Напишите уравнение реакции гидролиза ацетилхолина

Напишите уравнение реакции гидролиза ацетилхолина

Для лечения двигательных нарушений после травм, параличей, полиомелита используют препарат калимин, который по структуре похож на ацетилхолин. Как изменится концентрация ацетилхолина в нервно-мышечных синапсах после поступления нервного импульса при лечении калимином? Для ответа на вопрос:

а) Опишите влияние структурных аналогов субстратов на активность ферментов

б) Напишите реакцию гидролиза ацетилхолина и объясните ее значение для проведения нервного импульса.

После поступления нервного импульса при лечении калимином концентрация ацетилхолина увеличится.

а) Использование структурных аналогов является конкурентным ингибированием. В результате возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за место в активном центре фермента. С ферментом взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплекс фермент-субстрат ( ES ) или фермент-ингибитор ( EI ). При формировании комплекса фермента и ингибитора ( EI ) продукт реакции не образуется.

Калимин является структурным аналогом ацетилхолина и ингибирует ацетилхолинэстеразу (АХЭ), катализирующую реакцию гидролиза ацетилхолина.

При добавлении ингибиторов активность ацетилхолина увеличивается, что сопровождается усилением проведения нервного импульса. Ингибиторы холинэстеразы использую при лечении мышечных дистрофий.

Холин и уксусная кислота не способны действовать как нейромедиаторы.

Напишите уравнение реакции гидролиза ацетилхолина

Ацетилхолин (АХ) — очень важный медиатор. Деятельность холинергических нейронов центральной нервной системы (ЦНС), направляющихся от базальных структур переднего мозга к гиппокампу, обеспечивает возможность обучения и запоминания. Повреждение этих нейронов приводит к возникновению болезни Альцгеймера.

В периферической нервной системе холинергическими являются все двигательные нейроны скелетной мускулатуры, преганглионарные нейроны, иннервирующие симпатические и парасимпатические ганглии, а также постганглионарные нервные волокна, осуществляющие парасимпатическую иннервацию сердечной мышцы, гладкой мускулатуры кишечника и мочевого пузыря, а также гладкой мускулатуры глаза, ответственной за процессы аккомодации и зрения на близком расстоянии.

Ацетилхолин (АХ) синтезируется при переносе ацетильной группы с ацетилокофермента А (ацетил-КоА) на холин под действием фермента холинацетилтрансферазы. Холинацетилтрансфераза присутствует исключительно в холинергических нейронах. Холин поступает в нейрон из межклеточного пространства путем активного транспорта. Ацетил-КоА синтезируется в митохондриях, которые синтезируют холинацетилтрансферазу и в большом количестве расположены в нервных окончаниях.

После высвобождения ацетилхолина (АХ) в синаптическую щель происходит его разрушение под действием ацетилхолинестеразы (АХЭ) с образованием холина и уксусной кислоты, которые подвергаются обратному захвату и повторному использованию для синтеза новых молекул медиатора.

Этапы синтеза, распада и обратного захвата ацетилхолина (АХ) представлены на рисунке ниже.

(А) Схема синтеза ацетилхолина (АХ) из ацетилкофермента А (Ацетил-КоА) и холина под действием холинацетилтрансферазы (ХАТ).
(Б) Распад молекулы ацетилхолина под действием ацетилхолинэстеразы (АХЭ).
Пунктирными стрелками обозначено повторное использование уксусной кислоты и холина.

Выделяют медиаторозависимые рецепторы ацетилхолина (АХ) и рецепторы, связанные с G-белками. Ионотропные рецепторы ацетилхолина (АХ) называют никотиновыми, поскольку первым веществом, которое вызвало их активацию, был никотин, выделенный из растения табака. Метаботропные рецепторы АХ называют мускариновыми, так как их активатором служит мускарин — вещество, выделенное из ядовитых грибов мухоморов.

1. Никотиновые рецепторы. Никотиновые рецепторы сосредоточены в нервно-мышечных синапсах скелетной мускулатуры, во всех вегетативных нервных ганглиях, а также в ЦНС. При воздействии АХ происходят открытие ионного канала и быстрое поступление ионов Са 2+ и Na + в клетку, что приводит к деполяризации нейрона-мишени.
Никотиновые рецепторы рассмотрены подробнее при описании процесса иннервации скелетной мускулатуры в отдельной статье на сайте.

2. Мускариновые рецепторы. G-белок-зависимые мускариновые рецепторы сконцентрированы (а) в височной доле головного мозга, где они участвуют в процессе формирования памяти; (б) в вегетативных ганглиях; (в) в волокнах сердечной мышцы, включая проводящие волокна; (г) в гладкой мускулатуре кишечника и мочевого пузыря; (д) в секреторных клетках потовых желез.

