играть неорганич ес к ие вещ ес тва, нап рим ер ионы Fе2 +, М g2 + или Mn2 +, или с ложны е органич ес к ие вещ ес тва, к оторы е в этом с луч ае нос ят названия к оф ерм ентов. Для к аталитич ес к ой ак тивнос ти ряда ф ерм ентов требует с я к ак к оф ерм ент , так и к ак ой-нибудь один или даж е нес к оль к о ионов м еталлов. У одних ф ерм ентов к оф ерм енты или ионы м еталлов с вязы ваютс я с белк ом врем енно и неп рочно, тогда к ак у других эти с вязи м огут бы т ь п рочны м и и п ос тоянны м и; в п ос леднем с луч ае небелк овую ч ас т ь ф ерм ента назы вают п рос тетич ес к ой груп п ой. Вес ь к аталитич ес к и ак тивны й ф ерм ент вм ес те с к оф ерм ентом или ионом м еталла нос ит название холоф ерм ента.

Ак тивнос т ь ф ерм ентов изм еряют п ри оп тим альном знач ении рН, к ак ой-либо оп ределенной, удобной в том или ином отнош ении тем п ературе (к ак п равило, в интервале от 25 до 38° С ) и п ри к онцентрации с убс трата, близк ой к нас ы щ ающ ей. В этих ус ловиях нач альная с к орос т ь реак ции обы чно п ро-п орциональна к онцентрации ф ерм ента, п о к райней м ере, в заданном диап азоне к онцентраций ф ерм ента (Рис .). С оглас но м еж дународном у с оглаш ению, за еди н и ц у акт и вн ост и фермен т а

п ри н и мает ся т акое к ол ичест во фермен т а, к от орое кат али зи рует п ревращен ие 1 м км оля субст рат а (1 м км ол ь = 10~6 моля) в 1 м и н п ри 25°С в оп т и маль н ых ус-лови ях дейст ви я фермен т а. У дель н ой акт и вн ост ь ю назы вает с я ч ис ло единиц ф ерм ентативной ак тивнос ти в рас ч ете на 1 м г белк а. У дельная ак тивнос т ь - это м ера ч ис тоты ф ерм ентного п реп арата: она возрас тает в п роцес с е очис т к и ф ер-м ента и с тановитс я м ак с им альной и п ос тоянной, к огда ф ерм ент находитс я в ч и-с том с ос тоянии.


Чи слом оборот ов ф ерм ента назы вает с я ч ис ло м олек ул с убс трата, п ретерп евающ их п ревращ ение в единицу врем ени в рас ч ете на одну м олек улу ф ерм ента (или один к аталитич ес к ий центр) в ус ловиях, к огда к онцентрация ф ерм ента являет с я единс твенны м ф ак тором , лим итирующ им с к орос т ь реак ции. Карбоангидраза - важ ны й ф ерм ент , п рис ут с твующ ий в боль ш их к онцентрациях в эритроцитах, - п редс тавляет с обой один из наиболее ак тивны х ф ерм ентов с ч ис лом оборотов 36 000 000 в 1 м ин в рас ч ете на одну м олек улу ф ерм ента.

Названия м ногих ф ерм ентов образуютс я п утем п рибавления с уф ф ик с а -аза к названию их с убс трата. Так , ф ерм ент , к атализирующ ий гидролиз м оч евины , назы вает с я уреазой (от англ. «urea»), а ф ерм ент , гидролизующ ий аргинин, - арги н азой. Однак о м ногие ф ерм енты им еют названия, не с вязанны е с названиям и их с убс тратов, нап рим ер п еп си н и т ри п си н . С луч ает с я так ж е, ч то один и тот ж е ф ерм ент им еет , п о м ень ш ей м ере, два названия или ж е два разны х ф ерм ента нос ят одно и то ж е название. Из-за этих и других затруднений терм инологич ес к ого харак тера, а так ж е вс ледс твие вс е возрас тающ его ч ис ла вновь отк ры ваем ы х ф ерм ентов бы ло п ринято м еж дународное с оглаш ение о с оздании с ис тем атич ес к ой ном енк латуры и к лас с иф ик ации ф ерм ентов. В с оответ с твии с этой с ис тем ой вс е ф ерм енты в завис им ос ти от тип а к атализируем ы х им и реак ций делят с я на ш ес т ь основны х к лас с ов, к аж ды й из к о-торы х вк люч ает ряд п одк лас с ов. Каж ды й ф ерм ент им еет ч еты рехзначны й к одовы й ном ер (ш иф р) и с ис тем атич ес к ое название, к оторое п озволяет идентиф ицировать к атализируем ую этим ф ерм ентом реак цию (табл.).

КЛАССИ Ф И К А Ц И Я И ХА РА К Т Е РИСТ И К А Ф Е РМ Е Н Т О В

1. О ксидоредуктазы. К к лас с у ок с идоредук таз относ ят ф ерм енты ,

к атализирующ ие реак ции ок ис ления-вос с тановления. Общ ая с хем а их м ож ет бы т ь п редс тавлена с ледующ им образом :

Ок ис ление п ротек ает к ак п роцес с отнятия атом ов Н (элек тронов) от с уб-

с трата, а вос с тановление - к ак п рис оединение атом ов Н (элек тронов) к ак цеп -тору. Х арак терной ос обеннос т ь ю деятель нос ти ок с идоредук таз в ж ивой к лет к е

являет с я их с п ос обнос ть образовы вать с ис тем ы (так назы ваем ы е цеп и ок ис лительно-вос с тановительны х ф ерм ентов), в к оторы х ос ущ ес твляет с я м ногос туп енч аты й п еренос атом ов водорода или элек тронов от п ервичного с убс трата к к онеч ном у ак цеп тору, к оторы м являет с я, к ак п равило, к ис лород, т ак ч то в резуль тате образует с я вода. Те ок с идоредук тазы , к оторы е п еренос ят атом ы Н или элек троны

неп ос редс твенно на к ис лородны е атом ы , нос ят название аэробны х дегидрогеназ или ок с идаз. В отлич ие от них ок с идоредук тазы , п еренос ящ ие атом ы Н и элек троны от одного к ом п онента ок ис литель ной цеп и ф ерм ентов к


другом у без п ередач и их на к ис лородны е атом ы назы вают анаэробны м и дегидрогеназам и или редук тазам и. Е с ли ф ерм ент к атализирует реак цию отнятия Н неп ос редс твенно от

ок ис ляем ого вещ ес тва (п ервичного с убс трата), то его назы вают п ервичной дегидрогеназой. Е с ли ф ерм ент ус к оряет с нятие водородны х атом ов с о вторичного с убс трата, к оторы й п олуч ил атом ы Н п ри п ос редс тве п ервичной дегидрогеназы (вторичны м с убс тратом м ож ет бы т ь к оф ерм ент с ам ой п ервичной ок с идоредук тазы ), его назы вают вторичной дегидрогеназой. Другая ос обеннос т ь ок с идоредук таз с ос тоит в том , ч то, будуч и двухк ом -п онентны м и ф ерм ентам и с вес ь м а огранич енны м набором ак тивны х груп п (к оф ерм ентов), они с п ос обны ус к орят ь боль ш ое ч ис ло с ам ы х разнообразны х ок ис лительно-вос с тановительны х реак ций. Э то дос тигает с я за с ч ет того, ч то один и тот ж е к оф ерм ент с п ос обен с оединять с я с о м ногим и ап оф ерм ентам и, образуя к аж ды й раз ок с идоредук тазу, с п ециф ичную п о отнош ению к том у или ином у с убс трату или ак цеп тору. Е щ е одна, п ож алуй, главная ос обеннос т ь ок с идоредук т аз зак люч ает с я в

том , ч то они ус к оряют п ротек ание хим ич ес к их п роцес с ов, с вязанны х с вы с вобож дением энергии. Пос ледняя ис п оль зует с я к ак для обес п еч ения с интетич ес к их п роцес с ов в организм е, так и для других нуж д. В п риродны х объ ек тах обнаруж ено ок оло п ятис от индивидуальны х

ок с идоредук таз. Наиболее рас п рос транены ок с идоредук тазы , с одерж ащ ие в к ачес тве ак тивной груп п ы никотинам идадениндинуклеотид, или НАД+ :

Более п оловины извес тны х в нас тоящ ее врем я ок с идоредук таз с одерж ат НАД+ в

к ач ес тве к оф ерм ента. С оединяяс ь с тем или ины м с п ециф ич ес к им белк ом и


образуя, так им образом , двухк ом п онентны й ф ерм ент , к оторы й с ок ращ енно назы вают п иридинп ротеином , НАД+ резк о ус иливает с вою с п особнос ть вос с танавливать с я п о ядру ник отинам ида. В резуль тате п иридин-п ротеины с п ос обны отним ать от с убс тратов (с п ирты , аль дегиды , дик арбоновы е и к еток ис лоты , ам ины и др.) атом ы Н в виде гидрид-ионов (Н-) и п ротонов (Н+), ок ис ляя, так им образом , ук азанны е с оединения. Вс е п иридинп ротеины являютс я анаэробны м и дегидрогеназам и, т .е. не п ередают с няты е с с убс трата атом ы водорода на к ис лород, а п ос ы лают их на ближ айш ий в ок ис лительной цеп и другой ф ерм ент . Рас с м отрим с троение и м еханизм дейс твия одного из п иридинп ротеинов -

алкогольдегидрогеназы из п еч ени животны х. В п роцес с е отнятия атом ов Н от с п ирта образуетс я тройной ап оф ерм ент-к оф ерм ент-с убс тратны й к ом п лек с , удерж иваем ы й Zn2. Неп ос редс твенно к ник отинам идадениндинук леотиду от м олек улы с п ирта п ереходит один атом водорода в виде гидридного иона (Н-), т .е. атом а водорода, нес ущ его доп олнительны й элек трон. Второй атом водорода, отним аем ы й от м олек улы с п ирта, наоборот , теряет элек трон, п ревращ аяс ь в п ротон (Н+), и п ос туп ает в реак ционную с реду. Поэтом у уравнение реак ции ок ис ления с п ирта п ри уч ас тии НАД+ зап ис ы вают так :

