Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow БИОХИМИЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГОВ в 2 ч. Часть 1.
Посмотреть оригинал

Строение ферментов

В первую очередь следует помнить, что ферменты — это белковые вещества и все свойства, характерные для белков, присущи и ферментам. Белковая природа ферментов была признана после того, как Джон Говард Норт- роп (1891 — 1987)[1] в 1930-х гг. получил в кристаллическом виде пепсин и трипсин. Позднее химическая сущность ферментов получила подтверждение с помощью рентгеноструктурного анализа.

При скручивании и сворачивании иолипептидных цепей молекул ферментов в определенную структуру образуются особые участки с характерными свойствами. Их называют центрами фермента: активный, каталитический, субстратный и схематично изображают в виде углублений различной формы в молекуле фермента (рис. 6.2).

Центры фермента

Рис. 6.2. Центры фермента:

субстратный — место, куда присоединяется субстрат, центр отвечает за специфичность фермента; каталитический — область, где протекает реакция; аллостерический (иначе регуляторный, метаболический) есть не у всех ферментов, реагирует на действие внешних

факторов

По химической природе вес ферменты делят на простые (однокомно- нентные) и сложные (двухкомионентные). Как очевидно из рис. 6.3, разница заключается в том, что в составе сложных ферментов есть небелковый компонент. Он может быть прочно связан с ферментом (простетическая группа) или легко отделяться от него (кофермент).

Однако, в любом случае, каталитическая реакция протекает при взаимодействии субстрата с небелковой частью сложного фермента.

И простые, и сложные ферменты могут быть представлены разными молекулярными формами (табл. 6.2, рис. 6.3).

В олигомерах, катализирующих одну реакцию, выделяют изоферменты. Изоферменты — это ферменты, катализирующие одну реакцию, но отличающиеся друг от друга аминокислотным составом, последовательностью аминокислот, физико-химическими свойствами, локализацией в разных тканях. Например, глюкокиназа и гексокиназа катализируют одно и то же превращение — образование гл-6-фосфата из глюкозы, но обладают разным сродством к субстрату, разной локализацией и т.д. (см. параграф 10.6)

Таблица 6.2

Молекулярные формы ферментов

Ферменты

Примеры

Протомеры — ферменты третичной структуры, состоят из одной пол и пептидной цепи

Катализируют одну реакцию — лизоцим

Катализируют несколько реакций, поскольку содержат несколько активных центров в пределах одной полипептид- ной цепи; иначе называют полифункциональные — синтаза пиримидиновых циклов (у млекопитающих)

Олигомеры — ферменты четвертичной структуры, состоят из нескольких полипептидных цепей

Катализируют одну реакцию — химотрипсин

Катализируют несколько реакций; иначе называют муль- тиферментные комплексы — синтаза высших жирных кислот

Особенности простых и сложных ферментов

Рис. 63. Особенности простых и сложных ферментов

Важно подчеркнуть, что все центры фермента не жесткие структуры. Они могут изменять форму в процессе ферментативного катализа. Часто с присоединением субстрата происходит одновременное сближение каталитического центра. В таких случаях говорят об одном активном центре фермента.

Нельзя полностью идентифицировать белки и ферменты с живыми существами, но аналогию провести можно. Фермент и субстрат не ждут случайного соударения при хаотичном движении частиц, как это происходит в неорганической химии. В живой клетке превращения протекают как по сценарию. Определенный фермент узнает и захватывает соответствующий ему субстрат, поворачивает, если необходимо, или изменяет свою пространственную конфигурацию, и осуществляет каталитическое превращение. В результате выделяются фермент в неизменном виде и продукт реакции. Существует много примеров, когда фермент тут же передает преобразованный субстрат (продукт) другому ферменту, как по цепочке на конвейере. Этим во многом и объясняется и особая избирательность, и высокая эффективность действия ферментов.

Одним из первых идею о центрах связывания фермента с субстратом высказал немецкий химик-органик Эмиль Герман Фишер (1852—1919). Его теория получила название «ключа и замка» (рис. 6.4). Это значит, что форма активного центра фермента должна подходить к субстрату, как ключ к замку.

В соответствии с общей схемой ферментативного катализа (см. рис. 6.1) фермент и подходящий ему по форме субстрат образуют фермент-субст-

Гипотеза «ключа и замка»

Рис. 6.4. Гипотеза «ключа и замка»:

стадии I, II, III соответствуют общей схеме ферментативного катализа

ратный комплекс, в котором происходят определенные изменения, способствующие образованию активированного фермснт-субстратного комплекса. В результате выделяются новый продукт и фермент в неизменном виде.

Основное положение этой теории абсолютно справедливо и сейчас, но по мере изучения структур различных ферментов представления о ферментативном катализе значительно расширились. Известно, что у ряда ферментов активный центр может изменять форму в зависимости от окружающих условий. Речь идет об аллостерических ферментах, имеющих аллостерический (регуляторный, метаболический) центр, чувствительный к действию различных клеточных метаболитов.

Аллостерический центр всегда пространственно удален от субстратного и каталитического центра и обладает характерной специфичностью, т.е. связывает только индивидуальные для него лиганды. Связывание всегда не ковалентно и обратимо.

Метаболиты, присоединяющиеся к аллостерическому центру, называются общим термином: эффекторы. Однако по направлению оказываемого ими эффекта их делят на две группы:

  • активаторы увеличивают активность фермента, т.е. обладают положительной стимуляцией;
  • ингибиторы уменьшают активность фермента, т.е. обладают отрицательной стимуляцией.

Активаторами часто являются исходные вещества, а ингибиторами — продукты реакции. Например, гексокиназа ингибируется продуктом реакции — гл-6-фосфатом, а активность синтазы-ВЖК (см. подпараграф 11.8.2.) снижается при высокой концентрации продукта процесса — пальмитил-КоА.

В некоторых ферментах есть несколько аллостерических центров, каждый из которых специфичен к своему эффектору.

Таким образом, в аллостерических ферментах сценарий процесса будет зависеть от окружающих условий: наличия метаболических активаторов или ингибиторов.

Эта особенность ферментов учитывается теорией «индуцированного (вынужденного) взаимодействия» Дэниела Кошланда (1920—2007). В соответствии с этой теорией после образования фермент-субстратного комплекса, в молекуле фермента могут наблюдатьея некие конфирмационные изменения, которые индуцируют соответствующие изменения в молекуле субстрата. Эти сведения подтверждены методом рентгеноструктурного анализа. Также ряд свойств ферментов указывает на различие их конформации в отсутствии и присутствии субстрата. У некоторых ферментов в присутствии субстрата меняются оптические и седиментационные характеристики, возрастает устойчивость к тепловой денатурации, прекращается диссоциация на субъединицы.

  • [1] Дж. Г. Нортроп совместное Уэнделлом Мередит Стенли и Джеймсом Бстчеллсром Самнером удостоены Нобелевской премии по химии «За получение в чистом виде вирусных белков» в 1946 г.
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы