Специфичность ферментативного действия

Как и неорганические катализаторы, ферменты ускоряют только те реакции, которые протекают самопроизвольно, но с очень малыми скоростями. В то же время ферментативный катализ значительно отличается от неферментативного. Одной из основных особенностей ферментов по сравнению с неоргйническими катализаторами йвляется их способность действовать в мягких условиях, т. е. при достаточно низких температурах, нормальном давлении и реакции среды, близкой к нейтральной. Каталитическая активность ферментов при этом черзвычайно высока. Например, ионы железа каталитически ускоряют реакцию разложения перекиси водорода, а атомы того же железа в составе фермента каталазы проводят ту же реакцию в 10 млрд. раз быстрее. Вторая особенность ферментов заключается в строгой специфичности их действия и проявляется в способности ферментов реагировать лишь с определенным химическим соединением, классом соединений или действовать на определенную химическую связь. [c.52]

В заключение отметим чтобы модель фермента была действующей, она должна отвечать ряду критериев, характерных для ферментативного катализа, в том числе обладать субстратной специфичностью, т. е, селективно связывать субстрат. Каталитическая реакция, моделирующая ферментативный процесс, должна также подчиняться кинетике Михаэлиса — Ментен (явление насыщения субстратом) при этом должна увеличиваться скорость реакции и осуществляться би- и/или полифункциональный катализ [348], [c.265]

Перелом определился после того, как к исследованиям ферментов приступил Э.Фишер (40, 41). Он начал в 1894 г. цикл работ, легших в основу представлений о специфичности ферментативного действия. Это открытие, логически вытекавшее из определений Фишера структуры сахаров и пептидов, было чрезвычайно важно по своим последствиям. Оно сделало возможным изучение пределов действия ферментов в определенных, задаваемых экспериментатором условиях, а также впервые внесло определенность в характеристику отдельных, катализируемых ферментами реакций и самих ферментных систем. Знаменитое положение Фишера, что фермент подходит к субстрату, как ключ к замку, легло в основу развития представлений о тесном стерическом соответствии между ферментом и субстратом. [c.176]

Работа 19. Специфичность ферментативного действия [c.40]

В сложных ферментах функцию активных центров выполняют преимущественно простетические группы, при потере которых ферменты лишаются своей активности, но вместе с тем и белковый компонент отдельными участками своей молекулы влияет на эффективность и специфичность ферментативного действия. [c.106]

Перелом определился после того, как к исследованиям ферментов приступил Э. Фишер [38], начав в 1894 г. цикл работ, на которых теперь основываются представления о специфичности ферментативного действия. Это открытие, логически вытекавшее из определений, данных Фишером для структуры сахаров и пептидов, было чрезвычайно важно по своим последствиям. Оно сделало возможным изучение пределов действия ферментов в определенных задаваемых экспериментатором условиях, а также [c.170]

Попытка обобщить данный материал сделана в настоящей книге, которая представляет собой логическое продолжение первой части, опубликованной ранее отдельным томом и посвященной анализу специфичности и кинетических аспектов действия ферментов на относительно простые субстраты, такие как алифатические и ароматические спирты и альдегиды, производные карбоновых кислот, замещенные аминокислоты и их производные (не выше ди- или три-пептидов). Главное внимание в первой части книги уделялось характеру фермент-субстрат ных взаимодействий на достаточно ограниченных участках активного центра и кинетическим проявлениям этих взаимодействий. В основе первой части книги лежит экспериментальный материал, полученный при изучении специфичности, кинетики и механизмов действия цинк- и кобальткарбоксипеп-тидазы, химотрипсина и трипсина из поджелудочной железы быка, алкогольде-гидрогепаз нз печени человека и лошади и пенициллинамидазы бактериального происхождения. Итогом первой части книги явились обобщение и формулировка кинетико-термодинамических принципов субстратной специфичности ферментативного катализа. [c.4]

