Regulation of Enzyme Activity: Three Major Pathways and Types of Inhibitors | Cheat Sheet Microbiology

1.1 Регуляція швидкості ферментативної реакції здійснюється трьомах шляхами: зміною

кількості ферменту; доступністю субстрату та кофермента; зміною каталітичної активності

молекули фермента.

• Перший шлях - механізм адаптації ферментів. Він полягає у зміні впливу на систему

ядерного геному або рибосомального білкового синтезу метаболітів, гормонів та інших

біологічно активних речовин.

Цей тип регуляції характерний здебільшого для мікроорганізмів, ферменти яких поділяють на

два класи: конститутивні, які синтезуються мікроорганізмами постійно, не залежно від умов

існування та адаптивні, інтенсивність біосинтезу яких змінюється залежно від змін умов

існування.

Адаптивні ферменти мікроорганізмів поділяють на індуцибельні та репресибельні, тобто такі,

активність синтезу яких підвищується або гальмується залежно від дії певних сполук-ефекторів.

• Другий шлях регуляції здійснюється на рівні двох параметрів: субстрату та кофермента.

Чим більша концентрація субстрату, тим вища швидкість метаболічного шляху.

(Стосовно кофермента слід зазначити, що важливе значення для регуляції має

наявність регенерованих коферментів. Наприклад, у реакціях дегідрування

коферментами дегідрогеназ слугують окиснені форми НАД+ , ФАД, ФМН, які

відновлюються в ході реакції. Для того, щоб коферменти могли знову брати участь у

реакції, необхідна їх регенерація, тобто перехід в окиснену форму).

• Третій шлях регуляції активності ферментів може відбуватися за чотирма основними

механізмами: ковалентною модифікацією; обмеженим протеолізом; білокбілковими

взаємодіями; алостерично.

До регулюючих механізмів можна віднести і явище компартменталізації – строга локалізація

ферментів у різних органелах, що дозволяє одночасно перебігати різноспрямованим процесам

у межах однієї клітини. Так, процес синтезу жирних кислот відбувається в цитоплазмі, а їх

розпад зосереджений у мітохондріях.

1.2 1) Активатори - це речовини, які підвищують активність ферментів. 2) Інгібітори - хімічні

сполуки, що сповільнюють каталітичну активність фермента. Поділяються на оборотні і

необоротні.

1.3 До активаторів належать кофактори, іони металів, різноманітні модифікатори. органічні

речовини (жовчні кислоти посилюють дію ліпази підшлункової залози) та неорганічні (іони

хлору є активаторами амілази слини; іони водню посилюють активність пепсину).

1.4 Інгібітори підрозділяються на природні та штучні.

• Природні інгібітори росту, наприклад, роблять рослини нездатними до проростання навіть

в найсприятливіших умовах.

• Штучними інгібіторами найчастіше користуються в практиці сільського господарства та в

медицині. Деякі забруднювачі природного середовища (пестициди, важкі метали) також

можуть бути інгібіторами.

Partial preview of the text

Download Regulation of Enzyme Activity: Three Major Pathways and Types of Inhibitors and more Cheat Sheet Microbiology in PDF only on Docsity!

1.1 Регуляція швидкості ферментативної реакції здійснюється трьомах шляхами: зміною кількості ферменту; доступністю субстрату та кофермента; зміною каталітичної активності молекули фермента.

Перший шлях - механізм адаптації ферментів. Він полягає у зміні впливу на систему ядерного геному або рибосомального білкового синтезу метаболітів, гормонів та інших біологічно активних речовин. Цей тип регуляції характерний здебільшого для мікроорганізмів, ферменти яких поділяють на два класи: конститутивні , які синтезуються мікроорганізмами постійно, не залежно від умов існування та адаптивні , інтенсивність біосинтезу яких змінюється залежно від змін умов існування. Адаптивні ферменти мікроорганізмів поділяють на індуцибельні та репресибельні , тобто такі, активність синтезу яких підвищується або гальмується залежно від дії певних сполук-ефекторів.
Другий шлях регуляції здійснюється на рівні двох параметрів: субстрату та кофермента. Чим більша концентрація субстрату, тим вища швидкість метаболічного шляху. (Стосовно кофермента слід зазначити, що важливе значення для регуляції має наявність регенерованих коферментів. Наприклад, у реакціях дегідрування коферментами дегідрогеназ слугують окиснені форми НАД+ , ФАД, ФМН, які відновлюються в ході реакції. Для того, щоб коферменти могли знову брати участь у реакції, необхідна їх регенерація, тобто перехід в окиснену форму).
Третій шлях регуляції активності ферментів може відбуватися за чотирма основними механізмами: ковалентною модифікацією; обмеженим протеолізом; білокбілковими взаємодіями; алостерично. До регулюючих механізмів можна віднести і явище компартменталізації – строга локалізація ферментів у різних органелах, що дозволяє одночасно перебігати різноспрямованим процесам у межах однієї клітини. Так, процес синтезу жирних кислот відбувається в цитоплазмі, а їх розпад зосереджений у мітохондріях. 1.2 1) Активатори - це речовини, які підвищують активність ферментів. 2) Інгібітори - хімічні сполуки, що сповільнюють каталітичну активність фермента. Поділяються на оборотні і необоротні. 1.3 До активаторів належать кофактори, іони металів, різноманітні модифікатори. органічні речовини (жовчні кислоти посилюють дію ліпази підшлункової залози) та неорганічні (іони хлору є активаторами амілази слини; іони водню посилюють активність пепсину). 1.4 Інгібітори підрозділяються на природні та штучні.
Природні інгібітори росту, наприклад, роблять рослини нездатними до проростання навіть в найсприятливіших умовах.
Штучними інгібіторами найчастіше користуються в практиці сільського господарства та в медицині. Деякі забруднювачі природного середовища (пестициди, важкі метали) також можуть бути інгібіторами.

