4.2. Будова ферментів
За хімічною будовою ферменти являють собою прості (ферменти-протеїни) і складні білки (ферменти-протеїди).
Ферменти-протеїни складаються лише із білків, тому їх називають однокомпонентними. Складні ферменти, крім білкової, містять і небілкову частину, тому вони одержали назву двокомпонентних.
Білкову частину складного ферменту називають апоферментом (носій), небілкову - додатковою, простетичною групою, коензимом або коферментом (активна частина). Загальна назва складного ферменту - холофермент (від греч. holos - ціле).
Апофермент - термолабільний, як усі білки, кофермент - термостабільний.
Для складних ферментів характерно те, що ні апофермент, ні кофермент окремо не мають вираженої каталітичної активності. Тільки комплекс білкової і небілкової частин виявляє ферментативні властивості. При цьому білковий компонент відповідальний за специфічність ферменту і значно підвищує каталітичні властивості небілкової групи. У той же час небілкова частина обумовлює активність дії і стабілізує білкову частину, робить її більш стійкою до впливів денатуруючих речовин.
Кофермент може легко відокремлюватися від апоферменту і "обслуговувати" два або кілька ферментів, а також існувати самостійно. Той самий кофермент, приєднуючись до різних білків, може каталізувати зовсім різні реакції. Так, в одній реакції піридоксальфосфат (вітамін В6) прискорює трансамінування, а в іншій - декарбоксилювання амінокислот. Кофермент з'єднаний з апоферментом зв'язками різної міцності. Простетична група невіддільна від білкової частини ферменту.
Роль коферментів у складних ферментах виконує більшість вітамінів (В1, В2, В3, В4, В5, В6, В12, Вс, Н и ін.) або сполуки, до складу яких входять вітаміни, іони металів і ін. Наприклад, вітамін Н входить до складу кокарбоксилаз, що каталізують біосинтез вищих жирних кислот, тому що він сприяє асиміляції оксиду карбогену.
До складу коферменту А або коензиму А (КоА і HSKoА), входить пантотенова кислота (вітамін В3).
Реактивною частиною КоА є HS-група меркаптоетиламіну:
Поряд з вітамінами коферментну функцію можуть виконувати деякі пептиди, наприклад HS-глутатіон (-глутамінилцистеїніл-гліцин), що бере участь в окиснювально-відновних процесах, а також велика група нуклеотидів.
В якості коферментів можуть виступати ефіри деяких моносахаридів, ліпоєва кислота і ряд інших речовин.
У тих випадках, коли до складу кофактора входять іони металів, вони виконують функцію містка, що зв'язує фермент із субстратом, у результаті чого утворюється координаційний комплекс. Іони металів можуть знаходитися також у структурі активного центра, де вони беруть безпосередню участь у каталізі (наприклад, у каталазі, пероксидазі, цитохромоксидазі). У табл. 4.1. приведена класифікація за хімічною будовою найбільш розповсюджених коферментів.
Таблиця 4.1.
Класифікація коферментів
Назва коферменту |
Вихідна речовина для утворення коферменту |
Вітамінні коферменти |
|
Тіамінові (ТДФ) Флавінові (ФМФ, ФАД) Пантотенові (КоА) Нікотинамідні (НАД, НАДФ) Піридоксинові (піридоксальфосфат) Фолієві (ТГФК) Кобаламідні Біотинові |
тіамін (вітамін В1) рибофлавін (вітамін В2) пантотенова кислота (вітамін В3) нікотинамід (вітамін РР) піридоксин (вітамін В6) фолієва кислота (вітамін Вс) вітамін В12 біотин (вітамін Н) |
Невітамінні коферменти |
|
Містять метали Металопорфіринові Пептидні Вуглеводні Нуклеотидні (УДФГ) (не є похідними вітамінів) |
Мn, Mg, Fe, Zn, Mo, Ca геми, хлорофіл глутатіон фосфати моносахаридів нуклеозидмоно- і дифосфати |
Відомі складні ферментні системи, що містять декілька ферментних білків і коферментів.
Взаємодія ферменту з речовиною (субстратом), що піддається зміні, забезпечується наявністю на поверхні ферменту відповідної ділянки, структура якої комплементарна структурі субстрату, тобто підходить до нього , як ключ до замка.
У простих ферментах-протеїнах каталітичну функцію виконує частина білкової молекули, названа активним (каталітичним) центром, що являє собою унікальне сполучення певних амінокислотних залишків, що входять до складу пептидного ланцюга ферменту. Архітектоніка центра забезпечує взаємодію з визначеними групами субстрату. Найбільш часто в складі активних центрів зустрічаються залишки серину, тирозину, гістидину, триптофану, аргініну, цистеїну, аспарагінової і глутамінової кислот. Амінокислотні залишки, що обумовлюють каталітичну активність простого ферменту, розташовуються в різних ділянках поліпептидного ланцюга.
В ряді двокомпонентних ферментів виявляються два активних центри: субстратзв’язуючий і алостеричний.
Субстратзв’язуючий центр являє собою ділянку молекули ферменту, що безпосередньо взаємодіє із субстратом. У ферментах-протеїнах субстратзв’язуючий центр може збігатися з активним центром.
Алостеричний центр - це ділянка молекули ферменту, за будовою не ідентична субстратові (від греч. allos – інший). Він взаємодіє з визначеними низькомолекулярними речовинами, наприклад гормонами. Приєднання таких речовин до алостеричного центру приводить до зміни третинної структури білкової молекули. Це у свою чергу змінює конфігурацію субстратзв’язуючого центру і супроводжується зміною (збільшенням або зменшенням) каталітичної активності ферменту.