Skip to content

Прості та складні ферменти. Специфічність дії. Організація ферментних систем | Ферменти 2

Лекція про прості та складні ферменти, їх будову, специфічність дії та роль коферментів у ферментних системах клітини.

Key Takeaways

  • Ферменти бувають прості та складні, де складні мають білкову і небілкову частини.
  • Апофермент визначає специфічність, а кофермент забезпечує каталітичну активність ферменту.
  • Коферменти часто є похідними вітамінів групи В і необхідні для нормального метаболізму.
  • Дефіцит вітамінів призводить до порушень ферментативної діяльності і метаболічних захворювань.
  • Класифікація коферментів допомагає зрозуміти їх роль у різних біохімічних процесах.

What the video covers

  • Ферменти поділяються на прості (складаються лише з білкової частини) та складні (містять білкову і небілкову частини).
  • Апофермент визначає специфічність ферменту, а небілкова частина (кофактор, кофермент або простетична група) забезпечує каталітичну активність.
  • Кофактори можуть бути іонами металів, а коферменти — органічними сполуками, часто похідними вітамінів.
  • Коферменти беруть участь у переносі електронів, атомів гідрогену чи функціональних груп, а також стабілізують структуру ферменту.
  • Вітаміни групи В є джерелом багатьох коферментів, що необхідні для нормального метаболізму.
  • Розглянуто класифікацію коферментів: порфіринові, нуклеотидні, фосфати вуглеводів, пептидні коферменти.
  • Описано роль основних вітамінів (В1, В2, В3, В5, В6, біотин, фолієва кислота) як коферментів у різних метаболічних процесах.
  • Пояснено, що дефіцит вітамінів призводить до порушення ферментативної активності і метаболічних розладів.
  • Вказано на важливість структури апоферменту для формування активного центру ферменту.
  • Обговорено функціональні особливості ферментних систем і їх організацію в клітині.

Chapters

  1. 00:00Вступ та класифікація ферментів: прості та складні
  2. 03:11Роль апоферменту та небілкових частин у ферментах
  3. 06:19Класифікація коферментів: нуклеотидні та інші
  4. 09:00Функції ФАД і ФМН у окисно-відновних реакціях
  5. 11:35Роль коферментів у метаболізмі та глюконеогенезі
  6. 14:00Принципи функціонування коферментів у каталізі
  7. 17:27Металоорганічні комплекси та активний центр ферментів
  8. 19:57Алостеричний центр та регуляція активності ферментів
  9. 25:24Специфічність ферментів: субстратна та каталітична
  10. 27:51Приклади ферментативних реакцій та їх специфічність

Answers

Questions about this video

Що таке прості та складні ферменти?

Прості ферменти складаються лише з білкової частини і не потребують додаткових компонентів для активності. Складні ферменти мають білкову частину (апофермент) і небілкову частину (кофактор або кофермент), які разом утворюють активний фермент.

Яка роль коферментів у ферментативних реакціях?

Коферменти беруть участь у переносі електронів, атомів гідрогену або функціональних груп, забезпечують каталітичну активність ферментів і часто підвищують їх стабільність.

Чому вітаміни групи В важливі для роботи ферментів?

Вітаміни групи В є попередниками багатьох коферментів, які необхідні для нормального перебігу метаболічних процесів. Їх дефіцит призводить до порушень ферментативної активності і розвитку метаболічних розладів.

Full Transcript — Download SRT & Markdown

00:01
Speaker A
Добрий день, колеги. Вас вітає Ірина Фоменко. Я докторка біологічних наук і професорка кафедри біологічної хімії Львівського національного медичного університету імені Данила Галицького. І в цій лекції я хотіла би продовжити тему ферментів, поговорити про особливості будови ферментів простих і складних, про
00:24
Speaker A
специфічність їх дії та організацію ферментативних систем у клітині. За хімічною будовою ферменти поділяють на дві великі групи: прості та складні ферменти. Прості ферменти складаються виключно з амінокислотних залишків, тобто виключно з білкової частини. Для прояву каталітичної активності таким ферментам не потрібні додаткові
00:53
Speaker A
небілкові компоненти. Прикладами простих ферментів є пепсин, трипсин, рибонуклеаза. Однак значна частина ферментів належить до складних. І такі складні ферменти містять два компонента, тобто білкову частину і відповідно небілкову частину. Білкова частина таких ферментів називається апоферментом.
01:22
Speaker A
Саме апофермент визначає специфічність ферменту, тобто здатність розпізнавати певний субстрат. Окремо апофермент зазвичай не проявляє своєї ферментативної активності. Лише після приєднання небілкової частини утворюється повністю функціональна активна форма ферменту, тобто холофермент.
01:49
Speaker A
Таким чином, холофермент можна розглядати як робочу форму ферменту. Залежно від природи небілкової частини використовують декілька термінів. Ну, зокрема, якщо небілковий компонент представлений йонами металів, такими як магній, цинк, кальцій або залізо, його доволі часто називають кофактором. Але зверніть увагу, кофактором його
02:17
Speaker A
називають у вузькому значенні цього слова, тому що доволі часто кофактор — це узагальнена назва усіх небілкових частин ферменту.
02:31
Speaker A
Якщо ж небілкова частина має органічну природу, її називають коферментом. Коли кофермент міцно, іноді навіть практично постійно зв'язаний з ферментом, тоді його називають простетичною групою.
02:50
Speaker A
Отже, ми з'ясували, що багато ферментів складаються з білкової та небілкової частини, тобто є складними. А тепер розглянемо, яку роль виконує кожна з них. Білкова частина ферменту, тобто апофермент, визначає специфічність ферменту, як вже було сказано, тобто його здатність розпізнавати певний
03:11
Speaker A
субстрат. Саме структура апоферменту формує активний центр і забезпечує вибірковість взаємодії з молекулами. Небілкова частина, кофактор чи кофермент або простетична група забезпечує каталітичну активність ферменту та часто підвищує його стабільність. Інакше кажучи, апофермент визначає, з чим працювати, а кофермент допомагає
03:41
Speaker A
виконати саму хімічну реакцію. Коферменти та простетичні групи виконують декілька важливих функцій. По-перше, вони безпосередньо беруть участь у каталізі. Багато коферментів працюють як переносники електронів, атомів гідрогену або окремих функціональних груп між молекулами.
04:03
Speaker A
По-друге, вони можуть стабілізувати просторову структуру ферменту та підтримувати правильну організацію активного центру. По-третє, небілкова частина значно розширює функціональні можливості ферменту. Завдяки коферментам ферменти здатні здійснювати такі хімічні перетворення, які сам білок виконати б ніколи не зміг.
04:30
Speaker A
До органічних кофакторів чи коферментів належать такі, які дуже часто є похідними вітамінами. До неорганічних кофакторів належать йони металів, наприклад магній, цинк, залізо, кальцій, марганець та інші. Цікаво, що і один і той самий кофермент може входити до складу
04:52
Speaker A
багатьох різних ферментів. Наприклад, НАД бере участь у роботі великої кількості дегідрогеназ та виконує функцію переносника електронів та атомів гідрогену. Саме тому достатнє надходження вітамінів є необхідною умовою для нормального функціонування багатьох ферментативних реакцій.
05:19
Speaker A
Коферменти можуть мати різну хімічну природу, але всі вони виконують одну спільну функцію — беруть участь у перебігу ферментативних реакцій.
05:30
Speaker A
Особливо важливо пам'ятати, що більшість коферментів утворюється з вітамінів, переважно водорозчинних вітамінів групи В. Саме тому дефіцит вітамінів часто супроводжується порушенням роботи ферментів і розвитком метаболічних розладів. За хімічною будовою коферменти можна розділити на декілька груп. До першої належать порфіринові коферменти.
05:59
Speaker A
Вони містять порфіринове кільце та беруть участь переважно в окисно-відновних процесах і транспорті кисню. До цієї групи належать гемвмісні структури, які входять до складу цитохромів, каталази та пероксидази.
06:19
Speaker A
Друга група — нуклеотидні коферменти. Саме вони є найпоширенішими в клітинах. До них належать НАДФ, коензим А та інші сполуки, які виконують функції переносників електронів або іноді окремих хімічних груп.
06:38
Speaker A
Третя група представлена коферментами, фосфатами вуглеводів. Вони беруть участь у метаболізмі вуглеводів і перенесенні вуглеводних залишків під час синтетичних процесів. Прикладом є УДФ-глюкоза, яка необхідна для синтезу глікогену та деяких складних вуглеводів.
07:01
Speaker A
Окрему групу становлять пептидні коферменти. Найважливішим представником є глутатіон — невеликий трипептид, який відіграє надзвичайно важливу роль в антиоксидантному захисті клітини та процесах детоксикації.
07:17
Speaker A
Проте серед усіх коферментів особливе місце займають похідні водорозчинних вітамінів групи В. Саме вони беруть участь у більшості ключових метаболічних процесів клітини.
07:33
Speaker A
Вітаміни після свого потрапляння в організм зазвичай все ще не є активними учасниками ферментативних реакцій, оскільки в клітинах вони повинні перетворитися на свої активні, тобто коферментні форми, які вже в такому вигляді можуть входити до складу ферментів і брати участь в каталізі. І
07:59
Speaker A
ось першим прикладом вітамінів, який важливий як кофермент, є вітамін В1 або тіамін. Його активна, тобто коферментна форма — це тіамін пірофосфат. Ну, він же ж тіаміндифосфат.
08:16
Speaker A
Цей кофермент бере участь у реакціях окисного декарбоксилування та перенесення альдегідних груп. Особливо важлива роль тіамінпірофосфату полягає в окисному декарбоксилуванні альфакетокислот, тобто в таких процесах, які забезпечують велику кількість енергії.
08:42
Speaker A
Другий приклад. Другий вітамін — це вітамін В2 або рибофлавін. З нього утворюються два важливі коферменти: флавін-аденіндинуклеотид (ФАД) і флавінмононуклеотид (ФМН).
09:00
Speaker A
Вони виконують функцію переносників електронів, тобто беруть участь в окисно-відновних реакціях. І саме тому ФАД і ФМН входять до складу багатьох оксидоредуктаз та ферментів дихального ланцюга мітохондрій.
09:18
Speaker A
Наступний вітамін — В3 або ПП, або ніацин. Його коферментними формами є нікотинамід-аденіндинуклеотид та нікотинамід-аденінуклеотид-фосфат, тобто НАД і НАДФ. Ці сполуки також є переносниками електронів, тобто беруть участь в окисно-відновних реакціях. І практично всі основні реакції катаболізму, гліколіз, цикл
09:50
Speaker A
трикарбонових кислот та інші метаболічні процеси пов'язані з участю НАД. Ще один надзвичайно важливий приклад — це пантотенова кислота або вітамін В5. З нею утворюється коензим А. Коензим А є переносником ацильних груп і бере участь у великій кількості реакцій обміну
10:15
Speaker A
вуглеводів, ліпідів та амінокислот. Саме через коензим А проходять такі ключові метаболіти, як ацетилкоензим А та сукцинілкоензим А, який ви вивчатимете невдовзі.
10:32
Speaker A
Тож продовжимо. Вітамін В6 або піридоксин в клітинах перетворюється на піридоксальфосфат. Скорочено ми використовуємо абревіатуру ПАЛФ.
10:46
Speaker A
ПАЛФ є одним з найважливіших коферментів обміну амінокислот. Запам'ятайте, він бере участь у реакціях трансамінування, декарбоксилювання та інших перетвореннях амінокислот.
11:01
Speaker A
Саме за участю ПАЛФ синтезується багато біологічно активних сполук, зокрема нейромедіатори, що важливо пам'ятати, оскільки це часто трапляється в тестах КРОК-1.
11:17
Speaker A
Наступний вітамін — це біотин. Він же вітамін Н. Біотин є коферментом карбоксилаз, оскільки його активна форма — карбоксибіотин, тобто потрібен для карбоксилювання.
11:35
Speaker A
І такі реакції мають значення в глюконеогенезі, який ми вивчатимемо пізніше, а також синтезі жирних кислот та інших метаболічних процесах.
11:48
Speaker A
Далі — фолати, фолієва кислота або вітамін В9, він же Вс. Активна його форма — це тетрагідрофолат або тетрагідрофолієва кислота, тобто відповідно ТГФК.
12:08
Speaker A
Цей кофермент переносить одновуглецеві фрагменти і бере
12:21
Speaker A
І саме тому дефіцит фолієвої кислоти часто супроводжується порушенням синтезу ДНК та процесів клітинного поділу.
12:33
Speaker A
Наступний вітамін B12 або кобаламін бере участь у перенесенні метильних груп та деяких реакціях внутрішньомолекулярних перебудов.
12:46
Speaker A
Особливе значення він має для процесів кровотворення та функціонування нервової системи. Останнім у цій табличці є вітамін С. На відміну від більшості розглянутих раніше вітамінів групи Б, аскорбінова кислота не утворює класичного коферменту, проте бере участь у роботі низки ферментів, як відновник і
13:12
Speaker A
антиоксидант. Необхідна аскорбінова кислота для синтезу колагену, підтримання антиоксидантного захисту та багатьох інших процесів. Якщо уважно подивитися на два слайди з коферментами, можна побачити важливу закономірність.
13:32
Speaker A
Кожний вітамін виконує свою специфічну функцію, але всі вони зрештою забезпечують роботу ферментів і підтримують нормальний перебіг метаболічних процесів. Саме тому дефіцит вітамінів фактично означає дефіцит коферментів, а отже, зниження ефективність багатьох ферментативних реакцій.
14:00
Speaker A
Інший принцип класифікації базується на функції, яку коферменти виконують під час каталізу. І в більшості випадків коферменти працюють як переносників або електронів, або атомів, чи можливо навіть і окремо хімічних груп між молекулами. І ось перша велика група чи перший великий клас коферментів - це
14:24
Speaker A
переносники атомів водню та електронів. Вони беруть участь в окисновідновних реакціях. До цієї групи належать надф, фат імен, про які ми говорили вже раніше. І саме ці коферменти відіграють центральну, найважливішу роль у процесах біологічного окиснення та постачання енергії. Другу групу коферментів за
14:55
Speaker A
в класифікації за функцією складають коферменти, що переносять різні хімічні групи. Залежно від природи групи, яку вони переносять, е, їх вони зрештою можуть переносити ацильні залишки, аміногрупи, метильні групи або одновууглицеві фрагменти. І прикладами коферментів, що належать до ці до цього
15:25
Speaker A
класу, до цієї групи коферментів, як коензим А, який переносить ацильні групи піродоксальфосфат що переносить аміногрупи, тетрагідрофолат переносить одновуглицеві фрагменти. Без цих кофергментів було б були би неможливими численні реакції синтезу та розщеплення біомолекул.
15:50
Speaker A
Третя група, чи то третій клас коферментів, включає ті, що беруть участь в реакціях ізомеризації та розщепленні вуглец вуглецевих зв'язків. До них належать, зокрема, коферменти, похідні тіаміну та кобаламіну. Вони забезпечують перебудову молекул, яка необхідна для нормального функціонування багатьох метаболічних
16:16
Speaker A
шляхів. Отже, незважаючи на значну структурну різноманітність, більшість коферментів можна розглядати як своєрідні молекули молекулярних переносників, тобто транспортерів. Вони тимчасово приймають електрони або хімічні групи від однієї молекули та передають на іншу, забезпечуючи безперервний перебіг метаболічних процесів у клітині. І саме завдяки
16:47
Speaker A
коферментам ферменти здатні виконувати надзвичайно широкий спектр хімічних перетворень. Окрему групу складних ферментів становлять металоферменти.
17:01
Speaker A
Це ферменти, до складу яких входять йони металів, необхідні для їхньої нормальної роботи. На відміну від активаторів, які можуть тимчасово взаємодіяти з ферментами, у металоферментах йон металу є постійним компонентом структури ферменту. Йони металів можуть входити до складу ферментів у різних
17:27
Speaker A
формах. Найчастіше вони представлені у вигляді окремих катіонів, які координуються певними амінокислотними залишками білка. В інших випадках метал входить до складу складнішого металоорганічного комплексу, наприклад, гему або кобаламіну.
17:49
Speaker A
Яку роль виконують метали у ферментах? По-перше, вони можуть стабілізувати просторову структуру білкової молекули. По-друге, вони можуть брати безпосередню участь у каталізі. По-третє, полегшувати зв'язування субстрату в активному центрі. І нарешті, багато металів беруть участь у перенесенні електронів під час
18:13
Speaker A
окисновідновних реакцій. Саме тому без відповідного йону металу фермент часто повністю втрачає свою активність. На цьому слайді наведено декілька важливих прикладів. Йони міді входять до складу цитохромоксидази та супероксид дисмутази.
18:34
Speaker A
Залізо є важливою частиною каталази, цитохромів та багатьох оксидоредуктаз. Магній необхідний для роботи численних ферментів обміну вуглеводів, зокрема гексокінази.
18:49
Speaker A
Цинк входить до складу карбоангідрази, алкогольдегідрогенази та лужної фосфатази. Таким чином, йони металів не є просто мінеральними компонентами клітини, а важливими учасниками ферментативного каталізу.
19:07
Speaker A
Саме тому дефіцит або надлишок певних мікроелементів може супроводжуватись порушенням активності багатьох ферментів та розвитком патологічних станів.
19:20
Speaker A
Я вже раніше згадувала, що фермент здатний вибірково взаємодіяти зі субстратом. Але де саме відбувається ця взаємодія?
19:30
Speaker A
Для цього у молекулі ферменту існує спеціалізована ділянка, яка називається активний центр. Тож активний центр - це відносно невелика частина ферментативної молекули, де відбуваються два найважливіших процеси: зв'язування субстрату та його перетворення на продукт реакції. Цікаво, що активний центр формується амінокислотними
19:57
Speaker A
залишками, які в первинній структурі білка можуть бути розташовані далеко один від одного. Однак у процесі згорта згортання, формування третинної структури білка в просторі вони зближуються та утворюють функціонально єдину ділянку.
20:16
Speaker A
Саме будова активного центру визначає специфічність дії ферменту, тобто його здатність розпізнавати певний субстрат серед великої кількості інших молекул.
20:29
Speaker A
У структурі активного центру зазвичай виділяють дві основні частини. Перша - це субстрат зв'язувальна ділянка або контактна.
20:41
Speaker A
Вона забезпечує правильне приєднання субстрату та його орієнтацію відносно каталітичних груп. Друга - це каталітична ділянка. Саме тут відбувається безпосереднє хімічне перетворення субстрату на продукт реакції. Для от утримання субстрату в активному центрі використовуються різні типи взаємодій. Найчастіше це водневі
21:07
Speaker A
зв'язки, електростатичні взаємодії. гідрофобні контакти та вандервальцівські сили. Кожна окрема взаємодія є відносно слабкою, але їх сукупність забезпечує високу специфічність зв'язування.
21:23
Speaker A
До складу активного центру можуть входити різні функціональні групи амінокислотних залишків. Особливо важливу роль відіграють залишки сирину, гістидину, аспарагінової та глютамінової кислот, лізину цистеїну та деяких інших амінокислот.
21:44
Speaker A
У складних ферментах в активному центрі можуть також розташовуватись коферменти або йони металів, які безпосередньо беруть участь у каталізі.
21:56
Speaker A
Таким чином, активний центр є функціональним ядром ферменту. Саме тут відбувається розпізнавання субстрату, утворення фермент субстратного комплексу та перебіг хімічної реакції.
22:14
Speaker A
Щойно ми розглянули активний центр, проте багато ферментів мають ще одну важливу функціональну ділянку, тобто алостеричний центр. Алостеричний центр розташований поза межами активного центру і не бере безпосередньої участі у каталітичному акті. Його головна функція полягає у регуляції активності ферменту.
22:43
Speaker A
Тому інша назва алостеричного центру - регуляторний центр. Коли до алостеричного центру приєднується певна молекула, тобто молекула регулятору ві модулятору, відбувається зміна просторової структури ферменту. Такі зміни називаються конформаційними.
23:05
Speaker A
У результаті може змінюватись будова активного центру, а отже, і здатність ферменту взаємодіяти з субстратом. Саме тому алостеричні ферменти можуть існувати щонайменше у двох функціональних станах. Активна конформація характеризується високою спорідненістю до субстрату та високою каталітичною активністю. Неактивна конформація, навпаки має низьку
23:33
Speaker A
спорідненість до субстрату і проявляє значно нижчу активність. Залежно від природи регуляторної молекули можливі два основні варіанти впливу. Якщо зв'язування ліганду підвищує активність ферменту, таку молекулу називають алостеричним активатором.
23:53
Speaker A
Якщо ж приєднання призводить до зникнення активності ферменту, говорять про алостеричний інгібітор. На відміну від активного центру, алостеричний центр не забезпечує каталіз реакції. Його роль полягає саме в регуляції роботи ферменту. Завдяки цьому клітина може дуже швидко змінювати активність ключових метаболічних шляхів
24:20
Speaker A
у відповідь на свої потреби. Отже, ми розглянули будову ферментів, властивості кофакторів, організацію активного талостеричного центрів. А тепер ми можемо перейти до одного з важливих питань ферментативного каталізу, тобто специфічності.
24:41
Speaker A
Окрім того, важливо сказати, що ферменти рідко працюють ізольовано. У більшості випадків вони об'єднуються в складні ферментативні системи, а також метаболічні шляхи, де продукт однієї реакції стає одразу субстратом для наступної реакції.
25:00
Speaker A
Отже, специфічність є однією з найважливіших властивостей ферментів. І саме вона забезпечує високу точність біохімічних процесів у клітині. Саме завдяки специфічності кожен фермент розпізнає саме певні молекули і виконує лише визначені реакції. Причиною такої вибірковості є, як ми вже обговорювали
25:24
Speaker A
раніше, будова активного центру. Розрізняють два великих типи специфічності ферментів. Це субстратна та каталітична специфічності.
25:37
Speaker A
Субстратна специфічність характеризує здатність ферменту розпізнавати певний субстрат або групу субстратів. І інакше кажучи, субстратна специфічність відповідає на запитання, з якою ж молекулою буде працювати фермент.
25:58
Speaker A
В наступних слайдах ми розберемо підвиди субстратної специфічності, але вони бувають абсолютною відносною та стереоспецифічністю.
26:09
Speaker A
Другий тип специфічності - це каталітична специфічність. Вона визначає, яку саме хімічну реакцію здатний каталізувати фермент. Навіть якщо різні ферменти працюють з одним тим самим субстратом, кожен з них може здійснювати зовсім інше хімічне перетворення. Наприклад, один фермент може відщеплювати певну групу, інший
26:34
Speaker A
переносити її на іншу молекулу, а третій - здійснювати окисновідновну реакцію. Отже, субстратна специфічність відповідає на питання: з чим працює фермент, а каталітична, що саме робить фермент з цим субстратом.
26:52
Speaker A
Саме поєднання цих двох властивостей забезпечує надзвичайну точність та впорядкованість метаболічних процесів у живих організмах.
27:03
Speaker A
Найвищим проявом субстратної специфічності є абсолютна специфічність. У цьому випадку фермент здатний взаємодіяти лише з одним конкретним субстратом і не каталізує перетворення жодної іншої молекули. Причиною такої вибірковості є надзвичайно точна відповідність між будовою субстрату та активного центру ферменту. Навіть незначні зміни у
27:33
Speaker A
структурі молекули можуть зробити її непридатною для зв'язування з ферментом. На схемі наведено класичний приклад уреазу. Уреаза каталізує розщеплення лише однієї сполуки, тобто сечовини.
27:51
Speaker A
Після зв'язування субстрату в активному центрі відбувається реакція гідролізу, тобто розщеплення сечовини за участю води. внаслідок якої утворюється аміакта вуглекислий газ. Жодна інша подібна молекула не може ефективно замінити сечовину в цій реакції.
28:13
Speaker A
Ще одним прикладом абсолютної специфічності є глюкокіназа. Цей фермент каталізує фосфорилування глюкози з утворенням глюкози шість фосфату. При цьому глюкокіназа практично не взаємодіє з іншими моносахаридами, такими як фруктоза та галактоза.
28:34
Speaker A
Активний центр ферменту сформований так, що забезпечує точне розпізнавання саме молекули глюкози. До ферментів з абсолютною специфічністю можуть також належати аргеназа, яка каталізує розщеплення аргеніну та каталаза, основним субстратом якої є перекис водні. Біологічне значення абсолютної специфічності полягає у високій точності метаболічних процесів.
