Соответствие между ферментом

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]

Поразительная специфичность действия ферментов привела к созданию теории замка и ключа, согласно которой для протекания реакции необходимо точное структурное соответствие между субстратом и активным центром фермента. Проведенные эксперименты убедительно доказали адекватность этой идеи, однако сама теория претерпела существенное изменение. Считается, что если фермент — это замок , а субстрат — ключ , то введение ключа в замок часто индуцирует конформационные изменения в молекуле белка. Имеется множество работ, в которых показано, что фермент укладывается вокруг субстрата, обеспечивая более точное соответствие подгоняемых структур. В пользу этого говорят данные по изменению спектров кругового дихроизма, спектров поглощения в УФ-области и констант седиментации, а также результаты исследования структуры комплексов ферментов с ингибиторами методом рентгеноструктурного анализа. Как мы уже видели ранее (гл. 4, разд. Д, I), идея индуцированного соответствия оказывается весьма плодотворной и при обсуждении взаимодействий субъединиц. [c.42]

Известно, что каждый фермент может катализировать реакции только определенного типа (или определенных типов). Существует выраженное, в частности пространственное, соответствие между ферментом и субстратом именно из-за него фермент может действовать только на ограниченный ряд субстратов именно этим соответствием определяются пределы или границы действия ферментов, их так называемая специфичность. Изучение специфичности позволило выяснить, что субстрат во время реакции соединяется не со всей молекулой фермента, не с любой ее частью, а со строго определенным участком, получившим название активного центра. Этот центр участвует в процессе активации субстрата, в самом каталитическом акте он обладает мощным сродством к соответствующему субстрату. Ранее полагали, что в молекуле фермента много активных центров, но сейчас точно установлено, что их обычно один или два. При добавлении к ферменту некоторых веществ, влияющих на его активный центр (или ка его молекулу) в ином участке или иным способом, скорость катализируемой реакции уменьшается. Такие вещества называют ингибиторами. Этот термин обычно не применяют к веществам (например, сильным кислотам, основаниям, иногда органическим растворителям), которые просто разрушают ферментный белок, денатурируя, расщепляя его и т. п. Некоторые ингибиторы являются сильными ядами ферментов, действуя специфически, в очень малых количествах. [c.40]

Число подобных примеров велико. Все они находят качественное объяснение, если представить себе, что точного соответствия между ферментом и субстратом нет и не должно быть, а сама сорбция субстрата (или субстратов) деформирует белок, сближая или удаляя определенные группы на его поверхности, и тем самым [c.174]

Напряжение и деформация чувствительной к действию фермента связи, возникающие вследствие индуцированного соответствия между молекулами субстрата и фермента [c.248]

В 1894 г. Э. Фишер, изучая свойства ферментов, выдвинул представление о строгой специфичности ферментов и о близком стерическом соответствии между ферментом и субстратом. Он показал, например, что расщепление двух близких изомеров Ь- и р-метилглюкозидов осуществляется разными ферментами. Э. Фишер выдвинул свое знаменитое положение о том, что фермент подходит к субстрату так, как ключ к замку. [c.123]

Идея Кошланда была названа гипотезой индуцированного соответствия, чтобы подчеркнуть ее отличие от теории Фишера,, в которой допускается, что соответствие между ферментом и субстратом существует заранее и необходимость в индуцированном конформационном изменении отпадает. Если исходить из аналогии между ключом и замком, то концепцию Кошланда можно уподобить цилиндрическому замку, в котором ключ не просто подходит, но перед поворотом перестраивает подвижные части замка. [c.178]

Ферментативная реакция — это многостадийный процесс, при этом на 1-й стадии устанавливается индуцированное комплементарное соответствие между ферментом и субстратом. В результате образуется фермент-субстратный комплекс (Е8), в котором далее происходит химическое превращение субстрата, после чего продукты превращения отделяются от фермента. [c.39]

