книги из ГПНТБ / Кретович В.Л. Введение в энзимологию

растительными, бактериальными или грибными ферментными пре­ паратами. Роль протеолитических ферментов в процессе изготов­ ления сыра не ограничивается свертыванием молока. Они играют также активную роль в процессе созревания сыров. Накопление в процессе созревания сыра низкомолекулярных продуктов распада белков — пептидов и свободных аминокислот — во многом опре­ деляет вкус и аромат сыров. В последние годы ведутся разнообраз­ ные исследования по применению протеолитических ферментов в медицине — для рассасывания тромбов, обработки ран с целью их более быстрого заживления, для удаления катаракт.

4. Лпазы

Класс лпаз, обозначаемый цифрой 4, подразделяется на пять подклассов:

4.1 — катализируют реакции расщепления между атомами углерода;

4.2 — катализируют реакции расщепления между углеродом и кислородом;

4.3 — катализируют реакции расщепления между углеродом

иазотом.

4.4— катализируют реакции расщепления между углеродом и

серой;

4.5— катализируют реакции расщепления между углеродом и галоидом.

Первый, второй и третий подклассы лиаз, в свою очередь, в за­ висимости от природы субстрата, на который они действуют, под­ разделяются на более мелкие группы.

В табл. 6 для примера приведены характеристики нескольких

вестным немецким биохимиком К. Нейбергом в дрожжах, служила объектом многочисленных исследований механизма действия фер­ ментов. Мы уже подробно рассмотрели тиаминпирофосфат, являю­ щийся коэнзимом пируватдекарбоксилазы, а также механизм дей­

как и другие декарбоксилазы аминокислот, в качестве кофермента содержит пиридоксальфосфат. Фермент этот повсеместно распрост­ ранен у микроорганизмов, растений и животных. Особенно актив­ ная глютаматдекарбоксилаза содержится в кабачках, тыкве, заро­ дышах злаковых и мозговой ткани. Не совсем ясен вопрос о том, обратима ли реакция, катализируемая глютаматдекарбоксилазой. Однако целый ряд данных указывает на то, что, по-впдимому, об­ ратная реакция, т. о. синтез L-глготамшювой кислоты из у-амипо- масляиой кислоты и С02, имеет большое физиологическое’злачеіше. Оптимум pH для глютаматдекарбоксилазы находится около 6,0, как это видно из рис. 76.

238

Глютаматдекарбоксилаза катализирует также декарбоксилирование у-метилеиглютаминовой кислоты, содержащейся в хлопчат­ нике, тюльпане и некоторых других растениях.

НООС-СН-СІ-Ь-С-СООІ-І

1 II

ГШз СНз

т-Метиленглютамшіовая кислота

Л л ь д о л а з а играет весьма важную роль в углеводном об­ мене микроорганизмов, высших растений и животных. Особенно важной реакцией, катализируемой альдолазой, является обра­ тимая реакция расщепления 1 ,6 -фруктозодифосфата на фосфодиоксиацетон и 3-фосфоглицериновый альдегид:

В процессе брожения и превращения углеводов в мышце эта реакция играет первостепенную роль, так как молекула фруктозы, лабилизироваиная в результате симметричного присоединения к ней двух остатков фосфорной кислоты, под действием альдолазы

Рнс. 76. Влпяшіе pH па активность глютаматдекарбокснлазы (т-амішо- масляная кислота в мкг па 10 мг белка) из листьев сон (по В. Л. Крото-

впчу, Т. И. Карякиной н Н. В. Любимовой)

Рис. 77. Влпяппе pH па активность дрожжевой (1) п мышечной (2) альдо-

лазы (по О. Ричардсу и В. Рутгеру)

легко разрывается посредине, образуя две молекулы фосфотрпоз, которые, подвергаясь дальнейшим превращениям, дают спирт пли молочную кислоту. В процессе фотосинтеза альдолаза играет син­ тезирующую роль: благодаря ее действию происходит синтез фрук­ тозодифосфата из фосфогліщерииового альдегида и фосфодпоксиацетона, образующихся из первичного продукта фотосинтеза — фосфоглпцершговой кислоты.

Альдолазы различного происхождения могут быть разделены на два типа — ингибируемые и не ингибируемые реактивами, свя­ зывающими металлы, например цианидом, пирофосфатом, цистеи­ ном или а,а'-дипиридилом. К первому типу принадлежат альдо­ лазы из печени крупного рогатого скота, дрожжей и высших расте­ ний. Ко второму — мышечная альдолаза. Дрожжевая и мышеч­ ная альдолазы различаются также оптимумом pH, что видно па рис. 77.

Альдолазы различного происхождения получены в кристалли­ ческом состоянии. На рис. 78 показаны кристаллы дрожжевой альдолазы.

Дрожжевая альдолаза имеет молекулярную массу 75 тыс. и со­ держит цинк, который, по-видимому, входит в ее активный центр.

обратимую реакцию гидратации фумаровой кислоты с образовани­ ем яблочной кислоты:

н о о с - с н = с н - с о о н + т о ^ н о о с - с н о н - с т - с о о н .

240

Рпс. 78. Кристаллическая альдолаза из пекарских дрожжей, ув. в 100 раз (по Б. Вандерхейдену п сотр.)

Рис. 79. Кристаллическая фумарат-гидратаза из серд­ ца свиньи, ув. в 600 раз

(по В . Мэсси)

Эта реакция является одной из стадий лимоннокислого цикла Кребса. Кристаллическая фумарат-гидратаза изображена на рис. 79.

Кристаллическая фумарат-гидратаза обладает абсолютной спе­ цифичностью по отношению к фумаровой и L-яблочной кислотам и не действует на малеиновую, D-яблочную, транс-и г/ис-аконито­ вую, винную, аспарагиновую и кротоновую кислоты. Молекуляр­ ная масса фумарат-гидратазы равна 2 0 0 тыс.

А с п а р т а т — а м м и а к - л и а з а, как мы уже указы­ вали ранее (см. стр. 153), катализирует обратимую реакцию синтеза

241

аспарагиновой кислоты из фумаровоп кислоты и аммиака. Этот Фермент особенно активен у факультативных анаэробных бакте­ рий; он содержится также в некоторых растениях. Оптимум pH находится в зоне 7,0—7,5.

5. Изомеразы

Пятый класс ферментов — изомеразы включает пять подклас­ сов:

5.1.— рацемазы н эпимеразы,

5.2.— г{ис-?)фй?(с-изомеразы,

5.3.— внутримолекулярные оксидоредуктазы,

5.4.— внутримолекулярные трансферазы,

5.5.— внутримолекулярные лиазы.

Кпервому подклассу относятся ферменты, катализирующие изомеризацию аминокислот (5.1.1), оксикислот (5.1.2) и углеводов пли их производных (5.1.3). Типичные представители этого под­

класса — а л а и и н р а ц е м а з а (5.1.1.1), катализирующая

годаря его действию происходит превращение галактозы в глюкозу. Способность или неспособность дрожжей и других микроорганизмов сбраживать галактозу связана с наличием или отсутствием у них данного фермента.

У Д Ф г л ю к о з о — э и и м е р а з а (систематическое на­ звание УДФглюкоза — 4-эпимераза) катализирует следующую ре­ акцию:

УДФглюкоза = УДФгалактоза.

Молекулярная масса фермента 79 тыс. В качестве кофактора он содержит 1 моль НАД+ на моль фермента.

Ко второму подклассу относится м а л е и н а т и з о м е р а з а (5 .2 .1 .1 ) , катализирующая взаимопревращение фумаровой и ма­ леиновой кислот.

Типичным представителем третьего подкласса изомераз явля­ ется т р и о з о ф о с ф а т и з о м е р а з а (шифр 5.3.1.1; систе­ матическое название — D-глпцеральдегид-З-фосфат — кетол-изоме- раза), катализирующая реакцию взаимопревращепия D-глицер- альдегид-3 -фосфата и диоксиацетонфосфата:

242

Рис. 80. Кристаллическая ацетил-КоЛ—синтетаза па сердца быка, уд. в ISO раз (по Л. Уэбстеру)

С02 — лигаза (АДФ)], которая катализирует обратимую реакцию:

I

СОО-

Фермент ингибируется реактивами, связывающими SH-группы, и для его действия необходимы ионы магния и калия. Пнруваткарбоксилаза микробного происхождения содержит 1 моль биотина на 400 тыс. г белка.

Л и т е р а т у р а

Гулый М. Ф., Билай В. И., Пидопличко II. М., Дегтярь Р. Г., Николь­ ская Е. А. Фермент глюкозоокспдаза и его применение. Киев, «Наукова

думка», 1964.

Кретович В. Л., Токарева Р. Р. Применение концентрированных ферментных

препаратов из плесневых грибов в хлебопечении.—Труды V Междуна­ родного биохимического конгресса. Симпозиум VIII «Биохимические основы технологии пищевых производств». М., Изд-во АН СССР, 1962, стр. 322.

Мосолов В. В. Протеолитические ферменты. М., «Наука», 1971.

Номенклатура ферментов. Итоги науки. Серия биологическая химия. Перев. с англ, под ред. А. Е. Браунштейна. М., Изд. ВИНИТИ, 1966.

