Свойства ферментов

1. Свойства ферментов.

Термолабильность ферментов объясняется тем, что температура, с одной стороны, воздействует на белковую часть фермента, приводя при слишком высоких значениях к денатурации белка и снижению каталитической функции, а с другой стороны, оказывает влияние на скорость реакции образования фермент-субстратного комплекса и на все последующие этапы преобразования субстрата, что ведет к усилению катализа.

Различают два  главных вида специфичности ферментов: СУБСТРАТНУЮ СПЕЦИФИЧНОСТЬ и  СПЕЦИФИЧНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ.

Специфичность действия - это способность фермента катализировать только определенный тип химической реакции.

Субстратная специфичность - это способность фермента катализировать превращения только одного определенного субстрата или же группы сходных по строению субстратов. Специфичность к субстрату обусловлена комплементарностью структуры субстратсвязывающего центра фермента структуре субстрата.

Ферменты могут различаться  по субстратной специфичности и  обладать абсолютной специфичностью, т.е. действовать только на один субстрат или даже стереоспецифичностыо (когда фермент взаимодействует с определенным оптическим и геометрическим изомером).

Некоторые ферменты проявляют более  широкую специфичность (групповая или относительная специфичность) и взаимодействуют со многими веществами, имеющими похожую структуру (протеазы ускоряют гидролиз пептидных связей в белках, липазы ускоряют расщепление эфирных связей в липидах).

2)ОСНОВНЫЕ  ЭТАПЫ  ФЕРМЕНТАТИВНОГО  КАТАЛИЗА

1 этап. ОРИЕНТИРОВАННАЯ  СОРБЦИЯ СУБСТРАТА НА АКТИВНОМ  ЦЕНТРЕ ФЕРМЕНТА С ОБРАЗОВАНИЕМ  ОБРАТИМОГО E-S КОМПЛЕКСА (ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО). На этом этапе происходит взаимодействие  адсорбционного центра фермента  с молекулой субстрата. При  этом и субстрат подвергается  конформационной перестройке. Все это происходит за счет возникновения слабых типов связей между субстратом и адсорбционным центром фермента. В результате этого молекула субстрата подается  на каталитический центр в наиболее удобном для него положении. Этот этап является легко обратимым, потому что здесь участвуют только слабые типы связей.

2 этап.  ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ  МОЛЕКУЛЫ СУБСТРАТА В СОСТАВЕ  ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО КОМПЛЕКСА  С ОБРАЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ФЕРМЕНТА  С ХИМИЧЕСКИ ПРЕОБРАЗОВАННЫМ  СУБСТРАТОМ. На этом этапе разрываются  одни ковалентные связи  и   возникают новые. Поэтому этот  этап протекает значительно медленнее,  чем 1-й и 3-й этапы. Именно  скорость второго этапа определяет  скорость всей ферментативной  реакции в целом.

3 этап.  ДЕСОРБЦИЯ  ГОТОВОГО  ПРОДУКТА ИЗ ЕГО КОМПЛЕКСА  С ФЕРМЕНТОМ. В результате  образования продукта, комплементарность снижается (или исчезает), а после диссоциации продукта фермент возвращается в исходное состояние. Он, как и 2-й этап, тоже необратим. Исключение - обратимые ферментативные реакции.

3) Ингибиторы, виды ингибиторов, виды ингибирования.

Действие ферментов можно  полностью или частично подавить (ингибировать) определенными химическими  веществами – ингибиторами.

Обратимые ингибиторы — это соединения, которые нековалентно взаимодействуют с ферментом и могут диссоциировать от фермента.

Обратимое ингибирование  может быть конкурентным. Конкурентный ингибитор конкурирует с субстратом за связывание в субстратсвязывающем участке активного центра и связывается с ферментом похожим способом, как и субстрат. Но конкурентный ингибитор, связанный с ферментом,  не подвергается ферментативному превращению. Отличительная особенность конкурентного ингибирования состоит в том, что его можно ослабить или полностью устранить, повысив концентрацию субстрата.

Обратимое ингибирование может быть неконкурентным в отношении субстрата; в этом случае ингибитор не конкурирует с субстратом за одно и то же место в ферменте.

Неконкурентный  ингибитор может связаться с  ферментом и в присутствии, и  в отсутствие субстрата, увеличение концентрации субстрата не препятствует связыванию ингибитора (рис.9). Неконкурентный ингибитор в действительности уменьшает  количество активного фермента.

Необратимые ингибиторы — это соединения, которые могут специфически связывать определенные функционально важные группы активного центра, образуя ковалентные, прочные связи с ферментом.  При этом они необратимо, часто ковалентно, связываются с ферментом или фермент - субстратным комплексом и необратимо изменяют нативную конформацию.

5) Теории взаимодействия ферментов

 По образному выражению, нередко употребляемому в биохимической литературе, фермент подходит к субстрату, как ключ к замку. Это знаменитое правило было сформулировано Э. Фишером в 1894 г. исходя из того, что специфичность действия фермента предопределяется строгим соответствием геометрической структуры субстрата и активного центра фермента.

В 50-е годы нашего столетия это статическое представление  было заменено гипотезой Д. Кошланда об индуцированном соответствии субстрата и фермента. Сущность ее сводится к тому, что пространственное соответствие структуры субстрата и активного центра фермента создается в момент их взаимодействия друг с другом, что может быть выражено формулой “перчатка - рука”. При этом в субстрате уже деформируются некоторые валентные связи и он, таким образом, подготавливается к дальнейшему каталитическому видоизменению, а в молекуле фермента происходят конформационные перестройки. В настоящее время гипотеза Кошланда получила дальнейшее развитие в гипотезу топохимического соответствия. Сохраняя основные положения гипотезы взаимоиндуцированной настройки субстрата и фермента, она фиксирует внимание на том, что специфичность действия ферментов объясняется в первую очередь узнаванием той части субстрата, которая не изменяется при катализе. Между этой частью субстрата и субстратным центром фермента возникают многочисленные точечные гидрофобные взаимодействия и водородные связи.