В любом с луч ае НАД+ п олуч ает два элек трона за с ч ет п рис оединения гидридного иона. Кром е НАД+ п иридинф ерм енты с одерж ат в к ач ес тве к оф ерм ента

ник отинам идадениндинук леотидф ос ф ат (НАДФ +). Э тот к оф ерм ент являет с я п роизводны м НАД+, у к оторого водород ОН-груп п ы 2-го углеродного атом а рибозы аденозина зам ещ ен на ос таток ф ос ф орной к ис лоты . НАДФ +, с оединяяс ь с о с п ециф ич ес к им и белк ам и, образует боль ш ую груп п у

п иридинп ротеинов, харак теризующ уюс я с воим набором с убс тратов. Механизм ок ис ления п ри уч ас тии НАДФ + в к ач ес тве к оф ерм ента аналогич ен так овом у п ри п ос редс т ве НАД+. Более того, НАДН и НАДФ +, равно к ак НАДФ Н и НАД+, п ри к аталитич ес к ом уч ас тии с п ециального ф ерм ента – трансгидрогеназы - с п ос обны обм ениват ь с я атом ам и водорода и элек тронам и:

Партнером вос с тановленны х ф орм п иридинп ротеинов в ок с идоредук тазной

цеп и, к ак п равило, с луж ат ф лавоп ротеины (Ф П). Так им ф лавоп ротеином , нап рим ер, являет с я ф ерм ент , нес ущ ий в к ач ес тве ак тивной груп п ы ф ос ф орилированны й витам ин В2. Ок ис ленная ф орм а этого ф лавоп ротеина ок раш ена. Каж дая м олек ула ф ерм ента нес ет м олек улу риб офлавинфосфата


(или ф лавинм ононук леотида, Ф МН), с п ос обного п риним ат ь и отдават ь два атом а Н п о атом ам N изоаллок с азинового к оль ца:

Ок раш енная ф орм а Бес цветная ф орм а

(ок ис ленная) (вос с тановленная)

Другим к оф ерм ентом в ф лавоп ротеинах являет с я флавинадениндинуклеотид (Ф АД):

Ф лавинадениндинук леотид (Ф АД)

Ф МН и Ф АД , с оединяяс ь с различны м и ап оф ерм ентам и, дают нач ало п риблизитель но тридцати ф лавоп ротеинам , отлич ающ им с я различной с п ециф ичнос т ь ю п о отнош ению к с убс тратам . Ос новная ф унк ция ф лавоп ротеинов - п еренос элек тронов (атом ов Н) от

вос с тановленны х п иридинп ротеинов к другим к ом п онентам ок ис литель но-вос с тановитель ной цеп и, т .е. Ф П в боль ш инс тве с луч аев являют с я вторичны м и дегидрогеназам и. Однак о нек оторы е ф лавоп ротеины , ос обенно с Ф АД в к ач ес тве к оф ерм ента, м огут неп ос редс твенно с ним ат ь атом Н с с убс трата. Коф ерм ентам и ок с идоредук таз являют с я так ж е хиноны . Так , с оединяяс ь c

белк ом , убихиноны образуют убихинонп ротеин, являющ ийс я важной с ос тавной ч ас т ь ю анс ам блей ок с идоредук таз, п ри п ос редс тве к оторы х ос ущ ес твляет с я п еренос атом ов Н и элек тронов. У бихиноны являют с я п роизводны м и бензохинона и обладают бок овой

цеп ь ю, с ос тавленной из боль ш ого ч ис ла изоп реноидны х ос тат к ов: В рас т ениях эту ф унк цию вы п олняет п охож ее на убихинон

с оединение - п лас тохинон. Ч ис ло изоп реноидны х ф рагм ентов в бок овой цеп и (и) к олеблет с я от 6 до

10. У с тановлено, ч то убихиноны п риним ают уч ас тие в ок ис литель но-вос с тановитель ны х п роцес с ах в организм е, ос ущ ес твляя п ередач у атом ов Н:


Наиболее с лож ны й, но и с ам ы й рас п рос траненны й вариант ок ис литель но-

вос с тановитель ного п роцес с а в к лет к е с ос тоит в ок ис лении атом ов Н, с няты х с с убс трата, п ри п ос редс тве цитохром ной систем ы. Ц итохром ную с ис т ем у образуют нес к оль к о ок с идоредук таз, им еющ их в

к ач ес тве п рос тетич ес к их груп п ж елезоп орф ирины . Е щ е в 1915 г., двадцат ь ю годам и ранее О. Варбурга, на возм ожную роль ж елезос одерж ащ их белк ов в биологич е с к ом ок ис лении обрат или вним ание А . Я . Данилевс к ий и Б. П. С оловцов. С оединяяс ь с белк ам и различного с троения, ж елезоп орф ирины 4 тип ов (А, В, Си , D) дают нач ало с ем ейс тву хром оп ротеинов, объ единяем ы х п од


общ им названием - цитохром ы. С ейч ас извес тно нес к оль к о дес ят к ов цитохром ов, и с п ис ок их неп реры вно п оп олняет с я. Каж ды й индивидуальны й цитохром обознач ают с трочной латинс к ой бук вой а, b, с и d с с оответ с твующ им п орядк овы м индек с ом , нап рим ер blt b2, b3 и т .д., а к лас с цитохром а - п роп ис ной латинс к ой бук вой А, В, С или D. Принадлежнос т ь цитохром а к оп ределенном у к лас с у оп ределяет с я с т роением п рос т етич ес к ой груп п ы (ж елезоп орф ирина), а ок онч ательная индивидуальнос т ь - с троением ап оф ерм ента (белк а). В п ос леднее врем я п редп оч итают , наряду с п орядк овы м ном ером цитохром а, ук азы ват ь харак терную длину волны , п ри к оторой отм еч ает с я п оглощ ение в видим ой ч ас ти с п ек тра (нап рим ер, цитохром b6 или b563, найденны й в хлороп лас тах, и т . п .). Первичная с т рук т ура ряда цитохром ов вы яс нена: ок азалос ь , ч то их видовая

с п ециф ичнос т ь с вязана с неболь ш им и различ иям и в ч ередовании ам инок ис лот . Э ти данны е п ринцип иаль но важ ны для п оним ания п рироды видовой и иной с п ециф ичнос ти ф ерм ентов: видим о, она оп ределяет с я различ иям и, п реж де вс его, в п ервич ной с т рук т уре ап оф ерм ентов. Ц итохром ы bх, b2, bг и т .д., с одерж ащ ие одну и т у ж е п рос тетич ес к ую груп п у, отлич ают с я друг от друга им енно п о этом у п ризнак у. Им енно п оэтом у цитохром ы образуют ц и т охром н ую си ст ему,

п редс тавляющ ую с обой уп орядоч енное с оч етание в едином к ом п лек с е различны х цитохром ов, нап рим ер b, с и а. Ц итохром ная с ис т ем а с п ос обна п риним ат ь элек т роны , с нят ы е с атом ов Н

вос с тановленного убихинона. Она п ередает элек троны далее п о цеп и цитохром ов и, нак онец, на к ис лородны й атом ; п ос ледний, с оединяяс ь с ионизированны м и атом ам и Н, образует м олек улу Н2О. В цеп и цитохром ов к аж ды й из индивидуаль ны х цитохром ов заним ает

с трого оп ределенное м ес то. Прос тейш ий вариант цитохром ной с ис т ем ы п риведен на с ледующ ей с хем е:

Как видно из с хем ы , п ередач а элек тронов в цитохром ной цеп и

ос ущ ес твляет с я за с ч ет изм енения валентнос ти атом а Fe п орф иринового ядра. Из вс ех цитохром ов толь к о цитохром а, а3 п ередает элек троны на к ис лород. Поэтом у им енно он заверш ает цеп ь цитохром ов и нос ит название цитохром оксидазы. Кром е атом ов Fe (в с ос таве гем а) цитохром а, а3 с одерж ит так ж е атом ы С и, с к оторы м и с вязы вают его ок ис литель ны е с войс тва.


Так овы харак терны е ч ерты дейс твия нек оторы х важнейш их ок с идоредук таз и ок ис лительно-вос с тановительны х с ис тем , обес п еч ивающ их п ревращ ение ряда вещ ес тв в к лет к е.

2. Т рансферазы. В этот к лас с входят ф ерм енты , ус к оряющ ие реак ции п еренос а ф унк циональны х груп п и м олек улярны х ос тат к ов от одного с оединения к другом у. Э то один из наиболее обш ирны х к лас с ов: он нас ч иты вает ок оло 500 индивидуальны х ф ерм ентов. В завис им ос ти от харак тера п еренос им ы х груп п ировок различ ают ф ос ф отранс ф еразы , ам инотранс ф еразы , глик озилтранс ф еразы , ацилтранс ф еразы , транс ф еразы , п еренос ящ ие одноуглеродны е ос тат к и (м етилтранс ф еразы , ф орм илтранс ф еразы ) и др. Ф осфотрансферазы. С юда относ ятс я ф ерм енты , ус к оряющ ие реак цию

п еренос а ос тат к а ф ос ф орной к ис лоты . Э та реак ция им еет ис к люч итель но важное знач ение для ж изнедеятельнос ти организм а, обес п еч ивая п ревращ ение ряда органич ес к их с оединений в ф ос ф орны е эф иры , обладающ ие п овы ш енной хим ич ес к ой ак тивнос ть ю и более легк о вс туп ающ ие в п ос ледующ ие реак ции. Перенос ф ос ф атны х груп п идет на с п иртовы е, к арбок с ильны е, азотс одерж ащ ие, ф ос ф орс одерж ащ ие и другие груп п ы тех или ины х органич ес к их с оединений. В с оответ с твии с этим с реди ф ос ф ортранс ф ераз различ ают нес к оль к о п одп одк лас с ов. Донором ф ос ф атны х ос тат к ов являет с я в боль ш инс тве с луч аев

аденозинтриф ос ф орная к ис лота (АТФ ), но возм ожны и другие их ис точник и. К ф ос ф отранс ф еразам относ ит с я, нап рим ер, гек с ок иназа - ф ерм ент , ус к оряющ ий п еренос ос тат к а ф ос ф орной к ис лоты от м олек улы АТФ к глюк озе (с этой реак ции обы чно нач инает с я п реобразование глюк озы ):

Ос обое вним ание в п ос леднее врем я уделяют изуч ению ф ос ф отранс ф ераз,

обес п еч ивающ их п еренос ос тат к а ф ос ф ата с АТФ на белк и, - п ротеинк иназам .