Эти критерии весьма условны, однако в них в неявной форме выражена мысль, что только путем правильного выбора матрицы, способствующей сближению каталитических групп с субстратами, может быть сконструирован эффективный катализатор. Матрица не участвует активно в катализе, а только сближает и жестко закрепляет субстрат и каталитическую группу (пли группы) и правильно их ориентирует относительно друг друга Есть надежда, что матрица, подобно ферменту, будет в процессе связывания субстрата увеличивать энергию его основного состояния благодаря увеличению жесткости п искажению связи. К тому же правильное геометрическое соответствие между модельным катализатором и субстратом приведет к повышению специфичности и эффективности реакции. Эти соображения имеют фундаментальное значение в данной главе. [c.265]

Уникальные каталитические свойства ферментов (см. гл. I) обусловлены весьма сложным механизмом их действия, многие стороны которого еще до конца не раскрыты. Всеобщее признание, однако, получило представление, согласно которому ферментативный катализ обусловлен по крайней мере тремя основными причинами во-первых, тем, что сорбция субстрата на ферменте протекает так, чтобы облегчить последующую химическую реакцию во-вторых, полифункциональ-ным характером химического взаимодействия между ферментом и сорбированным субстратом (или субстратами) и, наконец, в-третьих, эффектами микросреды, характеристики которой (диэлектрическая проницаемость, полярность и др.) в области активного центра могут существенно отличаться от соответствующих показателей водного раствора. В настоящей главе будут рассмотрены именно эти три физикохимических механизма ускорений в реакциях, катализируемых ферментами. Наиболее подробно остановимся на первом из них ( 1—4), поскольку именно здесь удалось глубоко и количественно проникнуть в природу движущих сил катализа. [c.34]

За долгие годы естественного отбора в химии ферментов установилось особенно точное структурное соответствие между апоферментами и заместителями. [c.88]

Важным фактором биоповреждений полимерных материалов являются ферменты грибов, особенно оксидоредуктазы (каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза) и гидролазы (фосфатазы, липазы и др.). Имеется соответствие между видом материала и ферментативными свойствами растущей на нем микрофлоры [5] (табл. 45.2), [c.482]

Рис. 9-14. Индуцированное соответствие между активным центром фермента и напряженной формой молекулы субстрата.

При связывании НАД-Н дисперсия оптического вращения алкогольдегидрогеназы становится аномальной благодаря появлению одного, ярко выраженного отрицательного эффекта Коттона [96]. Этот необычный в данном случае эффект происходит в результате образования оптически активного комплекса между ферментом и коферментом. Асимметрическое связывание хромофорной молекулы с молекулой нативного белка-фермента индуцирует появление оптически активной полосы поглощения хромофора. Точка перегиба на графике, иллюстрирующем эффект Коттона алкогольдегидрогеназы печени лошади при длине волны 327 нм, соответствует близко расположенному максимуму поглощения комплекса фермент — НАД-Н. Стехиометрия связывания НАД-Н или аналогов кофермента с алкогольдегидрогеназой печени может быть количественно оценена путем титрования с помощью метода дисперсии оптического вращения, используя изменение амплитуды эффекта Коттона после добавления НДД-Н [c.407]

Ферменты катализируют биохимические реакции стереоспеци-фично. Вследствие этого асимметрический синтез в природе происходит повсеместно и чаще всего в единственном направлепии, Следовательно, большинство природных соединений оптически активно, потому что получены ири каталитическом действии ферментов, обладающих определенной трехмерной структурой, В самом общем виде можно сказать, что между субстратом и активным центром фермента существует точное геометрическое соответствие, Например, фермент триозофосфатизомераза катализирует превращение оптически неактивного диоксиацетонмонофос-фата до о-глицеральдегид-З-фосфата [59]. Субстрат имеет прохиральный центр , и один атом водорода специфически переносится с одной стороны (ге-поверхности) двойной связи на карбонильную [c.203]

Таким образом, в фермент-субстратном комплексе происходит пространственная деформация и возникает напряжение определенных валентных связей как в молекуле субстрата, так и в активном центре белка изменяются распределения электронных плотностей и, соответственно, происходит поляризация некоторых связей. Эти эффекты возникают именно по причине неполного стерического соответствия между контактирующими группами активного центра и молекулы субстрата помогают этому внешние воздействия, влияющие на комплекс совместно (кооперативно). Деформация и поляризация основных ковалентных связей приводит к тому, что барьер активации в переходном состоянии преодолевается гораздо легче. Наличие разнообразных флуктуаций в электронной и пространственной конфигурациях ферментного белка увеличивает вероятность формирования активированного комплекса, а это соответствует возрастанию абсолютной скорости происходящей реакции. [c.81]