Выделяют пять подтипов мускариновых рецепторов — М₁-М₅ M₁, M₃— и М₅-рецепторы — возбуждающие: посредством ферментных каскадов происходят активация фосфолипазы С и повышение внутриклеточного уровня Са 2+ . М₂— и М₄-рецепторы представляют собой тормозные ауторецепторы, уменьшающие внутриклеточный уровень цАМФ и/или увеличивающие выход К + из клетки в ходе гиперполяризации.

Холинергические процессы в сердце и других внутренних органах описаны в отдельной статье на сайте.

3. Обратный захват ацетилхолина. Продукты гидролиза ацетилхолина в синаптической щели — холин и ацетил-группа — захватываются молекулами специфических переносчиков обратно в клетку.

4. Отравление стрихнином. Стрихнин блокирует рецепторы глицина. Мучительные судороги при отравлении стрихнином обусловлены растормаживанием α-мотонейронов, вызванным нарушением тормозных влияний клеток Реншоу. Клинические проявления напоминают таковые при отравлении столбнячным токсином, который, как известно, препятствует высвобождению глицина из клеток Реншоу.
В ходе патологоанатомических исследований неизмененного мозга с использованием меченых молекул стрихнина было показано, что рецепторы глицина в большом количестве представлены на ассоциативных нейронах ядра тройничного нерва, иннервирующего жевательные мышцы, а также ядра лицевого нерва, иннервирующего мимическую мускулатуру. Именно эти две группы мышц в большей степени подвержены судорогам при отравлении.

(А) Синтез и обратный захват молекул ацетилхолина (АХ) в ЦНС. На постсинаптической мембране расположены никотиновые рецепторы (н-АХ-рецепторы).
(1) Молекулы холина захватываются из межклеточной жидкости и передаются в нервное окончание.
(2) Под действием митохондриального фермента холинацетилтрансферазы (ХАТ) происходит ацетилирование холина ацетилкоферментом А (ацетил-КоА) с образованием ацетилхолина (АХ).
(3) Молекулы АХ помещаются в синаптические пузырьки.
(4) АХ высвобождается и связывается с соответствующими рецепторами.
(5) Под действием ацетилхолинэстеразы (АХЭ) происходит гидролиз молекул медиатора.
(6) Холиновые фрагменты молекул транспортируются обратно в цитозоль.
(7) Под действием трансфераз происходит синтез новых молекул ацетилхолина, которые вновь помещаются в синаптические пузырьки.
(8) Ацетатный фрагмент молекулы перемещается в цитозоль.
(9) В митохондриях происходит синтез новых молекул ацетил-КоА из уксусной кислоты.
(Б) Медиаторозависимый никотиновый рецептор. Присоединение АХ вызывает поступление большого количества ионов Na + в клетку и выход небольшого количества ионов К + из клетки.

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 12.11.2018

Кинетика и термодинамика ферментативных реакций (стр. 9 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Задача 3.3. Аспартат-карбамоилтрансфераза катализирует следующую реакцию:

Аспартат + карбамоилфосфат → карбамоиласпартат + ортофосфат

и является первым ферментом при синтезе СТР. Активность фермента определяли по освобождению неорганического фосфата через определенные промежутки времени. Данные опытов, в которых определялась начальная скорость реакции при различных концентрациях аспартата, фиксированной концентрации карбамоилфосфата (3 мМ) и фиксированной концентрации СТР (0,1 мМ) приведены в табл. 3.3.

Определить кинетические параметры нативного и прогретого фермента: коэффициент Хилла, коэффициент крутизны, Vmax, [S]0,5.

Задача 3.4. Аспартат-карбамоилтрансфераза катализирует следующую реакцию:

Аспартат + карбамоилфосфат → карбамоиласпартат + ортофосфат

и является первым ферментом при синтезе СТР. Активность фермента определяли по освобождению неорганического фосфата через определенные промежутки времени. Данные опытов, в которых определялась начальная скорость реакции при различных концентрациях аспартата, фиксированной концентрации карбамоилфосфата (3 мМ) и фиксированной концентрации АТР (2мМ) приведены в табл. 3.4.

Определить кинетические параметры нативного фермента и фермента в присутствии АТР: коэффициент Хилла, коэффициент крутизны, Vmax, [S]0,5.

Задача 3.5. Исследовалось влияние малеата на активность аллостерического фермента аспартат-карбамоилтрансферазы. В эксперименте использовался как нативный, так и прогретый фермент. Результаты, полученные в присутствии фиксированных концентраций аспартата и карьамоилфосфата (1 мМ и 3 мМ соответственно) и варьируемых концентраций малеата, приведены в табл. 3.5а.

Механизм ингибирования прогретого фермента изучали, изменяя концентрацию аспартата при двух фиксированных концентрациях малеата. Использовали различные концентрации фермента. Полученные результаты приведены в табл. 3.5б.

Скорость реакции, мкмоль фосфата/ч

Какие выводы о регуляции активности фермента можно сделать на основании полученных данных?

Задача 3.6. Исследована кинетика действия глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы из азотфиксирующих бактерий Azotobacter beijerinckii.

