Общее представление о ферментах

Ранее уже указывалось, что ферменты — это белки, выполняющие роль катализаторов в биологических реакциях. Необходимость таких катализаторов станет очевидной, если вспомнить, что температура тела равна 37°С, а многие органические реакции протекают только при более высоких температурах. Интересно было бы понять, каким образом ферменты осуществляют свои каталитические функции. Установление точного механизма действия ферментов составляет фундаментальную проблему биоорганической химии. Большая часть превращений происходит на поверхности белкового катализатора на участке, обозначаемом как активный центр, где химические превращения следуют основным закономерностям органической и физической химии. При этом одновременно действуют несколько факторов, которые следует ограничить и исследовать отдельно с помощью специальных моделей. Однако, чтобы оценить каталитическое превращение реагента (субстрата) в продукт реакции, необходимо общее представление о таком явлении, как катализ. Субстратом обычно называют химическое вещество, превращение которого катализирует фермент. [c.189]

Общие представления о кинетической роли ферментов впервые были сформулированы Михаэлисом и Ментеном [100]. Они предположили, что молекула, подвергающаяся реакции (субстрат 8), обратимо адсорбируется на определенных местах Е фермента, образуя стабильный комплекс З-Е фермент — субстрат. Последующий распад этого комплекса с образованием продуктов реакции является лимитирующей стадией процесса. Схема реакции аналогична схеме Ленгмюра, предложенной для катализа на поверх- [c.561]

Более ста лет назад Берцелиус указывал на существование некой каталитической силы [1], однако лишь в 1900 г. представление о катализе ионами гидроксония и гидроксида было поставлено на прочную теоретическую и экспериментальную основу [2, 3]. В 20—30-х годах нашего столетия благодаря появлению новых ВЗГЛЯДОВ на природу кислот и оснований была создана теория общего кислотно-основного катализа [4]. В течение последнего десятилетия все более пристальное внимание исследователей привлекают биологические катализаторы химических реакций — ферменты [5]. Одновременно сформировались новые представления о катализе полифункциональными органическими молекулами и комплексами ионов металлов. [c.7]

Особенно интересной реакцией такого типа является обратимая изомеризация лимонной кислоты в изолимонную, катализируемая аконитазой. Эта реакция протекает через дегидратацию лимонной кислоты с образованием г ис-аконитовой кислоты, после чего следует гидратация двойной связи в противоположном направлении с образованием изолимонной кислоты, причем в процессе реакции г ис-аконитовая кислота не должна отщепляться от фермента. Если реакцию проводят с 2-метил-2- Н-лимонной кислотой в качестве субстрата в присутствии высокой концентрации i u -аконитовой кислоты, то в результате реакции получается изолимонная кислота, меченная тритием в положении 3 [78]. Это значит, что метил-1 ис-аконитовая кислота, которая первоначально образуется, может покинуть фермент и быть заменена на незамещенный г ис-аконитат много быстрее, чем атом трития, перенесенный на общее основание фермента, будет замещен протонами среды. Общий механизм этой реакции представлен схемой [c.176]

В активных центрах ферментов содержится обычно две или более каталитических групп. Они могут воздействовать на субстратную группу двумя совершенно различными путями. Один из них заключается в том, что нуклеофильный, или общий основной катализ протекает одновременно с общим кислотным, в одном и том же переходном состоянии. Механизм этого типа, приложимый к гидролизу сложных эфиров, представлен в (15). Этот механизм часто постулировался в качестве вероятной модели катализа более чем одной функциональной группой, однако при исследовании модельных систем не было получено серьезных свидетельств в его поддержку [32]. Для реакций, подверженных нуклеофильному или общему основному катализу, общий кислотный катализ не характерен (и наоборот). Другой способ предусматривает действие двух каталитических групп по отдельности на различных стадиях сложной реакции. Если одна из групп специфично действует на скоростьопределяющей стадии такой реакции, в результате чего скоростьопределяющей становится уже следующая стадия, то именно на последней необходимо действие второй каталитической группы (примером такого процесса является описанный в предыдущем разделе гидролиз сложных эфиров диметилмалеиновой кислоты). [c.471]

