Ферменты

Часть 2

Ферменты – это катализаторы белковой природы, высокоспециализированные молекулы, способные ускорять протекание биохимических реакций. Так как это катализаторы белковой природы, то им соответственно присущи свойства: а) катализаторов; б) белков; в) собственно ферментов, как уникального сочетания каталитических и белковых свойств.

Свойства ферментов, общие с неорганическими катализаторами:

1. катализируют только энергетически возможные реакции

2. не расходуются и не изменяются в ходе реакции

3. не изменяют направления реакции

4. не сдвигают равновесия, а лишь ускоряют его наступление

Свойства ферментов:

1. специфичность – способность ферментов избирательно катализировать реакции. Это свойство объясняется наличием у ферментов активного центра, обладающего сродством только к определенному субстрату.

Активный центр фермента – это участок молекулы фермента, ответственный за взаимодействие с субстратом. Он формируется на уровне третичной структуры и представляет собой совокупность стерически сближенных функциональных групп аминокислотных остатков. Эти функциональные группы комплементарны функциональным группам в составе субстрата, что обеспечивает точность узнавания и присоединения. В активном центре условно выделяют два участка – контактный или якорный, ответственный за узнавание, присоединение и удержание субстрата и каталитический, ответственный за превращение субстрата в продукт. Эти два участка часто перекрываются. У ферментов с четвертичной структурой активных центров несколько (по числу субъединиц).

Виды специфичности:

абсолютная – способность фермента катализировать превращение только одного субстрата. Например ферменты аргиназа и уреаза.

относительная или групповая – способность ферментов катализировать превращение группы веществ имеющих сходное строение. Это сродство к типу связи. Например, относительной специфичностью обладают протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта пепсин и трипсин, участвующие в переваривании белков и гидролизующие пептидные связи, липаза, гидролизующая сложноэфирные связи.

Стереохимическая – способность ферментов катализировать превращение только одного из стереоизомеров: D или L, цис или транс, или.

Например, фермент фумараза катализирует реакцию присоединения Н₂О к фумаровой кислоте, имеющей транс-конформацию, но не может взаимодействовать с малеиновой кислотой – цис-изомером:

НООС–СН НООС –СН–ОН НС–СООН

| + Н₂О | | + Н₂О

НС–СООН Н₂С–СООН НС–СООН

2. Термолабильность – способность ферментов изменять свою активность при изменении температуры. Причём, в отличие от неорганических катализаторов, ферменты активны только в узком интервале температур. Для большинства тканевых ферментов это 20-40^оС. При низких температурах скорость реакции снижается из-за уменьшения внутренней энергии реагирующих молекул. При температурах, больших 50^о происходит денатурация ферментов. Скорость реакции максимальна при 37-40^о (температурный оптимум фермента).

3. Зависимость активности фермента от рН среды. Так как ферменты это белки, то их функционирование возможно только при сохранении третичной структуры, стабилизированной за счет ионных связей. При изменении рН среды происходит изменение степени ионизации функциональных групп на поверхности молекулы фермента, изменение её пространственной структуры и, как следствие, изменение сродства активного центра к субстрату. Для большинства тканевых ферментов оптимум рН лежит в интервале 6-8. Исключения – пепсин, оптимум -1.5; аргиназа –9.

4. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. При низких концентрациях субстрата зависимость прямо пропорциональная. Однако, при достижении определенной скорости, дальнейшее увеличение концентрации субстрата не приводит к её изменению. Это связано с эффектом насыщения активных центров молекулами субстрата. Величиной, характеризующей кинетические свойства фермента является константа Михаэлиса (Кm) численно равная концентрации субстрата, прикоторой скорость реакции равна 1\2 Vmax. У быстрых ферментов Км маленькая, у медленных – большая.

5. зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента. Зависимость прямая.

6. Олигодинамичность – способность фермента в малых концентрациях превращать большое количество субстрата. Молярное соотношение фермент: субстрат – 1:10⁶. 1 г амилазы способен расщепить килограммы крахмала.

Количество молей субстрата, превращаемого в продукт одной молекулой фермента за 1 с, называется числом оборотов фермента или молярной активностью.

7. Активность ферментов можно регулировать.