Контрольная работа - Микробиология

Подождите немного. Документ загружается.

Вариант №4

1. Значение ферментов в процессе обмена веществ

микроорганизмов. Химическая природа и общие свойства ферментов.

2. Строение тела и клетка грибов, способы их размножения.

Принципиальные отличия строения грибной клетки от бактериальной.

1. Значение ферментов в процессе обмена веществ

микроорганизмов. Химическая природа и общие свойства ферментов.

Роль ферментов.

Химические превращения осуществляются в клетке с помощью

ферментов. За каждое превращение одного метаболита в другой

ответственен особый фермент. Ферменты представляют собой белки,

обладающие каталитической функцией. Основные свойства

ферментного белка заключаются в его способности распознавать

определенные метаболиты, катализировать их превращения и

обеспечивать регуляцию каталитической активности.

Катализируемая ферментом реакция начинается со связывания

определенного метаболита (субстрата) с ферментным белком.

Каждый фермент взаимодействует, как правило, лишь с одним

метаболитом – своим субстратом – и катализирует его превращение в

другой метаболит до установления равновесия. Таким образом,

каждый фермент характеризуется определенной субстратной

специфичностью (взаимодействует только с одним метаболитом и

продуктом его превращения) и определенной специфичностью

действия (катализирует лишь одно из многочисленных превращений,

которым может подвергаться данный метаболит). Узнавание

субстрата ферментом происходит в процессе связывания. Субстрат

присоединяется в совершенно определенном участке молекулы

ферментного белка – так называемом каталитическом центре.

Стерические свойства субстрата и распределение зарядов в его

молекуле служат теми признаками, по которым субстрат распознается

ферментом. Субстрат и фермент подходят друг к другу, как ключ к

замку.

Ферментные белки действуют как биокатализаторы, снижая

энергию активации. Химические превращения метаболита на

ферменте протекают при обычной температуре. Ферменты, таким

образом, обеспечивают протекание таких реакций, которые без них

могли бы происходить только при высокой температуре или при

других нефизиологических условиях, которые клетка не могла бы

выдержать.

Скорость реакции, катализируемой ферментом, примерно на 10

порядков выше, чем скорость неферментативной реакции; увеличение

скорости в 10

раз сокращает полупериод какой-либо реакции с 300

лет до 1 секунды.

Очень важное свойство ферментов, окончательно установленное

лишь сравнительно недавно, состоит в том, что их каталитическая

активность подвержена регуляции. Эта регулируемость ферментной

активности – одно из возможных объяснений гармоничного

протекания всех метаболических процессов в клетке. По крайней мере

некоторые ферменты (хотя бы по одному в каждом специфическом

пути биосинтеза) подвергаются регуляторным воздействиям. Такие

ферменты с помощью своего каталитического центра распознают

субстрат, а с помощью другого центра – конечный продукт данной

цепи реакций или иные низкомолекулярные вещества, определенным

образом влияющие на их активность. У этих ферментов имеется

второй связывающий участок – регуляторный центр. Связывание

конечных продуктов или других метаболитов, называемых также

эффекторами, влияет на каталитический центр, изменяя его

активность. Конечные продукты действуют как отрицательные

эффекторы. Положительные эффекторы повышают активность

фермента. Таким образом, концентрации метаболитов, играющих

роль эффекторов, определяют активность фермента, а тем самым и

скорость соответствующих превращений. Эффекторы по своей

структуре не имеют ничего общего с субстратами ферментов. Они

стерически отличны от субстратов. Поэтому говорят об

аллостерических эффекторах, а центры, ответственные за регуляцию,

называют аллостерическими центрами ферментов.

Свойства ферментов.

Будучи белками, ферменты обладают всеми их свойствами.

Вместе с тем биокатализаторы характеризуются рядом

специфических качеств, тоже вытекающих из их белковой природы.

Эти качества отличают ферменты от катализаторов обычного типа.

Сюда относятся термолабильность ферментов, зависимость их

действия от значения рН среды, специфичность и, наконец,

подверженность влиянию активаторов и ингибиторов.