Этот механизм гидролиза пептидов использует некоторые общие представления о природе высокой эффективности ферментативного катализа. Так, в результате формирования циклической структуры с участием Туг-248, воздействия металла на субстрат и образования солевой связи между остатком Arg-145 и СОО -груп-пой субстрата может возникнуть напряжение [59—62]. Геометрия лигандов у цинка в фермент-субстратном комплексе такова, что переходное состояние энергетически выгоднее исходного. В этом отношении интерес представляет смещение атома цинка в комплексах с Phe-Gly-Phe-Gly [65] и Gly-Tyr. Кроме того, локализация заряда на атоме металла [22] может влиять независимо от геометрического напряжения [132], поскольку она дает фермент-субстратный комплекс с относительно высоким содержанием энергии. [c.547]

Ферменты относятся к весьма своеобразным катализаторам — они обладают многими свойствами, вообще не встречающимися у катализаторов других типов. На первом этапе развития энзимологии это привело к возникновению гипотез, объясняющих необычные свойства ферментов особыми свойствами белковых молекул, только им присущими и не встречающимися у других веществ. Сейчас этот путь в значительной мере оставлен. Все, что известно к настоящему времени о природе и механизме ферментативного катализа, вполне укладывается в рамки общих представлений физической химии и теории органических реакций. Действительно, необычна только структура активных центров ферментов, не реализуемая в растворах низкомолекулярных веществ — отдельных компонентов активных центров. Свойства этой структуры, управляемой хорошо известными и давно установленными законами, и объясняют те качественные изменения, которые наблюдаются при переходе от обычных катализаторов к ферментным системам. [c.3]

Наиболее важная информация о строении молекулы химотрипсина (молекулярная масса 25 ООО) была получена с помощью рентгеност-зуктурных исследований последних лет, проведенных Блоу с сотр. 14, 17—19]. Как итог своих исследований авторы представили трехмерную модель молекулы химотрипсина (см. рис. 3). В согласии с ранними общими представлениями о строении белков было найдено, что все заряженные группы в молекуле этого фермента направлены в сторону водного растворителя (за исключением трех, которые выполняют специфические функции либо в механизме активации зимогена, либо в механизме действия активного центра). Особенности расположения аминокислотных остатков с гидрофобными боковыми цепями внутри белковой глобулы также согласуются с ранними представлениями о важной роли гидрофобных взаимодействий в стабилизации третичной структуры белков (см. гл. I). [c.127]

В моче, желчи, плазме крови, а также в некоторых органах 1,4-бенздиазепины присутствуют как в свободной, так и в конъюгированной форме. Поэтому иногда образцы обрабатывались 6 н. соляной кислотой для получения соответствующих бензофенонов [255, 256]. Однако таким способом можно получить лишь общее представление о наличии бенздиазепинов. Соотношение отдельных метаболитов, их свободных и конъюгированных форм определить нельзя,так как несколько продуктов метаболизма одного и того же препарата при кислотном гидролизе дают идентичный бензофенон. Для предотвращения гидролитического расщепления бенздиазепинов следует инкубировать биологические жидкости с Р-глюкуронидазой. В настоящее время это широко используется при анализе водорастворимых конъюгированных метаболитов. Обычно перед добавлением фермента (200—500 ед/мл) биологическую жидкость подкисляют до pH [c.219]

Общие представления о пространственном строении молекулы Ка .К -АТФазы были получены с помощыо различных подходов. На основании результатов электронно-микроскопических исследований двумерных кристаллов белка была построена трехмерная модель Na , К -АТФазы с разрешением 2 нм. В очищенном препарате фермента, представляющем собой фрагменты плазматической мембраны, молекулы белка (в концентрации до I г/мл) плотно упакованы в липидном бислое. В результате длительного ингибирования этих препаратов при пониженной температуре в присутствии иоиов и ванадата происходит ассоциация молекул фер- [c.623]

Механизм действия ферментов до конца не раскрыт. Наиболее общим представлением является система замок — ключ (фермент — субстрат), выдвинутая Э. Фишером в 1894 г. и развитая Дж. Холдейном в 1930 г. Согласно этой теории, молекула субстрата точно соответствует по своей форме некоторому участку на молекуле фермента. Причем при связывании субстрата с ферментом его связи, подлежащие изменению, несколько растягиваются, что облегчает их последующий разрыв. Многие ферменты строго специфичны уреаза — катализирует только гидролиз мочевины аргиназа — гидролизует только Ь-аргинин до L-opнитинa и мочевины. [c.567]

