Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БХ учебник Николаев.pdf
Скачиваний:
579
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
15.53 Mб
Скачать

Часть I. Строение информационных молекул и матричные биосинтезы

субстраты) — НАД, KoA; в этом случае превращение кофермента из одной формы в другую может происходить в результате действия двух разных ферментов. Напри­ мер, превращение KoA в ацил-КоА катализирует ацил-КоА-синтетаза, а регенера­ ция KoA происходит при действии ацилтрансферазы.

КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТОВ

В основе классификации ферментов лежит специфичность их действия. Все фер­ менты разделены на шесть основных классов по типу катализируемых ими реак­ ций (табл. 2.3). Каждый класс разделен на подклассы и далее —на подподклассы по тому же принципу, т. е. по типу реакций.

Таблица 2.3. Классы ферментов

 

 

Н ом ер

- J L r n c

R ai планируемые реакции

класса

 

 

 

I

Оксидоредуктазы

 

Окислительно-восстановительные

2

Трансферазы

 

Перенос групп

3

Гидролазы

 

Гидролиз

4

Лиазы

 

Расщепление негидролитическим путем связей

 

 

 

С— С, отщепление групп с образованием двойной

5

Изомеразы

 

связи, присоединение по двойной связи

 

Изомерные превращения

6

Лигазы (синтетазы)

 

Присоединение друг к другу двух молекул с

 

 

 

использованием энергии высокоэнергетических

связей АТФ (или других высокоэнергетических соединений)

Оксидоредуктазы. Класс оксидоредуктаз включает ферменты, катализирую­ щие окислительно-восстановительные реакции разных типов. В частности, в него входят НАД-зависимые и флавиновые дегидрогеназы, рассмотренные выше.

Другой тип оксидоредуктаз — оксидазы. Эти ферменты катализируют окисле­ ние субстратов путем присоединения кислорода. Так, аминоксидазы окисляют амины с образованием альдегидов и аммиака. На рис. 2.16 приведена реакция, катализируемая аминоксидазой гистамина.

-С Н — СН— NH,

+ 0 2 + Н20 - >

= = — C H - C = = O

+ N H 3 -I-H2O2

2

2

2

I I

2

I

N N

 

 

 

N

N

H

 

Рис. 2.16. Окисление гистамина аминоксидазой

Образующийся в таких реакциях пероксид водорода разлагается тоже оксидоредуктазой — каталазой (гемопротеин):

2Н20 2 -*• O2 + 2Н20

Трансферазы. К классу трансфераз относятся рассмотренные выше аминотрансферазы и ацилтрансферазы, а также метилтрансферазы, гликозилтрансферазы, фосфотрансферазы и др.

Глава 2. Ферменты

79

В подкласс фосфотрансфераз входит группа ферментов, называемых киназа­ ми: они используют аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) в качестве донора фосфатного остатка.

Киназы катализируют перенос "'(‘-фосфатного остатка на другие вещества; АТФ при этом превращается в АДФ. Например, глицеринкиназа катализирует фосфорилирование глицерина по а-гидроксильной группе:

Н ,С — ОН

Н,С — ОН

 

2I

2I

+ АДФ

НС— ОН + АТФ - »

НС— ОН

H2C - O H

H2C - O P O 3H2

глицерин

а-глицерофосфат

 

В результате действия разных киназ в организме синтезируются многочислен­ ные фосфорилированные соединения. В частности, сложные белки фосфопротеины образуются при участии протеинкиназ; остатки фосфорной кислоты присоеди­ няются к гидроксильным группам серина, треонина и тирозина пептидной цепи:

Белок + яАТФ —* Белок-(ОР03Н2)п+ яАДФ

Все киназы для проявления максимальной активности нуждаются в ионах Mg2+ или Mn2+.

Гидролазы. Эти ферменты катализируют реакции расщепления разнообраз­ ных связей с присоединением воды по месту расщепления:

A -B + H2O -» A-OH + H -B

К классу гидролаз относятся эстеразы, расщепляющие сложноэфирные связи, например липаза, холинэстераза; пептидазы, или пептидгидролазы, — пепсин, трипсин, карбоксипептидаза и др.; гликозидазы, гидролизующие гликозидные свя­ зи, и т. д.

Лиазы. К лиазам принадлежат декарбоксилазы, отщепляющие карбоксильную группу от органических кислот, например уже упоминавшаяся гистидиндекарбоксилаза; альдолазы, расщепляющие углерод-углеродную связь с образованием аль­ дегида; гидратазы, присоединяющие воду по двойной связи (например, фумараза); дегидратазы, отщепляющие от соединений молекулу воды с образованием двойной связи.

