53. Химическая природа, биологическая роль, классификация и механизмы действия фер-в. Пути регулирования активности фер-в.

Ф-ты, или энзимы, предст.собой высокоспециализированный класс в-в белковой природы, используемых живыми организмами для осуществления многих тысяч взаимосвязанных хим-х реакций, включая синтез, распад и взаимопревращения огромного множества и разнообразия хим. реакций.В настоящее время получены неопровержимые экспериментальные доказательства белковой природы фер-в. О белковой природе фер-в говорит факт ииактивирования(потери активности) фер-в брожения при кипячений, установленный, еще Пастером. При кипячении имеют место явления необратимой денатурации белка-фермента. Фер-т при этом теряет присущие ему свойства катализировать хим. реакцию. Фер-ты при гидролизе, как и белки, распадаются на аминокислоты, что, бесспорно, служит веским доказательством белковой природы ферментов. Фер-ты обладают рядом свойств, характерных для высокомолекулярных соединений; в частности, они наделены амфотерными свойствами (могут существовать в растворе в виде анионов, катионов и амфионов). Они также обладают электрофоретической подвижностью благодаря наличию в них положительных и отрицательных зарядов. Фер-ты не способны к диализу через полупроницаемые мембраны.Они обладают высокой молекулярной массой, также обладают высокой специфичностью действия.

В основу классификации положен тип катализируемой реакции, который является специфичным для действия любого фер-нта. Тип катализируемой химической реакции в сочетании с названием субстрата (субстратов) и служит основой для систематического наименования ферментов, их делят на шесть главных классов; 1) оксидоредуктазы; 2) трансферазы; 3) гидролазы 4) лиазы; 5) изомеразы; 6) лигазы (синтетазы). К классу оксидоредуктаз относят фер-ты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления. Названия их составляются по форме «донор: акцептор-оксидоредуктаза». Различают оксидоредуктазы:аэробные дегидрогеназы или оксидазы, катализирующие перенос протонов (электронов) непосредственно на кислород, анаэробные дегидрогеназы, ускоряющие перенос протонов (электронов) на промежуточный субстрат, но не на кислород.

К классу трансфераз относят ферменты, катализирующие реакции внутри- и межмолекулярного переноса различных ато мов, групп атомов и радикалов. Наименование их составляеся по форме: «донор - транспортируемая группа – трансфераза».

В класс гидролаз входит большая группа ферментов, каталзирующих расщепление внутримолекулярных связей органических в-в при участии молекулы воды. Наименование их с ставляется по форме: «субстрат - гидролаза».

К классу лиаз относят фер-ты, катализирующие обратимые реакции отщепления различных групп от субстратов не гидролитическим путем; эти реакции сопровождаются образованием двойной связи или присоединением групп к месту двой связи. Они обозначаются термином «субстрат-лиаза».

К классу изомераз относят фер-ты, катализирующие личные типы реакций изомеризации. Систематическое название, их составляется с учетом типа реакции.

Кклассу лигаз относят фер-ты, катализирующие синтез органических веществ из двух исходных молекул с использованием энергии распада АТФ (или другого нуклеозидтрифосфата).

Механизм. При ферментативном энзиматическом катализе фермент соединяется (в принципе обратимо) со своим cyбстратом, образуя нестойкий промежуточный фермент-субстратный комплекс, который в конце реакции распадается с освобождением фермента и продуктов реакции. В процессе реакции различают несколько стадий:присоединение молекулы субстрата к ферменту, преобразование первичного промежуточного соединения в один или несколько последовательных (переходных) комплексов и протекающее в одну или несколько стадий, отделение. конечных продуктов реакции от фермента.

В образовании фермент-субстратных комплексов участвуют водородные связи, электростатические и гидрофобные взаимодействия, а также в ряде случаев ковалентные, координационные связи.

В каталитическом процессе существенное значение имеют точное соответствие м/у ферментом и субстратом, а также термодинамические и каталитические преимущества подобного соответствия.

Фер-ты, с термодинамической точки зрения, ускоряют химические реакции за счет снижжения энергии активации. Энергией активации называется энергия, необходимая для перевода всех молекул моля в-ва в активированное состояние при данной температуре. Таким образом, в механизме ферментативного катализа ведущую роль играют промежуточные фермент-субстратные комплексы, образование которых определяется тонкой структурой активного и эффекторного центров и уникальной структурой всей, молекулы фермента, обеспечивающими высокую каталитическую активность и специфичность действия биокатализаторов. Имеется множество регуляторных механизмов, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма:1.Влияние закона действия масс. В катализируемой ферментом обратимой химической реакции концентрация компонентов реакции и соответственно направление реакции будут регулироваться влиянием закона действия масс. 2.Изменение количества фермента. 3.Проферменты. Протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта и поджелудочной железы синтезируются в неактивной форме, в виде проферментов (зимогенов). Регуляция в этих случаях сводится к превращению проферментов в активные ферменты под влиянием специфических агентов.4.Химическая модификация фермента.Уровень активности ключевых ферментов и соответственно интенсивность процессов обмена будут определяется соотношением фосфорилированных и дефосфорилированных форм этих ферментов. 5. Регуляций активности фер-в по принципу обратной связи. Во многих строго биосинтстических реакциях основным типом регуляции скорости многоступенчатого ферментативного процесса является ингибирование по принципу обратной связи, когда конечный продукт биосинтетической цепи подавляет активность фермента, катализирующего первую стадию.6.Другие типы регуляции активности ферментов. Существует ряд других механизмов, контролирующих скорость метаболических процессов и активность внутриклеточных фер-в. К подобным механизмам могут быть отнесены конкуренция ферментов за общий субстрат, выключение активности одного из изоферментов (у множественных форм ферментов), влияние концентраций кофакторов и их формы (в особенности ионов металлов) и явление компартментализации.