Реакции двух субстратов с одним ферментом

В ферментативных реакциях, как правило, участвует более двух веществ например, два субстрата и фермент или фермент, кофер-мент и один или несколько субстратов. Реакции, выражающиеся общим уравнением [c.17]

Среди различных путей модификации ферментов в живых организмах, имеющих регуляторное значение, наиболее широко известно и наиболее обстоятельно изучено фосфорилирование гидроксигрупп ферментов, в первую очередь гидроксигрупп остатков серина и треонина. Фосфорилирование происходит путем переноса 7-фосфата молекулы АТФ на гидроксигруппу и катализируется специальными ферментами, известными под общим названием протеинкиназ. В реакциях, катализируемых протеинкиназами, участвуют два белка — один в качестве катализатора, а другой, в ряде случаев тоже фермент, в качестве фосфорилируемого субстрата. [c.424]

В большинстве реакций, катализируемых ферментами, принимает участие несколько субстратов и несколько продуктов, что не соответствует простой модели один субстрат — один продукт , описываемой уравнениями (6.33) — (6.35). Поскольку в реакциях, катализируемых ферментами, необходимо связывание компонентов химической реакции на поверхности белкового катализатора, при анализе реакции, включающей два субстрата А II В п два продукта Р и Q, возникает несколько интересных возможностей. Общее уравнение реакции имеет вид [c.354]

В большинстве реакций в организме участвует не один, а два субстрата, например А + В + В. Взаимодействие фермента с каждым из субстратов характеризуется собственной константой К . Ее определяют по зависимости скорости реакции от концентрации данного субстрата при постоянной (обычно насыщающей) концентрации второго субстрата. [c.83]

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]

В активный центр рибонуклеазы входят два остатка гистидина — I и И (рис. 45), причем один из них участвует в реакции в основной форме, другой в кислой. Кроме того, в связывании фермента с субстратом участвует остаток лизина, обеспечивающий специфическое взаимодействие между рибонуклеиновой кислотой и ферментом за счет е-аминогруппы лизина и кислорода фосфатной группы. [c.241]

Существует два тина реакций, для которых уравнения скорости имеют точные решения. Один из этих типов — обратимая бимолекулярная реакция, например реакция взаимодействия фермента с субстратом [c.221]

Открытие этого важнейшего правила молекулярной генетики заняло много лет. Сейчас это аксиома для протекания каждой отдельной химической реакции в живой клетке необходим специфический белковый фермент (или молекула РНК с ферментными функциями). Ферменты — это биологические катализаторы, они изменяют субстрат, сами оставаясь неизменными. Это очень важная концепция. Из нее следует, что ни один многоступенчатый биологический процесс не может происходить случайно. Все они регулируются рядом координированных взаимодействий между молекулами, которые по форме подходят друг к другу как два кусочка трехмерной мозаики. [c.45]

ЧТО несложно построить модельную схему , основанную на концепции репрессии генов у бактерий эта схема могла бы объяснить, каким образом некоторые гены постоянно включены. Одна очень простая схема изображена на рис. 13.10. В этом случае индуктором является не субстрат, а продукт реакции, регулируемой ферментом. Известно, что такая система имеется у бактерий. В отсутствие экзогенного индуктора фермент не образуется, и его можно обнаружить, только если ои уже был в клетке, но временный контакт,с индуктором приводит к длительному выключению синтеза репрессора, по крайней мере до тех пор, пока в системе присутствует субстрат или продукт. Предположим, что оперон на рис. 13.10 ответствен за биосинтез какого-то гормона, например цитокинина или гиббереллина, и что в покоящемся семени этот оперон заблокирован. Тогда однократное воздействие экзогенным гормоном активирует оперон, и начиная с этого момента проросток сам будет спосо-без к синтезу гормона. Другим примером является стимуляция синтеза эндогенного ауксина однократным опрыскиванием завязывающихся плодов ИУК (с. 199). Очень просто построить другую модель, которая объясняла бы постоянное подавление синтеза некоторых ферментов. Так, в модели, изображенной иа рис. 13,11, продукт активности одного фермента вызывает синтез другого фермента, так что два фермента взаимозависимы. Один из них ие может синтезироваться в отсутствие другого, и подавление одного фермента или отсутствие его субстрата (да- [c.474]

