Анализ 

График конкурентного ингибирования. Ингибирование активности ферментов

Под термином "ингибирование ферментативной активности" понимают снижение каталитической активности в присутствии определённых веществ - ингибиторов. К ингибиторам следует относить вещества, вызывающие снижение активности фермента. Следует отметить, что все денатурирующие агенты также вызывают уменьшение скорости любой ферментативной реакции, вследствие неспецифической денатурации белковой молекулы, поэтому денатурирующие агенты к ингибиторам не относят.

Ингибиторы вызывают большой интерес для выяснения механизмов ферментативного катализа, помогают установить роль отдельных ферментов в метаболических путях организма. В основе действия многих лекарственных препаратов и ядов лежит ингибирование активности ферментов, поэтому знание механизмов этого процесса крайне важно для молекулярной фармакологии и токсикологии.

Ингибиторы способны взаимодействовать с ферментами с разной степенью прочности. На основании этого различают обратимое и необратимое ингибирование. По механизму действия ингибиторы подразделяют на конкурентные и неконкурентные.

А. Обратимое ингибирование

Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и при определённых условиях легко отделяются от фермента. Обратимые ингибиторы бывают конкурентными и неконкурентными.

Конкурентное ингибирование

К конкурентному ингибированию относят обратимое снижение скорости ферментативной реакции, вызванное ингибитором, связывающимся с активным центром фермента и препятствующим образованию фермент-субстратного комплекса. Такой тип ингибирования наблюдают, когда ингибитор - структурный аналог субстрата, в результате возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за место в активном центре фермента. В этом случае с ферментом взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплексы фермент-субстрат (ES) или фермент-ингибитор (EI). При формировании комплекса фермента и ингибитора (EI) продукт реакции не образуется

Для конкурентного типа ингибирования справедливы следующие уравнения:

Е + S ⇔ ES → E + P,

Кинетические зависимости

Конкурентные ингибиторы уменьшают скорость химической реакции. Конкурентный ингибитор повышает К m для данного субстрата (уменьшает сродство субстрата к ферменту). Это означает, что в присутствии конкурентного ингибитора необходима большая концентрация субстрата для достижения 1/2 V max .

Увеличение соотношения концентрации субстрата и ингибитора снижает степень ингибирования. При значительно более высоких концентрациях субстрата ингибирование полностью

В качестве лекарственных препаратов используют следующие антиметаболиты: сульфаниламидные препараты (аналоги парааминобензойной кислоты), применяемые для лечения инфекционных заболеваний, аналоги нуклеотидов для лечения онкологических заболеваний.

Неконкурентное ингибирование

Неконкурентным называют такое ингибирование ферментативной реакции, при котором ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра. Неконкурентные ингибиторы не являются структурными аналогами субстрата.

Неконкурентный ингибитор может связываться либо с ферментом, либо с фермент-субстратным комплексом, образуя неактивный комплекс. Присоединение неконкурентного ингибитора вызывает изменение конформации молекулы фермента таким образом, что нарушается взаимодействие субстрата с активным центром фермента, что приводит к снижению скорости ферментативной реакции.

Кинетические зависимости

Этот тип ингибирования характеризуется снижением V max ферментативной реакции и уменьшением сродства субстрата к ферменту, т.е. увеличением К m .

Б. Необратимое ингибирование

Необратимое ингибирование наблюдают в случае образования ковалентных стабильных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего модификации подвергается активный центр фермента, В результате фермент не может выполнять каталитическую функцию.

К необратимым ингибиторам относят ионы тяжёлых металлов, например ртути (Hg 2+), серебра (Ag +) и мышьяка (As 3+), которые в малых концентрациях блокируют сульфгидрильные группы активного центра. Субстрат при этом не может подвергаться химическому превращению. При наличии реактиваторов ферментативная функция восстанавливается. В больших концентрациях ионы тяжёлых металлов вызывают денатурацию белковой молекулы фермента, т.е. приводят к полной инактивации фермента.

1. Специфические и неспецифические
ингибиторы

Использование необратимых ингибиторов представляет большой интерес для выяснения механизма действия ферментов. С этой целью применяют вещества, блокирующие определённые группы активного центра ферментов. Такие ингибиторы называют специфическими. Ряд соединений легко вступает в реакции с определенными химическими группами. Если эти группы участвуют в катализе, то происходит полная инактивация фермента.

2. Необратимые ингибиторы ферментов как
лекарственные препараты

Пример лекарственного препарата, действие которого основано на необратимом ингибировании ферментов, - широко используемый препарат аспирин. Противовоспалительный нестероидный препарат аспирин обеспечивает фармакологическое действие за счёт ингибирования фермента циклооксигеназы, катализирующего реакцию образования простагландинов из арахидоновой кислоты. В результате химической реакции ацетильный остаток аспирина присоединяется к свободной концевой NH 2 -группе одной из субъединиц циклооксигеназы.

Это вызывает снижение образования продуктов реакции простагландинов, которые обладают широким спектром биологических функций, в том числе являются медиаторами воспаления.

Аллостерическая регуляция активности ферментов. Роль аллостерических ферментов в метаболизме клетки. Аллостерические эффекторы и ингибиторы. Особенности строения и функционирования аллостерических ферментов и их локализация в метаболических путях. Регуляция активности ферментов по принципу отрицательной обратной связи. Привести примеры.

