Тема 4. Введение в ферменты

23 24 25 26 27 28 29

Тестовые вопросы

1. Перечислите основные уровни организации белковой молекулы? И приведите конкретные примеры.

а) 4 уровня;

б) 5 уровней;

в) 6 уровней;

г) 1 уровень.

Ферменты есть катализаторы реакций в биологических системах. Они обладают чрезвычайно высокой каталитической активностью, они имеют высокую специфичность к своим субстратам, они ускоряют строго определенные химические реакции, они функционируют в водных растворах в мягких условиях температуры и рН. Ферменты - это один из ключей понимания функционирования и размножения клеток. Действуя в организованных последовательностях, они катализируют последовательно сотни реакций по пути метаболизма, при этом молекулы питательных веществ деградируют, накапливается химическая энергия, она трансформируется в другие формы, из простых молекул синтезируются биологические макромолекулы. Некоторые из этого множества ферментов, принимающих участие в метаболизме, служат регуляторными ферментами, которые дают ответ на различные сигналы метаболизма, изменяя соответственно свою каталитическую активность. Благодаря действию регуляторных ферментов, энзиматические системы высоко скоординированы и приводят к гармоничному взаимодействию множества метаболических процессов, необходимых для поддержания Жизни. Изучение ферментов также имеет исключительную практическую значимость. Некоторые заболевания, особенно наследственные генетические расстройства, приводят к дефициту или полному отсутствию одного или нескольких ферментов в органах и тканях. Неестественные условия функционирования также могут вызвать исключительную активность какого-то специфичного фермента. Измерения активности определенных ферментов в плазме крови, эритроцитах, в образцах тканей позволяют диагностировать заболевания. Ферменты стали важными инструментами не только в медицине, но и в химической промышленности, при производстве продуктов питания, в сельском хозяйстве. Мы сталкиваемся с ферментами в каждодневной жизни, будь то приготовление пищи, чистка одежды, уборка помещения.

История биохимии в значительной части связана с историей изучения ферментов. Биологический катализ был открыт в начале 18 века. В 1850г. Луи Пастер пришел к заключению, что превращение сахара в спирт под действием дрожжей катализируется ферментами. Он постулировал, что эти ферменты, названные позже энзимами, неотделимы от структуры дрожжевых клеток, эта точка зрения превалировала в научном мире в течение многих лет. В 1897г. Эдвард Бюхнер открыл способность дрожжевых экстрактов преобразовывать сахар в спирт, т.е. ферменты без потери активности могут быть отделены от живых клеток. С этого момента биохимиками выделены и очищены многие тысячи различных ферментов, исследованы их каталитические свойства.

Большинство ферментов, за исключением небольшой группы молекул каталитических РНК, представляют собой белки. Их каталитическая активность зависит от целостности их нативной структуры. Если фермент денатурирует или диссоциирует на субъединицы, каталитическая активность теряется. Разрушение фермента до аминокислот, также сопровождается потерей каталитической активности. Таким образом первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белковых ферментов существенны для их каталитической активности.

Ферменты имеют молекулярные массы в диапазоне от 12 тысяч до 1 миллиона Дальтон. Некоторые ферменты для проявления своей активности не требуют иных химических групп, представленных аминокислотными остатками. Другие требуют дополнительный химический компонент, называемый кофактором. Кофакторами могут выступать один или более неорганических ионов, таких как Fe⁺², Mg⁺², Mn⁺², Zn⁺², или комплексная органическая или металлорганическая молекула, называемая коферментом. Некоторые ферменты требуют для проявления активности наряду с коферментом одного или более ионов металла. Кофермент или ион металла ковалентносвязанные с белковой молекулой фермента, называется простетической группой. Полностью каталитически активный фермент совместно с коферментом и/или ионами металла называется холоферментом. Белковая часть такого фермента носит название апофермента или апопротеина. Коферменты функционируют как непрерывные переносчики определенных функциональных групп.

Многие витамины, органические продукты питания, требуемые в малых количествах в диете, являются предшественниками коферментов.

Ферменты классифицируются в соответствии с реакциями, которые они катализируют. Их называют путем добавления суффикса " аза " к названию их субстрата или слову или фразе, описывающих их активность. Так, уреаза катализирует гидролиз мочевины, а ДНК-полимераза катализирует синтез ДНК. Есть ферменты, такие как пепсин и трипсин, которые в названиях не отражают своих субстратов. Некоторые ферменты имеют два и более наименования. Поэтому существует международное соглашение по классификации ферментов.

Каждый фермент имеет четырех цифровой классификационный номер и систематическое название, которое идентифицирует катализируемую реакцию.

Международная классификация ферментов

Класс	Тип катализируемой реакции
1. Оксидоредуктазы	Передача электронов
2. Трансферазы	Передача функциональных групп
3. Гидролазы	Гидролиз
4. Лиазы	Присоединение групп по двойным связям или образование двойных связей при удалении групп
5. Изомеразы	Перегруппировка молекулы с образованием изомерных форм
6. Лигазы	Образование C-C, C-S, C-O и C-N связей в реакциях конденсации с распадом АТФ на АДФ

В ферменте реализуется специфическое окружение, внутри которого заданная реакция энергетически более предпочтительна. Отличительной особенностью ферментативной реакции является наличие некого "кармана" у фермента, называемого активным центром. Молекула, связываемая активным центром, получила название субстрата. Образование фермент-субстратного комплекса является основой для описания механизма ферментативных реакций.

Е + S ES ЕР Е + Р,