Очень существенным в гипотезе Бертрана было утверждение, что коллоидным носителем марганца было белковое вещество. Только в его присутствии марганец приобретал каталитические свойства. Работы Бертрана, основанные на представлении об активировании кислорода, обязательном в случае биологического окисления, пртели к окончательному отказу от представлений о катализаторах биологического окисления, как неопецифических агентах. Оксидазы были отнесены к числу ферментов. Однако в силу того, что хотя общие представления Бертрана о механизме ферментативных реакций, связанных с переносом активных молекул или атомов, оказались поразительно близкими представлениям, разработанным гораздо позже применительно к явлениям переноса водорода при окислительных процессах, конкретный механизм окисления так и не был им вскрыт. [c.187]

Термостабильность анионных и катионных ЭМА—МДА- и ЭхМА-гидразидных производных показана на рис. 12.6. Все анионные ЭМА-гидразидные производные более устойчивы, чем соответствующие нативные ферменты. Анионные ЭМА—МДА-производные всегда менее устойчивы, чем соответствующие ЭМА-гидразидные производные. Во всех случаях было обнаружено уменьшение термостабильности катионных производных в протпвоиоложность анионным аналогам. Катионные ЭМА—МДА-производные менее термостабильны, чем нативные ферменты. Эти результаты согласуются с общим представлением о влиянии химической природы различных нерастворимых носителей. ЭМА—МДА-смолы содержат объемные ароматические группы (разд. 12,2), и поэтому они более гидрофобны, чем соответствующие ЭМА-гидразидные смолы. Тем самым экспериментально доказано, что термостабильность и устойчивость к лиофилизации для многих иммобилизованных ферд4ентов качественно зависят от химической природы нерастворимого носи- [c.433]

Способность организмов синтезировать именно те ферменты, которые характерны для родительского организма, имеет чрезвычайно большое значение. Химические механизмы, лежащие в основе передачи такой способности от одного поколения другому, мы рассмотрим в гл. 22. Данную главу мы посвятим изучению ферментов и их функций. Кроме того, мы познакомимся с теорией, которая до некоторой степени объясняет, как они действуют. В связи с этим мы получим общее представление о некоторых витаминах, минеральных веществах и гормо-нах и в заключение коснемся некоторых смертельных ядов, действие которых обусловлено инактивацией ключевых ферментов организма. [c.336]

РГсходя из общего представления о природе химических, в частности обменных, реакций, мы можем высказать предположение о вероятном характере световой стадии фотосинтеза. Дыхание растений — процесс, обратный фотосинтезу, — включает реакции двух типов при первых разрываются углеродные цепочки больших органических молекул, при вторых происходит отщепление атомов водорода от углерода и перенос их с помощью ферментов на кислород с образованием воды. В процессе фотосинтеза должны иметь место те же два типа реакций, но только реакции должны идти в обратном направлении — перенос водорода от воды к углекислоте и образование углеродных цепочек. Перенос водорода при дыхании сопровождается выделением энергии, и, следовательно, при фотосинтезе он должен сопровождаться ее накоплением. Накапливаемая энергия — это преобразованная энергия света. Значит, световая реакция фотосинтеза — это, по всей вероятности, перенос водорода от кислорода к углероду против градиента химического потенциала , т. е. от более устойчивой формы к менее устойчивой. Если позаимствовать сравнение из механики, то можно сказать, что при дыхании атомы водорода скатываются с горы, а при фотосинтезе удары квантов света (отдельных атомов света), поглощаемых хлорофиллом, подталкивают их наверх [c.44]

Для развития общих представлений о сущности ферментативных процессов и природе ферментов гораздо более интересным является определение брожения, данное Д.Фаброни в 1787 г. Он считал, что разложение одного вещества другим составляет сущность брожения, при этом основой фермента, вызывающего начало брожения, может быть белковое вещество (6). [c.171]