Наиболее тонким и широко распространенным способом регуляции активности ферментов является аллостерическая регуляция . В этом случае регуляторный фактор связывается не с каталитическим центром фермента, а с другим его участком (регуляторным центром ), что приводит к изменению активности фермента. Ферменты, регулируемые таким образом, называются аллостерическими , они часто занимают ключевую позицию в метаболизме. Вещество, связывающееся с регуляторным центром называется эффектором , эффектор может быть ингибитором , а может быть активатором . Обычно эффекторами бывают либо конечные продукты биосинтетических путей (ингибирование по принципу обратной связи), либо вещества, концентрация которых отражает состояние клеточного метаболизма (АТФ, АМФ, НАД+ и др.). Как правило, аллостерические ферменты катализируют одну из реакций, с которой начинается процесс образования какого-то метаболита. Обычно эта стадия лимитирует скорость всего процесса в целом. В катаболических процессах, сопровождающихся синтезом АТФ из АДФ, в роли аллостерического ингибитора одной из ранних стадий катаболизма часто выступает сам конечный продукт – АТФ. Аллостерическим ингибитором одной из ранних стадий анаболизма нередко служит конечный продукт биосинтеза, например какая-нибудь аминокислота.

Активность некоторых аллостерических ферментов стимулируется специфическими активаторами. Аллостерический фермент, регулирующий одну из катаболических последовательностей реакций, может, например, подчиняться стимулирующему влиянию положительных эффекторов – АДР или АМР и ингибирующему действию отрицательного эффектора – АТР. Известны также случаи, когда аллостерический фермент какого-нибудь метаболического пути специфическим образом реагирует на промежуточные или конечные продукты других метаболических путей. Благодаря этому оказывается возможной координация скорости действия различных ферментных систем.

Обычно называют ингибированием , однако это не всегда корректно. Ингибитором называется вещество, вызывающее специфичное снижение активности фермента . Таким образом, неорганические кислоты и тяжелые металлы ингибиторами не являются, а являются инактиваторами, так как снижают активность любых ферментов, то есть действуют неспецифично.

Лекарства чаще подавляют активность ферментов

В медицине активно разрабатываются и используются соединения, изменяющие активность ферментов с целью регуляции скорости метаболических реакций и уменьшения синтеза определенных веществ в организме.

Ингибирование ферментов

Можно выделить два основных направления ингибирования

  • по прочности связывания фермента с ингибитором ингибирование бывает обратимым и необратимым;
  • по отношению ингибитора к активному центру фермента ингибирование делят на конкурентное и неконкурентное.

Необратимое ингибирование

При необратимом ингибировании происходит связывание или разрушение функциональных групп фермента, необходимых для проявления его активности.

Механизм необратимого ингибирования ацетилхолинэстеразы.


Например, вещество диизопропилфторфосфат прочно и необратимо связывается с гидроксигруппой серина в активном центре фермента ацетилхолинэстеразы , гидролизующей ацетилхолин в нервных синапсах . Ингибирование этого фермента предотвращает распад ацетилхолина в синаптической щели, в результате чего медиатор продолжает оказывать воздействие на свои рецепторы, что бесконтрольно усиливает холинергическую регуляцию. Аналогичным образом действуют боевые фосфоорганические вещества (зарин, зоман) и инсектициды (карбофос, дихлофос).

Механизм необратимого ингибирования циклооксигеназы.


Еще один пример связан с ингибированием ацетилсалициловой кислотой (аспирином) ключевого фермента синтеза простагландинов - циклооксигеназы . Эта кислота входит в состав противовоспалительных средств и используется при воспалительных заболеваниях и лихорадочных состояниях. Присоединение ацетильной группы к гидроксильной группе серина в активном центре фермента вызывает инактивацию последнего и прекращение синтеза простагландинов.

Обратимое ингибирование

При обратимом ингибировании происходит непрочное связывание ингибитора с функциональными группами фермента, вследствие чего активность фермента постепенно восстанавливается.

Примером обратимого ингибитора может служить прозерин, связывающийся с ферментом ацетилхолинэстеразой в ее активном центре. Группа ингибиторов холинэстеразы (прозерин, дистигмин, галантамин) используется при миастении, после энцефалита, менингита, травм ЦНС.

Конкурентное ингибирование

При таком виде ингибирования ингибитор по своей структуре похож на субстрат фермента. Поэтому он соперничает с субстратом за активный центр, что приводит к уменьшению связывания субстрата с ферментом и нарушению катализа. В этом состоит особенность конкурентного ингибирования - возможность усилить или ослабить ингибирование через изменение концентрации субстрата.

Например:

1. Конкурентное взаимодействие этанола и метанола за активный центр алкогольдегидрогеназы .

Конкурентное ингибирование сукцинатдегидрогеназы.


2. Ингибирование фермента цикла Кребса сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой, структура которой схожа со структурой субстрата этого фермента – янтарной кислоты (сукцината).

Сходство строения сульфаниламидов и парааминобензойной кислоты, компонента витамина В 9 .


3. Также к конкурентным ингибиторам относят антиметаболиты или псевдосубстраты, например, антибактериальные средства сульфаниламиды, схожие по структуре с п -аминобензойной кислотой, компонентом

Все биохимические реакции, протекающие в организме, подвержены специфическому контролю, который осуществляется через активирующее или ингибирующее воздействие на регуляторные ферменты. Последние обычно находятся в начале цепочек метаболических превращений и либо запускают многоэтапный процесс, либо тормозят его. Регулированию также подвергаются некоторые единичные реакции. Конкурентное ингибирование является одним из основных механизмов контроля каталитической активности ферментов.

Механизм ферментативного катализа основан на связывании активного центра энзима с молекулой субстрата (комплекс ES), в результате чего происходит химическая реакция с образованием и освобождением продукта (E+S = ES = EP = E+P).

Ингибированием фермента называют снижение скорости или полную остановку процесса катализа. В более узком смысле под этим термином подразумевают уменьшение сродства активного центра к субстрату, что достигается путем связывания молекул энзимов с веществами-ингибиторами. Последние могут действовать различными способами, на основании чего поделены на несколько типов, которым соответствуют одноименные механизмы ингибирования.

