III. Строение и функции ферментов. (5)

10. Общие и специфические свойства ферментов как катализаторов. Структура ферментов.

Ферменты -Белки, увеличивающие скорости биохимических реакций в тысячи, и даже миллиарды раз по сравнению со скоростями тех же реакций в отсутствие ферментов.

• фермент не способен вызвать новую химическую реакцию, он ускоряет уже идущую;

• фермент не изменяет направление реакции, определяемое концентрациями реагентов, катализирует как прямую, так и обратную реакции.

Ферменты обладают всеми свойствами белков

• они наделены амфотерными свойствами, растворимостью, легко осаждаются из водных растворов методами высаливания, добавлением ацетона, этанола и др. веществ, не теряя при этом каталитических свойств. После высаливания ферменты можно освободить от солей методом диализа.

• подвергаются денатурации, которая сопровождается потерей нативной конформации и каталитической функции. каталитическая функция и активность ферментов зависит от сохранности иативной конформации белка.

Являясь катализаторами, ферменты имеют ряд общих свойств с небиологическими катализаторами.

• Ферменты не могут возбудить те реакции, протекание которых противоречит законам термодинамики. Они ускоряют только те реакции, которые протекают и без них

2H202 ®2H2O+O2 без катализатора требуется 75 КДж/моль (18 Ккал) энергии активации (Еа), при добавлении коллоидной платины Еа понижается до 49 КДж (11,7 Ккал), а при действии фермента каталазы - до 7 КДж (1,3 Ккал:).

• Скорость реакции катализируемой  ферментом на несколько порядков выше, чем при участии небелковых  катализаторов.

• Ферменты не смещают положения равновесия реакции, а лишь ускоряют его достижение.

• Ферменты не входят в состав конечных продуктов реакции и выходят из нее, как правило, в первоначальном виде, т.е. они не расходуются в процессе катализа

Для ферментов характерны и специфические свойства, отличающие их от химических катализаторов.

1. по своему химическому строению все ферменты являются белками.

2. Ферменты обладают  узкой специфичностью, выражающейся в избирательном действии на субстраты (вещества вовлекаемые в  реакции).

3. У ферментов большая чувствительность и зависимость активности от температуры, рН, модуляторов и др. факторов среды, чем у небелковых  катализаторов.

4. регулируемость их действия. Регуляция ферментактивного аппарата направлена на поддержание постоянства внутренней среды организма, на приспособление организма к меняющимся условиям окружающей среды.

5. характерен почти 100 % выход продуктов.

6. В процессе катализа ферменты "изнашиваются". Период полураспада от 1 часа до нескольких суток. Для поддержания метаболизма клетка постоянно ''обновляет'" ферменты.

Ферменты (энзимы) – белки, являющиеся биологическими катализаторами. По строению могут быть простыми и сложными белками. Последние состоят из белковой части (апофермента) и небелковой части (кофермента). По отдельности каталитической активностью не обладают, активны лишь вместе. Существуют мультиферментные комплексы, состоящие из нескольких ферментов

Некоторые ферменты имеют четвертичную структуру – состоят из двух и более радикалов более мелких белков (субъединиц). Некоторые ферменты могут катализировать одну реакцию, но отличаться по строению субъединиц. Их называют изоферментами. Например, креатинкиназа-1 мозга состоит из субъединиц ВВ, креатинкиназа-2 миокарда - из субъединиц ВМ, а креатинкиназа-3 скелетных мышц – из субъединиц ММ.

В молекуле фермента различают активый и аллостерический центры.

К активному присоединяется вещество, на которое действует фермент (субстрат), происходит его превращение, образуется продукт реакции. Этот центр занимает лишь часть молекулы фермента. В его составе выделяют контактный участок, к которому присоединяется субстрат и каталитический центр, где происходит ферментативная реакция. В составе каталитического центра могут быть радикалы аминокислот, содержащие группы –СООН, -ОН, -NH₂и др., а у ферментов-сложных белков – и кофермент.

Аллостерический центр (allos– другой) – участок фермента, к которому присоединяются вещества, отличные от субстрата, способные изменять форму активного центра, ускоряя таким образом ферментативную реакцию (активаторы) или замедляя ее (ингибиторы). Такими веществами могут быть продукты собственной реакции, других реакций, гормоны и др.

Строение коферментов.

Витаминные коферменты.. К ним относят никотинамидные, флавиновые, тиаминовые, пиридоксалевые, пантотеновые, кобаламиновые и другие коферменты.

Никотинамидные коферменты – производные витамина РР.

К ним относят никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамидадениндинуклеотид фосфат (НАДФ). НАД из соединенных между собой остатков аденозинмонофосфата (АМФ) и никотинамидрибозилмонофосфата (НМФ). Он входит в состав ферментов дегидрогеназ, отщепляющих ионы водорода от гидроксильных, альдегидных или аминогрупп. Ионы водорода присоединяются к атому углерода никотинамида, находящемуся в четвертом положении. НАД способен переносить ионы водорода в дыхательную цепь митохондрий, где они окисляются с образованием АТФ.

НАДФ отличается по строению тем, что к второму углеродному атому радикала рибозы АМФ присоединяется остаток фосфорной кислоты. Является коферментом дегидрогеназ пентозного цикла, откуда ионы водорода поставляются в реакции биосинтеза различных веществ.

Флавиновые коферменты– производные витамина В₂.

К ним относя флавинмононуклеотидд (ФМН) и флавинадениединуклеотид (ФАД). Первый из них входит в состав дыхательной цепи митохондрий. Он принимает ионы водорода и электроны от НАД-Н₂и передает их убихинону.

ФАД состоит из остатков АМФ и ФМН. Является коферментом дегидрогеназ, отщепляющих ионы водорода от янтарной кислоты и активированных жирных кислот. Ионы водорода присоединяются к атомам азота изоалаксозинового цикла и переносятся в дыхательную цепь митохондрий.

Тиаминовые коферменты– производные витамина В₁. К ним относя тиаминдифосфат (ТДФ). Входит в состав транскетолазы пентозного цикла, а также ферментов отщепляющих углекислый газ от пировиноградной и альфа-кетоглутаровой кислот.

Пиридоксальфосфат (ПФ) – производное витамина В₆. Входит в состав ферментов обмена аминокислот – декарбоксилаз, трансамназ.

Пантотеновые коферменты– производные витамина В₃. К ним относят коэнзим А (КоА), входящий в состав ферментов, переносящих остатки уксусной, янтарной или жирных кислот.

Фолатные коферменты -производные витамина В_с (фолиевой кислоты).

Участвуют в переносе метильных, альдегидных и других одноуглеродных фрагментов

Невитаминными коферментамимогут быть гем (у каталазы, цитохромов и др. ферментов), ионы металлов (у глутатионпероксидазы, супероксиддисмутазы, амилазы и др.), глутатион (у глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы), мононуклеотиды (АМФ, ГМФ, ЦМФ) и др.

11. Виды специфичности ферментов. Примеры простетических групп.

Специфичность - наиболее важное свойство ферментов, определяющее биологическую значимость этих молекул. Различают субстратную и каталитическую специфичности фермента, определяемые строением активного центра

1. Субстратная специфичность

Под субстратной специфичностью понимают способность каждого фермента взаимодействовать лишь с одним или несколькими определёнными субстратами. Различают:

• абсолютную субстратную специфичность;

• групповую субстратную специфичность;

• стереоспецифичность.

Абсолютная субстратная специфичность

Активный центр ферментов, обладающих абсолютной субстратной специфичностью, комплементарен только одному субстрату. Следует отметить, что таких ферментов в живых организмах мало.

Пример фермента с абсолютной субстратной специфичностью - аргиназа, катализирующая реакцию расщепления аргинина до мочевины и орнитина:

Другой пример фермента с абсолютной субстратной специфичностью - уреаза, катализирующая гидролиз мочевины до диоксида углерода и аммиака.

Групповая субстратная специфичность

Большинство ферментов катализирует однотипные реакции с небольшим количеством (группой) структурно похожих субстратов.

Так, фермент панкреатическая липаза катализирует гидролиз жиров в двенадцатиперстной кишке человека, катализируя превращение любой молекулы жира (триацилглицерола) до молекулы моноацилглицерола и двух молекул высших жирных кислот. Панкреатическая липаза гидролизует эфирную связь у α-атомов углерода глицерола, независимо от того, какие жирные кислоты входят в состав молекулы жира

Большинство протеолитических ферментов, осуществляющих гидролиз белков, имеет групповую субстратную специфичность, гидролизуя пептидные связи, образованные разными аминокислотами.

Стереоспецифичность

При наличии у субстрата нескольких стерео-изомеров фермент проявляет абсолютную специфичность.

к одному из них. В организме человека наблюдают специфичность ферментов к следующим стереоизомерам.

2. Каталитическая специфичность

Фермент катализирует только одно превращение субстрата из всех возможных. Это свойство обеспечивается строением каталитического участка активного центра фермента и называется каталитической специфичностью, или специфичностью пути превращения субстрата. Так, молекула глюкозо-6-фосфата в клетках печени человека - субстрат 4 различных ферментов; фос-фоглюкомутазы, глюкозо-6-фосфатфосфатазы, фосфоглюкоизомеразы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Однако из-за особенностей строения каталитических участков этих ферментов происходит различное превращение этого соединения с образованием 4 различных продуктов.