Будова ферментів: активний (каталітичний, адсорбційний) центри; алостеричний. Апофермент, кофермент

Тема: Ферменти

План

Визначення поняття: фермент. Відзначні ознаки біологічних каталізаторів від неорганічних. Властивості ферментів.

Будова ферментів: активний (каталітичний, адсорбційний) центри; алостеричний. Апофермент, кофермент.

3. Фактори, які впливають на швидкість ферментативної реакції.

4. Особливості і кінетика ферментативного каталізу.

5. Одиниці активності і специфічність ферментів.

6. Класифікація ферментів.

Ферменти (ензими) − високоспеціалізовані білкові сполуки, які є біокаталізаторами біохімічних процесів, тобто прискорюють протікання хімічних реакцій в живих організмах. Вони синтезуються клітинами організму. Деякі клітини можуть містити до 1000 різних ферментів.

Каталізатор – речовина, що прискорює хімічну реакцію, але сама в ході цієї реакції не витрачається.

Відзначні ознаки біологічних каталізаторів від неорганічних:

1. Швидкість біокаталізу вища. Це пов’язано із зниженням ферментами енергії активації (Еа) між ферментом та субстратом. У результаті 1 фермент може впливати на 1 млн. субстратів (розщеплюючи чи сполучаючи їх).

2. Ферменти проявляють високу специфічність. Кожний фермент специфічний тільки до одного субстрату.

3. Ферменти каталізують у звичайних умовах (t=36^о С, рН=7).

4. Ферменти – каталізатори з регулюючою активністю.

5. Швидкість ферментативної реакції прямо пропорційна кількості ферменту.

Властивості ферментів:

1. Всі ферменти білкової природи (прості та складні).

2. Всі ферменти термолабільні, тобто оптимум дії 0⁰-45⁰С.

3. Ферменти специфічні; відрізняють абсолютну та відносну специфічність.

4. Ферменти для своєї дії потребують суворо визначного значення рН середовища.

5. Ферменти мають високу каталітичну активність.

Будова ферментів: активний (каталітичний, адсорбційний) центри; алостеричний. Апофермент, кофермент.

За своєю хімічною природою ферменти можуть бути як простими, так і складними білками. Білкова частина ферменту одержала назву апофермент, небілкова - кофермент. Хімічна будова коферментів, їх функції і механізм дії дуже різноманітні. У побудові коферментів беруть участь похідні ряду вітамінів, нуклеотиди, залізопорфіринові структури та інші органічні сполуки.

За своєю хімічною природою ферменти можуть бути як простими, так і складними білками. Білкова частина ферменту одержала назву апофермент, небілкова – кофермент. Хімічна будова коферментів, їх функції і механізм дії дуже різноманітні. У побудові коферментів беруть участь похідні ряду вітамінів, нуклеотиди, залізопорфіринові структури та інші органічні сполуки.

Коферменти за їхніми функціями у ферментативному каталізі поділяють на 3 основні групи:

1. Коферменти – переносники водню і електронів.

2. Коферменти – переносники угруповань.

3. Коферменти синтезу, ізомеризації й розщеплення вуглець-вуглецевих зв'язків ( – С – С – ).

Ферменти мають фізико-хімічні властивості, характерні для білків. Особливостями структури білкової молекули ферментів, гнучкістю їх третинної й четвертинної структур пояснюються такі властивості ферментів і висока специфічність дії, як залежність активності від температури і величини рН. На активність ферментів впливає наявність у навколишньому середовищі різних хімічних сполук, які можуть або підвищувати (активатори), або знижувати (інгібітори) активність ферментів. Для позначення активаторів і інгібіторів часто користуються термінами ефектори або модифікатори.

Ферменти мають фізико-хімічні властивості, характерні для білків. Особливостями структури білкової молекули ферментів, гнучкістю їх третинної й четвертинної структур пояснюються такі властивості ферментів, як залежність активності від температури, від величини рН і висока специфічність дії. На активність ферментів впливає наявність у навколишньому середовищі різних хімічних сполук, які можуть або підвищувати (активатори), або знижувати (інгібітори) активність ферментів. Для позначення

Субстратом (S) називають речовину, хімічні перетворення якого в продукт (Р) каталізує фермент (Е). Та ділянка поверхні молекули ферменту, що безпосередньо взаємодіє з молекулою субстрату, називається активним центром ферменту.активаторів і інгібіторів часто користуються термінами ефектори або модифікатори.

У структурі ферменту − простого або складного білку − відрізняють ряд ділянок, які мають певну функцію. Це активний та алостеричні центри. В утворенні фермент-субстратного комплексу бере участь невелика частина молекули ферменту, яка має назву активний центр.

Активний центр ферменту утворений із залишків амінокислот, що знаходяться в складі різних ділянок поліпептидного ланцюга або різних поліпептидних ланцюгів, просторово зближених. Утворюється на рівні третинної структури білка-ферменту.

