Активатори та інгібітори ферментів

До числа активаторів, що підвищують активність ферментів, посилюють їх дію, відносяться іони багатьох металів і деякі аніони. Найчастіше активаторами ферментів бувають іони магнію, марганцю, кальцію, калію, кобальту, цинку та ін. В одних випадках іони металів (заліза, магнію, кобальту та ін.) входять у склад простетичної групи ферменту, по-друге - полегшують утворення фермент-суб­стратного комплексу, по-третє - сприяють приєднанню коферменту до апоферме­нту, по-четверте - забезпечують становлення четвертинної структури ферменту та ін. Значний вплив на активність ферментів мають алостеричні активатори, які приєднуються по алостеричному центру ферменту і змінюють третинну структу­ру білкової молекули. Внаслідок цього субстратний і каталітичний центри фер­менту набувають найвигіднішої конфігурацію для ферментативних функцій.

Інгібітори гальмують дію ферментів. Усі ферменти інгібуються в результаті денатурації білка внаслідок нагрівання до високих температур, осаджування хіміч­ними речовинами, гідролізу кислотами, лугами, протеїназами.

Розрізняють два типи інгібування: конкурентне і неконкурентне. Під час кон­курентного гальмування інгібітор, який подібний за структурою до субстрату (ізо-стерія), з'єднується з ферментом, замінюючи собою субстрат, конкурує з ним. Вна­слідок того, що утворюється комплекс фермент-інгібітор, кількість комплексів фер-мент-субстрат зменшується.

Конкурентне інгібування може бути зворотним при підвищенні концентрації субстрату.

65

Інгібітор може міцніше зв'язуватись з активним центром ферменту в порів­нянні з субстратом і надовго виводити його з ладу. Так діють, наприклад, нервові отрути.

Неконкурентне інгібування звичайно (але не завжди) незворотне. Внаслідок та­кого гальмування інгібітор взаємодіє з ферментним білком або простетичною гру­пою і фермент втрачає активність. До таких інгібіторів належать: важкі метали (ртуть, свинець, срібло, миш'як та ін.), які приєднуються до сульфгідрильних груп ( поліпептидного ланцюга; ціаніди (солі синильної кислоти), окис вуглецю, окислюю­чі речовини, які приєднуються до простетичних груп, що містять залізо. До неконку­рентного гальмування дії ферментів відносять і алостеричні інгібування.

Алостеричними інгібіторами можуть бути проміжні або кінцеві продукти багатостадійного процесу біосинтезу.

Дію -амілази інгібують спирти: метанол, ізопропанол, гліцерин, пропіленглі-коль, етиленгліколь.

Інгібіторами ферментів є також продукти оксиметилфурфурольного розкладу цукрів, меланоїдини і карамелі. У виробництві спирту із крохмалевмісної сирови­ни вищеназвані продукти утворюються в основному в процесі розварювання замі­сів і їх тим більше, чим вища температура і більша тривалість розварювання. Тому застосування технологій теплової обробки сировини при низьких температурах до­зволяє зменшити не тільки втрати зброджувальних речовин, а й інактивацію фер­ментів.

КЛАСИФІКАЦІЯ І НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТІВ

Спочатку назву ферментам давали за випадковими ознаками (тривіальна но­менклатура), за назвою субстрату (раціональна), і за хімічним складом ферменту І в останній час за типом реакцій', яку вони каталізують і характером субстрату.

Наприклад, за тривіальної номенклатури деякі ферменти мали такі назви: пе­псин (від грец. пепсис - шлункове травлення), трипсин (від грец. трипсис - розрі­джую) і папаїн (від назви дерева із соку якого він виділений), Усі ці ферменти є протеолітичними, тобто каталізують гідроліз протеїнів (білків).

Назви багатьох ферментів утворені із назви субстрату з добавкою суфікса -аза. Так, фермент, який прискорює реакцію гідролізу крохмалю, має назву амілаза (від грец. амилон - крохмаль), гідролаза жирів - ліпаза (від грец. ліпос - жир), протеї­нів - протеаза, сечовини - уреаза (від грец. уреа - сечовина), фосфатаза - каталізує гідроліз ефірів фосфорної кислоти та ін.