В связи с тем что ферменты обладают строгой специфичностью действия, вполне обоснованно положение о структурном соответствии между пространственной конфигурацией молекулы субстрата и активным центром фермента. [c.11]

Строгая специфичность действия ферментов обусловливается структурным соответствием между пространственной конфигурацией молекул субстрата с несколькими функциональными группами фермента. Только некоторые из пар функциональных групп ответственны за ферментативный катализ. [c.34]

По этой причине у бактерий репрессоры и ингибиторы ферментов по типу структуры сходны с метаболитами, в то время как у высших организмов, где большое значение приобретают системы связей и межклеточное регулирование, простого соответствия между субстратом данного фермента и ингибитором уже не наблюдается. [c.114]

Синтез белка в рибосомах представляет собой картину такой удивительной согласованности и гармонии в действиях сложных структурных деталей биологического механизма, что внимание биохимиков было прежде всего привлечено к проблеме точного соответствия между матрицей и репликой, между РНК и ДНК, а также к исследованию механики раскручивания и удвоения цепи ДНК. Необходимо помнить, что все стадии работы биологического аппарата, синтезирующего белок, поддерживаются и регулируются целым набором специальных ферментов. Молекула ДНК не могла бы самовоспроизводиться в среде, лишенной биокатализаторов. Поэтому функция редупликации ДНК свойственна не самой ДНК, а той биохимической системе, в которой нуклеиновые кислоты являются составной частью. [c.188]

В гипотезе индуцированного соответствия сохраняется одно из основных положений гипотезы шаблона , определяющих специфичность действия ферментов, а именно наличие тесного пространственного соответствия между субстратом и ферментом. Кошланд модифицировал теорию шаблона в двух направлениях. Во-первых, предполагается, что субстрат занимает свое место в ферменте только после того, как произошло изменение формы молекулы фермента, и, во-вто-рых, иринимается, что действие фермента обусловливается по меньшей мере двумя каталитическими группами. Дветакие группы А и В показаны на фиг. 19, а. Они представляют собой определенные аминокислотные остатки белковой молекулы. Как видно из рисунка, присоединение субстрата вызывает такое изменение конфигурации молекулы фермента, что эти каталитические группы сближаются в том месте, где будет происходить атака молекулы субстрата. На фиг. 19, б видно, что фермент может присоединить более крупную молекулу, чем молекула субстрата, но в этом случае реакция не пойдет, поскольку не произойдет соответствующего сближения групп А и В. [c.57]

Используемая для краун-эфиров сокращенная номенклатура довольно проста первое число означает общее число атомов в кольце, а второе — общее число гетероатомов. Легко усмотреть аналогию между такими комплексами, имеющими полость для связывания лиганда Ь, и активным центром фермента, специфически узнающим свой субстрат. Размер макроцикла может меняться и тем самым обеспечивать связывание лигандов разных размеров. Циклические полиэфиры типа краун сравнительно легко можно получить и подвергнуть разнообразным структурным модификациям. Эту область химии Крам предложил назвать химией до-норно-акцепторного комплексообразования [134—136]. Напомним также о гипотезе замка и ключа , предложенной Фишером в 1894 г. для описания структурного соответствия между ферментом и его субстратом в ферментсубстратном комплексе. Помимо ферментативного катализа и ингибирования комплексообразование играет первостепенную роль в таких биологических процессах, как репликация, хранение и передача генетической информации, иммунный ответ и транспорт ионов. В настоящее время накоплено уже достаточно сведений о структуре таких комплексов, чтобы подтолкнуть химиков-органиков к созданию высокоструктурированных молекулярных комплексов и к изучению специфического химизма процессов комплексообразования. [c.266]

В каталитическом процессе существенное значение имеют точное соответствие между ферментом и субстратом, а также термодинамические и каталитические преимущества подобного соответствия. Гипотеза индуцированного соответствия предполагает существование между ферментом и субстратом не только пространственной или геометрической компле-ментарности, но и электростатического соответствия, обусловленного спариванием противоположно заряженных групп субстрата и активного центра фермента. Точное соответствие обеспечивает образование эффективного комплекса между субстратом и ферментом. [c.133]

Специфичность действия ферментов, однако, не ограничй- вается только их ярко выраженным предрасположением к оп- ределенным типам веществ или к осуществлению определенной химической реакции. Поразительным свойством любого фермента является его исключительная чувствительность к пространственному строению, очертаниям молекулы того соединения, на которое он воздействует (такое соединение в эн-зимологии называют субстратом). Еще в конце прошлого столетия выдающийся немецкий химик Эмиль Фишер высказал мысль о близком стерическом соответствии между ферментом и его субстратом и сформулировал столь часто встречающееся сейчас изречение, что фермент подходит к субстрату, как ключ к замку впоследствии эта идея нашла известное экспериментальное подтверждение. [c.37]

Гексокиназа индуцированное соответствие. Имеются веские данные в пользу того, что в гексокиназе дрожжей, которая фосфорилирует глюкозу с участием концевого фосфата молекулы АТР, достигается индуцированное соответствие между ферментом и субстратом. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, связывание как сахара, так и нуклеотида вызывает существенные изменения в третичной структуре фермента. Кроме того, присоединение нуклеотида к одной из форм фермента облегчается связыванием сахара [24, 25]. Эти результаты согласуются с результатами более ранних исследований АТРазной активности этого фермента в растворе в отсутствие глюкозы. Гексокиназа фосфорилирует глюкозу в положении 6 с Утах = 800 мкмоль-мин- на 1 мг белка и/См для АТР 0,1 мМ. В отсутствие глюкозы АТР гидролизуется с Утах = = 0,02 мкмоль-мин- на 1 мг белка и /См = 4,0мМ. Добавление ликсозы, которая не может фосфорилироваться вследствие утраты оксиметильной группы в положении 6, приводит к увеличению Утах ДЛЯ реакции с участием АТРазы в 18 раз при этом величина /См для АТР уменьшается в 40 раз, т. е. до значения /См, характерного дая фосфорилирования глюкозы [26, 27]. Ксилоза вызывает изменения в кристаллической структуре фермента, аналогичные изменениям, индуцируемым глюкозой (рис. 10.10). [c.319]

Какой выигрыш энергии (если он есть) обеспечивает образование шнффова основания между ферментом и коферментом Связанный с ферментом имип должен обеспечить более быстрый путь протекания реакции, чем связанный с субстратом имин [301]. Таким образом, именно структура определяет более высокую активность иминов по сравнению с соответствующими альдегидами, ролсс основный азот образует более прочную водородную связь (с подходящим [c.432]

Халворсон и Шпигельман [166] провели интересную серию исследований, посвященных индуцированному присутствием субстратов образованию ферментов у дрожжей. Было изучено влияние многих антагонистов аминокислот на образование ферментов в отсутствие экзогенных источников азота. Присутствие данного антагониста предотвращало включение его гомолога и тормозило также использование всех остальных аминокислот, причем наблюдалось прямое соответствие между торможением роста и подавлением образования ферментов. Эти данные согласуются с другими работами, показавшими, что для синтеза белка необходимо одновременное наличие всех аминокислот[22, 75, 76]. [c.140]

Названия большинства ферментов имеют суффикс -аэа. Суффикс -аэа прибавляют к названию субстрата, на который действует фермент, или к названию типа реакции, которую фермент катализирует. Установите соответствие между названиями следующих ферментов и реакций ферменты 1) эстераза 2) декарбоксилаза 3) уреаза 4) трансметилаза 5) пепти- [c.467]

По характеру действия ферменты обладают строгой специфичностью. Специфичность действия ферментов обусловлена структурным соответствием между молекулой субстрата и молекулой фермента. Подобно ключу, отпирающему лишь определенный замок, фермент благодаря своей спецп( )ичсской структуре действует лишь на определенный субстрат. [c.258]