Этот вывод, подкрепленный данными о характере протекания некоторых ферментативных процессов, предвосхищает представления о специфичности ферментативного действия, которые были блестяще развиты Э.Фишером и впоследствии стали фундаментальными представлениями всей химии ферментов (91). [c.104]

Для ферментативного катализа характерны высокая субстратная специфичность (в ряде случаев стереоспецифичность), селективность по отношению к определенным связям субстрата и способность к тонкому регулированию активности под действием эффекторов (активаторов и ингибиторов). [c.185]

Оба эти представления оказались неправильными и сьп рали отрицательную роль в развитии знаний о химической природе ферментов. С этими основными положениями было связано несколько выводов, которые, естественно, также оказались ошибочными. Одним из таких вьшодов было заключение о возможности перенесения активной группы на любые вещества, способные играть роль стабилизатора. Предполагалось, что имеется принципиальная возможность перенесения активной группы на вешества любой химической природы, лишь бы они могли предохранить эту группу от разложения и потери ею ферментативной активности. Этот вывод имел важные практические последствия, так как он предполагал перенесение центра тяжести исследований некоторых основных свойств ферментов с их коллоидной части на активную группу. К числу таких свойств относилась прежде всего специфичность ферментативного действия. [c.140]

Открытие Фишера стало еще более значительным после того, как Э.Армстронг (42), продолживший работу по химии углеводов, в 1904 г. установил, что специфичность ферментативного действия проявляется также при торможении ферментативной активности аналогами субстрата. [c.176]

Общие положения. Ингибиторами называются вещества, снижающие скорость реакций. Классические исследования, в которых ингибиторные эффекты изучались на изолированных ферментных системах и на метаболических процессах, сыграли исключительно важную роль в установлении строения субстратов, природы тех групп, при помощи которых субстрат связывается с ферментом, а также в выяснении специфичности ферментативных реакций и самого их механизма. В клетке ингибирование ключевых реакций веществами, которые являются продуктами тех же реакций или тех же (а иногда и других) метаболических процессов, служит тонким регуляторным механизмом, обеспечивающим поддержание относительного постоянства состава внутриклеточной среды, а также ответные реакции на изменения во внешней среде. Наконец, избирательное ингибиторное действие ряда природных и синтетических соединений антиметаболитов), несомненно, должно быть положено в основу по крайней мере одного из подходов к разработке рациональной фармакологии и химиотерапии. На этом пути открываются две возможности. Первая связана с тем, что разные ферменты имеют разную специфичность, а потому какой-нибудь ненормальный продукт одной из начальных реакций данного метаболического пути вполне может оказаться ингибитором какой-либо более поздней стадии того же процесса (Петерс назвал такую ситуацию летальным синтезом ). Вторая возможность заключается в направленном изменении синтеза ферментов. Поскольку сами ферменты являются продуктами метаболизма, их синтезом, очевидно, можно управлять, воздействуя на метаболизм. [c.182]

Будет, однако, неоправданным считать, что механизм ферментативных реакций—это прямое развитие представлений обычного катализа, так как все ферменты являются белками, т. е. веществами высокомолекулярной природы, и их действие обычно строго специфично. Представляется возможным, что эти две особенности ферментов взаимосвязаны и что более глубокое исследование кинетики ферментативных реакций обнаружит такие особенности механизма, которые смогут объяснить как необходимость больших размеров молекул, так и высокую специфичность их действия. Данный раздел в основном будет посвящен описанию одной ферментативной реакции, когда изучение влияния pH на ход процесса привело по крайней мере к частичному разрешению поставленной проблемы. [c.721]