Опарин А. И. А. Н. Бах — основоположник советской эпзнмолопш. Юби­

лейный сборник, посвященный тридцатилетию Великой Октябрьской социалистической революции. М.— Л., Изд-во АН СССР, 1947, стр. 348.

Пронин С. И. Амилолитические ферменты и их роль в пищевой промышлен­

ности. М., Гизлегпищепром, 1953-5

244

Г л а в а 9

БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ

Вопрос о том, каким образом в живой клетке синтезируются ферменты, является в сущности вопросом о том, каким образом происходит биосинтез белков. В прошлом столетии было выдвинуто представление, что белки синтезируются под действием протеоли­ тических ферментов благодаря обратимости их действия. Эта идея получила развитие в работах лаборатории А. Я. Данилевского. Его сотрудники (В. В. Завьялов и др.) инкубировали белок в при­ сутствии желудочного сока, который, кате пзвестпо, содержит пеп­ син, или в присутствии более или менее очищенных препаратов протеолитических ферментов. При этом происходил гидролиз белка и образовывались пептиды и свободные аминокислоты. Затем полу­ ченный гидролизат они оставляли на длительный срок в присут­ ствии фермента и антисептика, причем наблюдали выпадение из раствора осадков. Эти осадки были ими собраны и проанализирова­ ны. Оказалось, что они представляют собой белковоподобные ве­

протеаз.

Следует упомянуть о том, что пластеины привлекли к себе внимание ряда исследователей: в СССР —А. В. Благовещенского, в США — Г. Борсука, в Финляндии — А. Внртанена. Было по­ казано, что пластеины, образующиеся при обратимом действии протеолитических ферментов на белок, например на кукурузный зеин, по своему аминокислотному составу идентичны исходному белку. Однако при более глубоком изучении пластеииов оказалось, что они отличаются от исходного белка по ряду физико-химических и биологических свойств.

Таким образом, несмотря на сходство аминокислотного соста­ ва пластеина и исходного зеина, эти вещества все же значитель­ но отличаются друг от друга.

Вопрос об обратимости действия протеолитических ферментов получил дальнейшее развитие в работах М. Бергманна и Д . Фрутона. С помощью растительных протеаз, а именно папаина и фицииа, они осуществили синтез целого ряда пептидов — дипептпдов, трипептидов и т. д. Фрутону с помощью фицииа удалось синтезировать даже октапептид — полипептид, содержащий восемь аминокислот­ ных остатков. Важно подчеркнуть, что если папаин наиболее ин-

Ш

тѳнсгівио осуществляет свое гидролизующее действие при pH около 5, то и синтез пептидов под действием папаииа происходит при том же значении pH и при той же температуре 30 —35°, т. е. при физио­ логических условиях.

Эти работы совершенно бесспорно показали возможность син­ теза полипептидов in vitro в результате синтезирующего действия протеаз. Возможно, что и в живой клетке некоторые полипептиды синтезируются именно таким образом.

Однако в биологическом синтезе белков обратимое действие протеаз роли не играет. За последние 20 лет накопился огромный экспериментальный материал, свидетельствующий о том, что синтез белка, а следовательно, и ферментов, в живой клетке осуществля­ ется более сложным путем, а именно — при участии нуклеиновых кислот.

Как известно, нуклеиновые кислоты представляют собой наи­ более высокомолекулярные природные соединения и являются по­ лимерами, состоящими из остатков различных нуклеотидов. Сугществуют два типа нуклеиновых кислот — рибонуклеиновые кис­ лоты (РНК), которые получили свое название потому, что в их состав входит рибоза, и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), в состав которых входит дезоксирибоза. ДНК отличается от РНК также тем, что в ее состав входят нуклеотиды, содержащие тимин. В состав РНК вместо тимина входит урацил. Молекулярная масса ДНК и РНК достигает чрезвычайно больших величин. Так, РНК вируса табачной мозаики, вызывающего заболевание табака, имеет молекулярную массу около 2 млн. Вместе с тем существуют РНК со сравнительно небольшой молекулярной массой. Например, так называемые растворимые пли транспортные РНК (т-РНК) имеют молекулярную массу 25—30 тыс.

В клетке имеются особые органеллы, которые носят название рибосомы. Именно в рибосомах происходит синтез белков. Рибосо­ мы приблизительно наполовину' состоят из нуклеиновой кислоты и наполовину из белка.

Наконец, в клетке имеется еще один вид РНК, так называемая мессенджер РНК, или матричная РНК 1 (м-РНК, информацион­ ная). В зависимости от природы организма, из которого выделена матричная РНК, и от его состояния молекулярная масса м-РНК

В химическом отношении нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные органические кислоты, состоящие из остатков отдельных нуклеотидов, соединенных между7 собой

1 Мессенджер — значит посыльный, вестник.