По характеру действия ферменты обладают строгой специфичностью, которая обусловлена структурным соответствием между молекулами субстрата ш фермента. Каждый из них катализирует определенную химическую реакцию. На течение последних влияют условия среды (температура, pH, наличие химических соединений, облучение) и присутствие других ферментов [26]. Под действием факторов среды могут синтезироваться и новые ферменты. Их называют адаптивными, так как они позволяют микроорганизмам приспосабливаться к новым условиям. Ферменты, которые участвуют во внутриклеточных процессах,, называют эндоферментами, а ферменты, выделяемые микроорганизмами в окружающую среду, — экзоферментами. Последние могут являться биоцидами для других микроорганизмов или стимулировать процессы коррозии и биоповреждений материалов техники и сооружений. Каталитическая активность ферментов во много раз превышает неорганические катализаторы. Например, 1 мг железа, входящего в состав фермента каталазы, эквивалентен каталитическому действию 10 т железа в составе неорганического соединения прн разложении перекиси водорода, а 1 г амилазы может превратить 1 т крахмала в сахар при соответствующих условиях. [c.14]

Огромные успехи исследований механизмов кодирования наследственной информации и биосинтеза белка, ферментативного катализа и регулирования активности ферментов, действия антибиотиков и гормонов, всей той области изучения живого, которую принято называть молекулярной биологией, приучили всех к мысли о том, что в структурах молекул жизни положение буквально каждого атома строго обусловлено и подчинено выполнению предназначенных для этих молекул биологических функций. Именно в атом смысле принято обычно говорить о специфичности биополимеров, прочно ассоциировавшейся в сознании исследователей с однозначным соответствием между структурой и выполняемой функцией. При таком комплексе стр>т<турного детерминизма трудно было освоиться с представлением о специфичности полисахаридов, для многих из которых характерна статистичность структур, микрогетерогенность и, нередко, хаотичность распределения различных моносахаридных остатков по цепи. И, тем не менее, накапливающийся материал по сложному и высоко специализированному функционированию углевод ных полимеров в живых системах убеждает в том, что и в этой области возможен и необходим перевод функций- нальных свойств биополимеров на язык молекулярных структур, т. е. применим основной принцип молекулярной) [c.162]

Заметный вклад в представление о природе Ф. к. вцесли работы Й. Берцелиуса и Э. Мичерлиха, к-рые включили ферментативные р-ции в категорию хш . каталитич. процессов. В кон. 19 в. Э. Фищер высказал гипотезу о специфичности ферментативных р-ций и тесном стерич. соответствии между субстратом и активным центром фермента. Основы кинетики ферментативных р-ций были заложены в работах Л. Михаэлиса (1913). [c.80]

Если вспомнить, что ацетиладенилат (ацетил-АМР) образуется как промежуточное соединение при синтезе ацетил-СоА, и сравнить между собой биосинтез сахаров, фосфолипидов и ацетил-СоА, то увидим, что в каждом случае фермент, принимающий участие в биосинтезе, проявляет специфичность к определенной нуклеотидной ручке . Последняя обеспечивает способы узнавания, посредством которых фермент может отбирать нужное количество сырья в окружающем его море молекул. Конечно, наличие ручки не единственное условие, предъявляемое к молекуле, которая отбирается ферментом, так как соответствовать структуре фермента должна вся молекула субстрата в целом, а не только его ручка . [c.189]

Ряд физических проблем возникает в связи с функциональностью нуклеиновых кислот. Необходимо установить механизм конвариантной редупликации ДНК, механизм матричного синтеза РНК на ДНК и полипептидных цепей на комплексах мРНК с рибосомами. Необходимо решить проблему генетического кода — соответствия между первичной структурой ДНК (и, значит, мРНК) и первичной структурой белковой цепи. Недостаточно описать химизм биосинтеза белка, но следует выяснить физические и физико-химические механизмы и условия этого синтеза, в частности механизмы действия ферментов. Биофи. ика должна [c.488]