Основные типы ингибирования

По характеру протекания процесса ингибирование бывает двух видов:

  • Необратимое - вызывает стойкие изменения в молекуле фермента, лишающие ее функциональной активности (последняя не подлежит восстановлению). Оно может иметь как специфический, так и неспецифический характер. Ингибитор прочно связывается с энзимом путем ковалентного взаимодействия.
  • Обратимое - основной вид негативной регуляции ферментов. Осуществляется за счет обратимого специфического присоединения ингибитора к белку-энзиму слабыми нековалентными связями, поддается кинетическому описанию по уравнению Михаэлиса-Ментен (исключение составляет аллостерическая регуляция).

Выделяют два основных типа обратимого ингибирования ферментов: конкурентное (может быть ослаблено увеличением концентрации субстрата) и неконкурентное. В последнем случае происходит снижение максимально возможной скорости катализа.

Основная разница между конкурентным и неконкурентным ингибированием заключается в месте присоединения регуляторного вещества к ферменту. В первом случае ингибитор связывается непосредственно с активным центром, а во втором - с другим участком энзима, либо с фермент-субстратным комплексом.

Существует также смешанный тип ингибирования, при котором связывание с ингибитором не предотвращает образование ES, но замедляет катализ. В этом случае вещество-регулятор находится в составе двойных или тройных комплексов (EI и EIS). При бесконкурентном типе фермент связывается только с ES.

Особенности обратимого конкурентного ингибирования ферментов

Конкурентный механизм ингибирования основан на структурном сходстве регуляторного вещества с субстратом. В результате образуется комплекс активного центра с ингибитором, условно обозначаемый как EI.

Обратимое конкурентное ингибирование имеет следующие особенности:

  • связывание с ингибитором происходит в активном центре;
  • инактивация молекулы фермента обратима;
  • ингибирующий эффект может быть уменьшен увеличением концентрации субстрата;
  • ингибитор не влияет на максимальную скорость ферментативного катализа;
  • комплекс EI может распадаться, что характеризуется соответствующей константой диссоциации.

При таком типе регуляции ингибитор и субстрат как бы соперничают (конкурируют) друг с другом за место в активном центре, откуда и произошло название процесса.

В итоге конкурентное ингибирование можно определить как обратимый процесс торможения ферментативного катализа, основанный на специфическом сродстве активного центра к веществу-ингибитору.

Механизм действия

Связывание ингибитора с активным центром препятствует образованию фермент-субстратного комплекса, необходимого для осуществления катализа. В итоге молекула энзима становится неактивной. Тем не менее каталитический центр может связаться не только с ингибитором, но и с субстратом. Вероятность образования того или иного комплекса зависит от соотношения концентраций. Если молекул субстрата значительно больше, то фермент будет реагировать с ними чаще, чем с ингибитором.

Влияние на скорость химической реакции

Степень торможения катализа при конкурентном ингибировании определяется тем, какое количество фермента будут образовывать EI-комплексы. При этом можно увеличить концентрацию субстрата до такой степени, что роль ингибитора будет вытеснена, а скорость катализа достигнет максимально возможного значения, соответствующего величине V max по уравнению Михаэлиса-Ментен.

Такое явление объясняется сильным разбавлением ингибитора. Как следствие, вероятность связывания с ним молекул фермента сводится к нулю, а активные центры реагируют только с субстратом.

Кинетические зависимости ферментативной реакции при участии конкурентного ингибитора

Конкурентное ингибирование увеличивает константу Михаэлиса (K m), которая равна концентрации субстрата, необходимой для достижения ½ максимальной скорости катализа в начале реакции. Количество фермента, гипотетически способного связаться с субстратом, остается постоянным, а число фактически образующихся ES-комплексов зависит только от концентрации последнего (комплексы EI не постоянны и могут быть вытеснены субстратом).

Конкурентное ингибирование ферментов легко определить по графикам кинетической зависимости, построенным для разных концентраций субстрата. В этом случае величина K m будет меняться, а V max оставаться постоянной величиной.

При неконкурентном ингибировании все наоборот: ингибитор связывается вне активного центра и присутствие субстрата никак не может на это повлиять. В результате часть молекул фермента «выключается» из катализа, и максимально возможная скорость снижается. Тем не менее активные молекулы энзима могут беспрепятственно связываться с субстратом как при маленькой, так и при высокой концентрации последнего. Следовательно, константа Михаэлиса остается постоянной.

Графики конкурентного ингибирования в системе двойных обратных координат представляют собой несколько прямых, пересекающих ось ординат в точке 1/V max . Каждая прямая соответствует определенной концентрации субстрата. Разные точки пересечения с осью абсцисс (1/[S]) говорят об изменении константы Михаэлиса.

Действие конкурентного ингибитора на примере малоната

Типичным примером конкурентного ингибирования является процесс снижения активности сукцинатдегидрогиназы — фермента, катализирующего окисление янтарной кислоты (сукцината) в фумаровую. В роли ингибитора здесь выступает малонат, имеющий структурное сходство с сукцинатом.

Добавление ингибитора в среду вызывает образование комплексов малоната с сукцинатдегидрогиназой. Такая связь не вызывает повреждения активного центра, но блокирует его доступность для янтарной кислоты. Увеличение концентрации сукцината снижает ингибирующий эффект.

Использование в медицине

На механизме конкурентного ингибирования основано действие многих лекарственных препаратов, представляющих собой структурные аналоги субстратов некоторых метаболических путей, торможение которых является необходимой частью лечения заболеваний.

Например, для улучшения проводимости нервных импульсов при мышечных дистрофиях требуется повысить уровень ацетилхолина. Это достигается угнетением активности гидролизующей его ацетилхолинэстеразы. В роли ингибиторов выступают четвертичные аммониевые основания, входящие в состав лекарственных препаратов (прорезин, эндрофоний и т. д.).

В особую группу выделяют антиметаболиты, которые помимо ингибирующего действия проявляют свойства псевдосубстрата. В таком случае формирование комплекса EI приводит к образованию биологически инертного аномального продукта. К антиметаболитам относят сульфаниламиды (используются при лечении бактериальных инфекций), аналоги нуклеотидов (применяются для остановки клеточного роста раковой опухоли) и т. д.