Глюкозо-5-фосфат + NADP+ ↔ 6-фосфоглюконат + NADPH + H+

Изучено влияние АТР на активность фермента. Получены приведенные ниже данные о зависимости начальной скорости реакции от концентрации глюкозо-6-фосфата в отсутствие и в присутствии АТР (при трех различных концентрациях); во всех опытах количество фермента (по белку) 0,75 мкг (табл. 3.6).

Начальная скорость восстановления NADP+, нмоль/мин

концентрация АТР, мМ

По данным табл. 3.6 построить график в координатах v ; [S] и определить по нему Vmax. Для рассматриваемой системы Vmax = 29,5 нмоль/мин. Для определения коэффициента h (коэффициента взаимодействия, коэффициента Хилла) необходимо построить график Хилла.

Задача 3.7. Исследовалась кинетика глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в гемолизатах клеток красной крови кроликов.

Раздел 4. Задачи к коллоквиумам и тестам

Задача 4.1. Фермент проявляет относительную специфичность. Определите, исходя из величины Км тот субстрат, который будет подвеграться каталитическому превращению с наибольшей скоростью при концентрации субстрат а, равной : а) Км= 2*10-1М; б) Км= 2*10-3М;в) Км= 2*10-4М; г) Км= 2*10-6М.

Задача 4.2. При изучении кинетики гидролиза ацетилхолина, катализируемого ацетилхолинэстеразой, было показано, что ферментативная реакция ингибируется субстратом с константой диссоциации неактивного тройного комплекса ЕS2, равной 3,2 10-2 М. Найти значение концентрации субстрата, при которой скорость ферментативной реакции достигает максимального значения в условиях эксперимента, если величина константы Михаэлиса, найденная при использовании низких концентраций субстрата, равна 2,6 х·10-4 М.

Задача 4.3. Фермент имеет константу Михаэлиса, равную 0,035 М. Скорость реакции при концентрации субстрата, равной 0,110 моль/л, равна 1,15*10-3 моль/(л*с). Найдите максимальную скорость этой реакции.

Задача 4.4. Ферментативная реакция (Км = 2,7*10-3 М) подавляется конкурентным игибитором (КI = 3,1*10-5 М). Концентрация субстрата равна 3,6*10-4 моль/л. Сколько ингибитора потребуется для подавления реакции на 65%? Во сколько раз надо повысить концентрацию субстрата, чтобы уменьшить степень ингибирования до 25%?

Задача 4.5. Проанализируйте уравнение Михаэлиса-Ментен и ответьте на следующие вопросы:

а) При какой концентрации субстрата фермент, для которого максимальная скорость превращения субстрата составляет 30 мкмолей/мин мг, а величина КМ равна 0,005 М, будет работать со скоростью, равной 1/4 максимальной? б) Определите, какую долю VMAX, будет составлять скорость реакции при концентрациях субстрата, равных 1/2 КМ, 2КМ и 10Км.

Задача 4.6. Вирус иммунодефицита кодирует протеазу, которая необходима для внедрения и созревания вируса. Протеаза катализирует гидролиз субстрата (пентапептид) с начальной скоростью 0,0035 моль/с. Концентрация пентапептида равна 0,045 М. Константа Михаэлиса фермента для данного субстрата равна 0,075 М. Производное пентапептида, в котором пептидная связь замещена на –СН2NH, не гидролизуется протеазой и является ингибитором. В присутствии 2,5 мкМ ингибитора максимальная скорость равнялась 0,0093 моль/с, а начальная скорость составила 0,0030 моль/с. Определите тип ингибирования.

Задача 4.7. Вирус иммунодефицита кодирует протеазу, которая необходима для внедрения и созревания вируса. Протеаза катализирует гидролиз субстрата (пентапептид) с начальной скоростью 0,0035 моль/с. Концентрация пентапептида равна 0,045 М. Константа Михаэлиса фермента для данного субстрата равна 0,075 М. Определите VMAX фермента для пентапептида.

Задача 4.8. Гидролиз п-нитрофенилфосфата фосфатазой можно определить, измеряя скорость образования продукта п-нитрофенола. Используя стандартные условия (рН 7,0 и 250С) с суммарным объемом инкубационной среды, равной 5 мл, которая содержала 1 мкмоль фосфатазы, были определены Км и Vmax. Они были равны, соответственно, 2,0 мМ и 5 мМ/мин. Определите величину скорости реакции, когда 10 мкмоль п-нитрофенилфосфата присутствуют в инкубационной пробе. Сходный субстрат, о-нитрофенилфосфат имеет Км, равную 4 мМ при стандартных условиях. К какому из субстратов, п-нитрофенилфосфату или о-нитрофенилфосфату фермент имеет большее сродство?

Задача 4.9. Каталитическое расщепление пептидной связи в маленьких пептидах под действием фермента эластазы показало следующие результаты: