Структурная организация ферментов

Ферменты- это биологические катализаторы белковой природы, образующиеся и функционирующие во всех живых организмах.

Однокомпонентные ферменты представляют собой простые белки. Из 2000 известных ферментов на долю однокомпонентных ферментов приходится около половины.

Двухкомпонентные ферменты представляют собой сложные белки.

Они состоят из апофермента и кофактора. Апофермент - это белковая часть двухкомпонентного фермента. Кофактор - это небелковая часть двухкомпонентного фермента. В роли кофакторов могут выступать ионы металлов и (или) сложные органические соединения - коферменты.

В качестве коферментов и простетических групп могут выступать:

-производные витаминов (НАД, ФАД, ТПФ, КоА)

-нуклеотиды и их производные (в частности УДФ-глюкоза)

-фосфорные эфиры некоторых моносахаридов (глюкозо-1,6-дифосфат, 2,3дифосфоглицерат)

-тетрапирролы или металлопорфирины (гемы и хлорофиллы)

-глутатион (пептидный кофермент)

Порознь кофактор и апофермент мало активны или вообще не активны. Каталитической активностью обладает лишь их комплекс - холофермент.

Кофермент стабилизирует апофермент, способствует формированию каталитически активной конформации (определенной третичной или четвертичной структуры), входит в состав активного центра и принимает непосредственное участие в катализе, обусловливая, как правило, направленность реакции (специфичность действия).

Кофермент можно рассматривать и как второй субстрат, потому что именно участие кофермента может иметь фундаментальное физиологическое значение. Например, работа мышцы в анаэробных условиях (при недостатке кислорода) сопровождается превращением пирувата в лактат. Предназначением реакции является превращение НАДН в НАД. В отсутствие НАД окисление глюкозы продолжаться не может и анаэробный синтез АТФ прекращается а, следовательно, прекращается и сокращение мышц.

Апофермент определяет субстратную специфичность и высокую каталитическую активность. Иногда апофермент обусловливает также и специфичность действия, в частности, специфичность действия ряда пиридоксалевых ферментов определяется апоферментом.

Теоретические основы ферментативного катализа

Ферменты увеличивают скорость химических реакций за счет снижения энергетического барьера без изменения уровня свободной энергии субстрата (соединение, которое подвергается химическому преобразованию). Снижение энергетического барьера без изменения свободной энергии субстратов достигается за счет того, что его превращение происходит не одномоментно, а через ряд промежуточных состояний. Для перехода от одного промежуточного состояния к другому требуется относительно небольшое количество свободной энергии. Благодаря этому в реакцию вовлекается большое количество молекул

Ферментативные реакции протекают в три этапа. Вначале фермент взаимодействует со своим субстратом с образованием фермент-субстратного комплекса.

Е  S  ЕS

На втором этапе происходит преобразование субстрата в составе фермент-субстратного комплекса с образованием комплекса фермент-продукт. Причем преобразование субстрата в продукт происходит через ряд промежуточных состояний, требующих меньшей величины энергии активации, чем для прямого перехода субстрата в продукт, т.е. величина необходимой энергии активации раскладывается на несколько этапов, которые могут быть преодолены молекулами с относительно низкой свободной энергией

ЕS  ЕS ЕS** ЕР

На последнем этапе происходит расщепление комплекса фермент-продукт

ЕР Е  Р

В общем виде ферментативную реакцию можно записать следующим образом

Е

SР

как следует из записи, фермент не подвергается химическим модификациям и выходит из реакции в неизменном виде