Изомеразы. В организме животных наиболее часто встречаются реакции изо­ меризации двух типов: внутримолекулярный перенос групп и внутримолекуляр­ ные окислительно-восстановительные реакции. Первый тип реакций катализиру­ ют изомеразы, называемые внутримолекулярными трансферазами. Например, фосфоглицеромутаза превращает 3-фосфоглицериновую кислоту в 2-фосфоглице- риновую кислоту:

COOH

COOH

80

Часть I. Строение информационных молекул и матричные биосинтезы

Реакции изомеризации второго типа катализируются внутримолекулярными оксидоредуктазами. К числу таких реакций принадлежат взаимопревращения альдоз и кетоз. Например, триозофосфатизомераза катализирует взаимопревраще­ ние диоксиацетонфосфата и глицеральдегидфосфата:

H О

C = O

CH2- O P O 3H2

CH2- O P O 3H2

Л игазы (синтетазы). Отличительной чертой реакций, катализируемых фер­ ментами этого класса, является использование АТФ в качестве источника энергии.

Н ом енклатура ф ерм ентов. Исторически возникшие (тривиальные) назва­ ния ферментов часто строятся по названию субстрата с изменением суффикса на -аза (фумараза, гистидаза, аргиназа и т. п.). Комиссия по ферментам Между­ народного биохимического союза разработала правила рациональной номенк­ латуры ферментов. Согласно этим правилам в названии фермента указываются его субстраты и основной класс, к которому принадлежит фермент. Каждый фермент обозначается специальным шифром, указывающим номер класса, под­ класса, подподкласса и номер фермента в подподклассе. Например, 2.6.1.2 — аланин:оксоглутарат-аминотрансфераза; 4.3.1.3. — гистидин-аммиак-лиаза (гис­ тидаза); 1.1.1.28 — лактат; НАД-оксидоредуктаза (лактатдегидрогеназа). Рацио­ нальные названия без дополнительны х объяснений позволяю т представить реакцию, которую катализирует данный фермент. Однако часто они довольно длинны, поэтому наряду с ними используются и тривиальные названия.

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ

Уравнение Михаэлиса— Ментен

Скорость ферментативной реакции измеряют по убыли субстрата S или приросту продукта P за единицу времени. В простейшем случае реакцию можно представить как двухстадийный процесс. Первая стадия —образование фермент-субстратного комплекса, т. е. присоединение субстрата к активному центру фермента Е:

E + S ES.

(а)

Константу равновесия этой реакции называют субстратной константой:

г _

_ PUS]

S “ ,

г с с п

К

[ES] ■

Субстратная константа идентична константе равновесия взаимодействия лю­ бого белка с лигандом (см. гл. I).

В отличие от других белков, фермент не только присоединяет лиганд (суб­ страт), но и катализирует его химическое превращение — это вторая стадия про­ цесса; образовавшийся продукт отделяется от фермента:

Глава 2. Ферменты

81

E S ^ E + P. (б)

Как видно из реакций (а) и (б), комплекс ES образуется только в одной реак­ ции (с константой А,), а распадается в двух: на E и S (реакция с константой A1) и на E и P (реакция с константой A2):

E + S ^ -E S ^ E + P.

Отношение суммы констант скорости реакций, в которых комплекс ES распа­ дается, к константе скорости реакции, в которой он образуется, называют кон­ стантой Михаэлиса Ku:

_ 1+ к2

М** '

Легко видеть, что если A1» A2, то Ku « Ks.

График зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации суб­ страта имеет вид гиперболы, т. е. такой же, как кривая насыщения белка лиган­ дом (рис. 2.17, а). При высокой концентрации субстрата, когда все молекулы фер­ мента находятся в форме ES (полное насыщение), скорость реакции становится максимальной (V ). Очевидно, что при полунасыщении (т. е. когда половина молекул фермента находится в форме ES) скорость реакции равна */ VnuccКон­ центрация субстрата, при которой достигается эта скорость, и дает численную величину константы Михаэлиса (поэтому константу Михаэлиса называют также концентрацией Михаэлиса).

Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата описывается урав­ нением Михаэлиса—Ментен:

у _ ^ a JS ]

+[S]

Решая это уравнение относительно KM, получим:

Отсюда также следует, что если v = V 2Vmikc, т о

Ku = [S].

В ходе реакции фермент в реакционной смеси существует в двух формах: E и

ES; суммарная концентрация этих двух форм равна начальной (до добавления суб­

страта) концентрации фермента [Е]0:

 

[Е]0 = [Е] + [ES].

(I)

Скорость образования продукта реакции пропорциональна концентрации

фермент-субстратного комплекса:

 

V = *2[ES].

(2)

При насыщающей концентрации субстрата весь фермент находится в форме

ES, т. е. [ES] = [Е]0, а скорость становится максимальной:

 

^ ™ = В Д о -

(3)

82

Часть I. Строение информационных молекул и матричные биосинтезы

Время

Рис. 2 .17 . Зависимость скорости ферментативных реакций от концентрации субстра­ та (а, б), концентрации фермента (в), от температуры (г), pH ); изменения концент­ рации субстрата и продукта в зависимости от времени реакции (е)

Концентрация [ES] определяется балансом скорости его образования в реак­ ции с константой Iil и скоростей распада в реакциях с константами H 1 и kr

To6p = 4[E][S] = 4 ([Е]0 —[ES])[S];

(4)

V n = ^ 1IES]+ ^[E S] = ( / 1+ / 2)[ES].

(5)

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.