Свойства ферментов

1. Все ферменты - белковой природы (простые и сложные).

2. Все ферменты – термолабильны, т.е. оптимум действия 0-45 градусов Цельсия.

3. Ферменты специфичны; различают абсолютную и относительную специфичность.

4. Ферменты для своего действия требуют строго определённого значения рН среды.

5. Ферменты обладают высокой каталитической активностью (например, холинэстераза за 1 сек. расщепляет 300000 молекул ацетилхолина).

Специфичность действия ферментов

По специфичности действия ферменты делят на 2 группы: обладающие абсолютной специфич­ностью и относительной специфичностью.

Относительная (групповая) специфичность наблюдается, когда фермент катализирует реакции одного типа с более чем одним структуроподобным субстратом.

Например, пепсин расщепляет белки животного происхождения, хотя они могут различаться друг от друга как по химическому строению, так и по свойствам. Однако он не расщепляет углеводы, так как местом действия пепсина является пептидная связь.

Действие этих ферментов распространяется на большое число субстратов, что позволяет организму обойтись небольшим числом пищеварительных ферментов - иначе их потребова­лось бы намного больше.

Абсолютная специфичность проявляется тогда, когда фермент действует лишь на одно – единственное вещество и катализирует лишь определенное превращение данного вещества. Например: фермент уреаза катализирует гидролиз мочевины; сахараза - катализирует превращение только сахарозы.

Стереоспецифичность - фермент катализирует превращение только одного из возможных стереоизомеров субстрата.

Активирование и ингибирование ферментов

Основу регуляции каталитической активности ферментов составляет их конформационная лабильность. Различают 5 основных путей регуляции каталитической активности ферментов:

1. путь ковалентной модификации

2. путь нековалентной модификации

3. ингибирование ферментов

4. репрессия или индукция генов: изменение биосинтеза ферментов

5. компартментализация

Регуляция путём ковалентной модификации

К этому пути относятся:

1. частичный протеолиз

2. ассоциация – диссоциация

3. фосфорилирование - дефосфорилирование.

1)Частичный протеолиз.

Некоторые ферменты первоначально синтезируются в клетке в неактивной форме и, будучи секретированными из клетки, переходят в активную форму. Неактивный предшественник фермента называется проферментом, или зимогеном. Проферменты неактивны, так как в них не сформирован активный центр: аминокислотные остатки, его образующие, присутствуют, но они не расположены должным образом.

Активация профермента заключается в формирова­нии активного центра фермента, которое происходит в ре­зультате отщепления участка полипептидной цепи, что приводит к изменению первичной структуры белка с од­новременным изменением его трехмерной структуры:

профермент (активный центр не сформирован)  актив­ная форма фермента + пептид.

Синтез в форме неактивных проферментов является характерным свойством пищеварительных ферментов, а также ферментов системы свертывания крови и фибринолиза.

2)Ассоциация — диссоциация.

Некоторые ферменты-олигомеры могут изменять свою активность за счет ассоциации — диссоциации протомеров, входящих в их состав.

Например, фермент протеинкиназа является олигомером, состоящим из 4 протомеров двух типов: каталити­ческого и регуляторного. В одном протомере находится активный центр, а в другом — регуляторный, который может связываться с цАМФ. В ассоциированном виде фер­мент неактивен, так как его активный центр закрыт регуляторной субъединицей, а в диссоциированном активный центр открывается и может реагировать с субстратом. Когда в клетке образуется цАМФ, то происходит его свя­зывание с регуляторным центром, фермент диссоциирует на субъединицы, что приводит к его активации. При уменьшении концентрации цАМФ он покидает регуляторный центр, что вызывает объединение субъединиц (ас­социацию) и инактивацию фермента.

3)Фосфорилирование — дефосфорилирование.

Данный способ регулирования активности (принцип «включено — выключено») основан на изменении струк­туры фермента. Некоторые ферменты, присоединяя (про­цесс фосфорилирования) или отщепляя (процесс дефосфорилирования) остаток фосфорной кислоты, могут из­менять свою активность. Фосфорилирование ферментов в клетке происходит под действием фермента протеинкиназы, когда он находится в активном состоянии. Остаток фосфорной кислоты чаще всего связывается с боковой группой остатков серина или треонина:

фермент — СН₂ОН + АТФ  фермент — СН₂ОРО₃Н₂ + АДФ;

дефосфорилированная фосфорилированная форма

Если в клетке активна фосфатаза, то протекает про­тивоположный процесс (дефосфорилирование):

фермент — СН₂РО₃Н₂ + Н₂О  фермент — СН₂ОН + Н₃РО₄;

фосфорилированная дефосфорилированная форма

В зависимости от природы фермента фосфорилиро­вание может его активизировать или, наоборот, инактивировать.

Например, активность ферментов гликогенсинтазы (регуляторный фермент биосинтеза гликогена) и гликогенфосфорилазы (регуляторный фермент распада глико­гена) регулируется путем фосфорилирования — дефосфорилирования. Природа данных ферментов такова, что фосфорилированная форма гликогенфосфорилазы активна («а»), а гликогенсинтазы — неактивна («b»). При дефосфорилировании их активность меняется на противополож­ную. Биологический смысл заключается в том, что когда происходит биосинтез гликогена, его распад ингибируется, и наоборот.