ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ферменты из "Химическая кинетика и катализ 1985" Ферменты, или энзимы — это белки, играющие роль катализаторов в живых системах. Молекулярная масса этих белковых молекул составляет 10 -т- 10. [c.504] Первоначальная структура ферментов состоит из аминокислотных остатков, соединенных линейными ковалентными (пептидными) связями. Макромолекула белка состоит из закономерно расположенных аминокислотных остатков, т. е. построена по определенному коду. Подавляющее большинство известных белков может быть построено всего только из 20 аминокислот. [c.504] Свойства каждого белка зависят от характерной для него последовательности аминокислотных остатков. Ферментные белки могут быть получены в кристаллических состояниях. [c.504] Ферменты относятся к глобулярным белкам, поэтому кроме первичной, вторичной и третичной структур имеют так называемую четвертичную структуру. Глобула строится таким образом, что некоторые полипетидные цепи или части этих цепей скручиваются в спираль, а затем такие сложные структуры, содержащие скрученные цепи, определенным образом укладываются в пространстве. [c.505] Характер спирализации цепи называют вторичной структурой. Третичная структура характеризует пространственную укладку частично или полностью скрученной полипептидной цепи. Образование спиралей, если не учитывать действия боковых цепей, можно объяснить наличием межвитковых водородных связей, соединяющих группы —МН— и —СО— удаленных аминокислотных остатков. Образование таких связей сопровождается выигрышем энергии 5,8 кДж на моль связей. Характер объединения структурно независимых единиц в одну глобулу называется четвертичной структурой белка. [c.505] 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.505] 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 цистеина, карбоксильные группы аспарагиновой и глутаминовой кислот, спиртовая группа серина, пиродоксалевая группа и некоторые другие. [c.505] Кислотно-основные группы входят в состав молекул всех белков, однако не все белки являются катализаторами. Это объясняется тем, что только при вполне определенном расноложении 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.505] На участке фермента, в котором находится активный центр, всегда имеется строго определенная последовательность аминокислотных остатков. Например, глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, 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.506] Активность фермента определяется не только химическим строением активного центра, но и конформацией фермента. Инактивация фермента может происходить или в результате изменения химического состава активного центра, или вследствие изменения конформации. Последнее в ряде случаев приводит к тому, что активный центр становится недоступным. Возможности небольших изменений конформации в области активного центра позволяют наилучшим способом объединить молекулы субстрата с активным центром при образовании активного промежуточного продукта. [c.506] Лучшему взаимодействию субстрата с ферментом способствует также и то, что в макромолекуле фермента имеются области, на которых происходит адсорбция молекулы субстрата на необходимых расстояниях от активного каталитического центра, что способствует протеканию химического процесса. Адсорбционные центры обеспечивают доступ к каталитическому центру только вполне определенным молекулам. Это обстоятельство приводит к тому, что многие ферменты, в отличие от известных гомогенных и гетерогенных катализаторов, проявляют абсолютную субстратную специфичность, т. е. каждый фермент способен осушествлять обратимое или необратимое преврашение 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.506] 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 карбоангидразы 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.506] Из-за возможности небольших изменений конформации макромолекул ферментов адсорбционный центр в виде щели в глобуле является в некоторой мере подвижной структурой. На рис, 125 приведена грубая схема строения глобул фермента, на которой показаны каталитические и адсорбционные центры. [c.507] 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.507] 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. [c.507] Качественно такую зависимость можно объяснить нзменеь ием конформации макромолекулы в результате перераспределения зарядов, а также изменением степени диссоциации кислотных групп. При предельных значениях pH часто происходит денатурация фермента. Типичные кривые зависимости активности фермента от pH среды показаны на рис. 126. В большинстве случаев максимум pH лежит вблизи нейтральной зоны (pH = 7 + 2). [c.508] 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 пероксида водорода идет с энергией активации 75,6 кДж/моль, в присутствии Ре + энергия активации снижается до 54,6, фермент каталаза снижает энергию активации до 16,8 кДж/моль. 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.508] Эта схема показывает, что функция специализированного субстрата С заключается в переносе реакционноспособного промежуточного продукта от одного ферментативного процесса к другому. [c.509] Вернуться к основной статье