Можно сформулировать механизм действия ферментов следующим образом. Два субстрата, один из которых содержит связь А—В, а другой связь С—О, присоединяются к каким-то группам на макромолекуле фермента. При этом атомы АВ и СО оказываются в непосредственной близости друг от друга и в нужной пространственной конфигурации. Роль катализатора в том, что он помогает расслабить связи А—В и С—В в обоих субстратах и тем самым способствует образованию новых ковалентных связей А—С и В—В. Для того чтобы осуществилась химическая реакция, однако, все равно требуется тепловая флюктуация. Процесс, описываемый уравнением АВ- СВ АС ВВ, происходит на расстояниях порядка длины химической связи, т. е. порядка немногих ангстрем. Поэтому казалось непонятным, почему ферментами являются белковые макромолекулы сравните.тьно больших размеров (достигающих мнопгх десятков ангстрем). Было высказано предположение, что на поверхности белковой макромолекулы существует локальный центр ферментативной активности, состоящий из небольшого числа групп, расположенных близко друг от друга. Эти группы могут принадлежать звеньям полипептидной цепи, весьма удаленным друг от друга, но сближенным при закручивании цепи во вторичной и третичной структуре. Поэтому ферментативная активность часто столь чувствительна к денатурации белка. Прямьш доказательством теории активного центра явились опыты, в которых макромолекула фермента расщеплялась на осколки, сохранявшие свою каталитическую активность. [c.141]

Во мно1 их случаях кофермент можно отделить от белка-фермента. Таким образом, коферменты можно иногда рассматривать в качестве особой формы косубстрата ферментативной реакции. Коферменты обычно функционируют в качестве акцепторов или доноров функциональных групп или атомов и часто связывают два фермента друг с другом с образованием ферментной системы [1]. В этом случае один фермент переносит группу или атом с субстрата на кофермент, а второй — с кофермента на второй субстрат. В настоящее время в большинстве случаев возможно объяснение процесса переноса в терминах механизмов органических реакций. [c.580]

Названия многих ферментов образуются путем прибавления суффикса-аза к названию их субстрата. Так, фермент, катализирующий гидролиз мочевины, называется уреазой (от англ. ur a ), а фермент, гидролизующий аргшин,-аргиназой Однако многие ферменты имеют названия, не связанные с названиями их субстратов, например пепсин и трипсин. Случается также, что один и тот же фермент имеет по меньшей мере два названия или же два разных фермента носят одно и то же название. Из-за этих и других затруднений терминологического характера, а также вследствие все возрастающего числа вновь открьшаемых ферментов было принято международное соглашение о создании систематической номенклатуры и классификации ферментов. В соответствии с этой системой все ферменты в зависимости от типа катализируемых ими реакций делятся на шесть основных классов, каждый из которых включает ряд подклассов (табл. 9-3). Каждый фермент имеет четырехзначный кодовый номер (шифр) и систематическое название, которое позволяет идентифицировать катализируемую этим ферментом реакцию. В качестве примера можно привести название фермента, катализирующего следующую реакцию [c.229]

М. Пирас и В. Нокс [59] показали, что молекула апофермента имеет два участка один — каталитический, а другой — для связывания гематина. Они также установили, что некоторые гомологи триптофана, как и сам триптофан, способствуют реакции связывания апофермента с нростети-ческой группой. Более того, аналоги, способствующие этой реакции, оказались эффективными индукторами этого фермента у крыс с удаленными надпочечниками независимо от того, было у этих аналогов сродство к каталитическому участку или нет. Авторы попытались объяснить полученные результаты с помощью модели [60], предложенной ими за двадцать лет до создания модели оперона. Согласно этой модели, считается, что фермент находится в динамическом равновесии со своим предшественником. Субстрат или жестко связанный кофермент, соединяясь с белком, могут повышать его устойчивость к распаду и тем самым увеличивать количество активного фермента. Соответственно равновесие будет смещаться в сторону образования активной формы фермента, потому что синтез фермента продолжается, а распад — нет. В рассматриваемой [c.76]

Идентификация аминокислот, присутствующих в активных центрах ферментов, разумеется, очень важна для понимания главных особенностей механизма ферментативных реакций. Существует ряд методов, с помощью которых можно идентифицировать хотя бы некоторые из аминокислотных остатков, участвующих в построении активного центра. Наиболее прямой метод состоит в присоединении к какому-нибудь аминокислотному остатку, входящему в состав активного центра, ковалентной метки, которая оставалась бы устойчивой в условиях деградации полипептидных цепей. С точки зрения такой возможности все ферменты можно разделить на два класса в один из них входят ферменты, образующие в ходе каталитического процесса ковалентно связанные промегкуточные фермент-субстратные производные, а в другой — ферменты, которые таких производных не образуют. Для ферментов первого класса проблема введения специфической метки в активный центр (а не просто неспецифического введения метки в белок) часто решается путем использования в качестве носителей метки либо обычных субстратов этих ферментов, либо соединений, структурно родственных субстрату. Вследствие специфического сродства этих веществ к активному [c.196]

Образование водородной связи фермент — субстрат (пунктир) стабилизирует переходное состояние нуклеофильной атаки, что приводит к ускорению реакции (табл. 7). Соединения I, III и IV (не содержащие а-ациламидного фрагмента) лишь слабо отличаются по относительной реакционной способности их на активном центре фермента (см. примечание к табл. 7). В то же время наличие донора водородной связи в молекуле субстрата (а-ациламидный фрагмент) приводит к ускорению реакции на один (соединения П1 hV) или на два (соединения и II) десятичных порядка. Интересно отметить, что в случае субстратов VI и VII с жесткой (циклической) структурой наблюдаемое ускорение (110 раз) значительно превосходит эффект (16 раз), свойственный соединениям III и V с незакрепленной структурой. Можно полагать, что в последнем случае образование водородной связи фермент — субстрат накладывает более существенные энтропийные ограничения на подвижность (внутренние вращательные степени свободны) субстратной молекулы. Это и должно уменьшить (как уже было сказано) суммарный вклад комплексообразование E-R в ускорение реакции. [c.47]

Помимо подразделения ферментов на группы по направленности их атаки, ферменты-деиолимеразы также делят по способу образования продуктов реакции. При этом выявляют два крайних случая — максимально неупорядоченная и максимально упорядоченная атака. В первом случае эндофермент, расщепив какую-либо связь в полимерной молекуле, отходит от продуктов реакции и производит следующую атаку на другую молекулу субстрата или продукты его деградации ио закону случая (статистически). Во втором случае после завершения каталитического акта один из поли- или олигомерных фрагментов субстрата остается в комплексе с ферментом и реакция продолжается в виде серии последовательных атак вплоть до полного превращения данного [c.77]

Нами было показано, что комплекс, образующийся нри оксигениро-вании солей одновалентной меди в растворе пиридина, во многих отношениях аналогичен ферменту тирозиназе [25]. И в ферменте, и в модельном катализаторе в анаэробных условиях медь находится в одновалентном состоянии в аэробных условиях происходит оксигенирование, причем на два атома меди поглощается один моль О 2- Стадия образования оксигенированного комплекса предшествует стадии окисления. В аэробных условиях часть меди сохраняется в одновалентном состоянии. Из двух атомов молекулы кислорода фермент и его модель переносят к субстрату только один. Субстрат восстанавливает часть меди до Си . Перекись водорода не участвует в процессе. Образуется промежуточный радикал, стабилизированный на ферменте или модели. Для фермента были предположены координационные связи Си—N и показано отсутствие геми-новоп структуры, для модели методом ЭПР найдена связь u N фта-лоцианин меди не является катализатором реакций, проводимых моделью. [c.210]

Установлено, что фиксация происходит и в том случае, когда два белка происходят не только из одного и того же организма, но и из разных организмов. По-видимому, природа создала только один основной механизм фиксации азота, и возможны лишь некоторые вариации на этой основе. Интересно, что нитратредуктаза (NOj - -- N02 ) из Neurospora rassa тоже состоит из двух белков, один из которых содержит молибден, причем этот молибденсодержащий белок можно заменить на другие молибденовые белки (обычно после обработки кислотой), входящие в состав совершенно отличных ферментов, включая ксантин-, альдегид- и сульфитоксидазы, или MoFe-белок нитрогеназы из двух разных бактерий [156]. Пока не появлялись сообщения о реконструкции нитрогеназы из обычного Fe-белка и свободного Мо-белка. В работе [156] было отмечено, что, возможно, существуют молибденсодержащие субъединицы, которые выступают в качестве кофактора и являются общими для всех молибденсодержащих ферментов животных,растений и микроорганизмов. Эти субъединицы, вероятно, не только функционируют как переносчики электронов, но и связывают между собой субъединицы фермента. Если это предположение справедливо, то весьма вероятно, что основную электрон-транспортную реакцию в нитрогеназах осуществляет Мо-белок, тогда как другой белок модифицирует реакцию, приспосабливая ее к определенному субстрату. Таким [c.232]

Нитрогеназные ферменты могут катализировать и другие, на первый взгляд совершенно не связанные с фиксацией азота реакции и восстанавливать другие субстраты. Если начать с полного набора компонентов, необходимых для проявления нитрогеназной активности (азот, восстановитель, АТФ, ионы магния, два белка), и исключить из этой системы азот, то будет наблюдаться зависящее от АТФ выделение водорода. Другими словами, происходит гидролиз АТФ с образованием АДФ и неорганического фосфата и одновременное выделение водорода. Никаких реакций не наблюдается, если исключить АТФ, восстановитель или один из упомянутых белков. Но если использовать в качестве восстановителя водород в присутствии гидрогеназы, то будет наблюдаться главным образом каталитический гидролиз АТФ, поскольку водород, выделяемый нитрогеназой, снова поглощается гидрогеназой. Это зависящее от АТФ выделение водорода не подавляется окисью углерода как активность обычных гидрогеназ, катализирующих обратимое освобождение и поглощение водорода. Фиксация азота и выделение водорода одинаково зависят от pH и характеризуются одним и тем же отношением числа расходуемых молекул АТФ, приходящихся на пару электронов. Очевидно, что эти две реакции тесно связаны между собой, и приходится сделать вывод, что выделение водорода, которое могло бы показаться совершенно лишним, бесполезным побочным процессом, играет важную роль в механизме фиксации азота. Необратимое выделение водорода показывает, что водород генерируется при более отрицательных потенциалах, чем потенциал обратимой гидрогеназы, причем гидролиз АТФ, очевидно, создает движущую силу реакции. Эти данные свидетельствуют в пользу того, что при восстановлении азота используется более сильный восстановитель, чем молекулярный водород,—это и представляет собой способ, который природа использовала для преодоления затруднений, связанных с крайне энергетически невыгодной первой стадией восстановления азота. Они подтверждают мысль, высказанную автором в 1968 г. [180], состоящую в том. [c.233]

НОГО субстрата (или одной пары субстратов). Высшей степенью специфичности является исключительно строгая стереоспецифичность. Например, в ферментативных реакциях, в ходе которых возникает асимметрический центр, образующийся продукт является всегда одним из возможных энантиомеров. Отсюда следует, что в обратной реакции, а также всегда, когда субстрат опти-,чески активен, обычно лишь один из энантиомеров является эффективным субстратом. Например, дмжжи содержат два отдельных фермента — Ь -лактат- и О-лак-татдегидрогеназу [5, 6]. В таких случаях оптические изомеры могут быть конкурентными ингибиторами [7]. [c.97]

Поскольку активный центр определяет и специфичность и каталитическую активность фермента, ои должен представлять собой структуру определенной степени сложности, приспособленную для тесного сближения и взаимодействия с молекулой субстрата или по крайней мере с теми ее частями, которые нег осред-ственно участвуют в реакции. Первоначально предполггалссь, что в каждой молекуле фермента имеется много активных центров, однако сейчас стало ясным, что в большинстве случаев на каждую молекулу приходится только один или два активных центра. Поверхность любого белка состоит из множества разнородных химических групп, принадлежащих боковым цепям аминокислот. Любая из них может играть в молекуле фермента ту или иную роль, влияя на конформацию фермента и на его взаимодействие с субстратом в силу своих химических особенностей и даже просто своим присутствием (стерический эффект). Значение функциональных групп белка для структуры и каталитического действия ферментов очень многообразно. Атомы кислорода, азота, серы участвуют в образовании водородных связей и комплексов с металлами. Кислые и основные группы в 3 2 Е И С И Г Л ОСТИ от состояния и диссоциации функционируют в активных центрах ферментов в качестве кислотных и основных, нуклео- и электро-фильных катализаторов. Эти группы могут действовать непосредственно на субстрат или изменять своим электростатическим воздействием реакционноспособность соседних групп молекул фермента. Аминные, имндозольные, гидроксильные, тиоловые и некоторые другие группы во многих ферментных реакциях выполняют функции промежуточных акцепторов и переносчиков [c.137]

Ферменты микросом делятся на две группы монооксигеназы и диокси-геназы, катализирующие реакции, в которых в молекулу субстрата включаются (с образованием органических пероксидов) один или два атома кислорода соответственно. В реакциях первого типа монооксигеназное окисление) один атом кислорода из молекулы О2 расходуется на образование гидроксильной группы в субстрате, а второй восстанавливается, образуя воду. В восстановлении второго атома кислорода участвует НАДФН. Схематично реакции микросомального окисления можно представить следующим образом [c.327]

До сих пор мы рассматривали в основном ферментативные реакции, в которых имеется один субстрат и один продукт. В действительности подобные реакции в биохимии встречаются крайне редка к их числу относятся лишь несколько реакций изомеризации (например, реакция взаимного превраш,ения глюкозо-1-фос-фата и глюкозо-6-фосфата, катализируемая фосфоглюкомутазой). Однако следует иметь в виду, что развитию ферментативной кинетики в значительной степени способствовали два обстоятельства. Во-первых, многие гидролитические ферменты можно обычно рассматривать как односубстратные ферменты, поскольку второй субстрат — вода — всегда присутствует в таком избытке, что ее концентрацию можно считать постоянной. Во-вторых, большинство ферментов в условиях, когда варьируется концентрация только одного субстрата, по своим свойствам очень близки к односубстратным ферментам. Это станет ясно при рассмотрении уравнений скорости реакции, которые будут введены в настоящей главе. Здесь нужно, однако, сделать оговорку, что константа /См для отдельного субстрата имеет в этом случае физический смысл только тогда, когда условия эксперимента строго определены и постоянны (причем оба условия должны выполняться одновременно). [c.102]

Окисление субстрата АНа (реакция П ферментом — акцептором электронов происходит на левой впешней поверхности мембраны. В результате электро1И >1 присоединяются к ферменту ЭТЦ, а протоны перемещаются в воду. Затем электроны переносятся на правую (внутреннюю) сторону мембраны и там восстанавливают молекулярный кислород или какой-либо другой акцептор водорода (обозначен буквой В) Вещество В, присоединив электроны, связывает ноны Н+ справа от мембраны, превращаясь в ВН2. Синтез АТФ (реакция П) осуществляется таким образом, что два иона Н+ отщепляются от АДФ н фосфата (Р) с правой стороны мембраны, компенсируя потерю двух И " при восстановлении вещества В. Один из атомов кислорода фос- [c.264]

В активном центре бактериального фермента, полученного в кристаллической форме из раствора сульфата аммония, выявлены два центра связывания сульфат-ионов (рис. 12.1) [60]. Разумную с точки зрения химии и стереохимии схему реакции можно построить, предположив, что один из этих двух центров представляет собой центр связывания фосфатного остатка субстрата, а другой — центр связывания фосфатного остатка, принимающего участие в реакции деацилировання (12.16). Когда 3-фосфат образует водородные связи с гидроксильной группой Thr-179, положительно заряженной боковой цепью Arg-231 и 2 -гидроксильной группой рибозного кольца, присоединенного к никотинамиду NAD+, альдегидная группа субстрата может образовывать с остатком ys-149 полутиоацеталь (рис. 12.1). Затем гидроксильная группа субстрата в положении С-2 может образовать водородную связь с Ser-148, а гидроксильная группа [c.358]

Мы уже отметили, что аллостерические белки (например, те, которые участвуют в регуляции по Г5)инципу обратной связи) имеют по меньщей мере два центра связывания - один для субстрата и один или более для регуляторных лигандов. Эти центры занимают различные участки поверхности белка и узнаваемые лигавды могут быть соверщенно различными Поскольку связьшание одного лиганда с соответствующим центром может повлиять на другой центр изменением конформахдт белка, то любой метаболический процесс в клетке может регулироваться продуктом любой другой реакции независимо от его химической гц)ироды. Например, синтез и распад гликогена в мьштечных клетках регулируются концентрацией связанного Са с помощью аллостерических ферментов, активность которых меняется при изменении концентрации Са в цитозоле (см. разд. 12.4.4). [c.163]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология