Основные принципы действия ферментов

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ [c.427]

Практически все биохимические реакции катализируются особыми веществами — ферментами которые представляют собой белки, в ряде случаев связанные с неорганическими ионами или небольшими органическими молекулами. Молекулы ферментов настолько велики, что еще не удалось определить их трехмерную структуру, хотя исследование структуры белка в настоящее время бурно развивается В основном каждая реакция катализируется особым ферментом, так что существует почти столько же типов катализаторов, сколько биохимических реакций. Одни группы ферментов катализируют различные реакции окисления, другие — реакции гидролиза, третьи — образование связи С—С и др. Таким образом, по своему детальному механизму каждая катализируемая ферментом реакция представляет особый случай, причем трудности в исследовании таких реакций связаны с необычной величиной и сложностью молекулы катализатора. Несмотря на это основные принципы действия ферментов можно легко понять с позиций теории скоростей реакции. [c.72]

Макромолекулярные катализаторы химических реакций. Основные принципы действия ферментов. [c.383]

Многие исследователи не удовлетворяются только селекцией высокоактивных микробных культур-деструкторов и определением основных промежуточных продуктов метаболизма, они выделяют и изучают ферменты, ответственные за осуществление тех или иных трансформаций резистентных соединений. При этом существует перспектива не только изучения механизма действия и возникновения специфических, новых ферментных систем, но и использования этих ферментов при очистке биосферы. И если предложения Райта [530] о применении ферментных препаратов путем внесения их в почву для ускорения биологической детоксикации гербицидов вряд ли осуществимы и несколько преждевременны, то энзиматическая очистка сточных вод уже сейчас имеет под собой надежную основу — принцип иммобилизации ферментов и ферментных систем. [c.174]

Клетки млекопитающих имеют механизм, регулирующий запасы гликогена. Одним из основных принципов этого механизма является наличие двух форм каждого из важнейших ферментов метаболизма — синтетазы и фосфорилазы. Одна из этих форм обладает мало изменяющейся активностью, тогда как другая способна сильно увеличивать ее при действии активаторов. При определенных условиях одна форма может переходить в другую. [c.262]

Инженерная энзимологии — новое научно-техническое направление, основанное на принципах целого ряда областей современного естествознания, в первую очередь химической энзимологии, биохимии, химической технологии, а также инженерно-экономических дисциплин. Основная задача инженерной энзимологии — разработка биотехнологических процессов, в которых используется каталитическое действие ферментов, как правило, выделенных из состава биологических систем или находящихся внутри клеток, искусственно лишенных способности расти. К инженерной энзимологии относятся соответствующие научно-исследовательские и инженерные разработки, если они ставят своей целью а) получение нового продукта б) получение известного продукта, но лучшего качества в) улучшение техникоэкономических показателей процесса по сравнению с аналогичными существующими процессами. [c.8]

Недавно был предложен и реализован принципиально новый подход к проведению ферментативных реакций в водноорганических системах с крайне высоким содержанием неводного компонента (К- Мартинек, 1980). Основная идея решения состоит в использовании органического растворителя, практически несмешиваемого с водой (хлороформ, эфир, жирные алифатические спирты, углеводороды и т. д.), в то время как сам иммобилизованный фермент находится в водной фазе системы. Субстраты, будучи растворенными в органической фазе, свободно диффундируют из нее в воду и там под действием фермента претерпевают химическое превращение образовавшиеся продукты могут диффундировать из воды обратно в органическую фазу. Поскольку относительное содержание органической фазы может быть в принципе сколь угодно близко к единице, то условия термодинамического равновесия реакции в такой двухфазной системе могут быть сколь угодно близки к равновесию в чистой органической среде. Эта идея была апробирована на примере синтеза этилового эфира Ы-ацетил- -триптофана из этанола и Ы-ацетил- -триптофана под действием иммобилизованного химо-трипсина. В водной среде выход сложного эфира ничтожно мал и составляет даже при относительно высокой концентрации этанола менее 0,1%, в то время как в двухфазной системе хлороформ + 1% по объему воды равновесие удалось полностью сдвинуть в сторону сложного эфира и выход его составил практи- [c.13]

