| 8695912 9216 5224 943 1ема со специфич. белком в целостный Ф. пероксидазу. Т. о., соединение простетич. группы с белком приводит к резкому возрастанию её каталитич. активности. Вместе с тем от природы белка зависит не только каталитич. активность, но и специфичность действия Ф. Прочность связи простетич. группы и апофермента различна у разных Ф. У некоторых Ф., напр. у дегидрогеназ, катализирующих окисление различных субстратов путём отщепления водорода, эта связь является непрочной. Такие Ф. легко диссоциируют (напр., при диализе) и распадаются на простетич. группу и апофермент. Простетические группы, легко отделяющиеся от белковой части Ф., наз. коферментами.
Многие Ф. содержат металлы, без которых Ф. не активен. Эти металлы наз. кофакторами. Так, пероксидаза и каталаза содержат железо, аскор-бинатоксидаза, катализирующая окисление аскорбиновой кислоты,- медь, алкогольдегидрогеназа, окисляющая спирты в соответствующие альдегиды,- цинк.
Специфичность и механизм действия ферментов. Действие Ф., в отличие от неорганич. катализаторов, строго специфично и зависит от строения субстрата, на к-рый Ф. действует. Прекрасным примером такой зависимости служит катализируемая аргиназой реакция гидро-литич. расщепления аминокислоты аргинина на орнитин и мочевину:
Первичная структура (последовательность аминокислотных остатков) фермента рибонуклеазы из поджелудочной железы быка. Чёрным обозначены 4 дисульфидных мостика, скрепляющих полипептидную цепь фермента.
Однако аргиназа не расщепляет метилового эфира аргинина:
Дипептид, состоящий из остатков двух молекул аргинина, под действием аргиназы даёт лишь половину теоретич. кол-ва мочевины. Очевидно, что, хотя расщепление аргинина происходит в месте, весьма отдалённом от карбоксильной (СООН) группы (показано пунктиром), необходимым условием действия аргиназы является её соединение с карбоксильной группой аргинина. Поэтому замещение водорода в карбоксильной группе на метальный остаток или же связывание карбоксильной группы со второй молекулой аргинина оказывают резкое влияние на действие аргиназы. Примеры специфичности действия Ф. могут быть приведены при рассмотрении их стереохи-мич. специфичности, т. е. действия Ф. на стереоизомеры (см. Изомерия). Так, Ф., окисляющий природные L-амино-кислоты, не действует на D-изомеры этих же аминокислот; Ф. дипептидаза, гидролизирующий дипептиды, состоящие из остатков L-аминокислот, не действует на такие же дипептиды, состоящие из остатков D-аминокислот. Специфичность действия Ф. послужила нем. учёному Э. Фишеру основанием для сравнения субстрата и Ф., к-рый катализирует его превращение, с замком и соответствующим ему ключом. Стереохим. специфичность Ф. теснейшим образом связана с одной из осн. особенностей живых организмов - их способностью к синтезу оптически активных органических соединений.
В образовании соединения между ферментом и субстратом - т. н. фермент-субстратного комплекса - принимают участие лишь нек-рые функциональные группы молекулы Ф., образующие его активный центр. Так, напр., в молекуле гидролизирующего белки химотрипсина, состоящего из 246 аминокислотных остатков, активный центр образован одним из остатков серина (химотрипсин относится к сериновым протеиназам) и двумя остатками гистидина, расположенными в удалённых друг от друга участках по-липептидной цепи. Сближение этих функциональных групп активного центра происходит благодаря свойственной молекуле химотрипсина специфич. пространственной (третичной) структуре. Её нарушение в результате денатурации белка или каких-либо хим. модификаций приводит к изменению или полной потере каталитич. активности. В случае двух-компонентных Ф. в образовании фермент-субстратного комплекса принимают участие не только функциональные группы апофермента, но и простетич. группа. Так, при расщеплении пировиноградной к-ты пируватдекарбоксилазой субстрат связывается с частью молекулы тиамин-пирофосфата след. образом:
Исключительно высокая специфичность действия Ф. объясняется их белковой природой. Так, пиридоксалевые Ф., содержащие один и тот же кофермент (пири-доксальфосфат), могут принадлежать к различным классам и катализировать самые разнообразные реакции. Специфичность их действия зависит от природы апофермента.
Условия действия ферментов. Действие Ф. зависит от ряда факторов, прежде всего от темп-ры и реакции среды (рН). Оптимальная темп-pa, при к-рой активность Ф. наиболее высока, находится обычно в пределах 40-50 °С. При более низких темп-pax скорость ферментативной реакции, как правило, снижается, а при темп-pax, близких к О °С, практически реакция полностью прекращается. При повышении темп-ры выше оптимальной скорость ферментативной реакции также снижается и, наконец, полностью прекращается. Снижение интенсивности действия Ф. при повышении темп-ры сверх оптимальной объясняется гл. обр. начинающимся разрушением (денатурацией) входящего в состав Ф. белка. Поскольку белки в сухом состоянии денатурируются значительно медленнее, чем белки оводнённые (в виде белкового геля или раствора), инактивирование Ф. в сухом состоянии происходит гораздо медленнее, чем в присутствии влаги. Поэтому сухие споры бактерий или сухие семена могут выдержать нагревание до гораздо более высоких темп-р, чем те же споры или семена в увлажнённом состоянии.
Важнейшим фактором, от к-рого зависит действие Ф., как установил впервые С. Сёренсен, является активная реакция среды - рН. Отдельные Ф. различаются по оптимальной для их действия величине рН. Так, напр., пепсин, содержащийся в желудочном соке, наиболее активен в сильнокислой среде (рН 1-2); трипсин - протеолитич. Ф., выделяемый поджелудочной железой, имеет оптимум действия в слабощелочной среде (рН 8- 9); оптимум действия папаина - протеолитич. Ф. растит. происхождения - находится в слабокислой среде (рН 5-6). Действие Ф. зависит также от присутствия специфич. активаторов и неспецифич. или специфич. ингибиторов. Так, энтеро-киназа, выделяемая поджелудочной железой, превращает неактивный трипсино-ген в активный трипсин. Подобные неактивные Ф., содержащиеся в клетках и в секретах различных желез, наз. проферментами. Многие Ф. активируются в присутствии соединений, содержащих сульфгидрильную группу (- SH). К ним принадлежат аминокислота цистеин и трипептид глутатион, содержащийся в каждой живой клетке. Особенно сильное активирующее действие глутатион оказывает на нек-рые протеолитич. и окислительные Ф. Неспецифич. угнетение (ингибирование) Ф. происходит под действием различных веществ, дающих с белками нерастворимые осадки или блокирующих в них к.-л. группы (напр., SH-группы). Существуют более специ-
фич. ингибиторы Ф., угнетение к-рыми каталитич. функций основано на специфич. связывании этих ингибиторов с определёнными хим. группировками в активном центре Ф. Так, окись углерода (СО) специфически ингибирует ряд окислит. Ф., содержащих в активном центре железо или медь. Вступая в хим. соединение с этими металлами, она блокирует активный центр Ф. и вследствие этого он теряет свою активность. Различают обратимое и необратимое ингибирование Ф. В случае обратимого ингибирования (напр., действие малоновой к-ты на сукцинатдегидрогеназу) активность Ф. восстанавливается при удалении ингибитора диализом или иным способом. При необратимом ингибировании действие ингибитора, даже при очень низких его концентрациях, усиливается со временем и в конце концов наступает полное торможение активности Ф. Ингибирование Ф. может быть конкурентным и неконкурентным. При конкурентном ингибировании ингибитор и субстрат конкурируют между собой, стремясь вытеснить один другого из фермент-субстратного комплекса. Действие конкурентного ингибитора снимается высокими концентрациями субстрата, в то время как действие неконкурентного ингибитора в этих условиях сохраняется. Действие на Ф. специфич. активаторов и ингибиторов имеет большое значение для регулирования ферментативных процессов в организме.
Классификация и номенклатура ферментов. По рекомендации Международного биохим. союза, Ф. разделяют на 6 классов: 1) оксидоредуктазы, 2) транс-феразы, 3) гидролазы, 4) лиазы, 5) изо-меразы, 6) лигазы. Рекомендована следующая нумерация Ф. Шифр (индекс) каждого Ф. содержит 4 числа, разделённых точками. Первая цифра указывает класс, вторая - подкласс, третья - под-подкласс, четвёртая - порядковый номер в данном подподклассе. Так, Ф. аргиназа, расщепляющий аргинин на орнитин и мочевину, имеет шифр 3.5.3.1, т. е. относится к классу гидролаз, подклассу Ф., действующих на непептидные С - N-связи, иподподклассу Ф., расщепляющих эти связи в линейных (не циклических) соединениях.
Класс оксидоредуктаз включает Ф., катализирующие окислительно-восстановит. реакции, и разделяется на 14 подклассов в зависимости от природы той группы в молекуле субстрата, к-рая подвергается окислению (спиртовая, альдегидная, кетонная и т. д.). Подподклас-сы оксидоредуктаз индексируются в зависимости от типа участвующего в реакции акцептора водорода (электронов) - ко-фермента, цитохрома, молекулярного кислорода и т. д. Т. о., первые три цифры шифра определяют тип Ф., так, напр., 1.2.3 обозначают оксидоредуктазу, действующую на альдегид с молекулярн |
