Властивості білків.

Більшість білків набуває правильної конформації лише в певних умовах середовища. При зміні цих умов білок може денатурувати.

Денатурація.

Під денатурацією розуміють втрату трьохмірної конфігурації білкової молекули. Тобто втрату четвертинної, третинної чи третинної структури. Ця втрата може бути тимчасова чи постійна, але амінокислотна послідовність білка залишається незмінною. При денатурації молекула розгортається і втрачає можливість виконувати свою біологічну функцію.

Розрізняють такі види денатурації:

• термічну (нагрівання );

• хімічну (концентровані кислоти, луги, розчини солей, органічні розчинники та детергенти);

• та фізичну (опромінення);

• механічну.

Ренатурація.

Інколи денатурований білок при сприятливих умовах знову спонтанно набуває своєю нативну (природну) структуру. Цей процес називається ренатурацією.

Деструкція.

Якщо білкова молекула втрачає свою первинну структуру, тобто відбувається зміна її амінокислотної послідовності, цей процес називають деструкція. На відміну від денатурації, деструкція процес незворотній.

Класифікація білків по їхньому складу.

Білки.

-------------------------------------

| |

ПРОСТІ СКЛАДНІ

Протеїни Протеїди

Складаються тільки з амінокислот. Складаються з глобулярних білків і небілкової частини - простетичної групи.

Прості білки поділяються:

• на розчинні у воді-альбуміни (яєчний альбумін, альбумін сироватки крові);

• нерозчинні у воді-глобуліни( наприклад антитіла)

Складні білки поділяють:

• фосфопротеїди, до складу яких входить залишок фосфорної кислоти(казеїн молока, білки яєчного білка);

• нуклеопротеїди, містять залишок нуклеїнової кислоти (у такому комплексі в клітині є всі нуклеїнові кислоти, наприклад хромосоми);

• глюкопротеїди, які містять вуглеводи ( деякі гормони, антитіла, рецептори);

• ліпопротеїди, які містять ліпіди ( входять до складу біологічних мембран);

• метало протеїди, які містять іони металів ( багато ферментів);

• хромопротеїди, які містять пігменти (гемоглобін, міоглобін тощо).

Ферменти (Ензими).

Ферменти –це біологічні каталізатори ( каталізаторам – називають речовину, яка прискорює хід хімічної реакції, але не впливає на природу кінцевих продуктів). Оскільки ферменти являють собою білкові молекули, що синтезуються в клітині, їх називають біологічними каталізаторами.

В будь-якій клітині людського організму містяться тисячі ферментів. Вони каналізують чисельні хімічні реакції, які відбуваються тут, при температурах сумісних із життям, тобто в межах від 5°С до 40 °С. Ферменти є абсолютно необхідними для клітини, оскільки без них реакції в організмах проходили б надто повільно і не могли б підтримувати життя.

Речовина, перетворення якої каталізує даний фермент, називається субстратом цього ферменту.

З’єднуючись з субстратом, фермент утворює тимчасовий фермент –субстратний комплекс. По закінченні реакції фермент –субстратний комплекс розпадається на продукт (чи продукти) і фермент. Фермент в реакції не змінюється і по її закінченні може знову взаємодіяти з новою молекулою субстрату:

Субстрат (S)+ Фермент ( E) = Фермент – субстратний комплекс (ES) =

= Комплекс фермент – продукт ( ЕР) = Фермент (Е) + Продукт (Р)

або

E +S = ES = EP = E + P

Анаболізм і катаболізм.

Сукупність всіх хімічних реакцій в клітині, які відбуваються під дією ферментів називається метаболізмом.

Метаболізм поділяється на анаболізм та катаболізм.

Отже, і ферментативні реакції поділяються на анаболічні та катаболічні.

Катаболічні реакції, чи реакції розпаду, звичайно супроводжуються виділенням енергії. Здебільшого це окислення чи гідроліз.

Анаболічні реакції чи реакції синтезу, навпаки, потребують затрат енергії. Часто це реакції конденсації.

Здебільшого, щоб дана певна речовина перетворюється в продукт через ряд проміжних сполук, в утворенні яких приймають участь декілька ферментів, що діють послідовно один за другим. Така послідовність реакцій складає так званий метаболічний шлях.

В клітині одночасно працює багато метаболічних шляхів. Реакції відбуваються узгоджено, підпорядковуючись строгій регуляції, що пояснюється специфічною природою ферментів. Один фермент каталізує одну реакцію.

Таким чином, ферменти регулюють реакції, які відбуваються в клітинах і забезпечують швидкість їх протікання.

Отже, на клітинному рівні організації відбувається ферментативна регуляція, яка забезпечує гомеостаз.

Ферменти характеризуються наступними основними властивостями:

1. Всі ферменти являють собою глобулярні білки.

2. Інформація про них, як і про інші білки, закодована в ДНК.

3.Ферменти діють як каталізатори.

4. Ферменти не впливають на природу кінцевих продуктів реакції.

5. Дія ферментів досить ефективна, тобто мала кількість ферменту забезпечує перетворення великої кількості субстрату.

6. В середньому ферменти здатні каталізувати 1000 реакцій в секунду, тобто вони прискорюють швидкість протікання реакції в тисячі - мільйони раз.

7. Ферменти високоспечифічні тобто один фермент каталізує лише один тип реакції.

8. Реакції, що каталізуються ферментами зворотні.

9. Активність ферментів залежить від:

- рH - при постійній температурі, фермент працює ефективно у вузьких межах рH, для кожного ферменту є певне значення рH при якому його дія оптимальна; при зміні цього значення рH активність ферменту сповільнюється;

- температури - температурний оптимум для більшості ферментів знаходиться в межах від 37°С до 40°С, проте для кожного ферменту є свій температурний оптимум, при якому активність ферменту найвища.

