Химия ферментов

Введение в химию ферментов
- История открытия и изучения ферментов
- Место ферментов в биохимии и молекулярной биологии
- Классификация ферментов по Международной биохимической номенклатуре
- Номенклатура и систематическое наименование ферментов
- Единицы активности ферментов и стандартизация измерений
Структура и организация ферментов
- Первичная структура ферментов: аминокислотные последовательности
- Вторичная структура: альфа-спирали и бета-листы в ферментах
- Третичная структура: пространственная организация ферментативных белков
- Четвертичная структура: мультимерные ферментные комплексы
- Активный центр фермента: строение и функциональные группы
- Аллостерические центры и регуляторные участки
- Конформационные изменения при связывании субстрата
- Роль дисульфидных связей в стабилизации структуры
- Гидрофобные взаимодействия и их влияние на активность
- Металлопротеины и роль ионов металлов в структуре ферментов
Механизмы ферментативного катализа
- Теория индуцированного соответствия
- Энергетические профили ферментативных реакций
- Переходные состояния и их стабилизация
- Ковалентный катализ в ферментативных реакциях
- Кислотно-основной катализ
- Электростатическая стабилизация
- Конформационные изменения как движущая сила катализа
- Туннельный эффект в ферментативных реакциях
- Динамические эффекты и колебания белковой матрицы
Кинетика ферментативных реакций
- Основы ферментативной кинетики
- Уравнение Михаэлиса-Ментен: вывод и применение
- Константа Михаэлиса и ее физический смысл
- Число оборотов фермента и каталитическая эффективность
- Ингибирование ферментов: конкурентное, неконкурентное, смешанное
- Необратимое ингибирование и инактивация ферментов
- Кинетика реакций с двумя субстратами
- Упорядоченные и случайные механизмы связывания субстратов
- Кооперативность в ферментативных реакциях
- Уравнение Хилла и анализ кооперативных эффектов
- Аллостерическая регуляция и ее кинетические проявления
- Температурная зависимость ферментативной активности
- pH-зависимость и ионизационные состояния активного центра
Классификация ферментов по типам катализируемых реакций
- Оксидоредуктазы: механизмы окислительно-восстановительных реакций
- Трансферазы: перенос функциональных групп
- Гидролазы: гидролитическое расщепление связей
- Лиазы: реакции отщепления с образованием двойных связей
- Изомеразы: внутримолекулярные перестройки
- Лигазы: реакции конденсации с участием АТФ
Оксидоредуктазы
- Дегидрогеназы и их коферменты
- Никотинамидные коферменты: НАД+ и НАДФ+
- Флавиновые коферменты: ФАД и ФМН
- Цитохромы и электронтранспортная цепь
- Каталаза и пероксидазы: защита от активных форм кислорода
- Супероксиддисмутаза и антиоксидантная защита
- Монооксигеназы и диоксигеназы
- Цитохром P450 и его роль в метаболизме ксенобиотиков
- Лактатдегидрогеназа: структура и механизм действия
- Алкогольдегидрогеназа и метаболизм этанола
Трансферазы
- Аминотрансферазы и обмен аминокислот
- Пиридоксальфосфат как кофермент трансаминирования
- Киназы и фосфорилирование белков
- АТФ как донор фосфатных групп
- Метилтрансферазы и роль S-аденозилметионина
- Ацетилтрансферазы и ацетил-коэнзим А
- Гликозилтрансферазы в биосинтезе углеводов
- Сульфотрансферазы в процессах детоксикации
- Убиквитинлигазы и деградация белков
Гидролазы
- Протеазы: классификация и механизмы действия
- Сериновые протеазы: трипсин, химотрипсин, эластаза
- Цистеиновые протеазы: папаин и катепсины
- Аспартатные протеазы: пепсин и ренин
- Металлопротеазы и роль ионов цинка
- Липазы и эстеразы в метаболизме липидов
- Фосфолипазы и их роль в сигнальных процессах
- Нуклеазы: ДНКазы и РНКазы