Конкурентное ингибирование: определение, особенности и примеры — все о путешествиях на сайт

Скорость ферментативных реакций может быть частично снижена или полностью заблокирована определенными веществами, так называемыми ингибиторами ферментов. Некоторые ингибиторы ферментов являются для организма животных и человека эффективными лекарственными веществами, другие - смертельными ядами.

Обратимые ингибиторы

Различают три типа обратимого ингибирования ферментов: конкурентное, неконкурентное и бесконкурентное.

Конкурентным называют ингибитор, обратимо взаимодействующий с активным центром фермента. Как правило, конкурентные ингибиторы по структуре похожи на субстрат и могут вытесняться из фермент-ингибиторного комплекса избытком субстрата. Взаимодействие с конкурентным ингибитором не приводит к денатурации или инактивации фермента, поэтому при замене ингибитора на субстрат скорость ферментативной реакции не снижается (рис. 6.Ю).

При взаимодействии фермента с конкурентным ингибитором изменяется значение К м соответствующей ферментативной реакции.

Сходство субстрата и конкурентного ингибитора достаточно для взаимодействия и образования фермент-ингибиторного комплекса, но недостаточно для ферментативной реакции. В качестве примера можно привести действие малоновой кислоты на реакцию, которая катализируется сукцинатдегидроге- назой и связана с превращением янтарной кислоты в фумаровую.

Рис. 6.10.

Добавление малоновой кислоты к реакционной смеси снижает или полностью останавливает ферментативную реакцию, так как она является конкурентным ингибитором сукцинатдегидрогеназы.

Сходства малоновой кислоты с янтарной достаточно для образования комплекса с ферментом, однако распад этого комплекса не происходит. При увеличении концентрации янтарной кислоты она вытесняет малоновую кислоту из комплекса, в результате активность сукцинатдегидрогеназы восстанавливается.

Многие лекарственные вещества ингибируют ферменты человека и животных по конкурентному типу. Примером могут служить сульфамидные препараты, по структуре сходные с л-аминобензойной кислотой (ПАБК). Это соединение в микробных клетках является интермедиантом фолиевой кислоты - важного компонента нуклеинового обмена. При введении сульфамидных препаратов в организм происходит ингибирование ферментов метаболизма ПАБК, что приводит к снижению синтеза нуклеиновых кислот и гибели микроорганизма.


В данном случае сульфаниламид является конкурентным ингибитором фермента синтеза фолиевой кислоты.

В структуру пептогликана клеточной стенки бактерий включен D-аланин, отсутствующий в организме животных и человека. Для синтеза клеточной стенки бактерии при помощи фермента аланин-рацемазы превращают животный L-аланин в D-форму. Аланин-рацемаза характерна для бактерий и не обнаружена у млекопитающих. Следовательно, она представляет хорошую мишень для ингибирования лекарственными препаратами. Замещение одного из протонов метильной группы на фтор дает фтораланин, с которым связывается аланин-рацемаза, что приводит к ее ингибированию.

Таким образом, можно конструировать лекарственные вещества, ингибирующие ферменты по конкурентному типу. Чтобы быть эффективным, ингибитор должен иметь высокое сродство к ферменту. В противном случае необходимо назначать большие дозы лекарственных препаратов, чтобы активно конкурировать с эндогенным субстратом за активный центр фермента.

Неконкурентные ингибиторы взаимодействуют с ферментами не в области активного центра, а на каком-то от него удалении, причем никаким избытком субстрата из комплекса не удаляются. При взаимодействии ингибитора с ферментом происходит изменение его конформации с последующей частичной дезинтеграцией активного центра. При взаимодействии фермента с неконкурентным ингибитором изменяется ферментативной реакции.

Бесконкурентное ингибирование имеет место, когда ингибитор взаимодействует с ферментом только в составе фермент-субстратного комплекса, препятствуя его распаду. Примером необратимого действия ингибиторов на ферменты могут служить фосфорорганические вещества, применяемые в качестве инсектицидов.


Рис. 6.11. График Лайнуивсра-Бэрка для идентификации различных типов ингибирования: а - конкурентное ингибирование; б - неконкурентное ингибирование

Тип ингибирования можно определять графически, используя методы Лайнуивера-Бэрка или Эди-Хофсти (рис. 6.11).

Как видно из рис. 6.11, влияние конкурентного ингибитора на скорость реакции приводит к изменению /Г м, максимальная скорость реакции при этом остается без изменения. Неконкурентное ингибирование связано со снижением V max , без изменения константы Мехаэлиса.

Активность многих ферментов тормозится избытком субстрата, причем имеется несколько механизмов этого процесса.

  • Если в образовании фермент-субстратного комплекса участвует несколько функциональных групп фермента, то возможно одновременное присоединение к активному центру двух или более субстратов, что однозначно приведет к образованию неактивного комплекса.
  • В случае избытка субстрата возможно его присоединение не только к активному центру, но и к другим химическим группировкам, функционально связанным с активным центром. Такого рода взаимодействие может помешать ферментативной реакции.
  • Увеличение конценграции субстрата может повысить ионную силу реакционной среды и, как следствие, затормозить скорость ферментативной реакции.

Торможение продуктами реакции связано с тем, что они могут связываться с ферментом или с каким-либо другим компонентом системы таким образом, что скорость прямой реакции снижается.

