ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ферменты из "Химическая кинетика и катализ 1974" Первичная структура ферментов состоит из аминокислотных остатков, соединенных линейными ковалентными (пептидными) связями. Макромолекула белка состоит из закономерно расположенных аминокислотных остатков, т. е. макромолекула построена по определенному коду. Подавляющее больщинство известных белков может быть построено всего только из 20 аминокислот, причем каждый белок строится из определенного числа закономерным образом расположенных аминокислотных остатков. [c.498] Свойства каждого белка зависят от характерной для него последовательности аминокислотных остатков. Ферментные белки могут быть получены в кристаллических состояниях. В настоящее время известно около 200 кристаллических ферментов. Всякие воздействия, нарущающие упорядоченную структуру белка, такие, как повышение температуры, действие некоторых растворителей, приводят к его денатурации. Денатурированные белки не способны кристаллизоваться и теряют свойства ката---лизаторов. [c.498] Ферменты относятся к глобулярным белкам, поэтому кроме первичной, вторичной и третичной структур имеют так называемую четвертичную структуру. Глобула строится таким образом, что некоторые полипептидные цепи или части этих цепей скручиваются в спираль, а затем такие сложные структуры, содержащие скрученные цепи, определенным образом укладываются в пространстве. [c.498] Каталитическое действие ферментов связано с наличием в белковых макромолекулах некоторых участков играющих роль активных центров. Для того чтобы центр имел высокую каталитическую активность, он должен быть определенным образом расположен в макромолекуле. [c.499] В состав активного центра ферментов входят кислотные или основные группы, находящиеся в необходимом для данного типа реакции состоянии ионизации. В состав каталитических центров большинства изученных ферментов в различном сочетании входят имидазол гистидина, флавины, тиоловая группа цис еина, карбоксильные группы аспарагиновой и глутаминовой кислот, спиртовая группа серина, пиродоксалевая группа и некоторые другие группы. [c.499] Кислотно-основные группы входят в состав молекул всех белков. Однако не все белки являются катализаторами. Это объясняется тем, что только при вполне определенном расположении этих групп друг относительно друга, т. е. только при строго определенной вторичной, третичной, а иногда и четвертичной структуре белка, эти кислотно-основные группы становятся активными каталитическими центрами. Поэтому функциональные группы, входящие в состав ферментов, проявляют свойства, не характерные для них в низкомолекулярных соединениях. [c.499] Ферменты высокоспецифичны по отношению к субстратам. Между реагирующими молекулами или их превращающимися группами и активными центрами ферментов должно быть структурное соответствие. Этим объясняется не только высокая специфичность, но и стереоспецифичность ферментов. Субстрат комплементарно присоединяется к ферменту. Стереохимическая специфичность ярко проявляется в способности некоторых ферментов превращать либо только -форму, либо только /)-фор-му субстрата. [c.499] На участке фермента, в котором находится активный центр, всегда имеется строго определенная последовательность аминокислотных остатков. Например, глицеральдегидфосфатдегидро-геназы, выделенные из дрожжей и из мышц кролика, имеют в целом разный аминокислотный состав, но последовательность аминокислот в области активного центра на протяжении 18 остатков у них одинакова. Это явление характерно для высокоспецифичных ферментов. У менее специфичных ферментов в последовательности аминокислот активного центра наблюдаются небольшие вариации. [c.499] И гетерогенных катализаторов, проявляют абсолютную субстратную специфичность, т. е. каждый фермент способен осуществлять обратимое или необратимое превращение только одного субстрата или одной пары (для бимолекулярных процессов) субстратов в соответствующие продукты, проявляя инертность к гомологам субстратов. Есть ферменты, называемые малоспецифичными, которые ускоряют несколько разных типов реакций, но и они часто оказываются абсолютно специфичными по отношению к одной определенной реакции. [c.500] Структурные данные, указывающие способ пространственной укладки полипеПтидной цепи, т. е. раскрывающие третичную структуру белковых глобул, подтверждают наличие адсорбционных центров, построенных в виде щели и расположенных