В данном разделе будет сделан отчетливый (что, к счастью, можно понять) акцент на реакции, в которых происходит перенос одного электрона. За последние десять лет были развиты некоторые общие представления, позволяющие быть уверенным в справедливости использованного нами подхода к биохимическим реакциям. Во-первых, доказано, что взаимодействия с переносом заряда и появление полос переноса заряда широко распространено среди органических соединений. Во-вторых, благодаря работам Уинстейна и сотрудников стало ясно, что образование ионных пар играет очень важную роль в определении пути многих органических реакций, особенно в неполярной среде (понятие неполярной среды можно применить к окружению активного центра фермента). В-третьих, новые методы, примененные в последних работах, позволили показать, что многие радикалы не являются высоко устойчивыми, а настолько реакционноспособны, что не могут накапливаться в реакционной смеси, или же для их получения требуются специальные условия, например отсутствие кислорода при получении пиридинильных радикалов. В-четвертых, очевидно, по крайней мере теоретически, что термические электронные переходы могут протекать легко даже в тех случаях, когда полоса переноса заряда находится в области слишком коротких волн и поэтому ее нельзя наблюдать (или когда константа ассоциации слишком мала). [c.84]

На самом деле, схему (4) нельзя считать правильной. Согласно общим представлениям о ферментативных реакциях, трудно представить, что реакция между ФОИ и активным центром на мащ)омолекуле белка ХТ могла бы ктти по простому бимолекулярному механизму, без предварительной сорбции ФОИ на активной поверхности фермента. [c.1054]

Карбогидразы могут быть эндогликозидазами, отщепляющими олигосахариды от углеводных цепей, и экзогликозидазами, которые отщепляют моносахариды от терминальных нередуцирующих концов цепей. Кроме того, имеются другие ферменты, например оксидазы, дезацетилазы и т. д., которые осуществляют различные превращения индивидуальных сахаров. Применение ферментов для определения строения групповых веществ крови позволяет проводить исследование в мягких условиях (температура, pH) и благодаря высокой специфичности ферментов облегчает получение строго определенных фрагментов лабильных макромолекул по сравнению с кислотным гидролизом. Трудность заключается в том, что механизм действия многих ферментов, нарушающих серологическую специфичность групповых веществ, пока еще не выяснен. Кроме того, не все ферменты действуют ira групповые вещества, даже если в составе последних находится группировка, которая в обычных условиях является специфическим субстратом для фермента. Тем не менее были получены важные данные о структуре участков групповых веществ, связанных с их серологической активностью при использовании ферментов микробов, специфически разрушающих тот или иной тип группового вещества. Общие представления о структуре макромолекул могут быть получены при использовании хорошо известных протеолитических ферментов. [c.189]

Ее объектами являются как биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, гликоген и др.), так и низкомолекулярные биорегуляторы — витамины, гормоны и др. Поэтому поле деятельности этой науки исключительно широко. Биоорганическая химия в настоящее время сосредоточила свое внимание на ферментах, т. е. специфических белках, которые в своих реакционных центрах могут содержать металлы. Такие ферменты называются металлоферментами. Структуру и свойства реакционного центра таких ферметггов изучает бионеорганическая (позднее названная биокоординационной) химия. Таким образом, интересы обеих наук — биоорганической и бионеорганической химии тесно переплетаются в области металлоферментов. Если классическая общая биохимия была и остается чаще всего описательной наукой, то отпочковавшиеся от нее громадные разделы биоорганической и бионеорганической химии базируются на понятиях, представлениях и методах физической химии и химической физики, на принципах молекулярной биологии. Все разделы науки, которые выясняют химические основы жизненноважных процессов, относятся к биохимии. [c.718]

Рассмотренные выше общие представления о ферментатив-ом катализе обладают рядом недостатков. В первую очередь пускается из виду, что большинство ферментов функциониру-т как олигомерные структуры, состоящие из идентичных субъ-щниц и обладающие пространственной симметрией. Кроме то-) за исключением немногих работ [41, 119. 136], недооценивается [c.104]

Многие вирусы имеют геном в виде (—)нитн РНК. У некоторых таких вирусов геном представлен единой непрерывной молекулой, а у других он сегментирован, т. е. состоит из нескольких молекул. Общим свойством вирусов с (—)РНК-геномом является то, что в состав их вирусных частиц входит РНК-полимераза, способная копировать РНК-матрицу. Биологический смысл такой организации понятен. Поскольку, по определению, (—)РНК не может выполнять функции мРНК, для образования своих мРНК вирус должен внести в клетку не только геном, но и фермент, умеющий снимать с этого генома комплементарные копии. Другое общее свойство этих вирусов заключается в том, что матрицей для репликации / транскрипции является не свободная РНК, а вирусный рибонуклеопротеид (РНП) — молекула РНК, равномерно покрытая вирус-специфическим белком. [c.323]

