2015-04-08
1058
В организме протекает множество химических ферментативных реакций. Совокупность этих реакций объединяют термином метаболизм. Многие из протекающих реакций объединены в метаболические (ферментативные) цепи, в которых продукт реакции, катализируемой первым ферментом, становится субстратом для следующей реакции, катализируемой вторым ферментом, и т.д.
E1Е2Е3Е4
А В СDF
На каждой из последовательных стадий метаболического пути происходит обычно лишь небольшое химическое изменение – удаление или присоединение какого-нибудь атома, молекулы или функциональной групп
Метаболизм складывается из двух фаз – катаболизма и анаболизма. При катаболизме происходит расщепление сложных органических молекул до промежуточных метаболитови затем до конечных продуктов (СО2 и воды); при этом происходит освобождение энергии и восстановление коферментов.
В ходе реакций анаболизма из молекул-предшественников с использованием восстановленных коферментов и энергии происходит синтез мономеров и полимеров. Реакции анаболизма и катаболизма протекают параллельно, но регулируются независимо.
|
|
|
Все реакции метаболизма осуществляются ферментами. Ферменты – это биокатализаторы белковой природы. Как и все остальные катализаторы (кислоты, щелочи), ферменты имеют ряд общих с ними свойств: не расходуются при реакциях, ускоряют только возможные реакции, не изменяют направления реакции, не изменяют положения равновесия в обратимых реакциях. Но по сравнению с другими катализаторами ферменты имеют ряд отличий: обладают гораздо большей активностью (ускоряют реакции в 108 – 1011 раз), работают в мягких условиях (температура 37 градусов, рН 7, давление 1 атм.). Ферменты также обладают специфичностью или избирательностью действия. Специфичность бывает абсолютной (при этом фермент катализирует превращение одного субстрата) и относительной (при этом фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих сходное строение и общий тип химической связи). Кроме того, активность ферментов в отличие от небиологических катализаторов регулируется.
Ферменты имеют ряд свойств, которые подтверждаютих белковую природу: молекулярная масса ферментов лежит в диапазоне 104 – 106 ДА, для них характерна колоколообразная зависимость скорости реакции от температуры и рН среды, они способны денатурироваться тяжелыми металлами, растворителями, излучениями.
1.1. СТРОЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ
Биологические функции фермента связаны с наличием в его структуре активного центра. Вещество, взаимодействующее с ферментом, называется субстратом. Тогда активный центр фермента – это место на его поверхности, где происходит связывание и каталитическое превращение субстрата. В активном центре выделяют участок связывания, который обеспечивает субстратную специфичность, и каталитический участок, который осуществляет химическое превращение субстрата. Однако, эти участки не всегда имеют четкое пространственное разделение и иногда могут «перекрываться». Активный центр формируется в третичной структуре и состоит из нескольких аминокислотных остатков, которые оказались сближенными при формировании третичной структуры, в то время как в первичной структуре эти аминокислотные остатки могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние. У большинства ферментов в состав активного центра (помимо аминокислотных остатков) входит еще небелковый компонент – кофактор. Белковая часть молекулы фермента называют апоферментом, а комплекс апофермента и кофактора – холоферментом. В роли кофакторов могут выступать ионы металлов и органические соединения – чаще всего производные витаминов. Их называют коферментами (табл. 1).
|
|
|
Апофермент обеспечивает специфичность действия и отвечает за выбор типа химического превращения субстрата, а кофермент обычно участвует в переносефункциональных групп. Один и тот же кофермент, взаимодействуя с различными апоферментами, может участвовать в разных превращениях субстрата.
Таблица 1. Коферменты
| № | Кофермент | Витамин | Основная функция |
| .1 | Тиаминпирофосфат | В1 – тиамин | Декарбоксилирование a-кетокислот |
| НАД – никотинамид-адениндинуклеотид | РР – никотинат | Перенос Н | |
| НАДФ – НАД-фосфат | –//– | –//– | |
| ФМН – флавинмононук-леотид | В2 – рибофлавин | –//– | |
| ФАД – флавинаденин-динуклеотид | –//– | –//– | |
| КоQ (убихинон) | –– | –//– | |
| Липоевая кислота | –– | –//– | |
| Пиридоксальфосфат | В6 – пиридоксин | Перенос NH2, декарбоксилирование | |
| Биотин | Н – биотин | Присоединение СО2 | |
| Тетрагидрофолат | Фолиевая кислота | Перенос С1 | |
| КоА – кофермент ацилирования | Пантотеновая кислота | Перенос ацилов | |
| Кобаламины | В12 – кобаламины | Перенос С1, изомеризация | |
| ГЕМ | –– | Перенос электронов | |
| Нафтогидрохиноны | К – нафтогидрохиноны | g-карбоксилирование глутамата |
Любая ферментативная реакция протекает в два этапа. Сначала в активном центре субстрат при помощи нековалентных связей взаимодействует с ферментом, формируя фермент-субстратный комплекс. В каталитическом участке субстрат претерпевает химическое превращение в продукт, который затем освобождается из активного центра фермента. Схематично процесс катализа можно представить следующим уравнением:
Е + S®ES®EP®E + Р
(где Е– фермент, S – субстрат, Р – продукт)
