III
Ферменты
Ферменты - это биокатализаторы, образующиеся в клетке и представляющие собой либо простые белки,
либо сложные, содержащие неаминокислотные компоненты.
Коферменты часто участвуют в переносе электронов или функциональных групп (водородный атом, аце-
тил, метил, аминогруппы и т.д.). Как и витамины, коферменты входят в качестве необходимого компонента
в пищу и не могут синтезироваться в органах по крайней мере высших организмов.
Ферменты ускоряют биологические реакции, снижая энергию активации и не изменяя положения равнове-
сия. Механизм их действия состоит в образовании комплекса ES между ферментом и субстратом, который
вступает в химическую реакцию, после чего образовавшийся комплекс фермента с продуктом ЕР распадается
до исходного фермента и продукта. Существование некоторых фермент-субстратных комплексов было дока-
зано как косвенными (спектрофотометрия), так и прямыми методами (химическое выделение).
Субстрат связывается активным центром или участком фермента, который можно представить себе как
пространственную организацию определенных аминокислот белковой части фермента с возможным участием
простетической группы кофермента. Аминокислотами, часто играющими важную роль в активном центре,
являются серин (ОН-группа) и гистидин (азот имидазольного кольца). Некоторые ферменты синтезируются
непосредственно в активном виде, другие в виде неактивных проферментов (пепсиноген, трипсиноген) или
имеют неактивную конформацию, в которой они существуют часть своей жизни (аллостерические ферменты).
Для того чтобы начать функционировать, они должны быть активированы за счет специальных процессов.
Реакции, катализируемые ферментами, протекают с различными скоростями, зависящими от
а) количества или активности фермента,
б) концентрации субстрата,
в) рН и состава раствора,
г) температуры,
д) присутствия активаторов и ингибиторов.
а. Так как концентрацию ферментов в живой клетке трудно измерить, мы часто говорим об активности
ферментов. Активность фермента измеряется в международных единицах (ME), соответствующих активности,
превращающей 1 мкмоль субстрата в мин, или, как это было введено недавно, в каталах (кат), соответствую-
щих активности, превращающей 1 моль субстрата в секунду. Удельная активность выделенного фермента вы-
ражается в единицах на 1 мг белка. Специфичность фермента определяется типами структур, которые могут
превращаться под действием фермента. Если специфичность абсолютна, фермент может катализировать хи-
мическое превращение единственного соединения, если же она относительна, несколько близких соединений
могут быть субстратами одного и того же фермента. Стереоспецифичность фермента указывает на то, что
фермент связывает определенный стереоизомер (L- или D-форму). Следует отметить, что один и тот же суб-
страт может быть превращен несколькими теоретически возможными реакциями, катализируемыми раз-
личными ферментами. Это обстоятельство важно в некоторых процессах, контролирующих метаболизм.
б. При низких концентрациях субстрата ферментативная реакция протекает в соответствии с кинетикой
реакций первого порядка, т.е. ее скорость пропорциональна концентрации субстрата. При высоких концентра-
циях субстрата реакция имеет нулевой порядок, т.е. фермент насыщен своим субстратом. Каждая фермента-
тивная реакция характеризуется константой Михаэлиса К
m
, она определяется как концентрация субстрата,
при которой ферментативная реакция протекает со скоростью, равной половине от максимальной. Константа
Михаэлиса не идентична константе диссоциации фермент-субстратного комплекса К
s
, точно так же, как
обратная величина не идентична константе ассоциации этого комплекса.
в. Для каждой ферментативной реакции существует оптимальное значение рН.
г. Каждая ферментативная реакция протекает наиболее быстро при определенной температуре.
д. Активаторы и ингибиторы ферментативной реакции - это соединения, ускоряющие и замедляющие ее
соответственно.
31