Механізм ферментативного каталізу

Ферментативний каталіз відрізняється високою специфічністю, забезпечує хімічні перетворення в м'яких умовах зовнішнього середовища й високою молекулярною активністю ферментів. Механізм дії ферментів складний і й дотепер деякі його сторони ще недостатньо ясні. Схематично ферментативну реакцію можна представити так: С.+Ф. = ФСК = ФПК = Ф.+П.,

де С. – речовина, що піддається перетворенню (СУБСТРАТ); Ф. – ФЕРМЕНТ; П. – речовина, що утвориться в результаті ферментативної реакції (ПРОДУКТ); ФСК – фермент-субстратний комплекс; ФПК – фермент-продуктний комплекс.

Фермент у процесі взаємодії із субстратом залишається незмінним, тобто не піддається хімічним перетворенням. Це характерна риса ферментативних реакцій, що має велике біологічне значення для збереження кількості речовини й можливості взаємодії з іншими молекулами субстрату. Невелика кількість ферменту здатна катализировать значні кількості субстрату за відносно короткий проміжок часу. Раніше припускали, що фермент може реагувати із субстратом за умови ідеальної подібності в структурі якої-небудь своєї ділянки із субстратом по типі «замок-ключ». Е. Фішер уважав, що фермент має тверду структуру, що не змінюється в процесі хімічного перетворення. Пізніше була висунута нова гіпотеза (Е. Кошанд), що спростовує подання про тверду відповідність структур ферменту й субстрату, заміняючи їхньою теорією гнучкої взаємодії за типом еластичної рукавички й руки. У цей час численними дослідженнями було доведено, що утворення фермент-субстратного комплексу супроводжується зміною конформації молекули ферменту подібно тому, як розтягується еластична рукавичка під дією вхідної в неї руки.

Класифікація ферментів

В 1961 році на п'ятому Міжнародному біохімічному з'їзді в Москві була прийнята єдина номенклатура й класифікація ферментів, відповідно до якої ферменти діляться по характері катализируемих ними реакцій на шість основних класів. Кожен фермент має чотиризначний шифр, перша цифра якого позначає клас, друга – підклас, третя – підпідклас, четверта – порядковий номер ферменту в підпідкласі. Наприклад, шифр ліпази -КФ.3.1.1.3.

Оксидоредуктази – ферменти, каталізуючі окислювально-відновні реакції.

Трансферази – ферменти, що здійснюють перенос різних хімічних радикалів з донора на акцептор.

Гідралази – ферменти, каталізуючі процеси гідролитичного розщеплення субстратів.

Ліази – ферменти, що забезпечують реакції відщіплення хімічних груп негідролитическим шляхом.

Ізомерази – ферменти, каталізуючі внутрімолекулярний перенос хімічних радикалів з утворенням ізомерів.

Лігази – ферменти, що здійснюють реакції синтезу, які супроводжуються поглинанням енергії.

Метаболізм ферментів

Перетворення ферментів подібно з обміном інших білків в організмі. Ферменти постійно обновляються, синтезуються, розщеплюються, що забезпечує їхній певний рівень у тканинах. У результаті секреції або відмирання кліток ферменти попадають у кров. Шляхи видалення ферментів із кров'яного русла різні. Частина ферментів виділяється через сечовивідні шляхи й через харчовий канал. Екстракція ферментів із сечею й жовчю займає невелику питому вагу в механізмі видалення ферментів з організму. Основним шляхом є розщеплення ферментів у плазмі й тканинах і виведення невикористаних кінцевих продуктів звичайними для білків каналами.