Структурная организация ферментов

Ферменты - это биологические катализаторы белковой природы, образующиеся и функционирующие во всех живых организмах.

Однокомпонентные ферменты представляют собой простые белки. Из 2000 известных ферментов на долю однокомпонентных ферментов приходится около половины. Однокомпонентными ферментами являются все гидролазы, некоторые трансферазы, лиазы и изомеразы.

Двухкомпонентные ферменты представляют собой сложные белки. К ним относятся все лигазы, большинство оксидоредуктаз и трансфераз, часть лиаз и изомераз.

Двухкомпонентные ферменты состоят из апофермента и кофактора. Апофермент - это белковая часть двухкомпонентного фермента. Кофактор - это небелковая часть двухкомпонентного фермента. В роли кофакторов могут выступать ионы металлов и (или) сложные органические соединения. Кофактор органической природы, связанный с апоферментом ковалентными связями, называется простетической группой. Во всех остальных случаях кофактор органической природы, связанный с апоферментом не- ковалентными связями, называется коферментом. Одно и тоже соединение (например, ФАД) может выступать как кофермент (в составе оксидазы D-аминокислот) и как простетическая группа (в составе сукцинатдегидрогеназы). Во взаимодействии с кофактором непосредственное участие принимает строго определенный участок апофермента - кофактор-связывающий домен. Различные апоферменты, соединяющиеся с одним и тем же кофактором, обладают сходной структурой этого домена.

Ферменты, функционирующие в форме комплексов с металлом, называются металлоферментами. По прочности связи металлов с белками их условно разделяют на истинные металлоферменты и ферменты, активируемые металлами. Ионы металлов в истинных металлоферментах связаны с определенными группами белка координационными связями Прочные комплексы с апоферментом дают ионы меди, кобальта, никеля, железа, цинка, селена, молибдена.

В качестве коферментов и простетических групп могут выступать:

-производные витаминов, (коферментные функции витаминов см. в табл. 2.2)

-нуклеотиды и их производные (в частности УДФ-глюкоза),

-фосфорные эфиры некоторых моносахаридов (глюкозо-1,6-дифосфат, 2,3дифосфоглицерат),

-тетрапирролы или металлопорфирины (гемы и хлорофиллы),

-глутатион (трипептид).

Порознь кофактор и апофермент мало активны или вообще не активны. Каталитической активностью обладает лишь их комплекс - холофермент.

Апофермент определяет субстратную специфичность и высокую каталитическую активность. Иногда апофермент обусловливает также и специфичность действия, в частности, специфичность действия ряда пиридоксалевых ферментов определяется апоферментом.

Кофактор стабилизирует апофермент, способствует формированию каталитически активной конформации (определенной третичной или четвертичной структуры), входит в состав активного центра и принимает непосредственное участие в катализе, обусловливая, как правило, направленность реакции (специфичность действия).

Кофермент можно рассматривать и как второй субстрат по двум причинам. Во-первых, кофермент претерпевает химические изменения, в точности противоположные изменениям, которые происходят в субстрате. Например, в окислительно-восстано-вительных дегидрогеназных реакциях молекула субстрата окисляется, а молекула кофермента восстанавливается.

Табл.2.2