Они п еренос ят ф ос ф ат на радик алы сер, т ре, т и р, л и з и ги с ряда белк ов, в резуль тате ч его резк о изм еняет с я биологич ес к ая ак тивнос т ь п ос ледних. Э то, в с вою оч ередь , с к азы вает с я на интенс ивнос ти п ротек ания хим ич ес к их п роцес с ов в организм е, т . е. на регуляции обм ена вещ ес тв. А м инотрансферазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют реак цию п ереам инирования

ам инок ис лот с к еток ис лотам и и оч ень важ ны для обес п еч ения биос интеза ам инок ис лот . Ам инотранс ф еразы двухк ом п онентны : п рос тетич ес к ой груп п ой их во вс ех с луч аях являет с я п иридок с аль ф ос ф ат , к овалентно п рис оединенны й к ап оф ерм енту ч ерез с вою аль дегидную груп п у и ионной с вязь ю - ч ерез ос таток ф ос ф орной к ис лоты :

М еханизм реак ции п ереам инирования с ейч ас хорош о вы яс нен, а с ам а

реак ция отк ры та ещ е в 1937 г. А . Е . Браунш тейном и М . Г . Крицм ан. На п ервой с т адии ф ерм ентативного к ат ализа п рос т етич ес к ая груп п а

ф ерм ента (для п рос тоты п ринято, ч то она с вободна, а не с оединена аль дим инной с вязь ю с ап оф ерм ентом ч ерез ε-ам иногруп п у радик ала л и з) взаим одейс твует с ам инок ис лотой, п одвергающ ейс я п ереам инированию. Реак ция идет п о ам иногруп п е ам инок ис лоты и аль дегидной груп п е ос тат к а п иридок с аль ф ос ф ата:


На второй с т уп ени к атализа идет п реобразование с убс трата, вы раж ающ еес я в данном с луч ае в таутом ерной п ерегруп п ировк е:

В резуль тате п ос ледующ его гидролиза ос вобож дают с я к еток ис лота и

ф ерм ент в виде п иридок с ам иноф ерм ента:

Далее м еж ду п иридок с ам иноф ерм ентом и другой к еток ис лотой вновь

возник ает ф ерм ент -с убс тратны й к ом п лек с :

С убс трат в нем с нова п одвергает с я п реобразованию за с ч ет таутом ерного

п ревращ ения:


Получ енное с оединение гидролизирует с я, и возник ает новая

ам инок ис лота:

С ледоват ель но, в резуль тат е с ерии реак ций, вк люч ающ их в с ебя

п оп ерем енное образование ф ерм ент -с убс тратны х к ом п лек с ов, ас п арагиновая к ис лота п ереходит в щ авелевоук с ус ную, а α-к етоглутаровая к ис лота п ереходит в глутам иновую.

Э то вы раж ает с я с ледующ им с ум м арны м уравнением :

Глю козилтрансферазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют реак ции п еренос а глик озильны х ос тат к ов из м олек ул ф ос ф орны х эф иров или других с оединений к м олек улам м онос ахаридов, п олис ахаридов или ины х вещ ес тв, обес п еч ивая, главны м образом , реак ции с интеза и рас п ада олиго- и п олис ахаридов в ж ивотном и рас тительном м ире. В с луч ае п еренос а глик озильны х ос тат к ов на Н3РО4 этот п роцес с назы вают

фосфоролизом , так к ак он ф орм ально аналогич ен гидролизу, но вм ес то элем ентов воды п о м ес т у разры ва к ис лородного м ос тик а п рис оединяютс я водород и ф ос ф атная груп п а ф ос ф орной к ис лоты А цилтрансферазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют п еренос ацилов (ос тат к ов

к арбоновы х к ис лот ) на ам инок ис лоты , ам ины , с п ирты и другие с оединения. У ниверс аль ны м ис точник ом ацильны х груп п во вс ех этих реак циях являет с я ацил-к оэнзим А , к оторы й с п олны м ос нованием м ожно рас с м атриват ь к ак ак тивную груп п у ацилтранс ф ераз.


Ч ащ е вс его п еренос у в биологич ес к их объ ек тах п одвергает с я ацил ук с ус ной к ис лоты — ацетил

Коэнзим А , с оединяяс ь с ацетиль ны м ос тат к ом , к оторы й заним ает м ес то водорода в его HS-груп п е, образует ацетил-к оэнзим А . Пос ледний с луж ит к оф ак тором в с оответ с твующ ей реак ции п еренос а. Одним из п рим еров реак ции транс ацилирования являет с я с интез ацетилхолина:

Важное знач ение с реди транс ф ераз им еют ф ерм енты , ус к оряющ ие

п еренос одноуглеродны х ф рагм ентов (м ет иль ны х, ок с им етиль ны х, ф орм иль ны х и т . п .), а так ж е нук леотидилтранс ф еразы , к атализирующ ие п еренос нук леотидны х ос тат к ов в п роцес с е с интеза нук леиновы х к ис лот .

3. Гидролазы. К к лас с у гидролаз относ ят ф ерм енты , ус к оряющ ие реак ции рас щ еп ления (а иногда и с интеза) органич ес к их с оединений п ри уч ас тии воды . В завис им ос ти от харак тера с убс трата, п одвергающ егос я гидролизу, гидролазы делят на ряд п одк лас с ов, с реди к оторы х наиболее важны с ледующ ие:

1) эс теразы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза с ложны х эф иров; 2) глик озидазы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза глик озидов, в том ч ис ле углеводов;

3) п еп тид-гидролазы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза (а в ос обы х с луч аях и с интеза) белк ов, п еп тидов и других с оединений, с одерж ащ их п еп тидны е с вязи;

4) гидролазы , дейс твующ ие на С — N-с вязи, отличающ иес я от п еп тидны х (нап рим ер, ам идазы и т . п .). Вс его в с ос таве гидролаз нас ч иты вают п оч ти 500 ф ерм ентов. Эстеразы. Э ти ф ерм енты к атализируют реак ции гидролиза с ложны х эф иров

с п иртов с органич ес к им и и неорганич ес к им и к ис лотам и. Важнейш им и п одп одк лас с ам и эс тераз являютс я гидролазы эф иров к арбоновы х к ис лот и ф ос ф атазы . В к ач ес тве п редс тавителя п ервого п одп одк лас с а рас с м отрим лип азу. Л ип аза ус к оряет гидролиз внеш них, т . е. α-с ложноэф ирны х, с вязей в м олек улах триацилглицеринов (ж иров):


М еханизм дейс твия ряда эс тераз деталь но изуч ен. Ф ос ф атазы к атализируют гидролиз ф ос ф орны х эф иров. Ос обенно ш ирок о

рас п рос транены ф ос ф атазы , дейс твующ ие на с ложны е эф иры ф ос ф орной к ис лоты и углеводов, нап рим ер глюк озо-1-ф ос ф атаза:

Дейс твие ф ос ф атаз п роявляет с я в ш ирок ом с п ек тре рН от 3 до 9.

Боль ш инс тво из них обладает ш ирок ой с убс тратной с п ециф ичнос т ь ю. Ос обенно важны для регуляции п роцес с ов ж изнедеятельнос ти п ротеинф ос ф атазы , обес п еч ивающ ие отщ еп ление ф ос ф ата от ф ос ф орилированны х белк ов, вс ледс твие ч его изм еняет с я их биологич ес к ая, в ч ас тнос ти, ф ерм ентативная ак тивнос т ь . Гликозидазы . Э ти ф ерм ент ы ус к оряют реак цию гидролиза глик озидов.