  • 2. Гетеротрофные и аутотрофные организмы: различия по питанию и ис­точникам энергии. Катаболизм и анаболизм.
  • 3. Многомолекулярные системы (метаболические цепи, мембранные про­цессы, системы синтеза биополимеров, молекулярные регуляторные системы) как основные объекты биохимического исследования.
  • 4. Уровни структурной организации живого. Биохимия как молекулярный уровень изучения явлений жизни. Биохимия и медицина (медицинская биохимия).
  • 5. Основные разделы и направления в биохимии: биоорганическая химия, динамическая и функциональная биохимия, молекулярная биология.
  • 6. История изучения белков. Представление о белках как важнейшем клас­се органических веществ и структурно-функциональном компоненте организма человека.
  • 7. Аминокислоты, входящие в состав белков, их строение и свойства. Пеп­тидная связь. Первичная структура белков.
  • 8. Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры. Видовая специфичность первичной структуры белков (инсулины разных животных).
  • 9. Конформация пептидных цепей в белках (вторичная и третичная струк­туры). Слабые внутримолекулярные взаимодействия в пептидной цепи; дисульфидные связи.
  • 11. Доменная структура и её роль в функционировании белков. Яды и ле­карства как ингибиторы белков.
  • 12.Четвертичная структура белков. Особенности строения и функциониро­вания олигомерных белков на примере гемсодержащего белка - гемо­глобина.
  • 13.Лабильность пространственной структуры белков и их денатурация. Факторы, вызывающие денатурацию.
  • 14.Шапероны - класс белков, защищающий другие белки от денатурации в условиях клетки и облегчающий формирование их нативной конформации.
  • 15.Многообразие белков. Глобулярные и фибриллярные белки, простые и сложные. Классификация белков по их биологическим функциям и по семействам: (сериновые протеазы, иммуноглобулины).
  • 17.Физико-химические свойства белков. Молекулярный вес, размеры и форма, растворимость, ионизация, гидратация
  • 18.Методы выделения индивидуальных белков: осаждение солями и орга­ническими растворителями, гель-фильтрация, электрофорез, ионооб­менная и аффинная хроматография.
  • 19.Методы количественного измерения белков. Индивидуальные особен­ности белкового состава органов. Изменения белкового состава органов при онтогенезе и болезнях.
  • 21 .Классификация и номенклатура ферментов. Изоферменты. Единицы измерения активности и количества ферментов.
  • 22.Кофакторы ферментов: ионы металлов и коферменты. Коферментные функции витаминов (на примере витаминов в6, рр, в2).
  • 23.Ингибиторы ферментов. Обратимое и необратимое ингибирование. Конкурентное ингибирование. Лекарственные препараты как ингибито­ры ферментов.
  • 25.Регуляция активности ферментов путем фосфорилирования и дефосфорилирования. Участие ферментов в проведении гормонального сигнала.
  • 26.Различия ферментного состава органов и тканей. Органоспецифические ферменты. Изменение ферментов в процессе развития.
  • 27.Изменение активности ферментов при болезнях. Наследственные энзимопатии. Происхождение ферментов крови и значение их определения при болезнях.
  • 29.Обмен веществ: питание, метаболизм и выделение продуктов метабо­лизма. Органические и минеральные компоненты пищи. Основные и минорные компоненты.
  • 30.Основные пищевые вещества: углеводы, жиры, белки, суточная потреб­ность, переваривание; частичная взаимозаменяемость при питании.
  • 31 .Незаменимые компоненты основных пищевых веществ. Незаменимые аминокислоты; пищевая ценность различных пищевых белков. Линолевая кислота - незаменимая жирная кислота.
  • 32.История открытия и изучения витаминов. Классификация витаминов. Функции витаминов.
  • 34.Минеральные вещества пищи. Региональные патологии, связанные с недостаточностью микроэлементов в пище и воде.
  • 35.Понятие о метаболизме и метаболических путях. Ферменты и метабо­лизм. Понятие о регуляции метаболизма. Основные конечные продукты метаболизма у человека
  • 36.Исследования на целых организмах, органах, срезах тканей, гомогенатах, субклеточных структурах и на молекулярном уровне
  • 37.Эндэргонические и экзэргонические реакции в живой клетке. Макроэргические соединения. Примеры.
  • 39.Окислительное фосфорилирование, коэффициент р/о. Строение мито­хондрий и структурная организация дыхательной цепи. Трансмембран­ный электрохимический потенциал.
  • 40.Регуляция цепи переноса электронов (дыхательный контроль). Разоб­щение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Терморегуляторная функция тканевого дыхания
  • 42.Образование токсических форм кислорода, механизм их повреждающе­го действия на клетки. Механизмы устранения токсичных форм кисло­рода.
  • 43.Катаболизм основных пищевых веществ - углеводов, жиров, белков. Понятие о специфических путях катаболизма и общих путях катаболиз­ма.
  • 44.Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. По­следовательность реакций. Строение пируватдекарбоксилазного ком­плекса.
  • 45.Цикл лимонной кислоты: последовательность реакций и характеристика ферментов. Связь между общими путями катаболизма и цепью переноса электронов и протонов.
  • 46.Механизмы регуляции цитратного цикла. Анаболические функции цик­ла лимонной кислоты. Реакции, пополняющие цитратный цикл
  • 47.Основные углеводы животных, их содержание в тканях, биологическая роль. Основные углеводы пищи. Переваривание углеводов
  • 49. Аэробный распад - основной путь катаболизма глюкозы у человека и других аэробных организмов. Последовательность реакций до образо­вания пирувата (аэробный гликолиз).
  • 50.Распространение и физиологическое значение аэробного распада глю­козы. Использование глюкозы для синтеза жиров в печени и в жировой ткани.