В XIX в. И. Берцелиус впервые использовал термин катализатор и сформулировал основные принципы катализа, после чего стало ясно, что птиалин слюны, пепсин желудочного сока и амилаза солода являются биологическими катализаторами. К концу XIX в. были достигнуты большие успехи в развитии неорганической, органической и физической химии, сформулированы законы термодинамики, генетические принципы наследственности (Г. Мендель) и получила признание доктрина эволюции (Ч. Дарвин). В начале XX в. Э. Фишер разработал методы вьщеления мономеров из белков и полисахаридов, установил структуру и оптические конфигурации многих из них, продемонстрировал специфичность действия ферментов и, таким образом, положил начало многим направлениям биохимии. Сам термин биохимия был введен в 1903 г. К. Нейбергом. [c.7]

В последние годы все чаще появляются публикации [193—196], из которых следует целесообразность разработки новых катализаторов, моделирующих ферменты. Изучение механизма действия последних ведется уже несколько десятилетий, и на основании полученного обширного экспериментального материала сформулированы некоторые принципы этого механизма. Показано, что в основе ферментативного катализа лежат три основные фактора концентрационный эффект, ориентационный эффект, полифункцио-нальный катализ. [c.179]

В соответствии с современной классификацией все ферменты делят на шесть основных классов по типу катализируемой ими реакции 13] оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы (синтетазы). В 1898 году Дюкло предложил принцип, положенный в основу применяемой в настоящее время международной номенклатуры ферментов - добавлять суффикс "аза видового названия "диастаза" (амилаза) к корню названия того вещества, на которое данный фермент действует. [c.201]

Большое значение при этом имеют свойственная окислительным системам зеленых растений гетерогенность и сильно выраженная пластичность. Специфическая, и притом весьма существенная, особенность каталитического аппарата дыхания зеленого растения та, что он построен по принципу множественности. Каждый из основных этапов дыхания катализируется по меньшей мере двумя или более ферментами, специфичными в отношении субстрата, различающимися по своей реакции на температуру, парциальное давление кислорода, на действие повреждающих агентов, например, ионизирующие излучения и т. п. Одним из выражений гетерогенно- [c.327]

В основе классификации ферментов лежит принцип селективности их действия по отношению к субстратам и катализируемым процессам. По типу катализируемых реакций все ферменты можно разделить на шесть основных классов (табл. 2.1 [c.94]

Такая ситуация казалась тем более странной, что давно уже были налицо все предпосылки решения этой проблемы. Стало ясно, какими энергетическими ресурсами пользуются те или иные живые существа. Были найдены и получены в чистом виде ферменты, усваивающие эти ресурсы. Не составило большого труда определить, в каких частях клетки происходят энергетические превращения. Однако сам принцип, на котором базируется действие основных биологических преобразователей энергии, остался неясным, как и прежде. [c.36]

В основе классификации ферментов лежит специфичность их действия. Все ферменты разделены на шесть основных классов по типу катализируемых ими реакций (табл. 2.3). Каждый класс разделен на подклассы и далее — на подподклассы по тому же принципу, т. е. по типу реакций. [c.78]