В завис им ос ти от того, на к ак ой п рос транс твенны й изом ер (α или β ) дейс твует ф ерм ент , его относ ят к α- или β -глик озидазам . Так им образом , глик озидазы обладают ярк о вы раж енной п рос транс твенной с п ециф ичнос т ь ю. Кром е глик озидов, с одерж ащ их в к ач ес тве аглик онов ос тат к и одноатом ны х с п иртов, с убс тратам и, на к оторы е рас п рос траняет с я дейс твие т ех или ины х глик озидаз, являют с я олиго- и п олис ахариды . Из дейс твующ их на олигос ахариды глик о-зидаз уп ом янем м аль тазу (α-глик озидаза) и с ахаразу (β -глик озидаза). Они ус к оряют с оответ с т венно гидролиз м аль тозы и с ахарозы :


Из глик озидаз, дейс твующ их на п олис ахариды , наиболее извес тны ам илазы . В п рироде с ущ ес твует нес к оль к о видов ам илаз, ус к оряющ их реак ции гидролиза глик озидны х с вязей в м олек уле к рахм ала с образованием глюк озы , м аль тозы или олигос ахаридов. Гидролиз других п риродны х п олиглик озидов так ж е ус к оряет с я

с оответ с твующ им и глик озидазам и. Нек оторы е глик озидазы к атализируют так ж е реак ции п еренос а глик озиль ны х ос тат к ов, т .е. являют с я транс глик озидазам и. Пеп тид-гидролазы. Ф ерм енты этого п одк лас с а ус к оряют гидролиз

п еп тидны х с вязей в белк ах и п еп тидах, а п ри оп ределенны х ус ловиях так ж е и образование п еп тидны х с вязей, хотя этот п ут ь с интеза белк а не являет с я ф изиологич ес к им . Х им изм п роцес с а гидролиза белк ов и п еп тидов п ри уч ас тии п еп тидгидролаз м ож но вы разит ь с ледующ ей с хем ой:

С реди п еп тид-гидролаз различ ают п ротеиназы или п еп тидил-

п еп тидогидролазы , к атализирующ ие гидролиз неболь ш ого ч ис ла внутренних п еп тидны х с вязей в белк овой м олек уле, в резуль тат е ч его п ос ледняя рас п адает с я до п еп тидов. Они являютс я, с ледовательно, эндоп еп тидазам и. В отлич ие от этого п еп тид-гидролазы , назы ваем ы е п еп тидазам и, обес п еч ивают отщ еп ление от п еп тидной цеп и с вободны х ам инок ис лот , будуч и эк зоп еп тидазам и. Протеиназы в завис им ос ти от м еханизм а их дейс твия на внутренние

п еп тидны е с вязи в белк овой м олек уле делят на 4 п одп одк лас с а: 1) с ериновы е п ротеиназы , нес ущ ие в ак тивном центре радик алы сер и ги с, обес п еч ивающ ие


ос ущ ес твление к аталитич ес к ого ак та; п редс тавителям и их являютс я хим отрип с ин и трип с ин, вы деляем ы е п одж елудочной ж елезой, с убтилизин, п родуцируем ы й бак т ериям и, и др.; 2) тиоловы е (цис т еиновы е) п рот еиназы , им еющ ие в ак тивном центре ос таток ц и с; к их ч ис лу п ринадлеж ат п ап аин из латек с а ды нного дерева Carica papaya, ф ицин из латек с а ф ик ус а, бром елаин из с ок а с т вола ананас а, к ат еп с ин В - внутрик леточны й ф ерм ент п озвоночны х и др.; 3) к ис лы е (к арбок с ильны е) п ротеиназы , им еющ ие оп тим ум рН ниж е 5 и с одерж ащ ие радик алы дик арбоновы х ам инок ис лот в ак тивном центре; с юда относ ят с я п еп с ин, вы деляем ы й с лизис той ж елудк а, к атеп с ин D, харак теризующ ийс я внутрик леточной лок ализацией, и ряд к ис лы х п ротеиназ, п родуцируем ы х разнообразны м и м ик роорганизм ам и; 4) м еталлоп ротеиназы , к аталитич ес к ое дейс твие к оторы х завис ит от п рис ут с твия ионов м еталлов (С а2+, Zn2+) в ак тивном центре; п рим ерам и их м огут с луж ит ь к оллагеназа и ряд п ротеиназ м ик робного п роис хож дения (т ерм олизин, к ом п онент п роназы и др.). Пеп с ин, трип с ин и хим отрип с ин вы деляют с я ж елезис ты м и к лет к ам и в виде

неак тивны х п роф ерм ентов - зим огенов: п еп с иногена, трип с иногена и хим отрип с иногена, так к ак их ак тивны е центры блок ированы ф рагм ентам и п олип еп тидной цеп и, п ос ле гидролитич ес к ого отщ еп ления к оторы х ф ерм ент п риобрет ает ак т ивнос т ь . Э то явление вп ервы е бы ло от к ры то в лаборатории И . П. Павлова. Оч ень важ ной ос обеннос ть ю п ротеиназ являет с я вы борочны й (с елек тивны й)

харак тер их дейс твия на п еп тидны е с вязи в белк овой м олек уле. Так , п еп с ин избирательно ус к оряет гидролиз п еп тидны х с вязей, образованны х фен и лей; трип с ин - арг и л и з; хим отрип с ин - аром атич ес к им и ам инок ис лотам и; п ап аин - арг, л и з и фен и т . д. В резуль тате индивидуаль ны й белок п од дейс твием оп ределенной п еп тидил-п еп тидогидролазы рас щ еп ляет с я вс егда на с трого огранич енное ч ис ло п еп тидов. Э то находит п рак тич ес к ое ис п оль зование п ри оп ределении п ервичной с трук т уры белк ов и им еет огром ное знач ение для регуляции обм ена вещ ес тв, так к ак м ногие п родук т ы с елек тивного гидролиза белк ов обладают вы с оч айш ей биологич ес к ой ак тивнос т ь ю: им енно этим п ут ем из п роф ерм ентов возник ают ф ерм енты , из п редш ес твенник ов горм онов — горм оны и т . п . Прич ина избиратель ного дейс твия п еп тидп еп тидогидролаз зак люч ает с я в том , ч то радик ал ам инок ис лоты , п о с ос едс тву с к оторой гидролизует с я п еп тидная с вязь , с луж ит для образования ф ерм ент -с убс тратного к ом п лек с а. Пеп тид-гидролазы , к атализирующ ие гидролиз п еп тидов до с вободны х

ам инок ис лот , м огут отщ еп лят ь п ос ледние от п еп тида, нач иная либо с ам инок ис лоты , обладающ ей с вободной NH2-rpyп п у, либо с ам инок ис лоты , им еющ ей с вободную С ООН-груп п у. В п ервом с луч ае их назы вают ам иноп еп тидазам и, во втором - к арбок с ип еп тидазам и.


Точ к и п рилож ения дейс твия п ротеолитич ес к их ф ерм ентов на п еп тидны е с вязи в белк овой м олек уле

Нек оторы е ам ино- и к арбок с ип еп тидазы обладают с п ециф ичнос т ь ю

дейс твия, т .е. отщ еп ляют с трого оп ределенны е N- или С -к онцевы е ам инок ис лоты . Третий п одп одк лас с п еп тидаз п редс тавлен ди п еп т и дги дролазам и , ди п еп т и дазам и . Их извес тно ок оло дес яти. Они заверш ают гидролиз белк а. Недавно из с ос тава п еп тидаз вы ч ленено ещ е два п одп одк лас с а: дип еп тидил-п еп тидгидролазы , отщ еп ляющ ие от N-к онца п олип еп тида дип еп тид, и п еп тидилдип еп тид-гидролазы , отщ еп ляющ ие дип еп тид с С -к онца. А м идазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют гидролиз ам идов к ис лот . Из них

важ ную роль в биохим ич ес к их п роцес с ах в организм е играют уреаза, ас п арагиназа и глутам иназа.

У реаза бы ла одним из п ервы х белк ов-ф ерм ентов, п олуч енны м в к рис таллич ес к ом с ос тоянии (Д . С ам нер, 1926). У реаза ус к оряет гидролиз м оч евины до NH3 и С О2.

Асп араги н аза и глут ами н аза ус к оряют гидролиз ам идов дик арбоновы х ам ино-к ис лот - ас п арагиновой и глутам иновой, нап рим ер:


К гидролазам , дейс твующ им на С — N-с вязи, отлич ающ иес я от п еп тидны х, к ром е ам идаз относ ят с я ф ерм енты , к ат ализирующ ие гидролиз С — N-с вязей в линейны х ам идинах. К их ч ис лу п ринадлеж ит аргиназа. При п ос редс тве аргиназы ам инок ис лота аргинин гидролизует с я на орнитин и м оч евину:

Э та реак ция ш ирок о п редс тавлена в п рироде, являяс ь зак лючительной

с тадией биос интеза м оч евины - одного из к онечны х п родук тов рас п ада азотс одерж ащ их вещ ес тв.

4. Лиазы. К к лас с у лиаз относ ят с я ф ерм енты , ус к оряющ ие негидролитич ес к ие реак ции рас п ада органич ес к их с оединений п о с вязям С —С ; С — N; С — О и т . д. При этом зам ы к ают с я двойны е с вязи и вы деляют с я так ие п рос тейш ие п родук т ы , к ак С О2, Н2О, NH3 и т . п . Нек оторы е из этих реак ций обратим ы , и с оответс твующ ие ф ерм енты в п одходящ их ус ловиях к атализируют реак ции не толь к о рас п ада, но и с интеза. Так им образом , название этого к лас с а ф ерм ентов не вс егда с оответ с твует с одерж анию тех п роцес с ов, к оторы е им и ус к оряют с я. Одной из важнейш их груп п ф ерм ентов этого к лас с а являют с я углерод-углерод-лиазы (С — С -лиазы ). С реди них ос обое знач ение им еют к арбок с илиазы (дек арбок с илазы ) и аль дегид-лиазы . В п рироде ш ирок о рас п рос транены дек арбок с илазы к еток ис лот и

ам инок ис лот , к атализирующ ие реак ции п о с ледующ им с хем ам :


Э ти ф ерм енты двухк ом п оненты , п рос тетич ес к им и груп п ам и их во м ногих с луч аях являют с я ф ос ф орны е эф иры водорас творим ы х витам инов: тиам ина и п иридок с аля. М еханизм реак ции дек арбок с илирования ам инок ис лот с п ом ощ ь ю

к арбок с илиазы с п иридок с аль ф ос ф атом в к ач ес тве к оф ерм ента оч ень близок к том у, к оторы й дейс твует п ри п ереам инировании ам инок ис лот . З дес ь тож е возник ает ш иф ф ово основание, в к отором элек тронная п лотнос т ь у α-углеродного атом а ам инок ис лоты резк о ос лаблена. Вс ледс твие этого с ильно ос лабляетс я с вязь этого углеродного атом а с к арбок с иль ной груп п ой, и п ос ледняя легк о отщ еп ляет с я. Х арак терны м п редс тавителем аль дегид-лиаз являетс я аль долаза,

к атализирующ ая обратим ую реак цию рас щ еп ления ф рук тозо-1,6-диф ос ф ата до ф ос ф отриоз:

Э та реак ция заним ает централь ное м ес то в п реобразовании углеводов.

