Ферментыизбирательнывсвоемдействии

Специфичность,т.е.высокаяизбирательностьдействияферментов,основана накомплементарностиструктурысубстрата и активного центра фермента.

1. Стереоспецифичность–катализ толькоодногоизстереоизомеров,например:

• специфичностькL-илиD-аминокислотам–например,почтивсеферментычеловека взаимодействуют с L-аминокислотами,

• специфичностькцис-итранс-изомерам.Например,аспартазареагируеттолькостранс- изомером – фумаровой кислотой, но не с малеиновой кислотой (цис-изомер).

Стереоспецифичностьаспартазыктранс-изомерусубстрата

2. Абсолютнаяспецифичность–ферментпроизводиткатализтолькоодноговещества.

Например,каталазаразрушаетперекисьводорода,аргиназарасщепляеттолько

аргинин,уреазарасщепляет толькомочевину,глюкокиназафосфорилируеттолько D-глюкозу.

Реакциярасщеплениямочевины

3. Групповаяспецифичность–катализсубстратовсобщимиструктурнымиособенностями, т.е. при наличииопределеннойсвязиили химическойгруппы,например:

• наличиепептидной связи:• бактериальныйферментсубтилизинспецифиченк пептиднойсвязинезависимоотстроенияобразующихееаминокислот,•пепсинкатализирует разрыв пептидной связи, образованной аминогруппами ароматическихаминокислот,

  • тромбинвсвоихсубстратахрасщепляетпептиднуюсвязьтолькомеждуаргининомиглицином,

• наличиеα1,4-гликозидныхсвязейвкрахмалеигликогене-ихгидролизуетα- амилазаслюнной и поджелудочной желез,

• наличиеОН-группы:алкогольдегидрогеназаокисляетдоальдегидоводноатомные спирты (этанол, метанол, пропанол).

4. Относительная групповая специфичность– превращение субстратовс некоторыми общимипризнаками.Например,цитохромР450окисляеттолькогидрофобныевещества,которых насчитывается около 7000.

Механизмыспецифичности

Вобщемвидевсе сводитсяккомплементарномувзаимодействиюферментаи субстрата. При этом функциональные группы субстрата взаимодействуют с соответствующими им функциональными группами фермента. Наличие субстратной специфичности объясняют двегипотезы:

1. Теория Фишера(модель"жесткойматрицы","ключ-замок") –активныйцентрферментастрогосоответствует конфигурации субстрата и не изменяется при его присоединении. Эта модель хорошо объясняет абсолютную специфичность, но не групповую.

СхематичноепредставлениетеорииФишера

2. ТеорияКошланда(модель"индуцированногосоответствия","рука-перчатка")– подразумевает гибкость активного центра. Присоединение субстрата к якорному участку ферментавызываетизменениеконфигурациикаталитическогоцентратакимобразом,чтобыего форма соответствовала форме субстрата.

СхематичноепредставлениетеорииКошланда

6. Основы кинетики ферментативных реакций. Зависимость скорости ферментативной реакции от количества субстрата. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Зависимость скорости ферментативной реакции от количества фермента. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры и рН среды.

Зависимостьферментаотколичествасубстратаописываетферментативная кинетика

УравненияМихаэлиса-МентениЛайнуивера-Берка

Общуютеориюферментативнойкинетикиизависимостьактивностиферментаотсубстрата. описали Л.Михаэлис и М.Л.Ментен, выразив его в своем уравнении.Бриггс и Холдейн усовершенствовали их уравнение, введя введя в него константу Михаэлиса(Km), определяемуюэкспериментально.

УравнениеМихаэлиса-Ментенпоказывает взаимосвязь максимально возможной скорости, реальной скорости реакции, константы Михаэлиса и концентрации субстрата. Так как пользоваться графиком, построенным в прямыхкоординатахV и [S] для точныхрасчетов неудобно,тоГ.ЛайнуивериД.БэркпреобразовалиуравнениеБриггса–Холдейнавобратныекоординаты.

УравнениеМихаэлиса-Ментен УравнениеЛайнуивера-Бэрка

На самомделе уравнение Михаэлиса-Ментен в данномвиде предложили Бриггс и Холдейн, но в честь основоположниковоно носит название Михаэлиса-Ментен.

ВыделяюттриосновныхрешенияуравненияМихаэлиса-Ментен:

1. КонцентрациясубстратаравнавеличинеконстантыМихаэлиса([S]=Km).

Вэтомслучае, решаяуравнениеМихаэлиса-Ментен, получаем,чтоскоростьреакцииVбудет равна половине максимальной Vmax.(V =½Vmax).

ВматематическомсмыслеKmсоответствуетконцентрациисубстратаприкоторойскорость реакции равна половине максимальной. Еебиологический смыслзаключается в характеристикесродствафермента ксубстрату, аименно:увеличениевеличиныКm означаетснижениесродства фермента к субстрату.

2. Концентрация субстрата значительнобольшеKm([S]>>Km).ВэтомслучаевеличинойKmможно пренебречь,при решении получим, чтоскорость реакциимаксимальна(платонаграфике).

3. Концентрация субстрата значительноменьшеKm([S]<<Km).Вэтомслучае,знаменательуравнения мало изменяется при изменении[S], а величина скорости реакции V прямо пропорциональна [S] (график линеен).

ГрафикуравненияМихаэлиса-Ментен

ГрафикуравненияЛайнуивера-Берка