5.4. Строение ферментов

Для ферментов характерны все закономерности строения, присущие бел­кам. Ферменты всегда являются глобулярными белками, причем высшей мо­жет быть как третичная, так и четвертичная структура. Сложные ферменты со­стоят из белкового и небелкового компонентов. Белковая часть называется апоферментом, небелковая, легко диссоциирующая с белковой частью, — ко-ферментом, прочно связанная с белком, — простетической группой, а молела в целом — холоферментом. Соединение белковой и небелковой части [еяожных ферментов происходит при помощи водородных, гидрофобных или •ионных связей. Гораздо реже встречается ковалентное связывание белкового | щюмпонента с простетической группой фермента. Коферменты или простети-[ческие группы принимают непосредственное участие в процессе фермента-! тинного катализа. Эти группировки определяют специфичность того или ино­го фермента, принимают участие в связывании фермента с субстратом, а также стабилизируют белковую часть фермента.

Классификация коферментов. Она основана на строении и функци-оначьных особенностях коферментов. Большая группа коферментов представ­ляет собой водорастворимые витамины и их химически модифицированные производные. К ним относятся фосфорилированные тиамины, флавин, моно-и дифосфаты, пиридоксалевые, биотиновые, никатинамидные и другие ко-ферменты. (Подробно о связи витаминов с ферментами говорится в гл. «Вита­мины».)

К другим химическим структурам, входящим в состав сложных фермен­тов, относятся нуклеотидные производные, липоевая кислота, глутатион, ме­талл опорфирины и др.

Наряду с коферментами существенную роль в формировании активных ферментов играют железо, медь, магний, марганец, кальций, цинк и др. Ме­таллы могут выступать в качестве коферментов, а также активаторов фермен­тативной активности. Уже на организменном уровне можно оценить роль того или иного металла в функционировании фермента. Так, дефицит молибдена в пище животных проявляется в падении активности фермента ксантиноксида-зы. Дефицит этого же микроэлемента в питательной среде является причиной резкой инактивации нитратредуктазы у гриба Меитхрога стх$а. Для однознач­ного ответа на вопрос, является ли металл активатором или неотъемлемой частью зрелого фермента, необходимо получить последний в высокоочищен­ном или гомогенном состоянии. Если металл при диализе не отделяется от фермента, а более жесткое его удаление приводит к полному подавлению ката­литической активности, значит, это истинный металлофермент. Металл в этом комплексе прочно связан с белком посредством множественных координаци­онных связей.

функционировании ферментов является их способность взаимодействовать с отрицательно заряженными группировками субстрата. Реакции гидролиза осуществляют ферменты, в состав которых входят металлы с постоянной ва­лентностью, например а-амилаза (Са²⁺) или АТФ-аза (М§²⁺).

5.5. Активные центры ферментов

У простых ферментов каталитическую функцию осуществляют непосред­ственно белки. В реакции с субстратом принимает участие не вся полипептид-ная цепь, а всего лишь несколько аминокислотных остатков, как правило, рас­положенных на значительном удалении друг от друга в полипептиднои цепи. В процессе формирования третичной структуры происходит их сближение и стабилизация при помощи дисульфидных или множественных слабых связей. Денатурация нарушает связи, стабилизирующие третичную структуру, актив­ный центр разрушается, и каталитические свойства фермента полностью или частично подавляются.

(Т) Существует мнение, что активный центр ферментов не является посто­янным, геометрически ограниченным сайтом белковой макромолекулы, а представляет собой совокупность аминокислот, взаимодействующих с субстратом, причем число химических группировок и их способность взаимодействовать с субстратом может изменяться в зависимости от природы субстрата и степени нативности фермента.

Условность понятия активный центр связана также с тем, что его не удает­ся выделить в чистом виде. Это легко представить а ргюп, так как вырезание из белковой глобулы какого-то числа аминокислотных остатков однозначно приводит к денатурации и разобщению сближенных и ориентированных друг по отношению к другу химических группировок, составляющих активный центр фермента.

Различают участок, ответственный за присоединение субстрата к фермен­ту, т. е. центр связывания и каталитический центр, непосредственно воздейст­вующий на субстрат.

На рис. 5.1 представлен активный центр рибонуклеазы — фермента, гидро-лизующего РНК, которая состоит из множества мононуклеотидов. В катали­тическом центре находятся два остатка гистидина: Гис 12 и Гис 119. Оба эти гистидина участвуют в процессе катализа, причем Гис 12 образует комплекс

сгидроксильной группой рибозы, а Гис 119 взаимодействует с соседним фосфатом. Связь между ними при этом разрывается.

В состав активных центров многих фер­ментов входит ограниченное число аминокис­лотных остатков. К ним относятся гистидин, тирозин, цистеин, серии, лизин и в меньшей степени некоторые другие аминокислоты.

В состав активных центров сложных фер­ментов всегда входят простетические группы

Рис. 5.1. Активный центр или коферменты. Иными словами, у сложных рибонуклеазы

Прочные комплексы с азотсодержащими группировками белка образуют ионы меди и железа. Ионы кальция и магния преимущественно связываются с карбоксильными группами белка. Фермент алкогольдегидрогеназа содержит в своем составе цинк, прочно связанный с серосодержащими аминокислотны­ми остатками белкового компонента макромолекулы. Ферридоксины перено­сят электроны при участии атомов железа, прочно связанных с остатками цис-теина. В некоторых истинных металлоферментах присутствует более одного атома металла. Примером тому является супероксиддисмутаза — фермент, со­держащий в своем составе медь и цинк.

В настоящее время известно более 100 истинных металлоферментов, уча­ствующих в большинстве реакций клеточного метаболизма. Многие из них пе­редают электроны за счет металлов с переменной валентностью. В этом случае можно постулировать, что металл принимает непосредственное участие в осу­ществлении каталитического акта. Другим вариантом участия металлов в В и активный центр сложный, двухкомпонентный, состоящий из - ислотных остатков, соединенных с небелковой частью молекулы. й&ентификация аминокислотных остатков, входящих в активный центр ии иного фермента, осуществляется различными методами. Так, приме-ингибиторного анализа дает возможность выявить функциональные . отвечающие за проявление ферментативной активности. Локализа-тивного центра возможна также при применении протеолитических тов, гидролизующих молекулу фермента на отдельные фрагменты.

2.

3.

№ 26.

1. Простые и сложные ферменты. Роль ионов металлов и витаминов, как кофакторов ферментативных реакций.

2. Организация общих и специфических путей метаболизма и принципы управления ими. Комов 189

3. Роль пиридоксалевых кофакторов в механизме действия и биологической роли аминотрансфераз. Образование глутаминовой кислоты и ее роль, как центра азотистого обмена в клетках.

1. Сложные фер-ты состоят из белкового (кофермент) и небелкового ком-тов(апофермент). Мол-ла в целом – холофермент. Соед. белк. и небелк. части при помощи водородных, гидрофобных или ионых связей, реже ковалентн. Коферменты участв. в процессе ферментативного катализа. Коферменты представлены водорастваримыми витаминами (флавин, моно- и дифисфаты, пиридоксалевые, биотиновые, никатинамидные и др.). Большую роль в формировании фер-тов играют: Fe, Cu, Mg, Mn, Ca, Zn. Дефицит того или иного Ме влияет на активность того или иного фермента. Например, дефицит молибдена в пищи живот. -  активности фер-та ксантинаоксидазы.

Простые фер-ты -