Аналогично аль долазе дейс твуют другие аль дегид-лиазы . Другую важную груп п у лиаз с ос тавляют углерод - к ис лород лиазы

(гидролиазы ), ус к оряющ ие реак ции гидратирования и дегидратирования


органич ес к их с оединений. В к ач ес тве п редс тавителя гидролиаз п риведем фум аратгидратазу:

Реак ции гидратирования и дегидратирования п ос тоянно идут п ри рас п аде и

с интезе углеводов и вы с ш их ж ирны х к ис лот , п оэтом у гидратазы играют боль ш ую роль в ж изнедеятель нос ти организм ов.

5. И зом еразы. Ф ерм енты , относ ящ иес я к этом у нем ногоч ис ленном у (ок оло 90 индивидуаль ны х ф ерм ентов) к лас с у, ус к оряют геом етрич ес к ие или с трук т урны е изм енения в п ределах одной м олек улы . Э ти изм енения м огут с ос тоять во внутрим олек улярном п еренос е водорода, ф ос ф атны х и ациль ны х груп п , в изм енении п рос транс твенного рас п олож ения атом ны х груп п ировок , в п ерем ещ ении двойны х с вязей и т . п . Важнейш им и изом еразам и являют с я триозоф ос ф атизом ераза,

ф ос ф оглицерат -ф ос ф ом утаза, аль дозом утаротаза и изоп ентенил-п ироф ос ф атизом ераза. Триозоф ос ф атизом ераза ус к оряет п еренос атом ов Н в п роцес с е п ревращ ения 3-

ф ос ф оглицеринового аль дегида в ф ос ф одиок с иацетон и обратно:

Превращ ение, вероятно, идет ч ерез общ ую эндиольную ф орм у.

Ф ос ф оглицерат -ф ос ф ом утаза обес п еч ивает дос таточную с к орос т ь п ревращ ения 2-ф ос ф оглицериновой к ис лоты в 3-ф ос ф оглицериновую к ис лоту и обратно:


Оба п роцес с а им еют гром адное знач ение в органич ес к ом м ире, т ак

к ак п редс тавляют важ нейш ие с тадии рас п ада и с интеза углеводов. М утаротаза являет с я п редс тавителем с т ереоизом ераз, она ус к оряет

реак цию п ревращ ения a-D-глюк оп иранозы в β -D-глюк оп иранозу:

Ф ерм енты этого тип а (с т ереоизом еразы ) обес п еч ивают , в ч ас тнос ти, взаим оп ревращ ения м ногих п рос транс твенны х изом еров м онос ахаридов, и этот п ут ь являет с я иногда единс твенны м для с интеза нек оторы х из них в п рироде. К с т ереоизом еразам относ ят с я так ж е цис -транс изом еразы , нап рим ер ретинол-изом ераза, п ереводящ ая транс -ретинол в цис -ретинол.

6. Лигазы (синтетазы). Х арак терны е ч ерты дейс твия ф ерм ентов этого к лас с а вы явлены с овс ем недавно в с вязи с о знач итель ны м и ус п ехам и в изуч ении м еханизм а с интеза ж иров, белк ов и углеводов. Ок азалос ь , ч то с тары е п ред-с тавления об образовании этих с оединений, с оглас но к оторы м они возник ают п ри обращ ении реак ций гидролиза, не с оответ с твуют дейс твительнос ти. Пути их с интеза п ринцип иаль но ины е. Главная их ос обеннос т ь - с оп ряж еннос т ь с интеза с рас п адом вещ ес тв,

с п ос обны х п ос тавлят ь энергию для ос ущ ес твления биос интетич ес к ого п роцес с а. Одним из так их п риродны х с оединений являет с я АТФ . При отры ве от ее м олек улы в п рис ут с твии лигаз одного или двух к онцевы х ос тат к ов ф ос ф орной к ис лоты вы деляет с я боль ш ое к олич ес тво энергии, ис п оль зуем ой для ак тивирования реагирующ их вещ ес тв. Л игазы ж е к аталитич ес к и ус к оряют с интез органич ес к их с оединений из ак тивированны х за с ч ет рас п ада АТФ


ис ходны х п родук тов. Так им образом , к лигазам относ ят с я ф ерм енты , к атализирующ ие с оединение друг с другом двух м олек ул, с оп ряж енное с гидролизом п ироф ос ф атной с вязи в м олек уле АТФ или иного нук леозидтриф ос ф ата. М еханизм дейс твия лигаз изуч ен ещ е недос таточно, но, нес ом ненно, он

вес ь м а с лож ен. В ряде с луч аев док азано, ч то одно из уч ас твующ их в основной реак ции вещ ес тв с нач ала дает п ром еж уточное с оединение с ф рагм ентом рас п адающ ейс я м олек улы АТ Ф , а вс лед за этим ук азанны й п ром еж уточны й п родук т взаим одейс твует с о вторы м п артнером основной хим ич ес к ой реак ции с образованием к онечного п родук та. В к ач ес тве п рим ера дейс твия лигазы м ожно п ривес ти с интез п антотеновой

к ис лоты из α, γ-диок с и-β , β -дим етилм ас ляной к ис лоты и β -аланина:

Пантотенатсинтетаза, к ак с ледует из п риведенного уравнения, относ ит с я

к груп п е лигаз, ус к оряющ их реак ции с интеза С — N-с вязей. Э та груп п а лигаз нас ч иты вает ок оло 40 п редс тавителей. В нас тоящ ее врем я изуч ено более 75 различны х лигаз, обес п еч ивающ их важнейш ие с интетич ес к ие п роцес с ы в ж ивотной и рас титель ной к лет к ах. Кром е ус к орения реак ций с интеза С — N-с вязей, в ч ас тнос ти п еп тидны х, лигазы к атализируют образование с вязей С — С , С — О и С — S. К груп п е лигаз, образующ их С — С -с вязи, относ ят с я карб оксилазы. Они обес п еч ивают к арбок с илирование ряда с оединений, в резуль тате ч его п роис ходит удлинение углеродны х цеп ей. Одной из важ нейш их к арбок с илаз являет с я п ируваткарб оксилаза, ус к оряющ ая реак цию образования щ авелевоук с ус ной к ис лоты из п ировиноградной к ис лоты и ок с ида углерода (IV):


Э та реак ция им еет ис к люч итель ное знач ение в обм ене вещ ес тв, обес п еч ивая взаим ос вязь обм ена углеводов и белк ов и ак цеп тирование С О2. Л игазам , к атализирующ им с интез С — О-с вязей, п ринадлеж ит важ нейш ая

роль в биос интезе белк ов, так к ак они ус к оряют реак ции ак тивирования ам инок ис лот п еред вс туп лением п ос ледних в п еп тидную с вязь . Одной из п рос тейш их реак ций этого тип а являет с я образование ам иноациладенилатов. С ам иноациладенилатов ам инок ис лот ы п ередают с я на тРНК, образуя ам иноацил-тРНК, ис п оль зуем ы е неп ос редс твенно п ри с интезе п олип еп тидов. Л игазы , к ром е того, ос ущ ес твляют ус к орение реак ций образования С — S-

с вязей, являяс ь ацил-к оэнзим А -с интетазам и. В к ач ес тве п рим ера дейс твия ацил-к оэнзим А -с интетазы м ож но п ривес ти образование ацетил-к оэнзим а А из ук с ус ной к ис лоты и к оэнзим а А , п ротек ающ ее с оп ряж ено с рас п адом АТФ :


Таблица Клас с иф ик ация ф ерм ентов

Груп п а Катализируем ая реак ция

Тип ичная реак ция

Прим еры ф ерм ентов*

Ок с идоредук -тазы

Перенос атом ов Н и О или элек тронов от одного вещ ес тва к другом у (NAD+, NADP+, FAD, O2).

AH + B = A + BH A + O = AO

Малатдегидрогена-за, глюк озо-6-ф ос ф ат -дегидрогеназа С ук цинатдегидро-геназа Ц итохром ок с идаза

Транс ф еразы Перенос оп ределенной груп п ы атом ов – м етильной, ацильной, ф ос ф ат -ной или ам ино-груп п ы – от одного вещ ес тва к другом у.

AB + C = A + BC Глициндек ар-бок с илаза Ацилк арнитинтранс-ф ераза Гек с ок иназа Ас п артатам ино-транс ф ераза

Гидролазы Реак ции гидролиза, п ри к оторы х из с убс трата образуют -с я два п родук та.

AB + H2O = AOH + BH

Л ип аза, ам илаза, п еп тидаза

Л иазы Негидролитич ес к ое п рис оединение к с убс трату или отщ еп ление от него груп п ы атом ов. При этом м огут разры -вать с я с вязи C-C, C-N, C-O или C-S

O R-C-C = OH H R-C + O CO2

Ф ум араза, аль долаза, изоцитратлиаза, п ируватдек арбок -с илаза

Изом еразы Внутрим олек уляр-ная п ерес тройк а

AB = BA Триозоф ос ф атизо-м ераза, ф ос ф оглюк ом утаза

Л игазы С оединение двух м олек ул в резуль тате образования новы х с вязей С -О, C-S, C-N или C-C, с оп ряж енного с рас п адом АТФ .

X + Y + АТФ = XY + АДФ + Ф н

Пируват-к арбок с илаза

*Даны тривиальны е названия ф ерм ентов.