недалеко от каталитических центров. Так, активный центр карбо-ангидразы представляет собой некоторую щель , на дне которой и располагается каталитический участок. Эти щели имеют вполне определенные геометрические размеры и такое распределение полярных и неполярных групп, которое позволяет пропускать к каталитическим центрам и придавать необходимую ориентацию молекулам со строго определенным строением и химическими свойствами. Этим самым обусловливается специфичный отбор субстратов. [c.500] Из-за возможности небольших изменений конформации макромолекул ферментов адсорбционный центр в виде щели в глобуле является в некоторой мере подвижной структурой. На рис. 106 приведена грубая схема строения глобул фермента, на которой показаны каталитические и адсорбционные центры. [c.500] Как уже сказано, высокая специфичность ферментов проявляется не только по отношению к химическому составу реагентов, но и к их пространственному строению. Например, если молекула продукта реакции содержит асимметрический атом, а молекула исходного субстрата симметрична, значит фермент осуществляет асимметрический синтез одного изомера. Если же исходное вещество представляет собой рацемическую смесь, фермент ускоряет превращение только одного изомера. Если в качестве исходных веществ берут цис- и транс-изомеры, высокоспецифичный фермент изменяет скорость реакции только одного стереоизомера. [c.501] Экспериментальные данные показывают, что кислотно-основные группы фермента должны находиться в определенном состоянии ионизации. Поэтому активность ферментов сильно зависит от pH среды, в которой протекает биохимическая реакция. Для каждого фермента существует такая область значений pH, в которой активность фермента наибольшая. Качественно такую зависимость можно объяснить изменением конформации макромолекулы в результате перераспределения зарядов. [c.501] Несмотря на большое разнообразие типов химических превращений, совершающихся в присутствии ферментов, скорости ферментативных реакций варьируют не в очень широких пределах. Ферменты снижают энергию активации химической реакции. Например, в гомогенной среде в отсутствие катализаторов разложение перекиси водорода идет с энергией активации 75,6 кДж-моль , в присутствии Ре + энергия активации снижается до 54,6 кДж-моль-, фермент каталаза снижает энергию активации до 16,8 кДж-моль Ч Это сопоставление не является строгим, так как механизм реакции в этих трех случаях разный, т. е., вообще говоря, рассматривается не одна и та же реакция. [c.502] Вся система реактивных групп фермента имеет строго определенную конформацию. Небольшие изменения конформации активного центра объясняют возможность регулирования активности фермента. Субстрат может вызвать конформационные изменения, которые активируют фермент. [c.504] Опыт показывает, что механизм ферментативного катализа сводится к процессам нуклеофильного и электрофильного или общего кислотно-основного катализа, Трансферазы, гидролазы, изомеразы, лиазы и большая часть оксиредуктаз оказались кислотно-основными катализаторами. [c.504] Реакции, катализируемые ферментами, можно разделить на два класса 1) реакции, сводящиеся к переносу электронов 2) реакции, сопровождающиеся переносом и электронов, и протонов. Фермент обычно содержит кислотный и основной остатки. Высокая эффективность действия фермента часто объясняется одновременным действием этих групп. Например, можно предположить, что при ферментативном гидролизе эфиров происходит одновременно нуклеофильная атака на карбонильный атом углерода основной группой и передача протона к активному атому кислорода от кислотной группы. Такой пуш-пуль-ный механизм является очень эффективным. [c.504] Тесный контакт активного центра фермента с субстратом приводит к образованию промежуточного соединения, которое претерпевает дальнейшие изменения с образованием конечного продукта по механизму внутримолекулярной реакции. В стери-чески выгодных условиях внутримолекулярные реакции протекают быстрее, чем соответствующие межмолекулярные превращения. Это может быть еще одной причиной высокой скорости ферментативных реакций. [c.505] Обычно продукт ферментативной реакции имеет иную структуру и меньшее сродство к активному центру, чем субстрат, поэтому фермент легко освобождается от конечных продуктов реакции. Однако в некоторых случаях продукты реакции ведут себя как конкурентные ингибиторы (см. гл. XII, 3). [c.505] Вернуться к основной статье