  • 52. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из аминокислот, глицерина и мо­лочной кислоты. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).
  • 54. Свойства и распространение гликогена как резервного полисахарида. Биосинтез гликогена. Мобилизация гликогена.
  • 55. Особенности обмена глюкозы в разных органах и клетках: эритроциты, мозг, мышцы, жировая ткань, печень.
  • 56. Представление о строении и функциях углеводной части гликолипидов и гликопротеинов. Сиаловые кислоты
  • 57. Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов: галактоземия, непереносимость фруктозы и дисахаридов. Гликогенозы и агликогенозы
  • Глицеральдегид -3 –фосфат
  • 58. Важнейшие липиды тканей человека. Резервные липиды (жиры) и липиды мембран (сложные липиды). Жирные кислоты липидов тканей человека.
  • Состав жирных кислот подкожного жира человека
  • 59. Незаменимые факторы питания липидной природы. Эссенциальные жирные кислоты: ω-3- и ω-6-кислоты как предшественники синтеза эйкозаноидов.
  • 60.Биосинтез жирных кислот, регуляция метаболизма жирных кислот
  • 61.Химизм реакций β-окисления жирных кислот, энергетический итог.
  • 6З.Пищевые жиры и их переваривание. Всасывание продуктов перевари­вания. Нарушение переваривания и всасывания. Ресинтез триацилглицеринов в стенке кишечника.
  • 64.Образование хиломикронов и транспорт жиров. Роль апопротеинов в составе хиломикронов. Липопротеинлипаза.
  • 65.Биосинтез жиров в печени из углеводов. Структура и состав транспорт­ных липопротеинов крови.
  • 66. Депонирование и мобилизация жиров в жировой ткани. Регуляция син­теза и мобилизации жиров. Роль инсулина, глюкагона и адреналина.
  • 67.Основные фосфолипиды и гликолипиды тканей человека (глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды, гликоглицеролипиды, гликосфиголипиды). Представление о биосинтезе и катаболизме этих соединений.
  • 68.Нарушение обмена нейтрального жира (ожирение), фосфолипидов и гликолипидов. Сфинголипидозы
  • Сфинголипиды, метаболизм: заболевания сфинголипидозы, таблица
  • 69.Строение и биологические функции эйкозаноидов. Биосинтез простагландинов и лейкотриенов.
  • 70.Холестерин как предшественник ряда других стероидов. Представление о биосинтезе холестерина. Написать ход реакций до образования мевалоновой кислоты. Роль гидроксиметилглутарил-КоА-редуктазы.
  • 71.Синтез желчных кислот из холестерина. Конъюгация желчных кислот, первичные и вторичные желчные кислоты. Выведение желчных кислот и холестерина из организма.
  • 72.Лпнп и лпвп - транспортные, формы холестерина в крови, роль в об­мене холестерина. Гиперхолестеринемия. Биохимические основы раз­вития атеросклероза.
  • 73. Механизм возникновения желчнокаменной болезни (холестериновые камни). Применение хенодезокеихолевой кислоты для лечения желчно­каменной болезни.
  • 75. Переваривание белков. Протеиназы - пепсин, трипсин, химотрипсин; проферменты протеиназ и механизмы их превращения в ферменты. Субстратная специфичность протеиназ. Экзопептидазы и эндопептидазы.
  • 76. Диагностическое значение биохимического анализа желудочного и дуоденального сока. Дать краткую характеристику состава этих соков.
  • 77. Протеиназы поджелудочной железы и панкреатиты. Применение инги­биторов протеиназ для лечения панкреатитов.
  • 78. Трансаминирование: аминотрансферазы; коферментная функция вита­мина в6. Специфичность аминотрансфераз.
  • 80. Окислительное дезаминирование аминокислот; глутаматдегидрогеназа. Непрямое дезаминирование аминокислот. Биологическое значение.
  • 82. Глутаминаза почек; образование и выведение солей аммония. Актива­ция глутаминазы почек при ацидозе.
  • 83. Биосинтез мочевины. Связь орнитинового цикла с цтк. Происхожде­ние атомов азота мочевины. Нарушения синтеза и выведения мочеви­ны. Гипераммонемии.
  • 84. Обмен безазотистого остатка аминокислот. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Синтез глюкозы из аминокислот. Синтез аминокислот из глюкозы.
  • 85. Трансметилирование. Метионин и s-аденозилметионин. Синтез креа­тина, адреналина и фосфатидилхолинов
  • 86. Метилирование днк. Представление о метилировании чужеродных и лекарственных соединений.
  • 88. Антивитамины фолиевой кислоты. Механизм действия сульфанила­мидных препаратов.
  • 89. Обмен фенилаланина и тирозина. Фенилкетонурия; биохимический де­фект, проявление болезни, методы предупреждения, диагностика и ле­чение.
  • 90. Алкаптонурия и альбинизм: биохимические дефекты, при которых они развиваются. Нарушение синтеза дофамина, паркинсонизм.
  • 91. Декарбоксилирование аминокислот. Структура биогенных аминов (гистамин, серотонин, γ-аминомасляная кислота, катехоламины). Функции биогенных аминов.
  • 92. Дезаминирование и гидроксилирование биогеных аминов (как реакции обезвреживания этих соединений).
  • 93. Нуклеиновые кислоты, химический состав, строение. Первичная струк­тура днк и рнк, связи, формирующие первичную структуру
  • 94. Вторичная и третичная структура днк. Денатурация, ренативация днк. Гибридизация, видовые различия первичной структуры днк.
  • 95. Рнк, химический состав, уровни структурной организации. Типы рнк, функции. Строение рибосомы.
  • 96. Строение хроматина и хромосомы
  • 97. Распад нуклеиновых кислот. Нуклеазы пищеварительного тракта и тка­ней. Распад пуриновых нуклеотидов.
  • 98. Представление о биосинтезе пуриновых нуклеотидов; начальные ста­дии биосинтеза (от рибозо-5-фосфата до 5-фосфорибозиламина).
  • 99. Инозиновая кислота как предшественник адениловой и гуаниловой ки­слот.
  • 100. Представление о распаде и биосинтезе пиримидиновых нуклеотидов.
  • 101. Нарушения обмена нуклеотидов. Подагра; применение аллопуринола для лечения подагры. Ксантинурия. Оротацидурия.