Ацетил-КоА с луж ит к оф ерм ентом в реак циях транс ацилирования, п оэтом у дейс твие ф ерм ентов этих двух груп п - лигаз и ацилтранс ф ераз - в ж ивы х с ис тем ах тес но увязано друг с другом . Аналогичная взаим озавис им ос т ь харак т ерна и для м ногих других ф ерм ентов.

М еханизм действия ферм ентов У с к орение любой хим ич ес к ой реак ции дос тигает с я за с ч ет увелич ения

доли м олек ул, обладающ их дос таточной внутренней энергией для дос тиж ения п ереходного с ос тояния. Одним из м еханизм ов п овы ш ения с к орос ти реак ции являет с я увелич ение тем п ературы . Как п равило, п овы ш ение тем п ературы на 10оС вы зы вает ус к орение хим ич ес к ой реак ции п риблизительно в два раза.

Второй п ут ь ус к орения хим ич ес к ой реак ции - добавление к атализатора. Катализаторы ус к оряют хим ич ес к ие реак ции, находя «обходны е п ути», п озволяющ ие м олек улам п реодолеват ь ак тивационны й барь ер на более низк ом энергетич ес к ом уровне. Ф ерм енты , так ж е к ак и другие к атализаторы , с оединяютс я с о с воим и с убс тратам и в ходе к аталитич ес к ого цик ла.

Ф ерм ент -к атализатор (обознач им его бук вой Е ) на п ром еж уточной с тадии реак ции взаим одейс твует с реагентом А с образованием нового к ом п лек с а или с оединения Е А , п ереходном у с ос тоянию к оторого с оответ с твует знач ительно более низк ая энергия ак тивации п о с равнению с п ереходны м с ос тоянием реагента в нек атализируем ой реак ции.

Рис унок 2. Изм енение с вободной энергии с ис тем ы п ри п ротек ании хим ич ес к ой реак ции в п рис ут с твии и отс ут с твии к атализатора


З атем к ом п лек с ф ерм ент -с убс трат (Е А ) рас п адает с я на п родук т Р и с вободны й к атализатор, к оторы й м ож ет оп ять с оединить с я с другой м олек улой А и п овторить вес ь цик л. Им енно так им образом к атализаторы с ниж ают энергию ак тивации хим ич ес к ой реак ции; в их п рис ут с твии гораздо более знач ительная доля м олек ул данной п оп уляции вс туп ает в реак цию в единицу врем ени. Ф ерм енты , так ж е к ак и другие к атализаторы , с оединяютс я с о с воим и с убс тратам и в ходе к аталитич ес к ого цик ла. Ф ерм енты п овы ш ают с к орос ти к ата-лизируем ы х им и реак ций в 108 -1020 раз. Нап рим ер, уреаза ус к оряет гидролиз м оч евины в 1014 раз п ри рН 8 и 20° С . Как ж е удает с я ф ерм ентам п роявлять так ую необы ч айно вы с ок ую к аталитич ес к ую ак тивнос т ь в с толь м ягк их ус ловиях?

С ущ ес твуют ч еты ре основны х ф ак тора, оп ределяющ их с п ос обнос ть ф ерм ентов ус к орять хим ич ес к ие реак ции.

Сбли ж ен ие и ориен т ац и я. Ф ерм ент с п ос обен с вязы ват ь м олек улу с убс трата так им образом , ч то атак уем ая ф ерм ентом с вязь ок азы вает с я не толь к о рас п олож енной в неп ос редс твенной близос ти от к аталитич ес к ой груп п ы , но и п равильно ориентированной п о отнош ению к ней. В резуль тате вероятнос т ь того, ч то к ом п лек с ЕS дос тигнет п ереходного с ос тояния, с ильно увелич ивает с я.

Нап ряж ен ие и деформац и я: и н дуц и рован н ое соот вет ст ви е. Прис оединение с убс трата м ож ет вы зы ват ь к онф орм ационны е изм енения в м олек уле ф ерм ента, к оторы е п риводят к нап ряж ению с трук т уры ак тивного центра, а так ж е нес к оль к о деф орм ируют с вязанны й с убс трат , облегч ая тем с ам ы м дос тиж ение к ом п лек с ом Е А п ереходного с ос тояния.

При этом возник ает так назы ваем ое и н дуц и рован н ое соот вет ст вие ф ерм ента с убс трату. Так им образом , неболь ш ие изм енения третичной или ч ет-вертичной с трук т уры относ ительно к руп ной м олек улы ф ерм ента м огут играть роль м еханич ес к ого ры ч ага для м олек улы с убс трата. Возм ожно, ч то им енно п о этой п рич ине ф ерм енты п редс тавляют с обой белк и и, с ледовательно, п о с воим разм ерам знач ительно п ревос ходят м олек улы боль ш инс тва с убс тратов.

О бщ и й к и слот н о-осн ов н ый кат али з. В ак тивном центре ф ерм ента м огут находить с я груп п ы с п ециф ич ес к их ам инок ис лотны х ос тат к ов, к оторы е являютс я хорош им и донорам и или ак цеп торам и п ротонов. Так ие к ис лотны е или основны е груп п ы общ его тип а п редс тавляют с обой м ощ ны е к атализаторы м ногих органич ес к их реак ций, п ротек ающ их в водны х с ис тем ах.

Ковален т н ый кат али з. Нек оторы е ф ерм енты реагируют с о с воим и с убс тратам и, образуя оч ень нес табильны е, к овалентно с вязанны е ф ерм ент -с убс тратны е к ом п лек с ы , из к оторы х в ходе п ос ледующ ей реак ции образуютс я п родук ты реак ции, п рич ем знач ительно бы с трее, ч ем в с луч ае нек атализируем ы х реак ций.

Переч ис ленны е вы ш е ч еты ре ф ак тора, п о-видим ом у, внос ят различны й вк лад в ус к орение хим ич ес к их реак ций ф ерм ентам и разны х тип ов, однак о ни для одного ф ерм ента п ок а не извес тно точного м еханизм а, обес п еч ивающ его ус к орение той или иной с п ециф ич ес к ой для него реак ции.


А ллостерические ферм енты Как и вс е ф ерм енты , аллос терич ес к ие ф ерм енты им еют к аталитич ес к ий

центр, в к отором п роис ходит с вязы вание с убс трата и п ревращ ение его в п родук т , но у аллос терич ес к их ф ерм ентов ес т ь , п о м ень ш ей м ере, ещ е один регуляторны й, или аллос терич ес к ий, центр для с вязы вания регулирующ его м етаболита, назы ваем ого эф ф ек тором или м одулятором (рис . 1). Аллос терич ес к ий центр с п ециф ич ен п о отнош ению к с воем у м одулятору анало-гично том у, к ак к аталитич ес к ий центр с п ециф ич ен п о отнош ению к с воем у с убс трату. Во-вторы х, м олек улы аллос терич ес к их ф ерм ентов обы чно нам ного к руп нее и более с ложно ус троены п о с равнению с м олек улам и п рос ты х ф ер-м ентов. Боль ш инс тво из них с ос тоит из двух или более п олип еп тидны х цеп ей, или с убъ единиц. И нак онец, в-треть их, к инетик а реак ций, к атализируем ы х аллос терич ес к им и ф ерм ентам и, обы чно знач ительно отк лоняет с я от к лас с ич е-с к ого уравнения Михаэлис а-Ментен. Э то один из п ризнак ов, п о к отором у они бы ли вп ервы е обнаруж ены .

Когда с п ециф ич ес к ий ингибирующ ий, или отрицательны й, м одулятор с вязы вает с я с аллос терич ес к им центром , ч то п роис ходит п ри п овы ш ении к онцентрации м одулятора в к лет к е, ф ерм ент п ереходит в м енее ак тивную или с овс ем неак тивную ф орм у, т .е. «вы к люч ает с я». Когда ж е к онцентрация м одулятора в к лет к е с ниж аетс я, ингибитор п ок идает аллос терич ес к ий центр и ф ерм ент вновь «вк люч ает с я», т .е. п ереходит в ак тивную ф орм у.

С ущ ес твуют , однак о, и так ие аллос терич ес к ие ф ерм енты , к оторы е ак тиви-руютс я м олек улам и м одулятора. В этом с луч ае ф унк цию ак тивирующ его, или п олож ительного, м одулятора вы п олняет не к онечны й п родук т данной цеп и ф ерм ентативны х реак ций, а к ак ой-то другой м етаболит , к оторы й с луж ит м олек улярны м с игналом , означ ающ им , ч то ф ерм ент долж ен «п ос п еш ить ». Ч ас то в роли ак тивирующ его м одулятора так ого тип а вы с туп ает с ам а м олек ула с убс трата. Аллос терич ес к ие ф ерм енты этого к лас с а, назы ваем ы е гом отроп ны м и (так к ак м одулятором и с убс тратом с луж ит одно и то ж е с оединение), им еют два или боль ш ее ч ис ло центров с вязы вания для с убс трата. Э ти центры с вязы вания нередк о вы п олняют двойную ф унк цию, дейс твуя и к ак к аталитич ес к ие, и к ак регуляторны е центры . Аллос терич ес к ие ф ерм енты этого тип а реагируют на с итуации, п ри к оторы х с убс трат нак ап ливаетс я в избы точны х к олич ес твах и долж ен бы т ь удален в ходе п ос ледующ их реак ций.

Так им образом , им еютс я аллос терич ес к ие ф ерм енты двух тип ов. Ф ерм енты п ервого тип а ингибируютс я с воим и м одуляторам и, к оторы е обы чно п о с воем у хим ич ес к ом у с троению отлич аютс я от с убс трата (п оэтом у эти ф ерм енты назы ваютс я гетеротроп ны м и). Нек оторы е аллос терич ес к ие ф ерм енты п одверж ены влиянию двух и более м одуляторов, к оторы е м огут ок азы вать на ф ерм ент п ротивоп оложное дейс твие, т .е. один м одулятор (или боль ш ее их ч ис ло) ак тивирует ф ерм ент , а другой (или другие) - ингибирует его.


