Свойства ферментов

1. Термолабильность - высокая чувствительность активности ферментов к температуре. Термолабильность ферментов объясняется тем, что температура, с одной стороны, воздействует на белковую часть фермента, приводя при слишком высоких значениях к денатурации белка и снижению каталитической функции, а с другой стороны, оказывает влияние на скорость реакции образования фермент-субстратного комплекса и на все последующие этапы преобразования субстрата, что ведет к усилению катализа. Зависимость каталитической активности фермента от температуры выражается типичной кривой (Рис. 20.)

Рис.19.Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры

До некоторого значения температуры (в среднем до 5О°С) каталитическая активность растет, причем на каждые 10°С примерно в 2 раза повышается скорость преобразования субстрата. В то же время постепенно возрастает количество инактивированного фермента за счет денатурации его белковой части. При температуре выше 50°С денатурация ферментного белка резко усиливается и, хотя скорость реакций преобразования субстрата продолжает расти, активность фермента, выражающаяся количеством превращенного субстрата, падает. Температура, при которой каталитическая активность фермента максимальна, называется его температурным оптимумом. Температурный оптимум для различных ферментов неодинаков. В общем для ферментов животного происхождения он лежит между 40 и 50°С, а растительного - между 50 и 60°С. Однако есть ферменты с более высоким температурным оптимумом, например, у папаина (фермент растительного происхождения, ускоряющий гидролиз белка) оптимум находится при 8О°С. В то же время у каталазы (фермент, ускоряющий распад Н₂О₂ до Н₂О и О₂) оптимальная температура действия находится между 0 и -10°С, а при более высоких температурах происходит энергичное окисление фермента и его инактивация.

2. Специфичность действия – избирательность действия фермента. Различают следующие основные типы специфичности: относительная специфичность (фермент ускоряет превращение целой группы сходных субстратов); абсолютная (фермент действует только на один субстрат) и стереоспецифичность (фермент действует на определенный стереоизомер). Рассмотрим гипотезы, которые пытаются объяснить это важнейшее свойство фермента.

а) Теория Фишера, теория «ключа и замка»,исходит из того, что должно быть соответствие геометрической структуры субстрата и активного центра фермента.

б) Теория Кошланда, теория индуцированного соответствия субстрата и фермента. Данная теория исходит из гибкости активного центра фермента. и предполагает, что пространственное соответствие структуры субстрата и активного центра фермента создается в момент их взаимодействия друг с другом.

в) Теория топохимического соответствия сохраняет основные положения теории индуцированного соответствия, объясняя специфичность действия ферментов главным образом узнаванием той части субстрата, которая не изменяется при катализе.

3. Влияние рН на скорость ферментативной реакции. Для каждого фермента существует оптимальное значение рН среды, при котором его активность максимальна, для большинства ферментов –э то нейтральная среда (Рис.20).

Рисунок 20. Влияние рН среды на активность фермента

Влияние рН среды на активность фермента состоит в ее воздействии на степень ионизации активного центра фермента, что сказывается на оптимальной конформации активного центра. Кислотность среды воздействует также на степень ионизации субстрата, фермент-субстратного комплекса и продуктов реакции.

4. Влияние модификаторов на активность ферментов.

Модификаторы, повышающие активность ферментов, называются активаторами, снижающие активность ферментов – ингибиторами. Активирующее влияние на скорость ферментативной реакции оказывают разнообразные веществаорганической и неорганической природы. Так,соляная кислотаактивирует действиепепсинажелудочного сока;желчные кислотыповышаютактивностьпанкреатическойлипазы. Особенно часто активаторами выступаютионыдвухвалентных и, реже, одновалентныхметаллов. Около четверти всех известныхферментовдля проявления полной каталитическойактивностинуждаются в присутствииметаллов.

Ингибиторы ферментов подразделяют на «обратимые» (связываются с ферментом нековалентно) и «необратимые» (образуют с ферментом ковалентные связи). В свою очередь обратимые эффекторы делят на конкурентные и неконкурентные. Конкурентный ингибитор конкурирует с истинным субстратом за центр связывания с ферментом. Как правило, конкурентные ингибиторы представляют собой аналоги субстрата, сохраняющие все (или большинство) функциональных групп, необходимых для связывания с ферментом, но не способные претерпевать ферментативное превращение. Таким образом, фермент может образовывать либо фермент-субстратный комплекс, который затем превращается в продукт, либо фермент-ингибиторный комплекс. Связывание с ферментом и субстрата и ингибитора одновременно невозможно.

В случае неконкурентного ингибирования с ферментом связывается и ингибитор, и субстрат. Часто ингибитор взаимодействует с определенными группировками в аллостерическом (пространственно удаленном от активного центра участке белка) центре фермента. Например, ионы тяжелых металлов реагируют с -SH группами остатков аминокислоты цистеина в аллостерическом центре ферментов. С ингибированием ферментовсвязан механизм действия многихтоксинови ядов наорганизм. Известно, что при отравленияхсолямисинильной кислоты смерть наступает вследствие полного торможения и выключения дыхательныхферментов(цитохромная система)тканей, особенноклетокмозга. Токсическое влияние наорганизмчеловека и животных некоторыхинсектицидовобусловлено торможениемактивностиацетилхолинэстеразы –фермента, играющего ключевую роль в деятельности нервной системы.