1. Ферменты

В организме протекает множество химических ферментативных реакций. Совокупность этих реакций объединяют термином метаболизм. Многие из протекающих реакций объединены в метаболические (ферментативные) цепи, в которых продукт реакции, катализируемой первым ферментом, становится субстратом для следующей реакции, катализируемой вторым ферментом, и т.д.

E₁Е₂Е₃Е₄

А В СDF

На каждой из последовательных стадий метаболического пути происходит обычно лишь не­большое химическое изменение – удаление или присоединение какого-нибудь атома, молекулы или функциональной групп

Метаболизм складывается из двух фаз – катаболизма и анаболизма. При катаболизме происхо­дит расщепление сложных органических молекул до промежуточных метаболитови затем до конечных продуктов (СО₂ и воды); при этом происходит освобождение энергии и восстановление коферментов.

В ходе реакций анаболизма из молекул-предшественников с использованием восстановленных коферментов и энергии происходит синтез мономеров и полимеров. Реакции анаболизма и катаболизма протекают параллельно, но регулируются независимо.

Все реакции метаболизма осуществляются ферментами. Ферменты – это биокатализаторы белковой природы. Как и все остальные катализаторы (кислоты, щелочи), ферменты имеют ряд общих с ними свойств: не расходуются при реакциях, ускоряют только возможные реакции, не изменяют направления реакции, не изменяют положения равновесия в обратимых реакциях. Но по сравнению с другими катализаторами ферменты имеют ряд отличий: обладают гораздо большей актив­ностью (ускоряют реакции в 10⁸ – 10¹¹ раз), работают в мягких условиях (температура 37 градусов, рН 7, давление 1 атм.). Ферменты также обладают специфичностью или избирательностью действия. Специфичность бывает абсолютной (при этом фермент катализирует превращение одного субстрата) и относительной (при этом фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих сходное строение и общий тип химической связи). Кроме того, активность ферментов в отличие от небиологических катализаторов регулируется.

Ферменты имеют ряд свойств, которые подтверждаютих белковую природу: моле­кулярная масса ферментов лежит в диапазоне 10⁴ – 10⁶ ДА, для них характерна колоколообразная зависимость скорости реакции от температуры и рН среды, они способны денатурироваться тяжелыми металлами, растворителями, излучениями.

1.1.Строение ферментов

Биологические функции фермента связаны с наличием в его структуре активного центра. Вещество, взаимодействующее с ферментом, называется субстратом. Тогда ак­тивный центр фермента – это место на его поверхности, где происходит связывание и каталитическое превращение субстрата. В активном центре выделяют участок связывания, который обеспечивает субстратную специфичность, и каталитический участок, который осуществляет химическое превращение субстрата. Однако, эти участки не всегда имеют четкое пространственное разделение и иногда могут «перекрываться». Активный центр формируется в третичной структуре и состоит из нескольких аминокислотных остатков, которые оказались сближенными при формировании третичной структуры, в то время как в первичной структуре эти аминокислотные остатки могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние. У большинства ферментов в состав активного центра (помимо аминокислотных остатков) входит еще небелковый компонент – кофактор. Белковая часть молекулы фермента называют апоферментом, а комплекс апофермента и кофактора – холоферментом. В роли кофакторов могут выступать ионы металлов и органические соединения – чаще всего производные витаминов. Их называют коферментами (табл. 1).

Апофермент обеспечивает специфичность действия и отвечает за выбор типа химического превращения субстрата, а кофермент обычно участвует в переносефункциональных групп. Один и тот же кофермент, взаимодействуя с различными апоферментами, может участвовать в разных превращениях субстрата.

Таблица 1. Коферменты

№	Кофермент	Витамин	Основная функция
.1	Тиаминпирофосфат	В1 – тиамин	Декарбоксилирование -кетокислот
22	НАД – никотинамид-адениндинуклеотид	РР – никотинат	Перенос Н
33	НАДФ – НАД-фосфат	–//–	–//–
34	ФМН – флавинмононук-леотид	В2 – рибофлавин	–//–
35	ФАД – флавинаденин-динуклеотид	–//–	–//–
36	КоQ (убихинон)	––	–//–
77	Липоевая кислота	––	–//–
88	Пиридоксальфосфат	В6 – пиридоксин	Перенос NH2, декарбоксилирование
99	Биотин	Н – биотин	Присоединение СО2
110	Тетрагидрофолат	Фолиевая кислота	Перенос С1
111	КоА – кофермент ацилирования	Пантотеновая кислота	Перенос ацилов
112	Кобаламины	В12 – кобаламины	Перенос С1, изомеризация
113	ГЕМ	––	Перенос электронов
114	Нафтогидрохиноны	К – нафтогидрохиноны	-карбоксилирование глутамата

Любая ферментативная реакция протекает в два этапа. Сначала в активном центре субстрат при помощи нековалентных связей взаимодействует с ферментом, формируя фермент-субстратный комплекс. В каталитическом участке субстрат претерпевает химическое превращение в продукт, который затем освобождается из активного центра фермента. Схематично процесс катализа можно представить следующим уравнением:

Е + SESEPE + Р

(где Е– фермент, S – субстрат, Р – продукт)