Т естовые задания для сам оконтроля п о тем е «Ф ерм енты» 1. Ф ерм ентативной ак тивнос т ь ю обладают :

1. Толь к о белк и 2. Толь к о нук леиновы е к ис лоты 3. Л ип иды 4. Белк и и РНК 5. Глик оп ротеины .

2. Коф ак тором назы вает с я: 1. Ап обелок + п рос тетич ес к ая груп п а 2. Полип еп тидная цеп ь 3. Ап оф ерм ент + к оф ерм ент 4. Коф ерм ент + п рос тетич ес к ая груп п а 5. Ионы м еталлов.

3. При к ак ом знач ение рН с оответ с твует рН оп тим ум у боль ш инс тво ф ерм ентов: 1. 1.5-2.5 2. 5-6 3. 7-8 4. 10-11 5. 0-7.

4. Конс танта Михаэлис а равняетс я: 1. Концентрации ф ерм ента, п ри к оторой с к орос т ь реак ции м ак с им альна 2. Концентрации с убс трата, п ри к оторой с к орос т ь реак ции м ак с им альна 3. Концентрации с убс трата, п ри к оторой с к орос т ь реак ции м иним альна 4. Концентрации с убс трата, п ри к оторой с к орос т ь реак ции равна п оловине м ак с им альной

5. Концентрации ф ерм ента, п ри к оторой с к орос т ь реак ции равна п оловине м ак с им альной.

5. При нек онк урентном ингибировании: 1. Ингибитор с вязы вает с я с к оф ерм ентом 2. Ингибитор с вязы вает с я с ак тивны м центром 3. Ингибитор с вязы вает с я с белк овой м олек улой не в ак тивном центре 4. Ингибитор с вязы вает с я с с убс тратом 5. Ингибитор с вязы вает с я с п ром еж уточны м п родук том .

6. У равнение Михаэлис а-Ментен оп ис ы вает : 1. З авис им ос т ь обратной с к орос ти от обратной к онцентрации с убс трата 2. Поведение аллос терич ес к их ф ерм ентов 3. З авис им ос т ь с к орос ти ф ерм ента от к онцентрации с убс трата 4. З авис им ос т ь ак тивнос ти ф ерм ентов от тем п ературы 5. З авис им ос т ь ак тивнос ти ф ерм ентов от рН.

7. Ф ерм енты , к атализирующ ие п рис оединение м олек ул п о двойной с вязи относ ят с я к к лас с у:

1. Ок с идоредук тазы 2. Транс ф еразы 3. Гидролазы


4. Л иазы 5. Изом еразы .

8. Л ак татдегидрогеназа относ ит с я к : 1. Ок с идоредук тазам 2. Транс ф еразам 3. Гидролазам 4. Л иазам 5. Изом еразам .

9. Оп ределите, к к ак ом у к лас с у относ ит с я данная ф ерм ентативная реак ция C2H5OH + NAD+ = CH3CHO + NADH + H+ :

1. Ок с идоредук тазы 2. Транс ф еразы 3. Гидролазы 4. Л иазы 5. Изом еразы .

10. Аллос терич ес к ие ф ерм енты : 1. С ос тоят из одной с убъ единицы 2. С ос тоят из нес к оль к их с убъ единиц 3. Меняют к онф орм ацию п ри взаим одейс твии с с убс тратом 4. Меняют к онф орм ацию п ри взаим одейс твии с м ем бранны м п отенциалом 5.Х арак теризуютс я К0.5

11. Ковалентной м одиф ик ацией назы вает с я регуляция с к орос ти реак ции за с ч ет того, ч то:

1. С убс трат к овалентно с вязы вает с я с п родук том 2. Проис ходит ф ос ф орилирование с убс трата 3. Прос ходит ф ос ф орилирование ф ерм ента 4. Ф ерм ент к овалентно с вязы вает с я с к ак ой-либо ф унк циональной груп п ой 5. Катализ п ротек ает с образованием к овалентны х с вязей.

12. Дайте название ф ерм енту, к атализирующ ем у реак цию С ук цинат + FAD = ф ум арат + FADH2


Рис.1.


М Е Т А Б О ЛИ ЗМ

Метаболизм – с овок уп нос т ь биохим ич ес к их п роцес с ов, п ротек ающ их в ж ивом организм е. Протек ание м етаболич ес к их п роцес с ов обес п еч иваетс я налич ием в к лет к е с ложной с ис тем ы ф ерм ентов, а так ж е к леточной м ем браны , огранич ивающ ей ее с одерж им ое от внеш ней с реды .

К атаб олизм и анаб олизм Катаболизм – ф аза м етаболизм а, на к оторой п роис ходит рас п ад м олек ул,

п ос туп ающ их с п ищ ей или зап ас енны х ж ивы м организм ом до неорганич ес к их вещ ес тв (H2O, CO2, NH4). В ходе к атаболич ес к их п роцес с ов вы с вободивш аяс я п ри ок ис лении энергия зап ас ает с я в ф орм е АТР, NAD(P)H и м ем бранного п отенциала.

Анаболизм – с интез биологич ес к их м ак ром олек ул из низк ом олек улярны х п редш ес твенник ов. Для п ротек ания анаболизм а требует с я п ос тоянны й п риток энергии.

Ф ункции А Т Р, NAD(P)H, ∆µH+ Белк и Белк и У глеводы У глеводы Ж иры Ж иры , ДНК, РНК А Т Р, NAD(P)H, ∆µH+ H2O, CO2, NH4 Ам инок ис лоты , Монос ахариды Ж ирны е к ис лоты Азотис ты е основания

АТР, NAD(P)H, ∆µH+ в к лет к е вы п олняют роль с вязующ его звена м еж ду

п ос туп ающ ей в организм энергией (с вет , рас п ад органич ес к их вещ ес тв) и энергетич ес к им и п отребнос тям и к лет к и. Протек ание к атаболич ес к их реак ций обес п еч ивает ак к ум уляцию энергии в виде АТР, NADPH и ∆µH+. АТР и NADPH ис п оль зуютс я на биос интетич ес к ие реак ции, а ∆µH+ п реим ущ ес твенно обес п еч ивает п роцес с ы ак тивного транс п орта ч ерез м ем брану, терм огенез, с интез АТР. Основны м и органоидам и, отвеч ающ им и за п ротек ание к атаболич ес к их п роцес ов, являютс я м итохондрии, цитоп лазм а и лизос ом ы .


О б щ ая схем а катаб олических п роцессов

Белк и У глеводы Ж иры Ам инок ис лоты Гек с озы , п ентозы Глицерин, ж ирны е к ис лоты Глюк оза Пируват Ацетил-С оА Ц ТКЦ NADH Э ТЦ H2O CO2

Гликолиз – основной п уть окисления углеводов

Глик олиз – универс альны й п роцес с ок ис ления глюк озы - извес тен п оч ти у вс ех ж ивы х организм ов. У эук ариот п ротек ает в цитозоле. Глик олиз обес п еч ивает ок ис ление С 6-м олек улы глюк озы до двух С 3 м олек ул п ирувата (в аэробны х ус ловиях) или лак тата (в анаэробны х ус ловиях) с образованием 2 м олек ул АТР. С ос тоит из 2-х основны х с тадий: - на п ервой с тадии п роис ходит ак тивация с убс тратов за с ч ет ф ос ф орилирования (затрач ивает с я 2 АТР), вк люч ение в данны й п роцес с других с ахаров, рас п ад на две С 3 м олек улы (глицераль дегид-3-ф ос ф ат и дигидрок с иацетонф ос ф ат ).

- На втором этап е п роис ходит ок ис ление глицераль дегид-3-ф ос ф ата до п ирувата (в аэробны х ус ловиях) или до лак тата (п ри анаэробиозе) с образованием 4-х м олек ул АТР.

Ц Т К


Глюк оза гек с ок иназа

Глюк озо-6-ф ос ф ат ф ос ф оглюк оизом ераза

Ф рук тозо-6-ф ос ф ат ф ос ф оф рук ток иназа

Ф рук тозо-1,6-бис ф ос ф ат аль долаза

Глицераль дегид-3- ф ос ф ат Дигидрок с иацетонф ос ф ат триозоф ос ф атизом ераза NAD++Pi NADH глицераль дегид-3-ф ос ф атдегидрогеназа 1,3-диф ос ф оглицерат АДР ф ос ф оглицерат к иназа АТР 3-ф ос ф оглицерат ф ос ф оглицератм утаза 2-ф ос ф оглицерат енолаза ф ос ф оенолп ируват АДР п ируват к иназа АТР п ируват

Пути окисления м оно- и п олисахаридов Галактоза Гликоген К рахм ал М анноза UDP-галак тоза м аннозо-6-ф ос ф ат Глюк озо-1-ф ос ф ат UDP-глюк оза ф ос ф оглюк ом утаза

Глюк озо-6-ф ос ф ат Глюк оза С ахароза ф ос ф оглюк оизом ераза

Ф рук тозо-6-ф ос ф ат Ф рук тоза ф ос ф оф рук ток иназа

Ф рук тозо-1,6-бис ф ос ф ат Пути м етаб олизм а п ирувата

А наэроб иоз (недостаток кислорода) Пируват + NADH = лак тат + NAD+(лакт ат деги дроген аза) –

м олочнок ис лое брож ение п и руват декарбокси лаза алкогол ь деги дроген аза Пируват - Ацеталь дегид - Э танол – с п иртовое

брож ение


А эроб ные условия Пируват + NAD+ + С оА -SH = Ацетил-С оА + NADH + С О2

(п и руват деги дроген аза) Ц Т К

Ок с алоацетат + Ацетил-С оА = Ц итрат + С оА -SH (ц и т рат си н т аза) Ц итрат = цис -ак онитат + Н2О = Изоцитрат (акон и т ат ги драт аза) Изоцитрат + NAD+ = 2-ок с оглутарат + NADH (и зоц и т рат деги дроген аза) 2-ок с оглутарат + NAD+ + С оА -SH = С ук цинил-С оА + NADH + С О2 (2-