1.Термолабильность ферментов объясняется тем, что

температура, с одной стороны, воздействует на белковую часть

фермента, приводя при слишком высоких значениях к денатурации

белка и снижению каталитической функции, а с другой стороны,

оказывает влияние на скорость реакции образования фермент-

субстратного комплекса и на все последующие этапы преобразования

субстрата, что ведет к усилению катализа.

2.Зависимость каталитической активности фермента от

температуры выражается типичной кривой. До некоторого значения

температуры (в среднем до 5О°С) каталитическая активность растет,

причем на каждые 10°С примерно в 2 раза повышается скорость

преобразования субстрата. В то же время постепенно возрастает

количество инактивированного фермента за счет денатурации его

белковой части. При температуре выше 50°С денатурация

ферментного белка резко усиливается и, хотя скорость реакций

преобразования субстрата продолжает расти, активность фермента,

выражающаяся количеством превращенного субстрата, падает.

Детальные исследования роста активности ферментов с

повышением температуры, проведенные в последнее время, показали

более сложный характер этой зависимости, чем указано выше: во

многих случаях она не отвечает правилу удвоения активности на

каждые 10°С в основном из-за постепенно нарастающих

онформационных изменений в молекуле фермента.

Температура, при которой каталитическая активность фермента

максимальна, называется его температурным оптимумом.

Температурный оптимум для различных ферментов неодинаков. В

общем для ферментов животного происхождения он лежит между 40 и

50°С, а растительного - между 50 и 60°С. Однако есть ферменты с

более высоким температурным оптимумом, например, у папаина

(фермент растительного происхождения, ускоряющий гидролиз белка)

оптимум находится при 8О°С. В то же время у каталазы (фермент,

ускоряющий распад Н2О2 до Н2О и О2) оптимальная температура

действия находится между 0 и -10°С, а при более высоких

температурах происходит энергичное окисление фермента и его

инактивация.

3. Зависимость активности фермента от значения рН среды была

установлена свыше 50 лет назад. Для каждого фермента существует

оптимальное значение рН среды, при котором он проявляет

максимальную активность. Большинство ферментов имеет

максимальную активность в зоне рН поблизости от нейтральной точки.

В резко кислой или резко щелочной среде хорошо работают лишь

некоторые ферменты.

Активность ферментов – способность в разной степени ускорять

скорость реакции. Активность выражают в:

1) Международных единицах активности – (МЕ) количество

фермента, катализирующего превращение 1 мкМ субстрата за 1 мин.

2) Каталах (кат) – количество катализатора (фермента),

способное превращать 1 моль субстрата за 1 с.

3) Удельной активности – число единиц активности (любых из

вышеперечисленных) в исследуемом образце к общей массе белка в

этом образце.

4) Реже используют молярную активность – количество молекул

субстрата превращенных одной молекулой фермента за минуту.

Активность зависит в первую очередь от температуры.

Наибольшую активность тот или иной фермент проявляет при

оптимальной температуре. Для Ф живого организма это значение

находится в пределах +37,0 - +39,0 °С, в зависимости от вида

животного. При понижении температуры, замедляется броуновское

движение, уменьшается скорость диффузии и, следовательно,

замедляется процесс образования комплекса между ферментом и

компонентами реакции (субстратами). В случае повышения

температуры выше +40 - +50 °С молекула фермента, которая

является белком, подвергается процессу денатурации. При этом

скорость химической реакции заметно падает Активность ферментов

зависит также от рН среды. Для большинства из них существует

определенное оптимальное значение рН, при котором их активность

максимальна. Поскольку в клетке содержатся сотни ферментов и для

каждого из них существуют свои пределы опт рН, то изменение рН это

один из важных факторов регуляции ферментативной активности. Так,

в результате одной химреакции при участии определенного фермента

рН опт которого лежит в пределах 7.0 – 7.2 образуется продукт,

который является кислотой. При этом значение рН смещается в

область 5,5 – 6.0. Активность фермента резко снижается, скорость

образования продукта замедляется, но при этом активизируется

другой фермент, для которого эти значения рН оптимальны и продукт

первой реакции подвергается дальнейшему химическому

превращению. (Еще пример про пепсин и трипсин).