Проблему механизма ферментативного действия обычно делят на две части, рассматривая отдельно специфичность и ускорение реакции. Обсуждение специфичности основывают, как правило, на теории замка и ключа , причем трудно бывает сказать больше того, что следует из предполагаемой в этой теории структурной комплементарности субстрата и активного центра фермента. Однако специфичность является даже более характерным свойством ферментов (по сравнению с другими катализаторами), чем ускорение каталитической реакции, и придется еще возвращаться к тому, что эти два свойства часто взаимозависимы и неразделимы. Это положение очевидно, если рассматривать разбавленные растворы субстратов, когда молекулы субстрата в результате специфического связывания концентрируются на активном центре фермента, чтобы мог осуществиться каталитический процесс. Связь между этими свойствами ферментативного механизма стано- [c.12]

Понятия фермент-субстратного комплекса и числа оборотов помогают объяснить ту высокую степень специфичности, которую проявляют ферменты к катализируемым ими реакциям. Как уже говорилось, одна-две тысячи различных ферментов клетки катализируют не более полудюжины принципиально отличных изменений химических связей. В то же время каждый фермент катализирует лишь одно химическое превращение из мириад возможных при каждом таком изменении связи. Та центральная роль, которую играют ферменты в жизни клетки, в той же степени зависит от их способности выбирать с высокой избирательностью субстраты и химические превращения, как и от их свойства осуществлять столь интенсивный катализ. В качестве примера такой избирательности ферментативного действия можно привести числа оборотов и константы сродства для гидролиза Р-галактозидазой различных галактозидов (табл. 4). [c.104]

Во всех предыдущих главах этой книги мы говорили о ферментах как о химических катализаторах или просто как о химических веществах. Действительно, поразительное и специфичное каталитическое действие ферментов , как назвал его физикохимик Хаммет [1758], во многих отношениях представляет исключительный интерес. И все же главное, чем интересны для нас ферменты, заключается в том, что они теснейшим образом связаны с жизнью. Из всех многочисленных химических процессов, протекающих в живой клетке, — тех процессов, от которых зависит ее жизнь,— едва ли имеется хотя бы один, который не был бы связан с ферментативным катализом без ферментов не может быть жизни Эту главу, которую мы назвали Биология ферментов , мы посвятим рассмотрению ферментов под углом зрения их отношения к живой клетке и к самой жизни. [c.77]

В состав катализаторов, используемых для поликонденсационных процессов, входят перечисленные ионы металлов, однако эффективность их каталитического действия несопоставима с ферментами. Принципиальное отличие специфичности ферментативного и обычного химического катализа, как подчеркивается в работе [416], состоит в том, что активный центр фермента может претерпевать конформационные изменения в переходном состоянии. Последнее обстоятельство приводит к дополнительным взаимодействиям нереагирующей части компонента с ферментом, подчас превосходящее по эффективности взаимодействия в основной реакции, что в свою очередь вызывает дополнительное уменьшение свободной энергии активации реакции. В этом и заключается основное значение конформационной подвижности биокатализаторов [416] в отличие от химических катализаторов, которые, как правило, имеют относительно жесткую структуру и реализуемые взаимодействия с компонентом реакционной системы в лучшем случае сохраняются (но не возрастают) в переходном состоянии. [c.264]

Существуют три основных направления исследований, с помощью которых можно установить, какие именно группы ответственны за специфичность групповых веществ. Первое включает использование непрямых методов торможения реакции преципитации и гемагглютинации и специфического подавления простыми сахарами и олигосахаридами известной структуры некоторых ферментов, действующих в обычных условиях на групповые вещества. Второй метод, ферментативный, позволяет выяснить химические изменения, происходящие в групповых веществах при нарушении их серологической специфичности под действием определенных ферментов. Третий метод заключается в выделении и идентификации серологически активных фрагментов из продуктов частичного гидролиза макромолекул. Последний метод дает также сведения о строении фрагментов углеводных цепей, не связанных с групповой специфичностью. Более ограниченные сведения относительно строения групповых веществ дают обычные химические методы периодатного окисления [110, 111[ и метилирования [112]. [c.179]

