Ферменты

Общее понятие

Помимо того, что белки являются структурным компонентом клеток и тканей, наиболее важной является каталитическая активность белков.

В живых организмах протекает одновременно множество реакций легко и быстро благодаря присутствию специальных биокатализаторов ферментов. Например, гидролиз белка.

Катализаторы - вещества, меняющие скорость химических реак­ций, но не входящие в состав готовых продуктов.

Вещества, подвергающиеся превращениям в процессе ферментативных реакций, называют субстратами (s).

Ферменты значительно эффективнее обычных катализаторов. Это связано с тем, что они обладают высокой специфичностью по отношению к катализируемым реакциям и могут катализировать либо одну, либо небольшое число реакций. Непременным условием их действия является связывание с реагирующей молекулой (субстратом) и образование фермент-субстратного комплекса.

Действие катализаторов заключается в том, что они снижают энергию активации (Е_а), необходимую для осуществления данной реакции, путем образова­ния промежуточного комплекса фермент-субстрат.

сахароза → глюкоза + фруктоза

Катализатор	Энергия активации, кал/моль
отсутствует	32000
НСl	25600
Сахараза	9400

Понижение энергии активации субстрата-сахарозы происходит из-за деформации молекулы субстрата, происходящей при образовании субстрат-ферментного комплекса. Деформация ослабляет внутримолекулярные связи и делает молекулу значительно более способной к определенной реакции.

Строение ферментов

Ферменты могут иметь различное строение: они могут состоять только из белка, обладающего каталитическими свойствами, или же из белка – апофермента и небелковой части - простетической группы.

Если простетическая группа, легко отделяется от белковой части молекулы фермента, ее называют коферментом. Коферменты непосредственно участвуют в реакции, катализируемой ферментом, а белковая часть молекулы – апофермент - определяет специфичность реакции на этапе связывания субстрата.

В молекуле каждого фермента выделяют активный центр (АЦ) – это та часть молекулы фермента, к которой присоединяется субстрат. На АЦ приходится малая часть объема молекулы фермента.

В составе АЦ фактически следует различать участок, ответственный за присоеди­нение субстрат - центр связывания и каталитический центр, который воздействует на субстрат, заставляя его вступать в реакцию и изменяться. В ка­талитических центрах большей части известных ферментов обычно на­ходят один или несколько остатков из числа следующих аминокислот (АК): серин (ser), цистеин (cys), лизин (lys), тирозин (tyr), гистидин (his), называемых функциональными группами, которые непременно сближены в пространстве, а в линейной последовательности полипептида могут располагаться достаточно далеко друг от друга.

Коферменты, как правило, выполняют функцию каталитического центра.

Химическая природа коферментов очень разнообразна.

В качестве коферментов чаще всего могут выступать соединения нуклеотидной природы: никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и его фосфоргый эфир (НАДФ), АТФ, Коэнзим-А. У ряда ферментов коферментами являются флавопротеиды: флавинадениндинуклетотид (ФАД). Функцию кофермен­тов могут выполнять витамины.

Например, НАД и ФАД катализируют отщепление от субстратов водорода.

Коферментами могут являться:

1) Тетрапиррольные структуры (например, группа ГЕМ в молекуле ге­моглобина), содержащие ионы металлов переменной валентности (нап­ример, Fe^2+/3+). Эти структуры участвуют в переносе электронов и входят в состав ферментов: цитохромы, каталаза, гемоглобин.

2) Ионы металлов (Меt⁺): Zn²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Mo²⁺.

3) Производные водорастворимых витаминов:

В₁(тиамин) - тиаминпирофосфат. Вит.В₁ в виде тиаминпирофосфата является коферментом декар­боксилаз кетокислот и участвует в процессах декарбоксилирования.

РР (никотинамид) - НАД, НАДФ. является составной частью коферментов НАД, НАДФ, которые катализируют реакции биологическо­го окисления, участвуют в процессах распада углеводов, синтеза ЖК, обмене аминокислот (АК).

В₂ (рибофлавин) - ФАД. Эти ферменты, содержащие ФАД, катализируют процессы тканевого ды­хания, синтеза и распада жирных кислот (ЖК). Вит.В₂ регулирует важные процессы обмена веществ в организме.

В₆ (пиридоксаль). В виде фосфорного эфира фосфопиридоксаль выступает в качест­ве кофермента декарбоксилаз, трансаминаз и участвует в процессах декарбоксилирования и переаминирования аминокислот.