  • 102. Биосинтез дезоксирибонуклеотидов. Применение ингибиторов синте­за дезоксирибонуклеотидов для лечения злокачественных опухолей.
  • 104. Синтез днк и фазы клеточного деления. Роль циклинов и циклинзависимых протеиназ в продвижении клетки по клеточному циклу.
  • 105. Повреждение и репарация днк. Ферменты днк-репарирующего ком­плекса.
  • 106. Биосинтез рнк. Рнк полимеразы. Понятие о мозаичной структуре ге­нов, первичном транскрипте, посттранскрипционном процессинге.
  • 107. Биологический код, понятия, свойства кода, коллинеарность, сигналы терминации.
  • 108. Роль транспортных рнк в биосинтезе белков. Биосинтез аминоацил-т-рнк. Субстратная специфичность аминоацил-т-рнк-синтетаз.
  • 109. Последовательность событий на рибосоме при сборке полипептидной цепи. Функционирование полирибосом. Посттрансляционный процессинг белков.
  • 110. Адаптивная регуляция генов у про- и эукариотов. Теория оперона. Функционирование оперонов.
  • 111. Понятие о клеточной дифференцировке. Изменение белкового состава клеток при дифференцировке (на примере белкового состава полипеп­тидных цепей гемоглобина).
  • 112. Молекяулрные механизмы генетической изменчивости. Молекуляр­ные мутации: типы, частота, значение
  • 113. Генетическая гетерогенность. Полиморфизм белков в популяции че­ловека (варианты гемоглобина, гликозилтрансферазы, группоспецифических веществ и др).
  • 114. Биохимические основы возникновения и проявления наследственных болезней (разнообразие, распространение).
  • 115. Основные системы межклеточной коммуникации: эндокринная, паракринная, аутокринная регуляция.
  • 116. Роль гормонов в системе регуляции метаболизма. Клетки-мишени и клеточные рецепторы гормонов
  • 117. Механизмы передачи гормональных сигналов в клетки.
  • 118. Классификация гормонов по химическому строению и биологическим функциям
  • 119. Строение, синтез и метаболизм иодтиронинов. Влияние на обмен ве­ществ. Изменение метаболизма при гипо- и гипертиреозе. Причины и проявление эндемического зоба.
  • 120. Регуляция энергетического метаболизма, роль инсулина и контринсулярных гормонов в обеспечении гомеостаза.
  • 121. Изменения метаболизма при сахарном диабете. Патогенез основных симптомов сахарного диабета.
  • 122. Патогенез поздних осложнений сахарного диабета (макро- и микроангиопатии, нефропатия, ретинопатия, катаракта). Диабетическая кома.
  • 123. Регуляция водно-солевого обмена. Строение и функции альдостерона и вазопрессина
  • 124. Система ренин-ангиотензин-альдостерон. Биохимические механизмы возникновения почечной гипертонии, отеков, дегидратации.
  • 125. Роль гормонов в регуляции обмена кальция и фосфатов (паратгормон, кальцитонин). Причины и проявления гипо- и гиперпаратироидизма.
  • 126. Строение, биосинтез и механизм действия кальцитриола. Причины и проявление рахита
  • 127. Строение и секреция кортикостероидов. Изменения катаболизма при гипо- и гиперкортицизме.
  • 128. Регуляция синтезами секреции гормонов по принципу обратной связи.
  • 129. Половые гормоны: строение, влияние на обмен веществ и функции половых желез, матки и молочных желез.
  • 130. Гормон роста, строение, функции.
  • 131. Метаболизм эндогенных и чужеродных токсических веществ: реакции микросомального окисления и реакции конъюгации с глутатионом, глюкуроновой кислотой, серной кислотой.
  • 132. Металлотионеин и обезвреживание ионов тяжелых металлов. Белки теплового шока.
  • 133. Токсичность кислорода: образование активных форм кислорода (су­пероксид анион, перекись водорода, гидроксильный радикал).
  • 135. Биотрансформация лекарственных веществ. Влияние лекарств на ферменты, участвующие в обезвреживании ксенобиотиков.
  • 136. Основы химического канцерогенеза. Представление о некоторых хи­мических канцерогенах: полициклические ароматические углеводоро­ды, ароматические амины, диоксиды, митоксины, нитрозамины.
  • 137. Особенности развития, строения и метаболизма эритроцитов.
  • 138. Транспорт кислорода и диоксида углерода кровью. Гемоглобин плода (HbF) и его физиологическое значение.
  • 139. Полиморфные формы гемоглобинов человека. Гемоглобинопатии. Анемические гипоксии
  • 140. Биосинтез гема и его регуляция. Нарушения синтеза тема. Порфирии.
  • 141. Распад гема. Обезвреживание билирубина. Нарушения обмена били­рубина-желтухи: гемолитическая, обтурационная, печеночно-клеточная. Желтуха новорожденных.
  • 142. Диагностическое значение определения билирубина и других желч­ных пигментов в крови и моче.
  • 143. Обмен железа: всасывание, транспорт кровью, депонирование. Нару­шение обмена железа: железодефицитная анемия, гемохроматоз.
  • 144. Основные белковые фракции плазмы крови и их функции. Значение их определения для диагностики заболеваний. Энзимодиагностика.
  • 145. Свертывающая система крови. Этапы образования фибринового сгу­стка. Внутренний и внешний пути свертывания и их компоненты.
  • 146. Принципы образования и последовательность фукционирования фер­ментных комплексов прокоагулянтного пути. Роль витамина к в свертывании крови.
  • 147. Основные механизмы фибринолиза. Активаторы плазминогена как тромболитические средства. Основаные антикоагулянты крови: анти­тромбин III, макроглобулин, антиконвертин. Гемофилии.
  • 148. Клиническое значение биохимического анализа крови.
  • 149. Основные мембраны клетки и их функции. Общие свойства мембран: жидкостность, поперечная асимметрия, избирательная проницаемость.
  • 150. Липидный состав мембран (фосфолипиды, гликолипиды, холестерин). Роль липидов в формировании липидного бислоя.
  • 151. Белки мембран - интегральные, поверхностные, «заякоренные». Зна­чение посттрансляционных модификаций в образовании функцио­нальных мембранных белков.