Горизонты энзимологии. В литературе появляются работы, в которых делаются попытки прогнозирования дальнейшего развития энзимологии на ближайшее десятилетие. Перечислим основные направления исследований энзимологии будущего. Во-первых, это исследования более тонких деталей молекулярного механизма и принципов действия ферментов в соответствии с законами югассической органической химии и квантовой механики, а также разработка на этой основе теории ферментативного катализа. Во-вторых, это изучение ферментов на более высоких уровнях (надмолекулярном и клеточном) структурной организации живых систем, причем не столько отдельных ферментов, сколько ферментных комплексов в сложных системах. В-третьих, исследование механизмов регуляции активности и синтеза ферментов и вклада химической модификации в действие ферментов. В-четвертых, будут развиваться исследования в области создания искусственных низкомолекулярных ферментов —синзимов (синтетические аналоги ферментов), наделенных аналогично нативным ферментам высокой специфичностью действия и каталитической активностью, но лишенных побочных антигенных свойств. В-пятых, исследования в области инженерной энзимологии (белковая инженерия), создание гибридных катализаторов, сочетающих свойства ферментов, антител и рецепторов, а также создание биотехнологических реакторов с участием индивидуальных ферментов или полиферментных комплексов, обеспечивающих получение и производство наиболее ценных материалов и средств для народного хозяйства и медицины. Наконец, исследования в области медицинской энзимологии, основной целью которых является выяснение молекулярных основ наследственных и соматических болезней человека, в основе развития которых лежат дефекты синтеза ферментов или нарушения регуляции активности ферментов. [c.117]

Хотя здесь речь шла о мышечных фосфорилазах, основные принципы действия этого фермента относятся и к печеночной фосфорилазе. Последняя также существует в двух формах — активной и малоактивной и их взаимопревращениями регулируется фосфоролиз в печени. Однако печеночная фосфорилаза отличается от мышечной как по строению, так и механизму регуляции, что вполне понятно исходя из различий динамики обмена гликогена в мышцах и печени. Новые интересные данные о печеночной фосфор илазе были получены в последние годы Ливановой [189]. [c.201]

Основная идея о принципах биокатализа возникла еще в начале нащего века благодаря трудам Брауна и Анри и позднее была развита Михаэлисом и Ментен, а также Бриггсом и Холденом. Идея заключается в том, что механизм каталитического действия ферментов состоит в общем случае в образовании между ферментом и субстратом промежуточных соединении, претерпевающих в ходе реакции последовательные превращения вплоть до образования конечных продуктов и регенерации фермента. Действительно, в простейшем случае описание кинетики ферментативной реакции укладывается в рамки так называемой двухстадийной схемы [c.216]

Экспериментатьные исследования путей биосинтеза дают обширную информацию о химии этих процессов. Эти знания обеспечивают твердую основу для всей области бномиметических путей синтеза разнообразных природных соединений, которые используют стратегические принципы, разработанные Природой (см., например, синтез морфина, разд. 3.2.1). Однако, несмотря на многочисленные экспериментальные данные о механизме основных биохимических трансформаций, нам все еше слишком мало известно о способе действия фермента как катализатора. Был предложен целый ряд гипотез ддя объяснения замечательной способности ферментов осуществлять высоко эффективный и селективный катализ. Это было предметом многочисленных исследований по созданию специальных химических моделей ферментативного катализа (см, ниже). Кроме того, имеются еще более важные аспекты ферментативного катализа, а именно способность ферментов в нужный момент узнавать свой субстрат среди тысяч органических соединений, присутствующих в клетке, и регулируемость активности ферментов. Деятельность сотен и тысяч ферментов, одновременно оперируюшлх в любой живой системе", требует же -сткого управления с тем, чтобы в каждый данный момент и в каждом конкрет- [c.476]

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]

Скорость ферментативных реакщи помимо перечисленных в предыдущем параграфе факторов в больишнстве случаев подвержена влиянию некоторых соединений, специфичных для каждого фермента. Одни из этих соединений ускоряют каталитический процесс — актиоатори, другие замедляют его — ингибиторы ферментов. По принципу действия эти соединения можно разделить на три основные группы. [c.215]