В межах від0°С до 40°С при кожному підвищенні температури на 10 °С швидкість реакції зростає вдвічі;

- від концентрації як субстрату так і самого ферменту. Швидкість ферментативної реакції прямо пропорційна концентрації ферменту і концентрації субстрату(якщо інші фактори залишаються незмінними).

10.Ферменти знижують енергію активації реакції, яку вони каталізують;

11.Не вся молекула ферменту вступає у взаємодію із субстратом, а тільки та частина, яка має особливу форму і називається активним центром ферменту.

Механізм дії ферментів.

Ферменти володіють специфічністю. Фішер в 1890 році припустив, що ця специфічність зумовлена особливою формою молекули ферменту, яка точно відповідає формі молекули субстрату. Цю гіпотезу називають гіпотезою «ключа – замка»: субстрат зрівнюють з «ключем», який точно по формі підходить до «замка» тобто до ферменту.

Частину молекули ферменту, що вступає у взаємодію з субстратом називають активним центром ферменту, і власне активний центр має особливу форму (замок).

Молекули більшої частини ферментів набагато більші, ніж молекули тих субстратів, які атакує даний фермент. Активний же центр ферменту складає лише невелику частину його молекули, звичайно від 3 до 12 амінокислотних залишки.

Роль решти амінокислот, які складають основну масу ферменту, в тому, щоб забезпечити його молекулі правильну глобулярну форму, яка дуже важлива для більш ефективної роботи активного центру ферменту.

Продукти, які утворилися по формі уже не відповідають активному центру ферменту. Вони відділяються від нього (поступають в оточуюче середовище), після чого активний центр може приймати нові молекули субстрату.

В 1959р. Кошланд запропонував нову гіпотезу «ключа – замка», що отримала назву гіпотеза «індукованої відповідності». На основі даних, які свідчили, що насправді ферменти і їх активні центри більш пластичні, він дійшов висновку, що субстрат, з’єднуючись з ферментом, визиває певні зміни в структурі його активного центру. Амінокислотні залишки, що формують активний центр ферменту, приймають визначену форму, яка надає можливості ферменту найбільш ефективним чином виконати свою функцію. Відповідною аналогією в даному випадку може служити рукавиця, яка при надіванні на руку відповідним чином змінює свою форму.

Кофактори ферментів.

Багатьом ферментам для ефективної роботи потрібні певні небілкові компоненти, які називаються кофакторами.

Кофактори – це речовини, присутність яких необхідна для прояву каталітичної активності ферментів.

Роль кофакторів можуть виконувати різні речовини – від простих неорганічних іонів до складних органічних молекул.

Кофактори поділяються на три типи:

• неорганічні іони (наприклад, активність амілази слини підвищується в присутності хлорид іонів);

• простетичні групи. Якщо кофактор постійно і міцно пов'язаний з ферментом, то його називають простетичною групою. Роль простетичних груп відіграють органічні молекули наприклад, гем, біотин, ФАД, ФМН тощо;

• коферменти, як і простетичні групи – це органічні молекули, що виконують функцію кофакторів, але на відміну від протетичних груп вони зберігають зв'язок з ферментом тільки в ході реакції. Всі коферменти є похідними вітамінів. Наприклад, НАД, НАДФ, ацетилкофермент А(ко–А), АТФ.

Аллостеричні ферменти.

Аллостеричними, називають ферменти, активність яких регулюється не їх субстратами, а іншими речовинами, що приєднуються до ферментів в особливих ділянках, віддалених від їх активного центра («аллостеричний центр»). Ці речовини впливають на активність ферменту, зумовлюючи зворотні зміни його активного центру. Називають такі речовини аллостеричними ефекторами.

В залежності від характеру зміни, яку вони здійснюють, прискорюючи чи сповільнюючи відповідність ферменту до субстрату, ефектори поділяють на:

-аллостеричні активатори (прискорюють реакцію, впливаючи на формування правильної конформації активного центру ферменту до відповідного субстрату);

-аллостеричні інгібітори (сповільнюють реакцію, впливаючи на формування не

правильної конформації активного центру ферменту до відповідного субстрату).

Коли кінцевий продукт метаболічного ланцюгу починає накопичуватись, то він може діяти як аллостеричний інгібітор, на фермент, що контролює перший етап цього шляху. Це явище – інгібування кінцевим продуктом – являє собою приклад механізму, що регулює один із аспектів метаболічної активності по принципу негативного зворотного зв’язку.

В типовій клітині міститься більше 500 ферментів. Їх активність і концентрація постійно змінюються. В клітині існує два метаболічні шляхи:

1.Лінійний метаболічний шлях.

Деякі ферменти діють організовано, будучи об’єднані один з одним в мультиферментні комплекси. Здебільшого такі ферменти пов’язані з мембранами. Лінійне розміщення ферментів створює можливість для саморегуляції шляхом інгібування по принципу негативного зворотного зв’язку, так що швидкість даного метаболічного шляху регулюється концентрацією його кінцевого продукту.

Кожен фермент взаємозв’язаний із сусіднім: продукт одного з ферментів стає субстратом для наступного ферменту в ланцюзі і так триває доти доки не закінчиться процес утворення кінцевого продукту.

Приклад схематичної лінійної мультиферментної системи:

Т----------------------- |

е1 е2 е3 е4 |

P --- Q---- R ---- S ---- T , де Р – субстрат, Q---- R ---- S – проміжні продукти, Т –кінцевий продукт, який діє як інгібітор за принципом зворотного зв’язку.