ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ
Ферменты — это высокомолекулярные соединения, амфотерные электролиты, характерными свойствами которых являются:
— гидрофильность;
— высаливание;
— денатурация;
— свойства коллоидных систем;
— оптимум рН;
— температурный оптимум;
— высокая специфичность действия;
— активация и ингибирование ферментов
Влияние температуры на активность ферментов
Для ферментативных реакций справедливо правило Вант-Гоф-фа: с повышением температуры на 10 °С скорость реакции возрастает в 2—4 раза:
Данная зависимость сохраняется до определенного температурного уровня _ температурного оптимума. Для большинства ферментов температурный оптимум находится в диапазоне 35...45 °С. Повыш. температуры выше оптимума приводит к снижению активности: при t > 70 °С фермент инактивируется, т. е. теряет биологическую активность. Так как фермент является белком, то при повышении температуры происходит его денатурация, меняется структ. активного центра, в результате фермент не может реагировать с субстратом. Исключением являются миокиназа, которая проявляет активность при 100 °С, и каталаза, активная при 0 °С.
Оптимум рН
Ферменты проявляют максимальную активность при оптимальном физиологическом диапазоне рН (см. приложение). Например, оптимум рН для сахаразы — 6,2, для пепсина — 1,5—2,5.
Обратимость действия
Некоторые ферменты могут катализировать прямую и обратную реакции.
Специфичность {избирательность) действия
Фермент может катализировать одну или несколько близких по природе химических реакций. В основе специфичности лежит гипотеза Э. Фишера: строгое соответствие структуры субстрата и активного центра, как ключ к замку.
Специфичность может быть относительной и абсолютной.
Относительная специфичность характерна для ферментов, действующих на определенный тип связи. К ферментам с относительной специфичностью относятся эстеразы (гидролиз по местоположению эфирных связей) и протеиназы (гидролиз пептидной связи —N—С—).
Абсолютная специфичность (абсолютная избирательность) заключается в том, что фермент катализирует превращение только одного субстрата конкретной структуры.
Например: Е S
Сахараза Сахароза
Аргиназа Аргинин
К абсолютной специфичности относится и стереохимическая специфичность, т. е. воздействие фермента на определенный стереоизомер.
Активация фермента. Активаторы. Ингибирование. Ингибиторы
Активацией называется увеличение активности ферментов, активаторами— вещества, повышающие активность ферментов.
Активатор Фермент
Н+ Пепсин
Н+ Гастриксин
С1~ Амилаза
Желчные кислоты Липаза
Трипсин, Протеолитические ферменты
энтерокиназа тонкого кишечника
Активаторами могут быть ионы металлов (Na+, K+, Mg2+).
Одним из видов процесса активации является процесс самоактивации ферментов. Ферменты имеют проферменты (зимогены) — неактивные формы ферментов, когда активный центр замаскирован дополнительным участком пептидной цепи, в результате чего субстрат не может подойти к активному центру. Превращение зимогена в активный фермент в результате удаления участка пептидной цепи и освобождения активного центра называется самоактивацией.
Профермент Фермент
Пепсиноген Пепсин
Трипсиноген Трипсин
Химотрипсиноген Химотрипсин
Проэластаза Эластаза
Понижение скорости ферментативной реакции под воздействием ингибиторов называется ингибированием, соответственно ингибиторы — это вещества, которые угнетают действие ферментов. Ингибиторами являются ионы тяжелых металлов, кислоты, щелочи, спирты и др.
Ингибирование может быть как обратимым, так и необратимым.
При необратимом ингибировании фермент теряет свою активность полностью в связи с разрушением структуры (денатурацией). К ингибиторам относятся денатурирующие физические и химические факторы.
Обратимое ингибирование — это обратимое взаимодействие фермента с субстратом. Обратимое ингибирование может быть конкурентным и неконкурентным.
При конкурентном обратимом ингибировании происходит "конкуренция" между субстратом и ингибитором за взаимодействие с активным центром фермента. Субстрат и ингибиторы — структурные аналоги. Ингибитор (У), конкурируя с субстратом (S), образует с ферментом (Е) ингибиторно-ферментный комплекс (ЕУ):
Е + S + У <----------> ЕУ + S(ингибиторно-ферментный комплекс)
Неконкурентное, или аллостерическое (от греч. allos — другой), ингибирование основано на том, что ингибитор не является структурным аналогом субстрата и соединяется не с активным, а с аллостерическим центром, в результате чего происходит изменение структуры фермента, и активный центр не может присоединить субстрат.
Важную роль в регуляции действия ферментов играет их компартментация, т. е. локализация в субклеточных структурах.