Образованию или расщеплению химических связей каким-либо ферментом предшествует формирование фермент-субстратного (Е8) комплекса. При этом субстрат присоединяется к специфическому участку на ферменте, называемому активным центром. Большинство ферментов проявляет высокую избирательность в отношении связывания субстратов. В сущности, специфичность каталитического действия ферментов в основном зависит от специфичности процесса связывания. Более того, на этой стадии нередко осуществляется и регуляция ферментативной активности. [c.108]

Высокая химическая специфичность. В отличие от химических катализаторов ферменты обладают значительно большей специфичностью каждый и.я них действует лишь на строго определенную реакцию или группу реакций, протекающих в организме. Предполагается, что в организме человека одновременно функционирует около 1000 различных ферментов. При этом они образуют сложные ферментативные системы, которые обеспечивают в живой клетке протекание целого ряда строго последовательных и согласованных между собой реакций. Если бы ферменты не обладали столь высокой специфичностью, это привело бы к быстрому распаду всех веществ в клетках и к гибели всего организма. [c.167]

Высокая каталитическая активность и специфичность ферментов объясняются слитным механизмом каталитического процесса и сложным строением молекул ферментов с наличием ряда адсорбционных центров, обеспечивающих оптимальную ориентацию молекул реагентов по отношению к каталитически активным группам фермента. Молекулы реагентов образуют с активными центрами фермента цепочки перераспределения связей с одновременным сопряжением нескольких этапов химического превращения и значительной компенсацией энергии разрыва старых связей. Следует заметить, что теория ферментативных реакций еще только создаётся, а в механизме действия ферментов много неясного. [c.363]

Химозин, специфичность ферментативного действия которого ограничена упомянутым превращением казеина в параказеин (коагулазное действие), образуется в значительных количествах слизистой сычуга телят, чем и вызвано название его сычужный фермент . Однако, коагулирующее действие проявляет не только химозин —оно присуще всем животным и растительным про-теазам пепсину, химотрипоину, папаину и другим. Оптимальное pH коагулирующего действия химозина 5,4 пепсина — 5,3, хи-мотрипсина — 7,0. Химозин практически неактивен при pH 7,0, но относительно устойчив в сравнении с пепсином в щелочной среде при pH 9,0 (пепсин быстро инактивируется при pH 9). [c.55]

Хотя читателю, несомненно, покажутся очень интересными все эти столь тесные взаимоотношения между витаминами, коферментами и обменом веш,еств, мы вынуждены отвлечься от этой темы и заняться другим вопросом. Выяснено, что, по-видимому, именно коферменты ответственны за специфичность ферментативного действия. Они в зависимости от их собственного строения способны химически изменять присоединенный к ферменту субстрат, например отнимать от него атомы водорода или же группы СОг или N112. Соединившись с ними, коферменты могут затем покинуть свой прежний апофермент и направиться к другому апофермен-ту, специфичному для другого субстрата, и там вновь отдать водород и все остальное. Эти перемещения всегда представляют собой простые химические реакции. [c.29]

Концепции Тома и Хироми о миогосайтной структуре активных центров карбогидраз (см. следующую главу), разработанные в последнее десятилетие, и данные по картированию активных центров во многом прояснили взаимосвязь между структурой активного центра и специфичностью его действия. Стало возможным предсказывать ход кинетических кривых гидролитического расщепления олигосахаридов и состава продуктов их ферментативной л,сструкции на основе числа сайтов активного центра и таких их характеристик, как показатель сродства сайтов к моносаха-ридным звеньям полимерного субстрата. Несмотря на определенную условность допущений, принятых в качестве базовых положений это теории (об этом будет подробно сказано ниже), основ- [c.23]

Вместе с тем вся методология обработки экспериментальных данных базируется на весьма сильном допущении, что время, требуемое на единичный проскок субстрата (проокок на один мономерный остаток) вдоль активного центра в ходе множественной атаки, является характеристической величиной, постоянной для действия данного фермента, и независимой от степени полимеризации субстрата или от степени заполнения других сайтов активного центра мономерными остатками. Фактически, это предположение эквивалентно постулату Хироми о постоянстве микроскопического гидролитического коэффициента ферментативного расщепления связей субстрата независимо от степени его полимеризации и степени заиолнения активного центра, применимость которого на практике сомнительна (как в значительной степени отвергающего специфичность ферментативного катализа на молекулярном уровне). [c.88]

Таким образом, наиболее распространенный тип ферментов, действующих на природные полисахариды, — это эндополисахаридазы, анало гичные по своему действию а-амилазе. Как и в случае простых гликозидаз (см. гл. 13) наиболее существенным фактором, влияющим на специфичность ферментативной реакции, оказывается структура моносахаридного остатка, гликозидная связь которого разрывается, и, в особенности, конфигурация его гликозидного центра и положение гидроксильной группы, через которую осуществляется связь с полисахаридной цепью. Меньшее значение имеет структура моносахаридного остатка агликона по отношению к разрываемой гликозидной связи. Так, при гидролизе полисахаридов типа лихенина под действием ламинаразы происходит разрыв р-1,4-гликозидных связей 3-замещенных остатков глюкопиранозы, а не р-1,3-связей, присутствующих в природном субстрате этого фермента — ламинарине. [c.620]

Модификация полинуклеотидов диметилсульфатом может быть применена для исследования первичной структуры. Специфическое метилирование по остатку дезоксигуанозина в ДНК и последующее выдерживание в нейтральной среде приводит к отщеплению 7-метилгуанина образующаяся дегуаниловая ДНК может быть расщеплена на блоки с помощью р-элиминации (см. гл. 1 и 10). В случае РНК метилирование можно использовать для повышения специфичности ферментативного расщепления, так как З -фосфо-диэфирная связь, образуемая остатком 3-Ы-мети,пцитидина, не расщепляется под действием панкреатической пиримидил-РНК-азы, а З -фосфодиэфирная связь, образуемая остатком 7-Ы-метил-гуанозина, — под действием гуанил-РНК-азы Т . Последний принцип был использован при установлении структуры 55 РНК (см. гл. 1). [c.369]

КАТЕПСИНЫ — высокомолекулярные соединеиия белковой природы, тканевые внутриклеточные протеолитич. ферменты, катализирующие гидролиз пептидной связи в пептидах и белках. К. широко распространены в животных и растительных тканях и в микроорганизмах. К. классифицируются по характеру и специфичности их ферментативного действия. К. I, II и V (А, В и С) являются эндопептидазами, т. к. они способны гидролизовать внутренние пептидные связи в молекулах белков и пептидов. К. III и IV по характеру ферментативного действия относятся к э к 3 о п е и т и д а 3 а м, т. к. они действуют только на соединения, содержащие одну или несколько свободных концевых полярных грушт, таких, как а-карбоксил или а-аминогруппа, и гидролизуют пептидные связи, образованные концевыми аминокислотами. [c.244]

Вероятно, наиболее замечательной особенностью энзимов является специфичность их действия. Гидролизующее действие кислот и щелочей относится в одинаковой мере к сложным эфирам, амидам, углеводам, гликозидам и т. д. Энзимы же обладают избирательным действием и часто только по отношению к одному определенному веществу, которое называется субстратом энзима. Например, липаза расщепляет сложные эфиры, но не расщепляет углеводов мальтаза расщепляет мальтозу, но не действует на тростниковый сахар дрожжи оказывают ферментативное действие только на (- -) глюкозу и не затрагивают (—) глюкозу эмульсин, или эмульсаза, гидролизует только -гликозиды. [c.331]

Специфичность действия ферментов, ее причины и пути ре-ализащ1и являются веяичайшеп загадкой природы, которая долго не находила своего решения. Лишь в последнее десятилетие удалось установить, что высокая специфичность ферментативных процессов связана с уникальным химическим строением фермента, заключена в удивительной архитектуре его молекулы с неповторимым и исключительно рациональным размещением в ней различных реакционноспособных группировок. Поэтому познание строения ферментов открывает путь к разгадке механизма их каталитического действия. [c.39]

Все изложенное позволяет составить представление о том, насколько сложен регуляторный механизм ферментативного действия. Очевидно, что функционирование всех рассмотренных регуляторов связано с их специфическим воздействием на молекулу фермента, и именно в уникальном строении и Свойствах этой молекулы (или ансамбля молекул) надо искать объяснение не только поразительной специфичности и мощности ферментативного катализа, но и природы тех интимных процессов, которыми эта ферментативная активность рогулируется. Попробуем сейчас в очень упрощенной форме рассмотреть функционирование фермента на молекулярном уровне. [c.52]

Открытие Фишера было подкреплено работами по изучению Э.Армстронгом специфичности при торможении ферментативной активности аналогами субстрата (89). Работы С.Соренсена, показавшего зависимость активности ферментативного действия от величины pH (100), окончательно поставили ферментативные реакции в один ряд с многочисленными химическими реакциями. [c.106]

Важная группа окислительно-восстановительных ферментов, как пра-нило, содержит простетические группы, включающие азотистые гетероциклы, которые и в >1полняют редокс-функции (окислительно-восстановительные). В случаях, когда именно небелковый компонент фермента обусловливает специфичность ферментативной активности, простетические группы называются коэнзимами или коферментами, а белковая часть — апоэнзимом или апоферментом. Кофермент определяет специфичность по типам реакций, апофермент — субстратную специфичность. Апофермент и кофермент во многих случаях удается теми или иными приемами отделить друг от друга, и часто можно осуществить обратную реакцию, воссоздавая фермент. Один и тот же кофермент с разными апо-ферментами образует серию ферментов с различным характером действия. [c.698]

Большинство приведенных примеров показывает, что в основе механизма действия самоуничтожающихся ингибиторов ферментов лежит отщепление протона. По этой причине пиридоксальзависи-мые ферменты являются наиболее вероятными объектами такого ингибирования. Б будущем можно ожидать появления еще большего числа ингибиторов пиридоксальзависимых ферментов, механизм действия которых основан на инактивации функциональной группы, обусловленной карбанионной природой промежуточных соединений [315]. Весьма вероятно, что именно создание более селективных ингибиторов активного центра продвинет вперед разработку самоуничтожающихся ферментативных ингибиторов, или инактиваторов. По сравнению с рассмотренными ранее специфичными к активному центру необратимыми ингибиторами преимущество самоуничтожающихся ингибиторов состоит в том, что, будучи относительно нереакционноспособными, они становятся активными после взаимодействия с остатками в активном центре фермента. Активная форма зависит от каталитических особенностей конкретного активного центра. Таким образом, ингибирование катализируется самим ферментом. Однако оба типа ингибирования позволяют вводить метку и идентифицировать группы активного центра и функциональные группы ферментов. [c.458]

Ясно, что эти данные могут быть интерпретированы более простым образом, а именно что способ действия фосфорилазы (априорно принятый в цитируемой работе [16] как канонический для неупорядоченного действия фермента) несколько отличается от способа действия р-амилазы, что приводит к различному распределению продуктов деструкции полимерного субстрата по молекулярным массам (степени полимеризации). Как неоднократно указывалос . выше, это наиболее характерный признак действия деполимераз, и в рамках кинетики и субстратной специфичности действия ферментов он обусловлен различной зависимостью кинетических параметров ферментативной реакции от степени полимеризации (длины цепи) олигосахаридов. С точки зрения термодинамики действия деполимераз этот характерный признак объясняется различным числом сайтов в активном центре фермента, различным их сродством к мономерным остаткам субстрата и положением каталитического участка в активном центре. Как видно, и в этом случае введение гипотезы о множественной атаке было излишним и преждевременным, так как экспериментальные данные, полученные авторами работы [16], не были подвергнуты тщательному анализу. [c.91]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология