Лекция 6 Ферменты

– внутри, zyme – закваска). Оба названия свидетельствуют о том,

что первые сведения об этих веществах были получены при изучении процес­сов брожения.
Роль ферментов в жизнедеятельности всех живых организмов огромна. И.П. Павлов писал: «Ферменты есть, так сказать, первый акт жизненной деятельности. Все химические процессы направля­ются в теле именно этими веществами, они есть возбудители всех химических превращений. Все эти вещества играют огромную роль, они обусловливают собою те процессы, благодаря которым проявляется жизнь, они и есть в полном смысле возбудители жизни».

вопросов, изучаемых энзимологией, весьма разнообразен. Он включает выделение и очистку

ферментов с целью установления их состава и молекулярной структуры; изучение условий и скорости действия ферментов, а также влияния на них разнообразных физических и химических факторов.

сходные признаки:

• катализируют только энергетически возможные реакции;
• не изменяют направление

реакции;
• не расходуются в процессе реакции;
• не участвуют в образовании продуктов реакции.

Однако ферменты по ряду признаков отличаются от катализаторов неорганической природы:

• ферменты – белки;
• ферменты «работают» в «мягких» условиях: при атмосферном давлении, при температуре 30 – 40°С, рН-среды близко к нейтральному;
• скорость ферментного катализа выше, чем небиологического;
• обладают высокой специфичностью по отношению к субстрату, каждый фермент катализирует единственную реакцию либо группу реакций одного типа;
• ферменты – катализаторы с регулируемой активностью;
• ферментативный процесс можно представить в виде цепи простых химических превращений вещества, четко запрограммированных во времени и в пространстве.

только из белковой части.


Особенностью сложных ферментов является то, что отдельно

апофермент и кофермент не обладают каталитической активностью.,

Известны две группы кофакторов:
неорганические – ионы металлов и некоторые

анионы.
органические – соединения нуклеотидной природы, производные витаминов.
Ионы металлов, выполняющих роль кофакторов в ферментативных реакциях, - это ионы калия, магния, кальция, цинка, меди, железа, молибдена.

Ферменты, активируемые катионами металлов

никотинаминадениндинуклеотид;
ФМН – флавомононуклеотид; НАДФ – никотинаминадениндинуклеотидфосфат;

связывание субстрата.
Аллостерический центр – участок белковой молекулы фермента, при

присоединении к которому какого-либо низкомолекулярного вещества изменяется активность фермента.

Каталитический центр – отвечает за химические превращения субстрата.

В сложных ферментах роль активного центра выполняет кофермент, который связывается с апоферментом в определенном участке – кофермент связывающем домене. Понятия субстратного и аллостерического центров для сложного фермента и для простого аналогичны.

Связывание фермента с субстратом

Образуют
Активный
центр

фермента, который отвечает за связывание субстрата. Субстратный центр образно называют

«якорной площадкой», где субстрат прикрепляется к ферменту за счет различных взаимодействий между определенными боковыми радикалами аминокислотных остатков и соответствующими группами молекулы субстрата. Субстрат с ферментом связывается посредством ионных взаимодействий, водородных связей; иногда субстрат и фермент связываются ковалентно.

аминокислотных остатков, расположенных на разных участках полипептидной цепи. Образование каталитического

центра происходит одновременно с формированием третичной структуры белковой молекулы фермента. Чаще всего в состав каталитического центра входят остатки серина, цистеина, тирозина, гистидина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот.

присоединения к которому какого-то низкомолекулярного вещества изменяется третичная структура белковой

молекулы фермента, что влечет за собой изменение его активности. Аллостерический центр является регуляторным центром фермента.

XX века. В 1902 году английский химик А. Браун высказал

предположение о том, что фермент, воздействуя на субстрат, должен образовать с ним промежуточный фермент – субстратный комплекс. Одновременно и независимо от А.Брауна это же предположение высказал французский ученый В. Анри. В 1913 году Л. Михелис и М. Ментэн подтвердили и развили представления о механизме действия ферментов, который можно представить в виде схемы:

E+S[E*S]`[E*S]`[EP]E+P

где E – фермент; S – субстрат; P – продукт.

фермент и субстрат могут быть связаны ионной, ковалентной или иной

связью. Образование комплекса E*S происходит практически мгновенно.
На второй стадии субстрат под воздействием связанного с ним фермента видоизменяется и становится более доступным для соответствующей химической реакции. Эта стадия определяет скорость всего процесса.
На третьей стадии происходит химическая реакция, в результате которой образуется комплекс продукта реакции с ферментом.
Заключительным процессом является высвобождение продукта реакции из комплекса.

холофермент, коферментом которого является пиридоксальфосфат, связанный ковалентно с апоферментом. Активной

группой, принимающей участие в катализе, является альдегидная группа кофермента:

– фермент

Пиридоксальфосфат

в котором фермент и субстрат связаны ковалентной связью:

что приводит к образованию комплекса [E*S]`:

из комплекса в виде пиридоксаминфермента. Чтобы не нарушался один из

основных принципов катализа, в данном процессе принимает участие кетокислота.

белками, выполняющими другие функции в клетке, ферменты имеют ряд специфических,

присущих только им свойств.
Зависимость активности фермента от температуры;
Зависимость активности фермента от pH-среды;
Специфичность;
Влияние на активность ферментов активаторов и ингибиторов.

субстратная специфичность фермент катализирует превращение только одного субстрата
Групповая

субстратная специфичность фермент катализирует превращение группы субстратов сходной химической структуры

Специфичность – избирательность фермента по отношению к субстрату

непосредственно на атомы
кислорода либо внедряют
в молекулу субстрата
атом

кислорода

Дегидрогеназы – это
оксидоредуктазы,
катализирующие
процесс отщепления
атомов водорода

Мочевая кислота

- никотинамидадениндинуклеотид фосфат
ФМН - флавинмононуклеотид
ФАД - флавинадениндинуклеотид
хиноны.
Окисленная форма

НАД-НАД+ Восстановленная форма НАД-НАДН

(лактата) до пировиноградной кислоты (пирувата):
Молочная кислота

Пировиноградная кислота

В2 (рибофлавинфосфат), который способен отщеплять от субстрата два атома водорода:

Окисленная форма Восстановленная форма
ФМН-ФМН ФМН- ФМН*2Н

Фумаровая кислота

двухкомпонентные
ферменты, коферментом
которых служит
пиридоксальфосфат.
Ускоряет перенос
аминогруппы
Гликозилтрансфераза
–

ускоряют реакции переноса
гликозильных остатков,
обеспечивая реакции синтеза и
распада олиго- и полисахаридов

Ацилтрансфераза
– катализирует процессы
переноса ацилов (радикалов
карбоновых кислот) на
спирты, амины,
аминокислоты
и др. соединения.

киназами.
Глицерин

Фосфоглицерин

называется фосфоролизом, а ферменты, обеспечивающие этот процесс, называются фосфорилазами.

в реакциях переноса ацильных групп.
Фосфоглицерин Пальмитил-КоА

Фосфатидная кислота

гидролиза
сложноэфирных связей
Гликозидазы
– ускоряют реакции
гидролиза
гликозидных связей
Пептид-гидролазы
–

катализируют
гидролиз пептидных
связей в молекулах
пептидов и белков

Амидазы
– ускоряют гидролиз
амидов дикарбоновых
аминокислот –
аспарагина и глутамина

широко распространены эстеразы, катализирующие гидролиз сложных эфиров фосфорной кислоты и

углеводов. Эти ферменты называются фосфатазами:

Трипальмитин β-Пальмитилглицерин Пальмитиновая
кислота

и аминокислот
(декарбоксилазы и
карбокси-лиазы)
Углерод-кислород лиазы
(гидролиазы)
– ускоряют реакции

гидратации и дегидратации
органических соединений

Углерод-азот лиазы
– катализируют реакции
прямого дезаминирования
некоторых аминокислот

А (КоА), которая тоже ускоряется ферментом, относящимся к рассматриваемому классу: