Активный центр фермента

CH3
N
O
Физико-химические основы
биокатализа в иллюстрациях
Лаврик О.И., Дырхеева Н.С.
Мультимедийный курс является вспомогательным
материалом к курсу лекций
«Физическая химия биополимеров»
подготовлен в рамках реализации
Программы развития НИУ-НГУ»
НГУ- 2011
Физико-химические основы биокатализа в иллюстрациях
1. Структурная организация активного
центра ферментов.
Строение активных центров ферментов на
примере карбоксипептидазы, рибонуклеазы,
химотрипсина
Ферменты
Белки
До открытия рибозимов
ферменты-белки
считались единственными
биологическими катализаторами
Рибозимы
Нобелевская премия
по химии 1989 г. за
«обнаружение каталитических
свойств РНК»
(Т.Чек и С.Алтман)
Классы ферментов:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Оксидоредуктазы
Трансферазы
Гидролазы
Лиазы
Изомеразы
Лигазы
Оксидоредуктазы
Катализируют окисление или восстановление с переносом
электронов или атомов водорода (электрон+протон).
AH + B → A + BH (восстановленный)
A + O → AO (окисленный)
Подклассы: дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы, редуктазы,
монооксидазы, диоксигеназы.
Примеры: каталаза, алкогольдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа,
малатдегидрогеназа.
Алкогольдегидрогеназа
Трансферазы
Катализируют перенос различных групп как единого целого от
одного субстрата к другому.
AB + C → A + BC
Подклассы: аминотрансферазы, фосфотрансферазы, C1-трансферазы,
гликозилтрансферазы.
Примеры: киназы, переносящие фосфатную группу, используя в качестве
субстрата АТР, а также ДНК- и РНК-полимеразы, осуществляющие синтез
ДНК и РНК.
Фосфофруктокиназа
Гидролазы
Катализируют гидролиз химических связей – присоединение
молекулы воды с разрывом связи в молекуле субстрата.
AB + H2O → AOH + BH
Подклассы: эстеразы, липазы, фосфатазы, гликозидазы, протеазы
(пептидазы), нуклеазы.
Примеры: пепсин, трипсин, химотрипсин, амилаза.
ТАГ-липаза
Лиазы
Катализируют отщепление от субстрата определенных групп, с
разрывом химических связей без участия молекул воды и с
образованием двойной связи в одном из продуктов.
RCOCOOH → RCOH + CO2
Подклассы: C-O-лиаза, C-S-лиаза, C-N-лиаза, C-C-лиаза.
Примеры: альдолаза, декарбоксилаза.
Пируват-декарбоксилаза
Изомеразы
Катализируют структурные или геометрические изменения в
молекуле субстрата. Изомеразы изменяют положение атома или
группы атомов в пределах одной молекулы или же изменяют
пространственное строение молекул.
AB → BA
Примеры: рацемазы, цис-транс-изомеразы.
Рибулозофосфат 3-эпимераза
Фосфоглюкомутаза
Лигазы (синтетазы)
Катализируют образование химических связей между субстратами с
использованием гидролиза АТР или GTP, т.е. синтез с использованием
энергии макроэргической связи.
X + Y+ ATP → XY + ADP + pi
Подклассы: C-O-лигаза, C-S-лигаза, C-N-лигаза, C-C-лигаза.
Примеры: амид-синтетазы, аминоацил-тРНК-синтетазы.
Глутаминсинтетаза
Кофактор – дополнительный компонент
небелковой природы, необходимый для
работы фермента,
апофермент – фермент, который требует
наличия кофактора для проявления
каталитической активности:
апофермент + кофактор = холофермент
Неорганические молекулы
(например, ионы металлов)
Органические молекулы
(например, NAD+, АТР)
Кофакторы
Коферменты способны
диссоциировать от фермента
(например, АТР и GTP в реакциях,
катализируемых синтетазами)
Простетические группы
связаны с ферментом ковалентно
(например, пиридоксальфосфат
в реакциях трансаминирования и
декарбоксилирования
аминокислот)
Активный центр фермента –
организованная функциональная
структура, состоящая из
ограниченного числа аминокислотных
остатков, которая вступает в
непосредственный контакт с
субстратом.
Формирование активного центра –
результат образования вторичной и
третичной структуры белка на основе
первичной последовательности.
В формировании могут принимать участие
молекулы воды, ионы металлов или
органические кофакторы.
Работа активного центра:
1) Связывание субстрата
k-1/k1=Kd [моль/л=М]
Kd – константа диссоциации фермент-субстратного комплекса
2) Химическое превращение.
k2 = kcat [cек-1] характеризует число оборотов
ферментативной реакции
Двустадийный механизм
реакции гидролиза
рибонуклеазой А
первая стадия
Двустадийный механизм
реакции гидролиза
рибонуклеазой А
вторая стадия
Схема активного центра
сериновых протеаз и
механизм их действия
Схема активного центра карбоксипептидазы А
в присутствии субстрата