АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Властивості ферментів

Властивості ферментів випливають з їх білкової природи. Крім того, для ферментів, як біологічних каталізаторів, характерні й певні специфічні ознаки. До них можна віднести термолабільність ферментів, вплив на їх активність рН середовища, специфічність дії ферментів тощо.

Ферменти дуже чутливі до зміни температури, тобто вони є термолабільними речовинами. Ферментативні процеси (на відміну від інших хімічних реакцій) не можуть відбуватися при температурі, вищій за 70-80°С. При високій температурі руйнуються структура та активний центр ферменту, що призводить до втрати його каталітичної активності. При температурах, нижчих за нуль, вони також втрачають ферментативну активність, але не руйнуються. Тому коли низька температура перестає діяти, ферменти відновлюють свою активність.

Для ферментів існує певний температурний оптимум, тобто температура, при якій вони виявляють свою максимальну активність. Температурний оптимум для більшості ферментів, виділених з тваринних організмів, лежить у межах 35-45°С. До цієї межі з підвищенням температури на 10°С швидкість ферментативних реакцій зростає приблизно у два рази. Вище за температурний оптимум каталітична активність ферментів зменшується, а при температурі, яка зумовлює денатурацію білка, зовсім припиняється.

Є окремі ферменти, які характеризуються високою термостійкістю. До них можна віднести папаїн, міокіназу, трипсин та ін.

Вплив рН на активність ферментів. Активність ферментів дуже чутлива до зміни рН середовища. Для кожного ферменту або групи ферментів існує оптимальне значення рН середовища, в якому вони максимально активні. Наприклад, фермент шлункового соку пепсин діє найкраще в кислому середовищі (рН 1,5-2,5), а трипсин, який є у дванадцятипалій кишці, максимально активний при рН 7-8. Більшість ферментів виявляє максимальну активність у слабкокислому, нейтральному або слабколужному середовищі. Зниження або підвищення значення рН середовища, порівняно з оптимальним, супроводжується зменшенням активності ферменту. Це пов'язано з тим, що функціональні групи ферменту, які взаємодіють із субстратом, несуть певний заряд лише при відповідному значенні рН середовища, яке визначається як оптимальне. Зміна реакції середовища призводить до перезарядження функціональних груп, що виключає можливість ферменту взаємодіяти із субстратом. Крім того, концентрація водневих іонів впливає на іонізацію субстрату, фермент-субстратного комплексу і продуктів реакції.

Специфічність дії ферментів. Однією з основних властивостей ферментів, на відміну від інших каталізаторів, є їх висока специфічність. Кожний фермент може каталізувати лише одну або кілька близьких за природою хімічних реакцій. Специфічність ґрунтується на повній відповідності структури субстрату і активного центру ферменту. За образним висловлюванням Е.Фішера, фермент повинен підходити до субстрату, як ключ до замка.

Розрізняють такі типи специфічності: абсолютну, абсолютну групову, відносну групову і стереохімічну, або оптичну.

Абсолютна специфічність характерна для ферментів, які діють лише на один точно визначений субстрат. Прикладом таких ферментів можуть бути уреаза, аргіназа та ін. Так, уреаза каталізує гідролітичне розщеплення сечовини на аміак і вуглекислий газ:

Достатньо замінити один атом водню в амінній групі на метильний радикал або добути будь-яке інше похідне сечовини, як уреаза перестане діяти на таку сполуку.

Абсолютна групова специфічність полягає в тому, що фермент може діяти на ряд близьких субстратів, які побудовані за одним принципом. Тут важливе значення має не тільки вид зв'язку, а й хімічна природа та структура радикалів, що прилягають до нього. Прикладом таких ферментів можуть бути карбоксипептидази і глюкозидази.

Відносна групова специфічність спостерігається тоді, коли фермент діє на різні субстрати з однаковим видом зв'язку. До таких ферментів належать протеолітичні ферменти – пепсин, трипсин і хімотрипсин, які каталізують гідролітичне розщеплення пептидних зв'язків у різних білків. Відносну специфічність мають естерази та інші ферменти.

Стереохімічна специфічність полягає в тому, що фермент діє лише на один з просторових стереоізомерів. Наприклад, α-глюкозидаза розщеплює тільки метил-α-D-глюкозид і не діє на його стереоізомер – метил-β-глюкозид. Стереохімічна специфічність властива не тільки ферментам, які каталізують розпад речовин, а й їх синтез.

Оборотність дії ферментів. Дослідження дії ферментів показало, що вони залежно від умов можуть каталізувати як пряму, так і оборотну реакції. Наприклад, фермент гліколізу глюкозофосфатізомераза каталізує перетворення глюкозо-6-фосфату в фруктозо-6-фосфат. За певних умов вона може каталізувати процес перетворення фруктозо-6-фосфату в глюкозо-6-фосфат. Вперше оборотність дії ферментів виявив ще в 1888р. російський учений О.Я.Данилевський, вивчаючи розщеплення білків ферментами шлункового соку.

Необхідно зазначити, що оборотність дії властива не всім ферментам. Цілий ряд реакцій синтезу і розпаду однієї й тієї самої сполуки каталізується різними ферментами.