- Гликозидазы в расщеплении углеводов
- Фосфатазы и дефосфорилирование
Лиазы
- Альдолазы в гликолизе и глюконеогенезе
- Декарбоксилазы и роль пироидоксальфосфата
- Аминокислотные декарбоксилазы
- Карбоангидраза и гидратация углекислого газа
- Фумараза в цикле трикарбоновых кислот
- Аденилилсукцинатлиаза в биосинтезе пуринов
- Гистидинаммонийлиаза в катаболизме гистидина
Изомеразы
- Фосфоглюкомутаза в метаболизме глюкозы
- Триозофосфатизомераза в гликолизе
- Рацемазы и эпимеразы
- Цис-транс-изомеразы
- Внутримолекулярные оксидоредуктазы
- Изомеразы в биосинтезе холестерина
Лигазы
- Аминоацил-тРНК-синтетазы в биосинтезе белка
- АТФ-зависимые механизмы активации
- Ацетил-КоА-карбоксилаза в биосинтезе жирных кислот
- Карбамоилфосфатсинтетаза в цикле мочевины
- Глутаминсинтетаза и ассимиляция аммиака
- ДНК-лигазы в репарации и репликации ДНК
Коферменты и простетические группы
- Водорастворимые витамины как предшественники коферментов
- Тиаминдифосфат в реакциях декарбоксилирования
- Рибофлавин и флавиновые коферменты
- Никотиновая кислота и пиридиновые нуклеотиды
- Пантотеновая кислота и коэнзим А
- Пиридоксин и пиридоксальфосфат
- Биотин в реакциях карбоксилирования
- Фолиевая кислота и одноуглеродные фрагменты
- Кобаламин в реакциях изомеризации
- Жирорастворимые витамины и их коферментные функции
- Гем как простетическая группа
- Железо-серные кластеры в электронном транспорте
- Молибден и вольфрам в ферментативных реакциях
- Цинк и его роль в каталитических механизмах
Регуляция активности ферментов
- Аллостерическая регуляция: позитивные и негативные эффекторы
- Ковалентная модификация ферментов
- Фосфорилирование и дефосфорилирование
- Метилирование, ацетилирование и другие модификации
- Протеолитическая активация ферментов
- Компартментализация как механизм регуляции
- Индукция и репрессия синтеза ферментов
- Конкурентное ингибирование продуктами реакции
- Каскадные системы регуляции
- Регуляция по принципу обратной связи
Ферменты в метаболических путях
- Ключевые ферменты гликолиза
- Фосфофруктокиназа как регуляторный фермент
- Пируваткиназа и контроль гликолиза
- Ферменты глюконеогенеза
- Фруктозо-1,6-бисфосфатаза
- Ферменты пентозофосфатного пути
- Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
- Ферменты цикла трикарбоновых кислот
- Цитратсинтаза и ее регуляция
- Изоцитратдегидрогеназа как контрольная точка
- Ацил-КоА-дегидрогеназы
- Ферменты биосинтеза жирных кислот
- Ацетил-КоА-карбоксилаза как ключевой фермент липогенеза
Ферменты азотистого обмена
- Ферменты деградации аминокислот
- Аминотрансферазы в катаболизме аминокислот
- Глутаматдегидрогеназа и дезаминирование
- Ферменты цикла мочевины
- Карбамоилфосфатсинтетаза I
- Аргиназа и образование мочевины
- Ферменты биосинтеза аминокислот
- Глутаминсинтетаза и ассимиляция азота
- Аспартоксиназа в биосинтезе лизина и треонина
- Ферменты метаболизма нуклеотидов
- Рибонуклеотидредуктаза
- Тимидилатсинтаза и биосинтез тимина
Энзимология нуклеиновых кислот
- ДНК-полимеразы: структура и функции
- Корректорская активность ДНК-полимераз
- РНК-полимеразы и транскрипция
- Промоторы и факторы транскрипции
- Рестрикционные эндонуклеазы
- Механизмы узнавания специфических последовательностей
- ДНК-лигазы в репарации и рекомбинации
- Хеликазы и раскручивание двойной спирали
- Топоизомеразы и релаксация суперспирализации
- Теломераза и поддержание длины хромосом
- Процессинг РНК: сплайсинг и модификации
- Рибозимы как каталитические РНК
Ферменты пищеварения
- Протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта
- Пепсин и кислотное пищеварение
- Панкреатические протеазы: трипсин, химотрипсин, эластаза
- Кишечные пептидазы и завершение переваривания белков
- Амилазы в переваривании крахмала
- Слюнная и панкреатическая α-амилазы
- Дисахаридазы кишечной каемки
- Лактаза и непереносимость лактозы
- Панкреатическая липаза и переваривание липидов
- Желчные кислоты как активаторы липазы
- Фосфолипаза А2 и переваривание фосфолипидов
Ферменты детоксикации
- Система цитохрома P450
- Монооксигеназы смешанной функции
- Фаза I биотрансформации ксенобиотиков
- Эпоксидгидролазы и гидролиз эпоксидов
- Глутатион-S-трансферазы
- Конъюгация с глутатионом как механизм детоксикации
- УДФ-глюкуронозилтрансферазы
- Глюкуронидация как реакция фазы II
- Сульфотрансферазы и сульфатная конъюгация
- N-ацетилтрансферазы и ацетилирование
- Альдегиддегидрогеназа и окисление ацетальдегида
Ферменты иммунной системы
- Комплемент и его ферментативные компоненты
- C1-эстераза и классический путь активации
- Фактор D и альтернативный путь комплемента
- Лизоцим как антибактериальный фермент
- Миелопероксидаза нейтрофилов
- Образование гипохлорита и бактерицидное действие
- Индуцибельная синтаза оксида азота
- NO как сигнальная молекула и цитотоксический агент
- Циклооксигеназы и синтез простагландинов
- ЦОГ-1 и ЦОГ-2: физиологические различия
- Липооксигеназы и синтез лейкотриенов
Ферменты сигнальных систем
- Аденилилциклаза и образование цАМФ
- G-белки как регуляторы аденилилциклазы
- Фосфодиэстеразы и гидролиз цАМФ
- Протеинкиназа А и фосфорилирование белков
- Гуанилилциклаза и синтез цГМФ
- Протеинкиназа G и ее субстраты
- Фосфолипаза С и гидролиз фосфоинозитидов
- Инозитол-1,4,5-трисфосфат и мобилизация кальция
- Диацилглицерол и активация протеинкиназы С
- Тирозинкиназы рецепторов факторов роста
- Автофосфорилирование и активация рецепторов
- Серин-треониновые киназы в сигнальных каскадах
Промышленные ферменты
- Амилазы в пищевой промышленности
- Производство глюкозно-фруктозных сиропов
- Протеазы в производстве моющих средств
- Алкалазы и щелочные протеазы
- Липазы в жировой промышленности
- Межэтерификация и модификация жиров
- Целлюлазы в целлюлозно-бумажной промышленности
- Ксиланазы для отбеливания целлюлозы
- Пектиназы в производстве соков
- Осветление и фильтрация фруктовых соков
- Инвертазы в кондитерской промышленности
- Лактазы для получения безлактозных продуктов
- Трансглутаминазы в мясопереработке
- Глюкозооксидаза как консервант
Иммобилизация ферментов
- Методы иммобилизации: адсорбция, ковалентное связывание
- Включение в гели и микрокапсулирование
- Поперечная сшивка ферментов
- Носители для иммобилизации: природные и синтетические
- Активированные носители и методы активации
- Кинетические особенности иммобилизованных ферментов
- Диффузионные ограничения и их влияние на активность
- Стабильность иммобилизованных ферментов
- Повторное использование и регенерация
- Промышленные реакторы с иммобилизованными ферментами
- Непрерывные процессы и колонные реакторы
Инженерная энзимология
- Белковая инженерия и направленная эволюция
- Рациональный дизайн ферментов
- Компьютерное моделирование активных центров
- Случайный мутагенез и скрининг вариантов
- Рекомбинация генов и создание химерных ферментов
- Модификация субстратной специфичности
- Изменение температурной и pH-стабильности
- Повышение каталитической эффективности
- Создание новых каталитических активностей
- Метагеномика в поиске новых ферментов
- Экстремофильные ферменты и их применение
Методы исследования ферментов
- Выделение и очистка ферментов
- Хроматографические методы разделения
- Электрофорез в полиакриламидном геле
- Изоэлектрическое фокусирование
- Определение молекулярной массы ферментов