У його межах розрізняють адсорбційну ділянку і каталітичну ділянку.

Каталітичний центр – це та область (зона) активного центру ферменту, що безпосередньо бере участь у хімічних перетвореннях субстрату. Формується він за рахунок радикалів двох, іноді трьох амінокислот, розташованих у різних місцях поліпептидного ланцюга ферменту, але просторово зближених між собою за рахунок вигинів цього ланцюга.

Наприклад, каталітичний центр "серин-гістидинових" ферментів формується за рахунок радикалів амінокислот серину і гістидину. Якщо фермент є складним білком, то у формуванні каталітичного центру нерідко бере участь простетична група молекули ферменту (кофермент). Коферментну функцію виконують усі водорозчинні вітаміни і жиророзчинний вітамін K.

Адсорбційний центр – це ділянка активного центра молекули ферменту, на якому відбувається сорбція (зв'язування) молекули субстрату. Він формується одним, двома, частіше трьома радикалами амінокислот, що звичайно розташовані поруч з каталітичним центром. Головна функція адсорбційного центру – зв'язування молекули субстрату і передача цієї молекули каталітичному центрові в найбільш зручному положенні (для каталітичного центра). Ця сорбція відбувається тільки за рахунок слабких типів зв’язків і тому є зворотньою. В міру формування цих зв'язків відбувається конформаційна перебудова адсорбційного центру, що призводить до більш тісного зближення субстрату й активного центру ферменту, більш точній відповідності між їх просторовими конфігураціями.

Саме структура адсорбційного центра визначає субстратну специфічність ферменту, тобто вимоги ферменту до молекули хімічної речовини, щоб вона могла стати для нього подібним субстратом.

Деякі речовини, що володіють подібними характеристиками (тобто схожі на субстрат), можуть теж зв'язуватися з адсорбційним центром ферменту. Але якщо в їхній молекулі немає такого хімічного зв'язку, на який може впливати каталітичний центр даного ферменту, то хімічних перетворень цієї речовини не відбудеться. Займаючи активний центр ферменту, такі молекули блокують його роботу, тобто є зворотніми інгібіторами даного ферменту (оборотними, тому що зв'язані з ферментом слабкими типами зв'язків). Підвищуючи концентрацію субстрату, їх можна витиснути з адсорбційного центру. Тому такі інгібітори називають конкурентними. Вони конкурують із субстратом даного ферменту за володіння його адсорбційним центром.

Алостеричними центрами називають такі ділянки молекули ферменту поза його активним центром, що здатні зв'язуватися слабкими типами зв’язків (означає – зворотньо) з тою або іншою речовиною (лігандом). Таке зв'язування приводить до такої конформаційної перебудови молекули ферменту, що поширюється і на активний центр, полегшуючи, або затрудняючи (сповільнюючи) його роботу. Відповідно такі речовини називаються алостеричними активаторамиабо алостеричними інгібіторами даного ферменту.

Термін "алостеричний" (тобто, який "має іншу просторову структуру") з'явився в зв'язку з тим, що ці ефектори по своїй просторовій конфігурації зовсім не схожі на молекулу субстрату даного ферменту (і тому не можуть зв'язуватися з активним центром ферменту).

Алостеричні центри знайдені не у всіх ферментів. Вони є в тих ферментів, робота яких може змінюватися під дією гормонів, медіаторів і інших біологічно активних речовин. Деякі штучно синтезовані ліки мають біологічну активність тому, що їх молекули комплементарні алостеричному центрові деяких ферментів організму.

Крім того, поза активним центром ферменту зустрічаються особливі функціональні ділянки; кожний з них позначають терміном алостеричний центр.

Функціональні групи активного центру вступають у сполучання із субстратом і беруть участь у каталізі. Теорія "ключа і замка", запропонована Е. Фішером, пояснює специфічність ферменту стосовно певного субстрату тим, що активний центр ферменту має жорстку структуру, суворо комплементарну молекулярній структурі субстрату. Фішер у 1894 р. запропонував наступну схему протікання ферментативної реакції:

Е + S ↔ [ES] → Е + Р, де Е – ензим (фермент), S – субстрат, Р – продукт.

Останнім часом широке визнання одержала гіпотеза рухливого активного центра Д. Кошланда: взаємодія субстрату з ферментом приводить до зміни конформацій активного центра й утворенню комплементарної структури між активним центром і субстратом.

Алостеричний центр представляє собою ділянку ферменту, яка в молекулі ферменту просторово розділена з активним центром. До нього можуть приєднуватися різні хімічні речовини, які отримали назву алостеричних ефекторів чи модуляторів; при цьому вони змінюють просторову конфігурацію ферменту, переводячи фермент в активну чи неактивну форму, таким чином сприяють утворенню або роз’єднанню активного центру. Модуляторами можуть бути гормони, продукти їх обміну, медіатори, проміжні та кінцеві продукти реакцій (метаболіти) та ін.