Прикладом незворотних інгібіторів є диізопропілфторфосфат, фторид натрію, який інгібує фосфатази, фенапролін - металовмісні ферменти. До незворотних неконкурентних інгібіторів належить, наприклад хлорофос. 2.1 І нгібування ферментів: інгібітори частково або повністю перешкоджають утворенню активного фермент-субстратного комплексу. Процес інгібування ферментів може бути зворотнім і незворотнім. 2.2 Зворотні інгібітори взаємодіють з ферментом без утворення ковалентних зв'язків. Активність фермента відновлюється при видаленні інгібітора шляхом діалізу. За механізмом дії зворотні інгібітори ферментів поділяють на конкурентні, неконкурентні, безконкурентні, субстратні (або метаболічні) та алостеричні.

Конкурентне інгібування. Конкурентні інгібітори за будовою подібні до субстрату, вони конкурують із ним за зв’язування з активним центром фермента. Ефективність інгібітора залежить від співвідношення концентрацій субстрату й інгібітора. Якщо концентрація інгібітора перевищить концентрацію субстратк, то інгібітор виключає фермент із реакції. Але якщо концентрація субстрату буде вищою за концентрацію інгібітора, то дія інгібітора припиняється. Приклад - дія малонової кислоти (інгібітор) на фермент сукцинатдегідрогеназу (СДГ), який каталізує в організмі перетворення янтарної кислоти (субстрат) на фумарову.
Неконкурентним інгібуванням називають таке гальмування, при якому інгібітор не є структурним аналогом субстрату, він взаємодіє з ферментом або в ділянці, відмінній від активного центра, або з уже сформованим фермент-субстратним комплексом. Приєднання неконкурентного інгібітора викликає зміну конформацію молекули фермента в такий спосіб, що порушується взаємодія субстрату з активним центром фермента, що призводить до зниження швидкості реакції. Неконкурентними інгібіторами є ціаніди, які міцно сполучаються з тривалентним залізом, яке входить в каталітичну ділянку гемінового фермента цитохромоксидази. Блокування останнього призводить до припинення тканинного дихання та загибелі клітини.
Безконкурентне інгібування безконкурентний інгібітор не сполучається з ферментом у відсутності субстрату. Інгібітор полегшує приєднання субстрату, а потім, зв'язуючись, інгібує фермент.
Субстратне інгібування. Наявність надмірно високої концентрації субстрату викликає гальмування ферментативної реакції. Пояснюється цей факт тим, що молекули субстрату в надлишку займають неправильне положення в активному центрі фермента. 2.3 Якщо молекула інгібітора викликає стійкі зміни, модифікацію функціональних груп ферменту або їх руйнування, то такий тип інгібування є незворотнім. Незворотне гальмування виникає, коли утворений комплекс фермент-інгібітор практично не дисоціює. Після усунення інгібітора, активність фермента не відновлюється (мають властивості клітинних отрут).

5.1 Ензимопатологія це вивчення ферментативних порушень у патогенезі різних захворювань.