- Аминокислотный анализ и секвенирование
- Масс-спектрометрия белков
- Рентгеноструктурный анализ ферментов
- ЯМР-спектроскопия в изучении структуры
- Круговой дихроизм и вторичная структура
- Флуоресцентная спектроскопия
- Инфракрасная спектроскопия ферментов
- Калориметрические методы изучения связывания
Кинетические методы исследования
- Спектрофотометрические методы измерения активности
- Флуориметрические методы анализа
- pH-статические измерения
- Кислородные электроды в изучении оксидаз
- Радиоизотопные методы
- Методы остановленного потока
- Температурный скачок и релаксационные методы
- Измерение предстационарной кинетики
- Анализ множественного оборота
- Изотопные эффекты в ферментативных реакциях
- Химическая модификация ферментов
- Аффинная метка активного центра
Патология ферментов
- Наследственные ферментопатии
- Дефицит ферментов и болезни накопления
- Гликогенозы и дефекты ферментов гликогенолиза
- Мукополисахаридозы и лизосомальные ферменты
- Болезни пероксисом и их ферменты
- Фенилкетонурия и дефицит фенилаланингидроксилазы
- Галактоземия и нарушения метаболизма галактозы
- Ферменты как маркеры патологических процессов
- Кардиоспецифические ферменты в диагностике инфаркта
- Печеночные ферменты и оценка функции печени
- Мышечные ферменты в диагностике миопатий
- Опухолевые маркеры ферментативной природы
Ферментная терапия
- Заместительная ферментная терапия
- Препараты панкреатических ферментов
- Лечение лизосомальных болезней накопления
- Тромболитическая терапия ферментами
- Стрептокиназа и тканевой активатор плазминогена
- L-аспарагиназа в лечении лейкемий
- Уриказа при гиперурикемии
- Гиалуронидаза как фермент распространения
- Пенициллиназа для лечения аллергических реакций
- Фибринолитические ферменты
- Протеолитические ферменты в хирургии
- Ферменты в составе ранозаживляющих препаратов
Ингибиторы ферментов как лекарственные средства
- Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента
- Каптоприл и его механизм действия
- Ингибиторы ГМГ-КоА-редуктазы
- Статины в лечении гиперхолестеринемии
- Ингибиторы циклооксигеназы
- Аспирин как необратимый ингибитор ЦОГ
- Селективные ингибиторы ЦОГ-2
- Ингибиторы карбоангидразы
- Диуретическое действие ацетазоламида
- Ингибиторы протонной помпы
- Омепразол и лечение язвенной болезни
- Ингибиторы нейраминидазы
- Противовирусная терапия гриппа
- Ингибиторы протеаз ВИЧ
- Комбинированная антиретровирусная терапия
Эволюция и происхождение ферментов
- Теории происхождения ферментативного катализа
- Мир РНК и рибозимы
- Эволюция от рибозимов к белковым ферментам
- Молекулярная эволюция ферментов
- Дивергентная эволюция и семейства ферментов
- Конвергентная эволюция каталитических механизмов
- Горизонтальный перенос генов ферментов
- Дупликация генов и функциональная дивергенция
- Модульная эволюция мультидоменных ферментов
- Коэволюция ферментов и метаболических путей
- Ферменты экстремофилов и адаптация к условиям среды
- Термостабильные ферменты архей
- Психрофильные ферменты и холодная адаптация
- Галофильные ферменты и солевая адаптация
Перспективы развития энзимологии
- Системная энзимология и метаболические сети
- Синтетическая биология и искусственные ферменты
- Компьютерный дизайн новых ферментов
- Направленная эволюция в пробирке
- Белковые каркасы и модульные ферменты
- Каталитические антитела и их получение
- ДНКзимы и аптазимы как альтернатива ферментам
- Наноэнзимология и одномолекулярные измерения
- Ферменты в биотопливе и зеленой химии
- Биоремедиация с использованием ферментов
- Ферменты в биосенсорах и биочипах
- Персонализированная медицина и фармакогеномика ферментов