29:03
Speaker A
Завдяки такій вибірковості клітина може контролювати перебіг великої кількості реакцій, одночасно не допускаючи небажаних побічних перетворень.
29:16
Speaker A
На відміну від абсолютної специфічності, при якій фермент працює лише з одним субстратом, відносна субстратна специфічність є більш гнучкою. У цьому випадку фермент здатний виконувати взаємодію не з однією конкретною молекулою, а з групою з групою структурно-подібних субстратів або з
29:39
Speaker A
певним типом хімічного зв'язку. Тобто фермент розпізнає не всю молекулу цілком, а певні структурні особливості, які є спільними для декількох субстратів.
29:50
Speaker A
Класичним прикладом є травні протеази. Усі вони каталізують ту саму реакцію гідроліз пептидних зв'язків у білках.
30:00
Speaker A
Проте кожен фермент має свої переваги щодо місця розчеплення поліпептидного ланцюга. Наприклад, трипсин перенада віддає перевагу розщепленню пептидних зв'язків після залишків лізину та аргеніну, тобто позитивно заряджених амінокислот.
30:22
Speaker A
Хімотрипсин віддає перевагу ароматичним амінокислотам, тобто фунілаіну, тирозину та триптофану. А еластаза навпаки розщеплює зв'язки поблизу невеликих неполярних амінокислот, таких як алленін, гліцин та валін. Таким чином, усі ці ферменти каталізують один тип реакції, але діють на різні ділянки однієї і тієї самої молекули білка.
30:50
Speaker A
Ще одним прикладом відносної специфічності є гексокіназа. Цей фермент каталізує фосфорлування кількох близьких за будово імуносахаридів: глюкози, фруктози та манози. Для гексокінази важливою є не унікальна структура одного субстрату, а наявність спільних структурних ознак характерний для цієї групи цукрів.
31:17
Speaker A
Біологічне [сопіння] значення відносної специфічності полягає в тому, що вона робить метаболізм більш гнучким. Клітина отримує можливості використовувати різні, але подібні молекули без необхідності синтезувати окремий фермент для кожного субстрату.
31:35
Speaker A
Саме тому в багатьох підручниках відносну специфічність називають груповою специфічністю, оскільки фермент розпізнає цілу групу подібних субстратів.
31:51
Speaker A
Ще одним важливим проявом субстратної специфічності є стереоспецифічність. Нагадаю, що багато біологічних молекул можуть існувати у вигляді стереоізомерів, тобто сполук з однаковою хімічною формулою, але різним просторовим розташуванням атомів або груп.
32:12
Speaker A
Для більшості ферментів така різниця є принциповою, оскільки фермент здатний розпізнавати лише один із можливих просторових варіантів молекули, тоді як інший ізомер не зв'язується з активним центром або ж зв'язується дуже слабко.
32:28
Speaker A
Причина цього полягає в особливості будови активного центру. Активний центр має певну тривимірну конфігурацію, яка є комплементарною, тобто відповідною лише одному просторовому варіанту субстрату.
32:44
Speaker A
Якщо розташування функціональних груп в молекулі змінюється, необхідна відповідність між субстратом та активним центром втрачається.
32:54
Speaker A
На схемі показано, що правильний стероізомер може утворювати всі необхідні контакти з активним центром. Отже, реакція відбувається. Тоді як неправильний стероізомер нездатний правильно розміститись в активному центрі і тоді реакція не відбувається.
33:12
Speaker A
Розглянемо декілька прикладів. Лактат дегідрогеназа каталізує окиснення саме ель-лактату депірувату. Де-лактат для цього ферменту не буде ефективним субстратом.
33:25
Speaker A
Інший приклад. Аміноацил тернка синтетази. Ці ферменти забезпечують приєднання амінокислот до відповідних транспортних РНК під час синтезу білка.
33:36
Speaker A
І розпізнають вони тільки L амінокислоти, оскільки амінокислоти не використовуються для побудови білків у клітинах людини. Стероспецифічність має величезне біологічне значення. Саме вона забезпечує високу точність метаболічних процесів, правильний синтез білка та вибірковість дії багатьох ферментів.
34:00
Speaker A
Крім того, ця властивість має практичне значення у фармакології. Різні стероізомери однієї і тієї ж лікарської речовини можуть по-різному взаємодіяти з ферментами та рецепторами організму, що впливає на їхню ефективність і безпечність. Отже, стереоспецифічність є наслідком тривимірної організації активного центру ферменту та забезпечує
34:27
Speaker A
вибіркове розпізнавання лише певного просторового ізомеру ферменту. До цього моменту ми розглядали ферменти переважно як окремі молекули. Однак у живій клітині ферменти працюють не хаотично, а чітко організовано в просторі. Цей принцип називається компартменталізацією.
34:53
Speaker A
Компартменталізація - це розподіл ферментів між різними органелами, клітинними структурами та тканинами організму. Завдяки цьому метаболічні процеси можуть відбуватися одночасно і не заважати один одному. Розглянемо декілька прикладів. У мітохондріях локалізуються ферменти циклу трикарбонових кислот, бетаокиснення жирних кислот дихального ланцюга та
35:22
Speaker A
окисного фосфорилування. Саме тому мітохондрії часто називають енергетичними станціями клітини. У пероксисомах містяться ферменти окиснення довголанцюгових жирних кислот, а також каталаза та деякі інші ферменти детоксикації.
35:41
Speaker A
У лізосомах локалізуються гідролітичні ферменти, які забезпечують внутрішньоклітинне травлення та утилізацію пошкоджених структур. Ендоплазматична сітка містить ферменти синтезу ліпідів, а також ферменти синтезу цитохрому P-450, які беруть участь у знешкодженні ксинобіотиків.
36:04
Speaker A
В апараті Гольджі відбувається модифікація та сортування і упаковка багатьох білків. У ядрі працюють ферменти реплікації, транскрипції та репарації ДНК. Частина ферментів локалізована безпосередньо в цитозолі, де відбуваються такі процеси, як гліколіс та окремі етапи обміну амінокислот.
36:26
Speaker A
Проте специфічність ферментів визначається не лише клітинною локалізацією. Важливе значення має також тканинна специфічність. Різні тканини організму експресують різні набори ферментів залежно від своїх функцій. Наприклад, у серцевому м'язі висока активність креатин фосфокінази, у печінці алаіннотрансферази, в підшлунковій залозі амілази та ліпази,
36:54
Speaker A
у шлунку пепсину. І саме визначення активності певних ферментів в крові має велике діагностичне значення, про що ми поговоримо пізніше. Коли відбувається ушкодження тканини, ферменти виходять із клітину в кровотік і їхнє підвищення може вказувати на локалізацію певного патологічного процесу.
37:18
Speaker A
В багатьох випадках клітина об'єднує декілька ферментів в єдині функціональні системи, які називають поліферментними комплексами. Отже, поліферментний комплекс - це сукупність кількох ферментів, які послідовно каталізують окремі етапи одного метаболічного процесу.
37:41
Speaker A
На схемі ліворуч показано загальний принцип роботи такого комплексу. Продукт першого ферменту відразу передається другому, а потім третьому ферменту без необхідності дефундувати у цитозоні.
37:55
Speaker A
Завдяки цьому клітина отримує декілька важливих переваг. По-перше, значно зростає швидкість перебігу такого метаболічного процесу, оскільки метаболічні продукти не витрачають часу на пошук наступного ферменту. По-друге, зменшується ризик втрати або небажаного перетворення проміжних продуктів.
38:17
Speaker A
По-третє, забезпечується точна координація та регуляція всього метаболічного шляху. Класичним прикладом поліферментного комплексу є піруватдегідрогеназний комплекс, який ви неодноразово ще зустрінете в наступному курсі біохімії.
38:37
Speaker A
Основна функція цього комплексу полягає в перетворенні піруту на ацетилкоензим. А цей процес складається з декількох послідовних реакцій, які каталізують три ферменти. Перший фермент піруват дегідрогеназа здійснює декарбоксилування пірувату з утворенням вуглекислого газу.
38:59
Speaker A
Другий фермент переносить ацетильну групу на коензим. А третій фермент забезпечує регенерацію компонентів комплексу для наступного циклу роботи.
39:11
Speaker A
Особливістю піроватди ггідрогеназного комплексу є використання відразу декількох коферментів. Для його роботи необхідні тіамін пірофосфат, ліпоєва кислота, коензим А, фад та нату. Саме тому піроват дегідрогеназний комплекс часто називають класичним принципом взаємодії кількох коферментів в межах однієї ферментної системи. З клінічної
39:37
Speaker A
точки зору це також важливо, оскільки дефіцит тіаміну, тобто вітаміну B1, призводить до порушення роботи цілого комплексу і накопичення пірувату, і лактату.
39:51
Speaker A
Існує ще один спосіб організації багатостадійних метаболічних процесів. Це мультифункціональні ферменти. Загалом, мультифункціональний фермент - це один поліпептидний ланцюг, але який містить декілька каталітичних центрів і здатен послідовно здійснювати декілька реакцій одного метаболічного шляху.
40:18
Speaker A
Інакше кажучи, якщо в поліферментному комплексі працює декілька окремих білків, то тут усі активності представлені одним білком, однією молекулою. Принцип роботи таких ферментів дуже подібний до поліферментних комплексів. Продукт першої реакції одразу передається до наступного активного центру, де відбувається наступний етап
40:45
Speaker A
перетворення. Завдяки цьому забезпечується висока швидкість процесу та зменшується ймовірність втрати проміжних продуктів. Одним з класичних прикладів багатофункціонального комплексу є комплекс синтезу піримідині, відомий як кадкомплекс.
41:05
Speaker A
Назва КАД походить від трьох ферментативних активностей і об'єднує карболфосфат синтазну активність, аспартат транскарбомелазну та дегідроаротазну активності. Усі ці реакції є етапами синтезу пірамідинових нуклеотидів. Тобто одна велика білкова молекула забезпечує одразу кілька стадій метаболічного процесу. Як і поліферментні комплекси,
41:34
Speaker A
мультифункціональні ферменти мають низку переваг. Вони прискорюють перебіг реакцій, забезпечують ефективне використання проміжних метаболітів і полегшують координацію та регуляцію процесу. Проте між цими двома типами організації існує принципова відмінність.
41:54
Speaker A
У поліферментному комплексі кожна реакція каталізується окремим білком, а у мультифункціональному ферменті всі каталітичні центри належать одній білковій молекулі.
Topics:ферментиапоферменткоферменткофакторбіохіміявітаміни групи Вметаболізмактивний центрферментативні системикаталіз