Зустрічаються також назви ферментів, які вказують на характер субстрату і на тип реакції, що каталізується. Наприклад, сукциндегідрогеназа, фермент, що відні­має два атоми водню від молекули янтарної кислоти:

66

Комісія з ферментів Міжнародного біохімічного союзу в 1961 р. розробила нову систематичну класифікацію і номенклатуру реакцій, які каталізуються ферме­нтами.

В основу класифікації ферментів покладений тип реакції, яку вони каталізу­ють. За сучасною класифікацією всі ферменти поділяють на шість основних кла­сів: 1) оксидоредуктази; 2) трансферази; 3) гідролази; 4) ліази; 5) ізомерази; 6) ліга-зи (синтетази).

Відповідно до наукової номенклатури (1961 р.) назва ферменту складається із хімічної назви субстрату і назви тієї реакції, яка каталізується ферментом. Так, уре­аза (тривіальна назва), яка прискорює реакцію гідролізу карбаміду на діоксид вуг­лецю й аміак, за науковою номенклатурою називається карбамідамідогїдролазою:

У цій назві є хімічне найменування субстрату і вказано, що фермент каталізує реакцію гідролізу амідогрупи.

За цим принципом трагелаза має назву трегалоза - 1 - глюкогідролаза.

Нова номенклатура допускає збереження поряд з новими старих робочих назв ферментів. Систематичні назви ферментів використовують тоді, коли потрібна то­чна ідентифікація ферменту: в наукових статтях, в оглядах і рефератах, у різних покажчиках. Більшість систематичних назв громіздка і тому Міжнародною комісі­єю складений детальний список усіх відомих ферментів, де поряд з новою система­тичною назвою кожного ферменту присвоєну стару, а також вказаний хімізм ката­лізованої реакції і в деяких випадках природа ферменту. Цим самим виключається можливість плутанини у назві ферментів,

Кожний фермент має у списку свій ідентифікаційний номер (шифр) і система­тичну назву, яка вказує на природу хімічної реакції, яку каталізує даний фермент.

У наукових публікаціях прийнято при першому згадуванні ферменту вказува­ти в дужках його шифр. Наприклад, шифр уреази пишуть цифрами 3.5.1.5. Шифр абсолютно точно вказує місце ферменту в загальному списку.

Для прикладу наведено ключ до класифікації найбільш поширених ферментів -гідролаз (назву класів, кодові номери та типи реакцій, які каталізуються):

3. ГІдролази (реакції гідролізу).

1. Діють на складні ефірні зв'язки.

2. Діють на глікозидні зв'язки.

3. Діють на пептидні зв'язки.

4. Діють на С - N - зв'язки, які відрізняються від пептидних зв'язків.

5. Діють на кислотноангідрідні зв'язки.

Кожний клас ферментів підрозділяється на підкласи і підпідкласи в залежнос­ті від природи індивідуальних перетворень.

Перше число шифру ферменту показує, до якого із шести класів належить фермент; друге і третє вказують підклас і підпідклас відповідно; четверте число -

67

порядковий номер ферменту в даному підпідкласі. Такий спосіб класифікації ілюст­рує табл. 4.2. (із списку ферментів, який опублікований Комісією з ферментів Між­народного біохімічного союзу).

Табл. 4.2 Приклад класифікації і номенклатури реакцій, які каталізуються ферментами

Номер (шифр)	Систематична назва	Тривіальна назва	Реакція
1 . Оксидоредуктази 1.1. Діють на СН - ОН - групу донорів 1.1.1. Акцептором є НАД або Н АДФ
1.1.1.1.	Алкоголь: НАД-оксидоредуктаза	Алкогольдегідрогеназа	Алкоголь+ НАД=Альдегід або кетон+ відновлений НАД
3. Гідролази 3.5. Діють на С - N - зв'язки, які відрізняються від пептидних зв'язків 3.5.1. В лінійних амідах
3.5.1.5.	Карбамід- амідогідролаза	Уреаза