Настоящий справочник отличается от имеющихся тем, что в нем не только описана химическая структура и биологическая роль основных биохимических компонентов живой клетки, но и охарактеризованы пути метаболизма данных компонентов в живом организме. Он состоит из семи разделов, в каждом из которых в алфавитном порядке дана соответствующая тepминoлorиЯi В разделах Белки , Нуклеиновые кислоты , Углеводы , Липиды приведены структурные формулы и показана биологическая роль биохимических компонентов клетки, описаны и проиллюстрированы схемами основные пути распада и синтеза важнейших биологически активных молекул. В разделе Ферменты содержатся сведения о типах ферментативного катализа, скорости ферментативных реакций, единицах измерения ферментативных реакций, о принципах классификации ферментов, регуляции биосинтеза и активности ферментов. Раздел Витамины включает характеристику отдельных представителей водо- и жирорастворимых витаминов. Особое внимание уделено ферментным реакциям, в которых участвуют витамины, приведены данные о содержании витаминов в продуктах питания, о суточной потребности человека в витаминах, о применении витаминов и витаминных препаратов в медицинской практике, сельском хозяйстве и т. д. В разделе Гормоны -освещены достижения по биохимии пептидных, белковых и стероидных гормонов. Рассмотрены вопросы биосинтеза, механизм действия гормонов на молекулярном уровне, взаимодействие гормонов с [c.3]

Значительные успехи энзимологии, достигнутые в последние годы, позволили выяснить многие механизмы, лежащие в основе работы ферментов. В известной степени зуи успехи связаны с разработкой методов анализа сложных кинетических параметров, характеризующих скорость ферментативных реакций и описывающих взаимодействие ферментов с аллостерически- ми эффекторами. В книге известного английского ученого изложены основные принципы, понимание которых позволяет понять более сложные случаи кинетики ферментативных реакций. Рассмотрены методы вывода уравнений скорости ферментативной реакции, действие активаторов и ингибиторов, влияние pH и температуры на скорость реакций, особенности кинетики аллостерических ферментов. [c.272]

Скорость окислительных стадий цикла определяется скоростью реокисления NADH в цепи переноса электронов. При некоторых условиях ее может лимитировать скорость поступления Ог. Однако в аэробных организмах она обычно определяется концентрацией ADP и (или) Р , доступных для превращения в АТР в процессе окислительного фосфорилирования (гл. 10). Если в ходе катаболизма образуется больше АТР, чем это необходимо для энергетических потребностей клетки, концентрация ADP падает до низкого уровня, выключая, таким образом, процесс фосфорилирования. Одновременно АТР, присутствующий в высоких концентрациях, действуя по принципу обратной связи, ингибирует процессы катаболизма углеводов и жиров. Это ингибирование осуществляется во многих пунктах метаболизма, часть которых показана на рис 9-3. Важным участком, на котором осуществляется такое ингибирование, является пируватдегидрогеназный комплекс (гл 8, разд К2) [19]. Другим таким участком сложит цитратсинтетаза— фермент, катализирующий первую реакцию цикла трикарбоновых кислот [20]. Правда, существуют сомнения относительно того, имеет ли такое ингибирование физиологическое значение [16]. Уровень фосфорилирования аденилатной системы может регулировать работу цикла еще и другим способом, связанным с потребностью в GDP на стадии е цикла (рис. 9-2). В митохондриях GTP в основном используется для превращения АМР в ADP. Следовательно, образование GDP зависит от АМР — соединения, которое образуется в митохондриях при использовании АТР для активации жирных кислот [уравнение (9-1)]. [c.324]

Основная часть холестерина плазмы связана с липопротеидом низкой плотности (ЛНП дополнение 2-А), который доставляет эфиры холестерина непосредственно к соответствующим клеткам. Комплекс холестерин—ЛНП связывается со специфическими рецепторами ЛНП на поверхности клеток и затем захватывается клеткой путем эндоцитоза [97Ь]. Липопротеид подвергается затем действию лизосомных ферментов, а специфическая кислая липаза расщепляет эфиры холестерина и освобождает свободный холестерин. Потребление холестерина клеткой регулируется по принципу обратной связи, контролирующей интенсивность синтеза молекул рецептора ЛНП. Кроме того, свободный холестерин тормозит важный этап собственного биосинтеза — восстановление З-окси-З-метнлглутарил-СоА (рнс. 11-8) [97Ь, 97с]. Известен ряд нарушений холестеринового обмена. При одной из форм семейной гиперхоле- [c.583]

Таким образом, из этого далеко не полного перечня основных функций белков видно, что указанным биополимерам принадлежит исключительная и разносторонняя роль в живом организме. Если попытаться вьщелить главное, решающее свойство, которое обеспечивает многогранность биологических функций белков, то следовало бы назвать способность белков строго избирательно, специфически соединяться с широким кругом разнообразных веществ. В частности, эта высокая специфичность белков (сродство) обеспечивает взаимодействие ферментов с субстратами, антител с антигенами, транспортных белков крови с переносимыми молекулами других веществ и т.д. Это взаимодействие основано на принципе биоспе-цифического узнавания, завершающегося связыванием фермента с соответствующей молекулой субстрата, что содействует протеканию химической реакции. Высокой специфичностью действия наделены также белки, которые участвуют в таких процессах, как дифференцировка и деление клеток, развитие живых организмов, определяя их биологическую индивидуальность. [c.22]

Основные научные исследования относятся к химии физиологически активных соединений и энзимоло-гин. Изучал химию и механизм биологического действия антибиотика циклосерина, создал (1962) новый метод его химического синтеза. Открыл (1964) принцип создания биологически активных антагонистов аминокислот. Разработал (1978—1980) нути создания физиологически активных веществ на основе фосфорорганических соедн-ионпй. Исследовал способы химического регулирования активности ферментов. [c.615]

Основным моментом, определяющим начало тормозящего действия фенольных ингибиторов на рост растений, можно считать их накопление в растительной клетке. Остановимся на этом вопросе подробнее. Аккумуляция ингибиторов в осенних почках древесных растений, как показали наши эксперименты (Кефели, Турецкая, 1965 Кефели, Коф, Книпл, Буханова, Ярвисте, 1969), связана с резким замедлением процессов их распада. Осенние почки ивы разрушают фенольный ингибитор изосалипурпозид в несколько раз слабее, нежели весенние. Можно, с одной стороны, предположить, что накопившийся в больших количествах ингибитор подавляет через механизм образования АТФ синтез ферментов, окисляющих сам ингибитор, т. е. происходит как бы неспецифическое торможение ферментативного разрушения ингибитора с помощью самого же ингибитора. С другой стороны, фенольный ингибитор, действуя по принципу отрицательной обратной связи, может затормозить свой собственный синтез, в результате чего устанавливается то равновесное состояние, которое характерно для торможения роста в осенний период. Фенольный ингибитор для осуществления торможения через синтез АТФ должен предварительно аккумулироваться в клетке в макроколичествах, в то время как абсцизовая кислота действует в малых дозах на уровне синтеза РНК и таким путем репрессирует активность всей ростовой системы. [c.210]

Этот метод также был разработан Пастером [27 ], который установил, что при добавлении дрожжей или плесени Peni illium gla-исит для брожения аммонийной соли рацемической винной кислоты превращения претерпевала в основном соль природной винной кислоты правый изомер), а соль левого изомера винной кислоты могла быть выделена в оптически чистой форме из бродильной жидкости. Энзимы также катализируют подобные реакции. Например, действие ацилазы I на ацилированную рацемическую аминокислоту в водном растворе до завершения гидролиза половины ацильных групп приводит к образованию аминокислоты, производной искусственного изомера d) и свободной аминокислоты природной (1) энантиоморфной формы [28, 29]. В принципе должны существовать ферменты или бактерии, которые могут воздействовать на каждую энантиоморфную рацемическую смесь. Тем самым теоретически возможно по крайней мере частичное разделение. [c.48]

Организация работы этой системы будет поддерживаться и регулироваться не клеточной структурой, а чисто химической специфичностью ферментов. Однако живую клетку нельзя рассматривать как мешок с ферментами , в котором ферменты находятся в беспорядочном гомогенном состоянии. Живая клетка имеет сложное строение, и иногда ферменты не свободны, а локализованы в определенных внутриклеточных структурах. Эта топографическая организация, наряду с организацией на основе специфичности, обеспечивает дополнительный контроль над последовательностью реакции. Однако решающими в регуляции обмена должны быть механизмы, действующие на уровне ферментов. Механизмы более высокого порядка — нервные и гуморальные, развившиеся в связи с возникновением многоклеточно-сти, реализуются в основном на том же уровне и не могут быть окончательно расшифрованы без познания принципов регуляции ферментных реакций. Большинство биохимических процессов складывается из многочисленных рядов превращений субстратов, катализируемых отдельными специфическими ферментами. Такие ферментные системы можно рассматривать как основные функциональные един1щы метаболизма. [c.158]

Микроорганизмы обычно синтезируют каждую из аминокислот в определенных количествах, обеспечивая тем самым синтез специфических белков. Это объясняется тем, что контроль за скоростью биосинтеза каждой аминокислоты осуществляется по принципу обратной связи как на уровне генов, ответственных за синтез соответствующих ферментов (репрессия), так и на уровне самих ферментов, способных под действием избытка образующихся аминокислот изменять свою активность (ретроингибирование). Такой контроль исключает перепроизводство аминокислот, и выделение их из клетки возможно лишь у микроорганизмов с нарушенной системой регуляции. Такие культуры иногда выделяют из природных источников. Так, известны штаммы дикого типа, накапливающие в среде глутаминовую кислоту, пролин или валин. Однако основной путь селекции продуцентов аминокислот — получение ауксотрофных и регуляторных мутантов. Ауксотрофные мутанты отбирают на селективных средах после воздействия на суспензии бактериальных культур физическими (например, ультрафиолетовое или рентгеновское излучение) и химическими (этиленимин, диэтилсульфат, нитрозоэтил-мочевина и т. д.) факторами. У таких мутантов появляется дефектный ген, детерминирующий фермент, без которого не может осуществляться биосинтез определенной аминокислоты. Получение ауксотрофных мутантов — продуцентов аминокислот — возможно только для микроорганизмов, имеющих разветвленный путь биосинтеза, по крайней мере, двух аминокислот, образующихся из одного предшественника. Их биосинтез контролируется на уровне первого фермента общего участка согласованным ингибированием конечными продуктами (ретроингибирование). У таких ауксотрофных мутантов избыток одной аминокислоты при дефиците другой не приводит к подавлению активности первого фермента. Аминокислота, биосинтез которой блокирован в результате мутагенного воздействия, должна добавляться в ограниченном количестве. [c.20]

Высокая спецнализироваиность таких ферментов, как Na+— К -атефаза или эндонуклеаза I и т. п., обеспечивает надежность функционирования клетки как целого. Вместе с тем она, естественно, снижает эволюционную пластичность на молекулярном уровне организации. Сохранение этой Пластичности может достигаться двумя основными путями — перекомбинацией блоков и изменением условий их функционирования, что может приводить к смене функций и (или) к дестабилизации блоков, обеспечивающей их дальнейшую эволюцию под действием движущего отбора по любому из принципов и типов филогенетических изменений. [c.99]

При подготовке монографии я стремился, во-первых, рассматривать общие принципы и понятияэнзимологии на конкретных примерах (однако, чтобы не перегружать теоретические разделы, посвященные кинетике, основная часть иллюстративного материала изложена в отдельной главе) и, во-вторых, ограничиваться только такими примерами, для которых имеются неоспоримые, проверенные доказательства, не приводя данных, допускающих различные толкования. Поэтому обсуждаются механизмы действия только тех ферментов, третичная структура которых точно установлена методом рентгеноструктурного анализа. Аналогичным образом, теоретические аспекты действия аллостерических белков рассматриваются главным образом на [c.9]