Get More with the SozAI App

Transcribe recordings, audio files, and YouTube videos — with AI summaries, speaker detection, and unlimited transcriptions.

App Store Google Play
Or transcribe another YouTube video here →

Free tools: TXT to SRT · SRT Validator · Merge SRT · Subtitle to Text · All tools

More from Біохімія для студентів-медиків від Ірини Фоменко

View All
Регуляція ферментативної активності | Ферменти 4 — Transcript43:29
Регуляція ферментативної активності | Ферменти 4 — Transcript
3,725 1 Ukrainian
Механізм дії та кінетика ферментативних реакцій | Ферме… — Transcript38:43
Механізм дії та кінетика ферментативних реакцій | Ферме… — Transcript
4,388 1 Ukrainian
Практика закупівель: покроково про закупівлю електрично… — Transcript1:47:32
Практика закупівель: покроково про закупівлю електрично… — Transcript
12,590 1 Ukrainian
Китайська, математика, філософія — база нового божевіль… — Transcript1:02:07
Китайська, математика, філософія — база нового божевіль… — Transcript
8,924 1 Ukrainian
FMU 1-30 | Talking about vacation in Ukrainian | 5 Minu… — Transcript8:09
FMU 1-30 | Talking about vacation in Ukrainian | 5 Minu… — Transcript
130 1 Ukrainian
FMU 1-28 | How to talk about the weather in Ukrainian |… — Transcript7:23
FMU 1-28 | How to talk about the weather in Ukrainian |… — Transcript
1,205 1 Ukrainian
ПСИХОЛОГІЯ УСПІХУ. ЧОРНА СМУГА. ЗМІСТ ВИПРОБУВАНЬ. РОСІ… — Transcript1:07:28
ПСИХОЛОГІЯ УСПІХУ. ЧОРНА СМУГА. ЗМІСТ ВИПРОБУВАНЬ. РОСІ… — Transcript
8,500 1 Ukrainian
CLAAS JAGUAR 1200 — Transcript2:22
CLAAS JAGUAR 1200 — Transcript
129 1 Ukrainian
УКРАЇНСЬКА МОВА – формування, заборони, відродження | О… — Transcript1:50:38
УКРАЇНСЬКА МОВА – формування, заборони, відродження | О… — Transcript
15,125 1 Ukrainian
Жінки в пеклі Сталіна: українки у ГУЛАГу | The Документ… — Transcript29:02
Жінки в пеклі Сталіна: українки у ГУЛАГу | The Документ… — Transcript
3,548 1 Ukrainian
Ударний дриль. Принцип роботи та будова — Transcript9:42
Ударний дриль. Принцип роботи та будова — Transcript
1,081 1 Ukrainian
Дмитро ДОНЦОВ: від марксиста-атеїста до націоналіста й … — Transcript55:13
Дмитро ДОНЦОВ: від марксиста-атеїста до націоналіста й … — Transcript
4,907 1 Ukrainian