Схематическое изображение такой вторичной структуры для УДФ-глюкозы дано на рис. 8. Построение молекулярных моделей показывает возможность возникновения такой конформации при существовании определенного соответствия между структурой гетероциклического ядра и структурой остатка моносахарида в нуклеозиддифосфатсахаре. При образовании вторичной структуры нуклеозиддифосфатсахара гетероциклическое ядро действует как матрица, определяющая преимущественную конформацию остатка моносахарида и доступность его различных функциональных групп для взаимодействия с ферментом. Это и обусловливает,, в конечном итоге, специфичность биохимических реакций внутри каждой из групп природных нуклеозиддифосфатсахаров. Согласно выдвинутой гипотезе гидроксильные группы у Са и Сд моносахаридного остатка участвуют в образовании водородных связей с гетероциклическим ядром нуклеозиддифосфатсахара, так что биохимические реакции протекают только по С4 или по Сб остатка моносахарида. При реакциях перехода от моно- [c.386]

Строгое пространственное соответствие между молекулой субстрата и химическим рельефом молекулы фермента, выработанное ходом эволюции биокатализаторов, иллюстрирует возрастающую роль кодовых взаимоотношений в развитии форм жизни. Г. Кастлер [11] близко подошел к этой проблеме, указав, что в каждом процессе происходит взаимодействие объектов — передача информации, причем для узнавания объекта требуется не все количество информации, содержащееся в объекте, а лишь часть, которую Кастлер называет сигнатурой. Ферменты распознают субстрат при помощи набора аминокислот аминокислоты, ответственные за данную функцию фермента, и составляют его сигнатуру. Высокой степени совершенства кодовые процессы достигли в механизмах синтеза белка, т. е. в рибосомном аппарате. Относительно небольшие энергетические эффекты, связанные с синтезом пептидных цепей, отвечают коду необыкновенной сложности. [c.96]

В биологических системах особенно часто встречаются сложные коды. Этот термин означает несколько кодированных процессов, связанных друг с другом. Так, синтез фермента на полинуклеиновых кислотах представляет собой типичный кодовый процесс. Структура получающегося ферментного белка определяется известной последовательностью нуклеотидов в матрице. Действие образовавшегося фермента на субстрат также имеет кодовый характер и определяется соответствием между строением активного центра фермента и строением молекулы субстрата. Оба кодовых процесса, и синтез, и катализ тесно связаны друг с другом. [c.102]

При осахаривании декстринов наблюдается соответствие между увеличением содержания свободного фосфора и редуцирующих групп. Это обстоятельство указывает на то, что полному разложению молекулы крахмала диастазом препятствуют связи с фосфорной кислотой, которая или входит непосредственно в цепочку, или связывает две или несколько цепочек. Разрыв связей с фосфорной кислотой достигается действием особого декст-ринолитического фермента, который назван декстринофосфота-зой, или сокращенно декстриназой. Наличие декстриназы — необходимое условие для полного разложения крахмальной молекулы. [c.94]

Описаны [518—520] искусственные комплексы дезоксинуклеиновых кислот с протаминами 1515], гистонами [516], полилизином, поливиниламином [517] и разнообразными белками. Образование комплекса с альбумином сыворотки крови быка, вызванное нагреванием, происходит в результате термической денатурации обеих компонентов, причем связывание осуществляется главным образом водородными связями [521]. Одна молекула ДНК может связать до 1800 альбуминовых молекул [521, 522], и защитное действие дезоксирибонуклеиновой кислоты из зобной железы на тепловую коагуляцию растворов альбумина [520] может быть приписано этому связыванию, которое предотвращает самоагрегацию. Подобным образом можно объяснить тормозящее действие ДНК на расщепление белков трипсином, т. е. действие направлено на субстрат, а не фермент [523]. Однако изучение подавления ДНК активности химотрипсина с применением синтетических субстратов позволяет предположить, что между ферментом и нуклеиновой кислотой также образуются стехиометрические комплексы. Максимальное торможение происходит при отношении белка к ДНК, равном 20 1, соответствующем приблизительно четырем нуклеотидным звеньям на молекулу химотрипсина [524]. Для трипсина это отношение равно 7 1. [c.449]