Была построена карта электронной плотности термолизина (Matthews et al., 1972а), позволившая идентифицировать многие из 316 аминокислотных остатков, что дало возможность составить представление об общей конформации фермента. Асимметричная форма этой молекулы была интерпретирована как ука- [c.300]

Итак, тиаминпирофосфат стабилизирует молекулу транскетолазы в условиях тепловой i кислотной денатурации, при эгом общая структура апо и холофермента до денатурации практически не различается. В настоящее время можно, по-впдимому, считать общепризнанным представление, согласно которому молекулы фермента в растворе присутствуют в нескольких равновесных конформационных состояниях [73, 326]. Другими словами, предполагается высокая степень лабильности белковой структуры, причем не всей, а только небольшой ее части, а точнее — поверхности белковой глобулы. Поэтому стабилизацию апофермента кофакторами или субстратами и перевод его из рыхлой формы в более компактную, на что неоднократно указывалось в литературе [109, 466, 467, 496, 498, 519,534], можно себе представить таким образом, что кофакторы (или субстрат) взаимодействуют не со всеми молекулами фермента, а только с теми из них, которые находятся в определенном кон-формацнонном состоянии. Результатом будет перевод B ei о фермента (или какой то, очевидно большей, его части) в эту форму и как следствие его стабилизация. П дчеркнем еще раз, что при всех этих взаимопревращениях общая структура фермента (количественное содержание упорядоченных структур) будет оставаться неизменной. [c.96]

Механизм действия ферментов в самом общем виде был подробно изучен Михаэлисом и Ментеиом (1913 г.). Первоначально фермент и субстрат образуют комплекс фермента с субстратом, который затем распадается на продукт реакции и фермент [3.3.10]. На рис. 3.3.2 представлен энергетический профиль реакции гидратации фумаровой кис-лбты в яблочную под действием фумаразы. Фумаровая кислота как субстрат образует с фумаразой комплекс, который на стадии, определяющей скорость реакции, превращается в комплекс фумаразы с яблочной кислотой, распадающийся, наконец, на продукт реакции и исходный фермент. Тем самым имеется следующая последовательная реакция [c.659]

Хотя электронный перенос в организованной митохоидриальной системе, со.храняющей энергию путем образования АТР, отвечает за большую долю использованного кислорода, имеются многочисленные ферменты, которые катализируют прямые реакции между своими субстратами и Ог. Вклад таких реакций в общее потребление кислорода в организмах млекопитающих сравнительно невелик. Эти реакции могут быть включены в различные пути биосинтеза и распада, особенно в метаболизме ароматических соединений п стероидов. Очень интересный набор ферментов такого типа имеется у бактерий, как, например, в виде индуцированных ферментов у Pseudomonas-, эта бактерия образует большие количества таких ферментов, когда выращивается на различных ароматических соединениях как единственном источнике углерода. Здесь представлен лишь общий обзор ферментов, относящи.кся к указанным категориям. [c.503]

В числе продуктов ранних генов — фагоспецифическая РНК-полимераза, закодированная в гене 1. Это относительно простой фермент, который в отличие от бактериальной РНК-полимеразы содержит всего одну полипептидную цепь (Мг=107 ООО). Вирусный фермент узнает иной набор промоторов — поздние промоторы, которые имеют сходные между собой, но не идентичные первичные структуры. Поздние промоторы расположены преимущественно в поздней области фагового генома, но встречаются и в ранней, в частности они предшествуют участку оП, с которого начинается репликация вирусной ДНК. Поздние гены транскрибируются с разной эффективностью и в определенной последовательности. Не все механизмы этой регуляции расшифрованы, но некоторые из них достаточно понятны. В частности, в поздней области есть районы, которые организованы сходно с активно транскрибируемы. районом генома нитчатых фагов (см. с. 290) такие участки имеют несколько промоторов и ограничены общим сильным терминатором. Отсюда считывается набор молекул мРНК разных размеров, но с одинаковыми З -концами. Чем ближе ген примыкает к тер.минатору, тем чаще он представлен в таком наборе. мРНК- С другой стороны, есть участки ДНК, которые содержат общий промотор и несколько последовательно расположенных относительно слабых терминаторов, ко- [c.298]

Многие реакции, которые ускоряются ферментами, могут катализироваться также кислотами или основаниями, а часто и соединениями обоих типов Хорошо изученным примером такого рода является мута-ротация — обратимое взаимное превращение а- и р-аномерных форм сахаров, в частности глюкозы [см. схему (6-75)]. Эта реакция катализируется специфическим ферментом мутаротазой, а также неорганическими кислотами и основаниями. Эти данные показывают, что между простыми кислотами и основаниями, с одной стороны, и ферментами — с другой, есть нечто общее с точки зрения каталитического действия. Поскольку многие боковые цепи аминокислот содержат кислотные и основные группы, мы приходим к вполне естественному заключению, что эти группы должны участвовать в катализе как кислоты и основания. Однако для того чтобы понять, как именно они участвуют в катализе, мы должны иметь представление о численных значениях некоторых констант равновесия и констант скорости. [c.50]

Неоднократно предпринимались попытки количественно оценить вклады различных эффектов (например, сближенности, направленности орбиталей, дестабилизации, общего кислотно-основного катализа и др.) в увеличение скорости, к которому приводит действие данного фермента. Однако пример химотрипсина показывает, что эти эффекты представляют разные способы описания одного и того же действия в активном центре и в действительности их нельзя отделить друг от друга. С другой стороны, представления, развитые при анализе фермент-субстратных взаимодействий, расширили наши представления о химическом катализе и способствовали созданию аналогов ферментов на основе полимеров непептидной природы [745, 750J. [c.282]

Ключи к познанию действительного механизма катализа лежат в структурных исследованиях. В описанной выше модели комплекса фермент-(NAG)e только две каталитические группы располагаются вблизи расщепляемой гликозидной связи. Это карбоксильные группы глутаминовой кислоты-35, которая, как полагают, в активном ферменте находится в СОгН-форме, и аспарагиновой кислоты-52, находящейся предположительно в виде иона СО . Первая из этих групп расположена вблизи кислорода уходящей группы и действует, согласно общепринятым представлениям, в качестве общего кислотного катализатора, способствуя удалению уходящей группы скорее в НО-форме, чем в форме 0 1путь (а) на схеме (54) [133, 143]. Согласно другой гипотезе путь (б) , карбоксилатная группа может выступать в роли нуклеофила, образуя ковалентный интермедиат (90), гидролизующийся скорее всего по ацетальному, а не по сложноэфирному центру, поскольку известно, что при этом сохраняется конфигурация гликозидного центра [144]. В настоящее время не существует каких-либо убедительных данных, позволяющих подтвердить или опровергнуть каждый из представленных на схеме (54) механизмов ]141]. [c.532]

Выведение метаболитов лоразепама из организма человека, собаки, свиньи и кошки имеет много общ,их черт, однако имеются и некоторые различия. Так, метаболит LIV не обнаружен в моче человека, а метаболит LV1I отсутствовал в моче кошек. Кроме того, в организме крыс образуются два дополнительных метаболита, отличающиеся от глюкуронконъюгатов. Трансформация лоразепама ярко выражена при низких концентрациях введенных доз препарата, что еще раз подтверждает представление о возможной перегрузке высокими дозами лекарства ферментов, осуществляющих обмен. [c.192]

Биологические макромолекулы, надмолекулярные структуры, клеточные органоиды, клетки, организмы, популяции — сложные системы, т. е. совокупности элементов, взаимодействующих друг с другом. Изучение явлений жизни исходит из исследований этих взаимодействий. Вместе с тем физическое рассмотрение сложной системы не может не основываться на изучении составляющих е элементов, взятых порознь, вплоть до молекулярного уровня организации. Сами взаимодействия определяются природой этих элементов. Соответственно мы имеем дело с ферментом и геном, с аксоном и миофибрилдой, с митохондрией и хлоропластом. Эти элементы более сложных систем в свою очередь представляют собой сложные системы. Анализ явлений жизни на всех уровнях организации требует подходов, согласующихся с представлениями общей теории систем. [c.512]