7.3. Каталитическая активность ферментов.

Ферменты обнаруживают в клетках и тканях организмов по их способности катализировать биохимические реакции, которая выражается специальным показателем, называемым активностьюфермента. Этот показатель можно определить по количеству прореагировавшего субстрата или по накоплению продуктов реакции в единицу времени. При этом создаются оптимальные условия для действия фермента (оптимальные температура, рН и ионный состав среды).

Самая высокая скорость превращения в начальный момент времени, а затем скорость реакции уменьшается вследствие понижения концентрации субстрата и одновременного накопления образующихся продуктов, увеличивающих скорость обратной реакции. Исходя из указанных особенностей прохождения ферментативной реакции, активность ферментов рекомендуется определять по начальной скорости реакции и за возможно короткий промежуток времени.

По рекомендации Международного биохимического союза за единицу каталитической активности фермента принят катал. (кат). Один катал – это каталитическая активность, способная катализировать превращение одного моля субстрата за 1 секунду при оптимальных условиях и в заданной системе определения активности. Очень часто для выражения активности ферментов используют также производные от катала единицы: микрокатал (мккат) = 10^-6кат, нанокатал (нкат) = 10^-9 кат, пикокатал (пкт) = 10^-12 кат.

В каталах и производных от него единицах измеряют общую активность фермента, которая зависит как от каталитических свойств ферментного белка, так и количества фермента, участвующего в реакции.

Для характеристики каталитической активности чистых ферментных препаратов используется показатель – удельная активность, который выражается в каталах в расчете на 1 кг ферментного препарата (кат×кг^-1) или в других производных от кат и кг единицах. Если определяется удельная активность в тканях живого организма, то в этом случае данный показатель выражает содержание фермента в биологическом источнике.

Каталитическая активность фермента наиболее точно может быть выражена с помощью показателя, называемого молярнойактивностью, которая измеряется в каталах в расчете на 1 моль фермента (кат×моль^-1ф.). Этот показатель показывает, какое число молекул субстрата превращается за 1 секунду одной молекулой фермента. В отдельных случаях расчет активности фермента проводится с учетом числа активных центров в его молекуле и такой показатель называютчисломоборотовилимолекулярнойактивностью, он выражается в каталах в расчете на 1 моль активных центров фермента.

Для многих ферментов показатель молярной активности имеет очень высокие значения (до 10⁶), поэтому скорости реакций, катализируемых ферментами, в десятки и даже сотни тысяч раз превышают скорости реакций, происходящих без участия ферментов. Вследствие того, что в активном центре происходит активирование и сближение молекул реагирующих субстратов, ферментативные реакции протекают с высокой скоростью даже при низкой концентрации реагирующих веществ в физиологической среде. Так, например, фермент каталаза, участвующий в разложении пероксида водорода на воду и кислород, способен катализировать превращение 2×10⁵молекул субстрата за 1 секунду в расчете на активный центр фермента.

В связи с тем, что активный центр фермента должен структурно соответствовать субстрату, изменение его конформации может снижать каталитические свойства ферментной молекулы. Поэтому любые воздействия на фермент, вызывающие изменение структуры активного центра, будут влиять на каталитическую способность фермента. В то же время изменение конформации молекулы, не затрагивающее активный центр, будет меньше влиять на каталитические свойства фермента.

В физиологической среде, в которой находятся молекулы ферментов могут присутствовать химические компоненты, вызывающие инактивацию или даже разрушение молекул фермента. Поэтому каждый фермент может активно функционировать лишь определенное время, после чего его молекулы становятся неактивными. Продолжительность жизни фермента определяется его ролью в обмене веществ и генотипом организма. Для характеристики продолжительности жизни ферментов используют показатель – периодполужизниферментов, который для растительных объектов колеблется от нескольких часов до нескольких суток.

В связи с инактивацией и распадом ферментов в клетках живого организма постоянно происходит процесс синтеза новых молекул ферментов. Такая особенность ферментов имеет важное биологическое значение для регуляции их синтеза и хода ферментативных превращений. Если бы ферменты не инактивировались, то однажды синтезированный фермент длительное время не прекращал бы своей деятельности и реакцию, катализируюемую этим ферментом, было бы трудно регулировать в соответствии с потребностями организма.