4. Специфичность - одно из наиболее выдающихся качеств

ферментов. Эго свойство их было открыто еще в прошлом столетии,

когда было сделано наблюдение, что очень близкие по структуре

вещества - пространственные изомеры (a- и b-метилглюкозиды)

расщепляются по эфирной связи двумя совершенно разными

ферментами.

Таким образом, ферменты могут различать химические

соединения, отличающиеся друг от друга очень незначительными

деталями строения, такими, например, как пространственное

расположение метоксильного радикала и атома водорода при 1-м

углеродном атоме молекулы метилглюкозида. Специфичность

действия ферментов. В клетках организма протекает 2-3 тыс. реакций,

каждая из которые катализирутся определенным ферментом.

Специфичность действия фермента – это способность ускорять

протекание одной определенной реакции, не влияя на скорость

остальных, даже очень похожих.

Различают:

1). Абсолютную – когда фермент катализирует только одну

определенную реакцию (аргиназа – расщепление аргинина)

2).Относительную (групповую спец) – фермент катализирует

определенный класс реакций (напр. гидролитическое расщепление)

или реакции при участии определенного класса веществ.

Специфичность ферментов обусловлена их уникальной

аминокислотной последовательностью, от которой зависит

конформация активного центра, взаимодействующего с компонентами

реакции.Вещество, химическое превращение которого катализируется

ферментом носит название субстрат.

5. Влияние на скорость химической реакции: ферменты

увеличивают скорость химической реакции, но сами при этом не

расходуются.

Скорость реакции – это изменение концентрации компонентов

реакции в единицу времени. Если она идет в прямом направлении, то

пропорциональна концентрации реагирующих веществ, если в

обратном – то пропорциональна концентрации продуктов реакции.

Отношение скоростей прямой и обратной реакций называется

константой равновесия. Ферменты не могут изменять величины

константы равновесия, но состояние равновесия в присутствии

ферментов наступает быстрее.

Химическая природа ферментов.

Все ферменты это белки с молекулярной массой от 15 000 до

нескольких млн Да. По химическому строению различают простые

ферменты (состоят только из АК) и сложные ферменты (имеют

небелковую часть или простетическую группу).

Ферменты- простые белки- построены только из аминокислот, и

их каталитические свойства обусловлены свойством самой белковой

молекулы. К этой группе ферментов относится большинство

гидролитических ферментов.

Ферменты- сложные белки- содержат в своём составе, помимо

белкового компонента, ещё и небелковый например, нуклеотиды,

гуминовую группу, витамины, атомы ( катионы ) металла. К таким

ферментам обычно относятся ферменты окислительно-

восстановительного действия. Прочность связи между белковым

компонентом и простатической группой в сложных ферментах может

быть различной. В некоторых случаях связь прочная, в других -

простатическая группа довольно легко отделяется, например при

диализе. Легко диссоциирующие простатические группы ферментов

получили название коферментов. При отделении простатической

группы от белковой части фермента - последний теряет свою

активность. В простых ферментах активный центр образуется

непосредственно группировкой аминокислотных остатков в

спиральной цепи белковой молекулы. В сложных ферментах он

образуется простатической группой и некоторыми прилегающими к

ней остатками. Размер активных центров значительно меньше самой

молекулы фермента. На один активный центр приходится масса

молекулы с молекулярным весом 30000. В простых ферментах

пространственная группировка этих аминокислотных остатков сама по

себе определяет структуру активного уентрацентра и каталитическую

активность фермента. В сложных ферментах структура активного

центра определяется простатической группой и боковыми группами

некоторых аминокислотных остатков, пространственная структура

которых оказывает существенное влияние на специфичность и

каталитическую активность небелкового компонента. Среди таких

аминокислотных остатков наибольшее значение имеют SH- группы

цистеина, OH- группы серина, несколько меньшее значение имеет

индольная группа триптофана, карбонильные группы дикарбоновых

аминокислот. Компоненты активного центра нельзя представлять

последовательно расположенными на, каком - либо участке цепи. По-