Понятие о ферментах
Ферментами (энзимами) называют растворимые или связанные с мембранами белки, наделенные каталитической активностью.(Кроме белков каталитическую активность в организме могут проявлять некоторые РНК (рибозимы) и антитела (абзимы), однако они в тысячи раз менее эффективны, чем ферменты.) Эти названия произошли от латинского «fermentatio» — брожение и греческого «en zym» — внутри закваски. Они напоминают о первых источниках ферментов. Биохимии, которая изучает ферменты, называется энзимология. На схемах и в уравнениях реакций молекулы ферментов обозначают — Е. Вещества, превращения которых катализируют ферменты, называют субстратами (S). Продуктыэнзиматической реакцииобозначают — Р. Так как ферменты являются белками, их получают в гомогенном виде теми же способами, что и другие белки. Для ферментов характерны физико-химические свойства, присущие белкам.
Отличие ферментов от неорганических катализаторов:
а) ускоряют реакции значительно эффективнее;
б) наделены высокой специфичностью действия;
в) подвергаются регуляции в физиологических условиях;
г) действуют в мягких условиях.
Строение ферментов
Ферментами могут являться как простые, так и сложные (конъюгированные) белки, в состав которых могут входить липиды, углеводы, ионы металлов, азотистые основания, производные витаминов. В организме ферменты могут функционировать как в растворимом состоянии, так и в виде нерастворимых комплексов или входить в состав биологических мембран.
Отличительной особенностью ферментов является наличие активного центра. Активный центр -это уникальная комбинация сближенных в пространстве аминокислотных остатков, которая обеспечивает:
а) узнавание молекулы субстрата,
б) связывание субстрата с ферментом,
в) осуществление каталитического превращения (в случае сложного фермента в акте катализа также принимает участие кофермент, входящий в состав активного центра).
Активный центр возникает в тот момент, когда белок сворачивается и принимает свою нативную (активную) конформацию. Структура активного центра может изменятся при взаимодействии с субстратом. По образному выражению Д. Кошланда субстрат подходит к активному центру как рука к перчатке.
Одна молекула фермента, особенно если она состоит из нескольких субъединиц, может содержать более одного активного центра.
В активном центре имеются два участка. Первый участок отвечает за узнавание и связывание субстрата. Он называется субстрат-связывающим участком или якорной площадкой. Второй участок называется каталитическим, в его состав входят аминокислотные остатки, принимающие участие в акте катализа.
Ферменты представляют белки, сильно различающиеся по молекулярной массе и сложности строения. Примером фермента с небольшой молекулой является рибонуклеаза, состоящая из одной субъединицы с молекулярной массой 13700 Дa. (У рибонуклеазы определена аминокислотная последовательность. В 1969 г. рибонуклеаза была синтезирована в лаборатории Б.Меррифилда в Нью-Йорке.) Многие ферменты состоят из нескольких субъединиц, например, лактатдегидрогеназа состоит из четырех субъединиц двух видов. К настоящему времени известно несколько мультиферментных комплексов, состоящих из десятков различных субъединиц и нескольких типов коферментов. Например, пируватдегидрогеназный комплекс состоит из 60 субъединиц трех типов и пяти типов кофакторов. Молекулярная масса такого комплекса составляет 2,3*106 — 10*106 Дa в зависимости от источника фермента. Молекула фермента может быть меньше, чем молекула субстрата. Например: молекулы ферментов амилазы и рибонуклеазы меньше, чем молекулы их субстратов – крахмала и РНК.
Белковая часть сложных ферментов каталитически неактивна и называется апоферментом. Связывание апофермента с небелковым компонентом приводит к образованию каталитически активного фермента (холофермента):
ФЕРМЕНТЫ 1. ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ ПО БИОХИМИИ