  • Обратимое ингибирование Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и при определённых условиях легко отделяются от фермента. Обратимые ингибиторы бывают конкурентными и неконкурентными.

    Конкурентное ингибирование К конкурентному ингибированию относят обратимое снижение скорости ферментативной реакции, вызванное ингибитором, связывающимся с активным центром фермента и препятствующим образованию фермент-субстратного комплекса. Такой тип ингибирования наблюдают, когда ингибитор - структурный аналог субстрата, в результате возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за место в активном центре фермента. В этом случае с ферментом взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплексы фермент-субстрат (ES) или фермент-ингибитор (EI). При формировании комплекса фермента и ингибитора (EI) продукт реакции не образуется. Для конкурентного типа ингибирования справедливы следующие уравнения:

    Е + S ⇔ ES → E + P,

    Лекарственные препараты как конкурентные ингибиторы Многие лекарственные препараты оказывают своё терапевтическое действие по механизму конкурентного ингибирования. Например, четвертичные аммониевые основания ингибируют ацетилхолинэстеразу, катализирующую реакцию гидролиза ацетилхолина на холин и уксусную кислоту. При добавлении ингибиторов активность ацетилхолинэстеразы уменьшается, концентрация ацетилхолина (субстрата) увеличивается, что сопровождается усилением проведения нервного импульса. Ингибиторы холинэстеразы используют при лечении мышечных дистрофий. Эффективные антихолинэстеразные препараты - прозерин, эндрофоний и др.

    Неконкурентное ингибирование Неконкурентным называют такое ингибирование ферментативной реакции, при котором ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра. Неконкурентные ингибиторы не являются структурными аналогами субстрата. Неконкурентный ингибитор может связываться либо с ферментом, либо с фермент-субстратным комплексом, образуя неактивный комплекс. Присоединение неконкурентного ингибитора вызывает изменение конформации молекулы фермента таким образом, что нарушается взаимодействие субстрата с активным центром фермента, что приводит к снижению скорости ферментативной реакции.

    Необратимое ингибирование Необратимое ингибирование наблюдают в случае образования ковалентных стабильных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего модификации подвергается активный центр фермента, В результате фермент не может выполнять каталитическую функцию. К необратимым ингибиторам относят ионы тяжёлых металлов, например ртути (Hg 2+), серебра (Ag +) и мышьяка (As 3+), которые в малых концентрациях блокируют сульфгидрильные группы активного центра. Субстрат при этом не может подвергаться химическому превращению. При наличии реактиваторов ферментативная функция восстанавливается. В больших концентрациях ионы тяжёлых металлов вызывают денатурацию белковой молекулы фермента, т.е. приводят к полной инактивации фермента.

    Необратимые ингибиторы ферментов как лекарственные препараты. Пример лекарственного препарата, действие которого основано на необратимом ингибировании ферментов, - широко используемый препарат аспирин. Противовоспалительный нестероидный препарат аспирин обеспечивает фармакологическое действие за счёт ингибирования фермента циклооксигеназы, катализирующего реакцию образования простагландинов из арахидоновой кислоты. В результате химической реакции ацетильный остаток аспирина присоединяется к свободной концевой NH 2 -группе одной из субъединиц циклооксигеназы. Это вызывает снижение образования продуктов реакции простагландинов, которые обладают широким спектром биологических функций, в том числе являются медиаторами воспаления.

    24.Регуляция действия ферментов: аллостерические ингибиторы и актива­торы. Каталитический и регуляторный центры. Четвертичная структура аллостерических ферментов и кооперативные изменения конформации протомеров фермента.

    Аллостерическая регуляция . Во многих строго биосинтетическихреакцияхосновным типом регуляции скорости многоступенчатого ферментативного процесса является ингибирование по принципу обратной связи. Это означает, что конечный продукт биосинтетической цепи подавляетактивность фермента, катализирующего первую стадию синтеза, которая является ключевой для данной цепиреакции. Поскольку конечный продукт структурно отличается отсубстрата, он связывается с аллостери-ческим (некаталитическим) центроммолекулыфермента, вызывая ингиби-рование всей цепи синтетическойреакции.

    Предположим, что в клеткахосуществляется многоступенчатый биосинтетический процесс, каждая стадия которого катализируется собственнымферментом:

    Скорость подобной суммарной последовательности реакцийв значительной степени определяетсяконцентрациейконечного продукта Р, накопление которого выше допустимого уровня оказывает мощное инги-бирующее действие на первую стадию процесса и соответственно наферментE1.

    Следует, однако, иметь в виду, что модуляторами аллостерических ферментовмогут быть какактиваторы, так иингибиторы. Часто оказывается, что самсубстратоказывает активирующий эффект.Ферменты, для которых исубстрат, и модулятор представлены идентичными структурами, носят название гомотропных в отличие от гетеротропныхферментов, для которых модулятор имеет отличную отсубстратаструктуру. Взаимопревращение активного и неактивного аллостерическихферментовв упрощенной форме, а также конфор-мационные изменения, наблюдаемые при присоединениисубстратаи эффекторов. Присоединение отрицательного эффектора к аллостерическому центру вызывает значительные изменения конфигурацииактивного центрамолекулыфермента, в результате чегоферменттеряет сродство к своемусубстрату(образование неактивного комплекса).

    Аллостерические взаимодействия проявляются в характере кривых зависимости начальной скорости реакцииотконцентрациисубстратаили эффектора, в частности в S-образности этих кривых (отклонение от гиперболической кривой Михаэлиса-Ментен). S-образный характер зависимости v от [ S ] в присутствии модулятора обусловлен эффектом кооперативности. Это означает, что связывание одноймолекулысубстратаоблегчает связывание второймолекулывактивном центре, способствуя тем самым увеличениюскорости реакции. Кроме того, для аллостерических регуляторныхферментовхарактерна нелинейная зависимостьскорости реакцииотконцентрациисубстрата.

    "