бх лекция 2
Download as PPTX, PDF0 likes834 views
Лекция посвящена номенклатуре и классификации ферментов, описывающей их важность в биохимии и диагностике заболеваний. Обсуждаются основные классы ферментов, их реакционная специфичность, примеры и механизмы действия. В заключение отмечается, что классификация и номенклатура ферментов важны для понимания множества известных биохимических реакций.
бх лекция 2
- 1. Дисциплина: биохимия (С2.Б.4) Специальность: лечебное дело (060101) НГМУ, кафедра медицинской химии Д.б.н., доцент Суменкова Дина Валерьевна Лекции: ЭНЗИМОЛОГИЯ
- 3. Актуальность темы Номенклатура и классификация ферментов – «путеводитель» в мире ферментов, который позволяет определить тип катализируемой реакции и субстрат искомого фермента 3
- 4. План лекции Номенклатура ферментов Классы ферментов: характеристика структурных единиц классификатора (классов, подклассов) примеры ферментов 4
- 5. Цель Знать: принципы номенклатуры и классификации ферментов характеристику классов ферментов и основных подклассов примеры реакций, катализируемых ферментами разных классов Знания номенклатуры и классификации ферментов необходимы для понимания сущности химических превращений, катализируемых основными ферментами организма человека, в том числе используемыми в диагностике заболеваний 5
- 6. Номенклатура IUBMB Номенклатура международного союза биохимии и молекулярной биологии (1961 г) Название фермента: название субстрата (или субстратов) + тип реакции + аза ПРИМЕР: алкоголь: NAD+ оксидоредуктаза (алкогольдегидрогеназа) 6
- 7. Номенклатура ферментов Протеаза Альдолаза Липаза Нуклеаза Тривиальные названия: пепсин, трипсин, ренин Название субстрата + аза 7
- 8. Классы ферментов Основа деления ферментов на классы: тип катализируемой реакции (реакционная, или каталитическая специфичность) 6 КЛАССОВ ФЕРМЕНТОВ : 1. Оксидоредуктазы 2. Трансферазы 3. Гидролазы 4. Лиазы 5. Изомеразы 6. Лигазы Классы делят на подклассы, подподклассы Каждый фермент имеет кодовый номер 8
- 9. Что означает кодовый номер фермента? КФ 1.1.1.1. Алкоголь: NAD+ оксидоредуктаза (алкогольдегидрогеназа) 1 - Класс: оксидоредуктазы (реакции окисления- восстановления) 1 - Подкласс: действующие на СН-ОН группу доноров 1 - Подподкласс: с NAD+ в качестве акцептора 1 – Порядковый номер фермента в группе CH3 CH2OH + NAD+ ↔ CH3CHO + NADH + H+ 9
- 10. Класс 1. Оксидоредуктазы тип реакций: окислительно-восстановительные подклассы и подподклассы характеризуют группу донора и вид акцептора акцепторы-коферменты: NAD+ , NADP + (vit PP), FAD, FMN (vit B2) 10
- 11. Группы оксидоредуктаз Оксидазы Аэробные дегидрогеназы Анаэробные дегидрогеназы Оксигеназы Гидропероксидазы 11
- 12. Группы оксидоредуктаз: оксидазы тип реакций: дегидрирование (отщепление водорода) акцептор водорода: кислород продукт реакции: вода кофакторы: медь, железо ПРИМЕР: цитохромоксидаза электроны, высвобождаемые из молекул различных субстратов при их полном окислении в клетке, переносятся на кислород с образованием метаболический воды О2 + 4Н+ + 4 е- → 2Н2О Fe 3+ + e- → Fe2+ / Fe 2+ - e- → Fe3+ Cu 2+ + e- → Cu 1+ / Cu 1+ - e- → Cu 2+ 12
- 13. Группы оксидоредуктаз: аэробные дегидрогеназы тип реакций: дегидрирование акцептор водорода: кислород продукт реакции: Н2О2 простетическая группа: FMN, FAD кофакторы: ионы металлов ПРИМЕР: ксантиноксидаза (FAD, Mo2+, Fe3+) ксантин + H2O + O2 → мочевая кислота + Н2О2 (реакция метаболизма пуриновых нуклеотидов) 13
- 14. Группы оксидоредуктаз: анаэробные дегидрогеназы тип реакций: дегидрирование акцептор водорода: NAD+ , NADP+ , FMN, FAD 14
- 15. Группы оксидоредуктаз: оксигеназы • тип реакций: включение кислорода в субстрат (диоксигеназы и монооксигеназы) монооксигеназы (гидроксилазы) –включение в субстрат 1 атома кислорода с образованием в субстрате -ОН, другой атом – восстанавливается до воды с участием косубстрата как донора электронов 15
- 16. Монооксигеназы как ферменты микросомальной системы гидроксилирования (МСГ) цитохром Р-450-содержащие монооксигеназы микросом печени – ферменты метаболизма ксенобиотиков (например, лекарственных препаратов) R-Н + О2 + 2Fe 2+ (Р-450) + 2H+ → R-ОН + Н2О + 2Fe 3+ R-H – субстрат окисления (ксенобиотик, гидрофобный) R-OH – метаболит микросомального окисления (гидрофильный за счет образования -ОН, что способствует его выведению из организма) 16
- 17. Механизм работы электронтранспортной цепи МСГ 17
- 18. Механизм работы электронтранспортной цепи МСГ (см. схему слайда 17) 18 (1) Связывание в активном центре цитохрома Р450 вещества RH активирует восстановление железа в геме - присоединяется первый электрон (2). Изменение валентности железа увеличивает сродство комплекса P450-Fe2+·RH к молекуле кислорода (3). Появление в центре связывания цитохрома Р450 молекулы О2 ускоряет присоединение второго электрона и образование комплекса P450-Fe2+O2 --RH (4). На следующем этапе (5) Fe2+ окисляется, второй электрон присоединяется к молекуле кислорода P450- Fe3+O2 2-. Восстановленный атом кислорода (О2-) связывает 2 протона, и образуется 1 молекула воды. Второй атом кислорода идёт на построение ОН-группы (6). Модифицированное вещество R-OH отделяется от фермента (7).
- 19. Группы оксидоредуктаз: гидропероксидазы cубстрат: Н2О2 продукт: Н2О ферменты: ГПО, каталаза Пример: глутатиопероксидаза (ГПО) кофермент-донор водорода: глутатион GS-H (трипептид: γ-глутамил-цистеинил-глицин) кофактор: селен Н2О2 + 2GS-H → 2Н2О + GSSG GS-H – восстановленный глутатион GSSG – окисленный глутатион Восстановление глутатиона после реакции обеспечивает глутатион редуктаза (донор водорода - NADPH) 19
- 20. Группы оксидоредуктаз: гидропероксидазы 20 Пример: каталаза «чемпион» катализа кофактор: гем (Fe 3+) роль: разложение перекиси водорода (сильнейший окислитель), образованной при действии аэробных дегидрогеназ 2Н2О2 → 2Н2О + О2 Чем отличается «работа» каталазы и ГПО?
- 21. Оксидоредуктазы - антиоксиданты Антиоксиданты – ингибиторы свободно- радикального окисления Активные метаболиты кислорода – окислители (НО•, Н2О2 , О2 ·- ) Ферменты-антиоксиданты: каталаза, ГПО, СОД супероксиддисмутаза (СОД) О2 ·- + О2 ·- + 2Н+ → Н2О2 + О2 Реакция дисмутации супероксид-аниона довольно быстро протекает спонтанно, но супероксид ещё быстрее реагирует с NO, образуя пероксинитрит – сильнейший окислитель Супероксиддисмутаза обладает самой высокой скоростью катализа 21
- 22. Класс 2. Трансферазы тип реакций: перенос функциональных групп с одного субстрата на другой подклассы характеризуют переносящую группу: аминотрансферазы метилтрансферазы фосфотрансферазы (киназы) и др. 22
- 24. Метилтрансферазы 24 SAM (S-аденозилметионин) – активная форма метионина – донора CH3 Норадреналин- метилтрансфераза
- 26. Класс 3. Гидролазы тип реакций: гидролиз (расщепление ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва) Подклассы характеризуют тип гидролизуемой связи: пептидазы (гидролиз пептидных связей): пепсин, трипсин гликозидазы (гидролиз гликозидных связей): сахараза, лактаза, амилаза гидролазы эфирных связей: эстеразы, липазы, фосфатазы 26
- 27. Гидролаза эфирных связей карбоновых кислот 27
- 28. Класс 4. Лиазы типы реакций: 1) расщепление связей негидролитическим путем, отщепление простых молекул (СО2, Н2О, NH2, SH2). Подклассы характеризуют вид расщепляемой связи (C-C, C-N, C-O,C-S, P-O) в реакции декарбоксилирования аминокислот участвует кофермент пиридоксальфосфат (ПФ, vit B6) 28
- 29. Лиазы 29 2) отщепление простых молекул с образованием двойной связи в продукте, в одном направлении, и присоединение простых молекул по двойной связи – в другом направлении
- 30. Класс 5. Изомеразы тип реакций: внутримолекулярные превращения (образование изомеров) Подклассы: рацемазы (внутримолекулярные превращения субстрата, имеющего один хиральный атом углерода, например, взаимопревращенияL и D –изомеров) и эпимеразы (внутримолекулярные превращения субстратов, имеющих несколько хиральных атомов углерода) цис-транс-изомеразы внутримолекулярные оксидоредуктазы (окисление одной части молекулы с одновременным восстановлением другой) внутримолекулярные трансферазы 30
- 32. Класс 6. Лигазы (синтетазы) тип реакций: соединение двух субстратов ковалентной связью (C-C, C-N, C-O,C-S) с образованием более сложного соединения (синтез нового вещества, в структуру которого входят оба субстрата) подклассы характеризуют вид образуемой связи реакции синтеза сопряжены с затратой энергии АТФ или ГТФ !!! Не путать с синтазами (представители лиаз, трансфераз и др.) 32
- 33. С-С лигазы 33 в реакции карбоксилирования участвует биотин (vit H)
- 34. С-N лигазы 34 Универсальная реакция обезвреживания аммиака в организме
- 35. C-S и C-O лигазы 35 Реакция активации жирной кислоты Реакция активации аминокислоты в момент трансляции
- 36. Задание для самостоятельной работы 36 1. Используя материал слайдов 16,17,18 и материал учебника, объясните механизм работы и роль электронтранспортной цепи микросомального окисления субстратов в печени 2. Используя знания из курса химии, слайды 19,20,21, объясните понятие «свободно- радикальное окисление», «активные метаболиты кислорода», «антиоксиданты». Назовите ферменты-антиоксиданты. Какие реакции они катализируют? К какому классу ферментов они относятся?
- 37. Заключение В настоящее время число различных известных реакций, катализируемых ферментами, составляет около 2 тысяч и число их непрерывно возрастает. Для того, чтобы ориентироваться в этом множестве биохимических превращений Международный союз биохимии и молекулярной биологии создал классификацию и номенклатуру ферментов. В основу классификации ферментов положен тип катализируемой реакции. В основу номенклатуры – субстрат и тип реакции. 37
- 38. Литература 1. Биохимия: учебник для вузов / Е. С. Северин - М.: ГЭОТАР- Медиа, 2007. -784 с. (С. 80-83) 2. Биологическая химия с упражнениями и задачами: учебник / ред. С. Е. Северин. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. - 624 с. (С.73- 76; С. 552 обезвреживание ксенобиотиков при участии монооксигеназ микросом печени) 3. Биологическая химия: учебник для студ. мед. ВУЗов / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин -М.: Медицина, 2004. -704 с. (С.159- 162) 4. Биологическая химия: учебник для студентов медицинских вузов / А.Я. Николаев. – М.: Мед. информ. агенство, 2007. – 568 с. 38