Дія на ферменти активаторів та інгібіторів. На активність ферментів часто впливає наявність у розчинах ряду хімічних сполук. Одні з них підвищують активність ферментів, інші знижують. Перші називаються активаторами, а другі – інгібіторами (паралізаторами).

До речовин, які діють на ферменти як активатори, належать катіони металів і деякі аніони. Особливо часто як активатори ферментів використовують катіони магнію, калію, кальцію, марганцю, натрію, цинку, кобальту, аніони хлору. Наприклад, фермент аденозинтрифосфатаза м'язів, що каталізує розщеплення АТФ на АДФ і ортофосфорну кислоту, активується іонами кальцію, а аденозинтрифосфатаза в мембранах клітин активується катіонами натрію і калію. Амілаза слини та амілаза підшлункової залози активується аніонами хлору. У ряді випадків катіони металів – заліза, магнію, цинку і деяких інших входять до складу простетичної групи ферментів і полегшують утворення фермент-субстратного комплексу. В інших випадках іони металів сприяють приєднанню небілкової частини до апофермента або забезпечують утворення четвертинної структури ферментів.

Функцію активаторів ферментів можуть виконувати також і органічні речовини. Так, дія ліпази активується жовчними кислотами, а тканинні протеази підвищують свою активність внаслідок дії на них сполук, що містять сульфгідрильні групи – цистеїну, глутатіону тощо.

Інгібітори спричинюють гальмування ферментативних процесів. Механізм дії інгібіторів досить різний, та здебільшого він зводиться до двох типів гальмування: конкурентного і неконкурентного.

При конкурентному гальмуванні інгібітор має структуру, подібну до субстрату, тому між ними і виникає конкуренція за взаємодію з ферментом. Оскільки інгібітор є структурним аналогом субстрату, то він зв'язується з активним центром ферменту і кількість утворюваного фермент-субстратного комплексу зменшується, а тому знижується і ферментативна активність. Однак це гальмування є оборотним, бо після видалення інгібітора відновлюється здатність ферменту взаємодіяти із субстратом. Між субстратом і інгібітором існує певне кількісне співвідношення. Якщо концентрація інгібітора більша за концентрацію субстрату (І>S), то інгібітор, зв'язуючись з ферментом, виключає його з відповідної реакції і субстрат не розщеплюється.

Якщо відбувається зворотне явище, тобто концентрація субстрату більша, ніж інгібітора (S>І), то з ферментом зв'язуватиметься субстрат, який далі розпадатиметься з утворенням продуктів реакції. Отже, дія конкурентних інгібіторів може послаблюватись або повністю зникати з підвищенням концентрації субстрату в навколишньому середовищі.

Прикладом такого інгібітора може бути малонова кислота (НООС—СН₂—СООН). Вона є конкурентним інгібітором сукцинатдегідрогенази, а її субстратом – янтарна кислота (НООС—СН₂—СН₂—СООН).

При неконкурентному гальмуванні інгібітор взаємодіє з важливими функціональними групами ферменту, які розміщені в більшості випадків на ділянці алостеричного центру ферменту. Це призводить до зміни структури активного центру і субстрат не може з ним з'єднуватися, тобто фермент інактивується. Такий тип гальмування каталітичної активності ферментів називається ще алостеричним.

Алостерична регуляція активності ферментів. Суть даного виду регуляції дії ферментів полягає в тому, що ті або інші речовини діють на алостеричний центр, а останній, залежно від природи цих речовин, може зумовлювати відповідні структурні зміни в активному центрі. В одних випадках ці зміни спричиняють руйнування активного центру ферменту, а отже, і його інактивацію. В інших – можуть виникати такі структурні зміни в активному центрі, які активують функцію ферментів.

Регулюючу дію на ферменти через алостеричні центри можуть виявляти гормони, продукти обміну речовин, медіатори нервової системи та інші речовини. Їх називають алостеричними ефекторами. Наприклад, збільшення кон­центрації молочної кислоти, яка є кінцевим продуктом гліколізу (молочнокислого бродіння), призводить до зниження активності гексокінази, тобто ферменту, що каталізує процес фосфорилювання глюкози. Це в свою чергу гальмує всі основні етапи гліколізу, які ведуть до утворення молочної кислоти. Коли концентрація молочної кислоти знижується до норми, активність гексокінази відновлюється. У цьому випадку регулюючий вплив молочної кислоти відбувається за принципом зворотного зв'язку.

Відомо, що речовини, які утворюються у клітинах, є продуктами кількох послідовних реакцій. Щоб припинити процес утворення певної речовини, достатньо виключити якусь одну ланку цього процесу. Це свідчить про те, що вбагатоступеневих процесах є один або незначна кількість ферментів, які мають алостеричні властивості. Такі ферменти ще називають регуляторними. До них належать ферменти, які каталізують початкові реакції великих біохімічних циклів або вузлові реакції, тобто такі, які відбуваються на межі кількох циклів. Як бачимо, регуляторних ферментів існує значно менше, ніж звичайних. Дослідження показали, що регуляторні ферменти – це здебільшого складні ферменти. Їм властива четвертинна структура, яка складається з кількох субодиниць. В одній з них міститься каталітичний центр, в іншій – алостеричний.

Дата добавления: 2015-08-06 | Просмотры: 1093 | Нарушение авторских прав