оксоглут арат деги дроген аза) С ук цинил-С оА + АДР(GDP) + Рi = С ук цинат + АТР(GTP) (сук ц и н и л -СоА-

си н т ет аза) Cук цинат + FAD = Ф ум арат + FADН2 (сук ц и н ат деги дроген аза) Ф ум арат + Н2О = Малат (фумарат ги драт аза) Малат+ NAD+ = Ок с алоацетат + NADH (малат деги дроген аза) С ум м арное уравнение: Ацетил-С оА + NAD+ + FAD + АДР(GDP) + Рi =

NADH + С О2 + FADН2 + АТР(GTP)

Э Т Ц м итохондрий НАДН – убихинон (Q) – цитохром b - белок Рис к е – цитохром c1 –

Ком п лекс I Ком п лекс III - цитохром с – цитохром аа3 – к ис лород

Ком п лекс IV Ф унк ция – п реобразование энергии хим ич ес к их с вязей в

элек трохим ич ес к ий п отенциал (∆µH+). При ок ис лении 1 м олек улы NADH ч ерез к ом п лек с ы I, III, IV ч ерез м ем брану п еренос ит с я 10 п ротонов, а 1 с ук цината ч ерез к ом п лек с ы II, III, IV– 6 п ротонов.

Хем иоосм отическая теория М итчелла Энергия органич ес к их вещ ес тв ак к ум улирует с я п ри ок ис лении в виде

NADH, к оторы й в м итохондрии ок ис ляет с я до Н2О с п ом ощ ь ю элек тронтранс п ортной цеп и. При транс п орте элек тронов п роис ходит п еренос ч ерез м ем брану Н+. В резуль тате внутренняя п оверхнос т ь м ем браны м итохондрии заряж ена отрицательно, вняшняя – п олож ительно. Кром е того, образует с я градиент рН. З а с ч ет обратного транс п орта п ротона ч ерез АТФ азу энергия ∆µH+ транс ф орм ирует с я в энергию АТР. (АДР + Рi + 3 Н+

out = ATP + 3 Н+

in ). Т .е. п ри ок ис лении 1 м олек улы NADH в Э ТЦ образует с я 3 АТР, 1 с ук цината – 2 АТР.

Т рансп ортные систем ы внутренней м итохондриальной м ем б раны 1. АТР/ADP антип ортер – обм енивает м итохондриальны й АТР на ADP из цитоп лазм ы . При транс п орте с ниж ает с я заряд м ем браны .

2. Ф ос ф атны й п еренос ч ик . Ос ущ ес твляет п араллельны й п еренос Рi и Н+ внутрь м итохондрии (ис п оль зует ∆pH+).

3. Малат -ас п артатны й ч елнок обес п еч ивает транс п орт цитоп лазм атич ес к ого NADH внутрь м итохондрии. Перенос ос ущ ес твляет с я за с ч ет вос с тановления м алата из ок с алоацетата в цитозоле, его обм ена на м итохондриальны й 2-


ок с оглутарат и п ос ледующ его ок ис ления м алата в ок с алоацетат м итохондриальной ф орм ой м алатдегидрогеназы . Образовавш ийс я в м итохондрии ок с алоацетат п ереам инирует с я в ас п артат и обм енивает с я на глутам ат , образующ ийс я в цитозоле из 2-ок с оглутарата.

Энергетический б аланс дыхания

Вы ход АТР Вс его ATP Глик олиз 2 АТР 2 2 2 NАДН 6 АТР (4 АТР - рас тения) 6(4) Вс его в глик олизе: 8(6) ПируватДГ 2 NADH 6 ATP 6 Ц ТК 2 GТР(ATP) 2 ATP 2 6 NADH 18 ATP 18 2 FADH 4 ATP 4 Вс его в Ц ТК 30 Вс его п ри ок ис лении 1 м олек улы глюк озы 38(36)

Т естовые задания для сам оконтроля п о тем е «М етаб олизм »

1. Анаболизм ом назы вает с я п роцес с : 1. Рас п ада с ложны х м олек ул; 2. Гидролиза биом олек ул; 3. С интеза биом олек ул 4. Требующ ий п риток а энергии; 5. В резуль тате к оторого зап ас ает с я энергия.

2. В к ак ом органоиде п ротек ает глик олиз? 1. Митохондрия; 2. Я дро; 3. Ц итозоль ; 4. Х лороп лас т ; 5. Л изос ом а.

3. В к ак ой реак ции глик олиза образует с я АТР. 1. Гек с ок иназная; 2. Ф ос ф оф рук ток иназная; 3. Ф ос ф оглицерат к иназная; 4. Пируват к иназная; 5. Ф ос ф оглюк оизом еразная.

4. Глик олитич ес к ий НАДН м ож ет ок ис лять с я в м итохондриях за с ч ет работы ч елночны х м еханизм ов: 1. Пируватного; 2. Малат -ас п артатного; 3. Глицерол-ф ос ф атного; 4. Глиок с илатного; 5. С ук цинатного.

5. В к ак ой реак ции цик ла Кребс а к оф ерм ентом являт с я Ф АД? 1. Ак онитатгидратазная;


2. С ук цинатдегидрогеназная; 3. Малатдегидрогеназная; 4. Ц итрат с интазная; 5. Изоцитратдегидрогеназная.

6. В ч ем с м ы с л п одготовительного этап а глик олиза? 1. Образование С О2. 2. Образование п ирувата. 3. Ак тивация с убс тратов. 4. Образование м ем бранного п отенциала. 5. Образование АТР.

7. Как ие redox к ом п оненты входят в с ос тав Ком п лек с а IV элек тронтранс п ортной цеп и м итохондрий. 1. FeS к лас теры ; 2. Ц итохром c1; 3. Ц итохром a; 4. FAD; 5. FMN.

8. При ок ис лении одной м олек улы NADH образует с я: 1. 1 АТР; 2. 2 АТР; 3. 3 АТР; 4. 4 АТР; 5. 5 АТР.

9. Как ие ф ерм енты являютс я ф ерм ентам и Ц ТК: 1. АТФ с интетаза; 2. С ахараза (инвертаза); 3. Ф ос ф оф рук ток иназа; 4. Пируват к иназа; 5. Малатдегидрогеназа.

10. Как ой из п ереч ис ленны х ниж е к оф ерм ентов необходим для ф унк ционирования ОПФ П: 1. НАДР+; 2. КоА -SH; 3. АДФ ; 4. НАД+; 5. АТФ ?

11. Как ие к онечны е п родук ты образуют с я в резуль тате β-ок ис ления ж ирны х к ис лот : 1. с ук цинил-КоА ; 2. п роп ионил-КоА ; 3. ацетил-КоА ; 4. м етилм алонил-КоА ; 5. β-гидрок с ибутират?

12. Аллос терич ес к и регулируютс я: 1.Ф ос ф оглюк оизом ераза;


2. Ф ос ф оф рук ток иназа; 3. Малатдегидрогеназа; 4. Пируватдегидрогеназа; 5. Ц итрат с интаза

13. Нап ис ат ь реак цию Ц ТК, с оп ряж енную с образованием АТР. 14. Нап иш ите общ ее уравнение реак ции образования глицераль дегид-3-

ф ос ф ата из ф рук тозо-1,6-бис ф ос ф ата. Как ие ф ерм енты и к оф ерм енты п риним ают уч ас тие в этом п роцес с е?

15. Рас с ч итат ь ч ис ло м олек ул АТР, образующ ихс я п ри п олном ок ис лительном рас щ еп лении одной м олек улы с ахарозы до С О2 и Н20.

16. Как ов вы ход АТР п ри ок ис лении с теариновой к ис лоты (С 18)? О сновная литература: 1. Кнорре Д.Г . Биологич ес к ая хим ия / Д.Г.Кнорре, С .Д.Мы зина. – М . : Вы с ш . Ш к . 1998.

2. Ж еребцов Н.А . Биохим ия / Н.А .Ж еребцов, Т .Н.Поп ова, В.Г.Артюхов. – Воронеж : Изд-во Воронеж . у-та, 2002.

Д оп олнительная литература: 1. Ф илип п ович Ю .Б. Основы биохим ии / Ю .Б.Ф илип п ович . – М . : Вы с ш . Ш к ., 1993. 2. Л ениндж ер А . Основы биохим ии / А .Л ениндж ер. – М . : Мир, 1985. Т .1-3. http // www.lib.vsu.ru Ф ерм енты , м еханизм дейс твия, к лас с иф ик ация ф ерм ентов, аллос терия, к овалентная м одиф ик ация м етаболизм а, глик олиз, Ц ТК, Э ТЦ . С ос тавители: Поп ов Вас илий Ник олаевич

Ф алалеева Марина Ивановна Е п ринцев Алек с андр Троф им ович

Редак тор Тихом ирова О.А . __________________________________________________________________________

С дано в набор 03.04.2006. Подп ис ано в п еч ат ь 12.04.2006. Бум ага оф с етная 70г/м 2.

Ф орм ат 60х84/16. Гарнитура Times New Roman. Печ ат ь траф аретная. У с л. п . л. 2,5.

Тираж 100. Ном ер зак аза 237.

Отп еч атано в лаборатории оп еративной п олиграф ии

Издатель с к о-п олиграф ич ес к ого центра ВГУ

г. Воронеж , У ниверс итет с к ая п лощ адь , 1, к ом .43, тел.208-853.


http://www.lib.vsu.ru

392.ферменты общая характеристика и роль в...

Documents

Transcript of 392.ферменты общая характеристика и роль в...