(захворювання, які обумовлені відсутністю або зниженням ак тивності ферментів) 5.2 Первинні, або спадкові , ферментопатії виникають унаслідок змін у генетичному коді синтезу ферментів. При галактоземії відбувається накопичення в крові й тканинах галактозо- 1 - фосфату, вільної галактози та спирту дульциту – продукту відновлення галактози. Високий їх вміст діє токсично, у немовлят після споживання молока спостерігають блювання та пронос, збільшується печінка, розвивається катаракта, затримується розумовий розвиток. Відсутність у печінці фенілаланін- 4 - монооксигенази призводить до розвитку фенілкетонурії. Приблизно одна людина з 80 серед європейців є носієм рецесивного гену фенілаланінмонооксигенази. Внаслідок блоку перетворення фенілаланіну на тирозин в організмі нагромаджується фенілаланін, фенілпіруват. Надлишок цих кислот порушує нормальний розвиток мозку дитини та слугує причиною розумової відсталості, судом тощо. Сфінгомієліноз або хвороба Німана-Піка супроводжується нагромадженням сфінгомієлінів у клітинах ретикуло-ендотеліальної системи, головного мозку, кісткового мозку, печінки та інших внутрішніх органів. Хвороба призводить до затримки психічного розвитку та смерті в ранньому дитячому віці. 5.3 Друга група – це захворювання, при яких ферментативні порушення виникають вторинно. Вони розвиваються внаслідок пошкодження тканин різними агентами. Розвиток набутих ферментопатій можна представити так: етіологічний фактор викликає порушення діяльності однієї або декількох ферментативних систем і порушення відповідних обмінних процесів, у результаті чого виникає захворювання з характерними для нього симптомами.

Ендокринні захворювання. Гіпо- або гіперфункція певної ендокринної залози пов’язана зі зниженням або підвищенням синтезу відповідних гормонів.
Алергічні захворювання
Механічні захворювання 5.4 Основою уроджених вад метаболізму є дефекти ферментів, що спричинені мутаціями в складі генів, які відповідальні за синтез певних ферментативних білків.
вроджені порушення метаболізму простих та складних вуглеводів
вроджені порушення метаболізму ліпідів порфіринів і пуринів. Набуті ензимопатії виникають внаслідок ушкодження тканин різними агентами. 5.5 Вивчення ізоферментного спектра широко використовується в клініці для діагностики органічних і функціональних уражень органів і тканин, встановлення чіткої локалізації патологічного процесу. Використовують для діагнозу інфаркту, анемії, захворювань м’язів та печінки.

6.1 Ферментодіагностика - використання ферментативних методів для діагностики (дослідження активності ферментів у біологічних субстратах). 6.2 Для серцевого м'яза най специфічними ферментами є креатинкіназа, аспартатамінотрансфераза і лактатдегідрогеназа. При інфаркті визначається суттєве підвищення активності АСТ, КК, ЛДГ1. Особливо характерною є часова динаміка змін активності цих ферментів. В нормі 4 години активність може і не підвищуватися. Поява в сироватці цих ензимів пов'язане із некротичним явищами в серцевому м'язі. 6.3 У печінці переважають такі ферменти: аланінамінотрансфераза (АЛТ), ЛДГ4, лужна фосфатаза (ЛФ). При захворюванні печінки відбувається:

вивільнення цитоплазматичних ензимів з клітини пошкодженої паренхіми печінки.
вивільнення ензимів пов'язаних із цитоплазматичною мембраною.
порушення вивільнення ензимів внаслідок зниження інтенсивності їх синтезу. Активність АЛТ і АСТ підвищена при гепатиті. 6.4 Під час вивчення ізоферментних спектрів ЛДГ злоякісних і доброякісних пухлин було встановлено що ці спектри найбільше відрізняються один від одного за величиною фракції ЛДГ5. Для злоякісних пухлин ЛДГ5/ЛДГ1 - завжди перевищує 1, для доброякісних він менший від 1. У хворих на лейкоз, при пухлинах рота, раку бронхів і пухлини мозку збільшена активність ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ 7.1 Ензимотерапія - це використання ферментів і модуляторів як лікарських засобів. 7.2 Лікування ферментами проводиться в основному при їх недостатності в організмі. Фібринолізин рекомендується для розсмоктування тромбів судин. Цитохром С застосовують при отруєнні чадним газом і деякими іншими отруйними речовинами. Трипсин застосовується зовнішньо для ран і внутрішньом'язово як протизапальний засіб при остеомієлітах і гаймориті. Нуклеази застосовують при лікуванні деяких вірусних захворювань. Наприклад кон'юктивіту. Панкреати н для покращення функціонального стану травного тракту та нормалізації процесів травлення. 7.3 Фенобарбітал збільшує швидкість гідроксилювання наприклад барбітуратів. Введення цього препарату призводить до збільшення гладких мембран ендоплазматичної сітки. Після активації дії певних ферментів у терапії широко використовуються кофактори:

Кокарбоксилаза (В1) - при серцевих захворюваннях, порушення нервової системи.

Regulation of Enzyme Activity: Three Major Pathways and Types of Inhibitors, Cheat Sheet of Microbiology

Related documents

Partial preview of the text

Download Regulation of Enzyme Activity: Three Major Pathways and Types of Inhibitors and more Cheat Sheet Microbiology in PDF only on Docsity!

5.1 Ензимопатологія це вивчення ферментативних порушень у патогенезі різних захворювань.