Структурная организация ферментов

Исключение – рибозимы - молекулы ряда предшественников РНК обладают ферментативной

активностью и катализируют самосплайсинг, т. е. отщепление интронных нетранслируемых по-следовательностей от предшественника РНК.

высокомолекулярных соединений: - -- амфотерностью,
- электрофоретической подвижностью
- неспособностью

к диализу через полупроницаемые мембраны.

Подобно белкам, ферменты имеют большую молекулярную массу: от десятков тысяч до нескольких миллионов дальтон.
Им присущи все особенности структурной организации белковых молекул (первичный, вторичный,
третичный и четвертичный уровни организации).

представлены полипептидными цепями и при гидролизе распадаются исключительно на аминокислоты.

Такими ферментами являются гидролитические ферменты, в частности пепсин, трипсин, уреаза, лизоцим, рибонуклеаза, фосфатаза и др.

полипептидных цепей какой-либо небелковый компонент (кофактор), присутствие которого является абсолютно

необходимым для каталитической активности.

Кофакторы могут иметь различную химическую природу и различаться по прочности связи с полипептидной цепью.

все полипептидные цепи оказываются связанными со своими кофакторами и не

разделяются при выделении и очистке, то такой фермент получает название холофермента, а кофактор – название простетической группы, рассматривающейся как интегральная часть молекулы фермента (например, FAD, FMN, биотин, липоевая кислота). Полипептидную часть фермента принято называть апоферментом.
Если же дополнительная группа легко отделяется от
апофермента при диализе, в этом случае она называется коферментом (например, NAD+, NADP+). Кроме этого, роль кофактора могут выполнять металлы: Mg2+, Мn2+, Са2+и др.

в ионах металлов. Роль металлов в ферментативном катализе разнообразна.

Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.

комплекс превращаемого вещества с ионом металла. Например, для большинства киназ

в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТР, а комплекс Мg2+-АТР. В этом случае ион Mg2+ не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТР и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что упрощает его присоединение к активному центру фермента.

Схематично роль кофактора при взаимодействии фермента и субстрата можно представить как комплекс E-S-Me,
где Е - фермент, S - субстрат, Me - ион металла.

гексокиназы есть участки связывания для молекулы глюкозы и комплекса Мд2+-АТФ.

В результате ферментативной реакции происходит перенос концевого, γ-фосфатного остатка молекулы АТФ на глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата.
Ион Mg2+ участвует в присоединении и «правильной» ориентации молекулы АТР в активном центре фермента, ослабляя фосфоэфирную связь и
облегчая перенос фосфата на глюкозу.

ионы металла служат «мостиком» между ферментом и субстратом. Они выполняют

функцию стабилизаторов активного центра, упрощая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции.
В ряде случаев ион металла может способствовать присоединению кофермента. Перечисленные выше функции выполняют такие металлы, как Mg2+, Мn2+, Zn2+, Со2+, Мо2+.
В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают. Такие ферменты получили название «металлоэнзимы».

следующим образом: E-Me-S.
Пример - пируваткиназа, катализирующая реакцию превращения фосфоенолпирувата

в пируват.

Мg2+ участвует в стабилизации активного центра, что облегчает присоединение фосфоенолпирувата.

В ходе ферментативной реакции образуется пируват и АТФ.

структуры фермента

Такие ферменты в отсутствие ионов металлов способны к химическому

катализу («металлоэнзимные ком-плексы»), однако они нестабильны.
Их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН, температуры и других незначительных изменениях параметров внешнего окружения.
Таким образом, ионы металлов выполняют функцию стабилизаторов оптимальной конформации белковой молекулы.

щёлочноземельных металлов.
Так, для поддержания третичной конформации пируваткиназы необходимы ионы

К+.
Для стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидрогеназы, катализирующей реакцию окисления этанола, необходимы ионы цинка. Алкогольдегидрогеназа состоит из 4 субъединиц с молекулярной массой 151 кДа.
В состав фермента входят 4 атома Zn2+. Удаление Zn2+ приводит к потере активности фермента за счёт диссоциации на 4 неактивные субъединицы с молекулярной массой 36 кДа

а) Участие в электрофильном катализе

Наиболее часто эту функцию выполняют ионы

металлов с переменной валентностью, имеющие свободную d-орбиталь и выступающие в качестве
электрофилов. Это в первую очередь такие металлы, как Zn2+, Fе2+, Mn2+, Сu2+.
Ионы щёлочноземельных металлов (такие как Na+ и К+), не обладают этим свойством.

Ион Zn2+ в результате электрофильной атаки участвует в образовании Н+

и ОН¯ ионов из молекулы воды:

образованием угольной кислоты:

также участвовать в переносе электронов.
Например, в цитохромах (гемсодержащих белках)

ион железа способен присоединять и отдавать один электрон:


Благодаря этому свойству цитохромы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях.

фермента дофамингидроксилазы, катализирующего реакцию образования норадреналина при участии витамина С

Сu2+, не вступает в реакцию с молекулой кислорода. При восстановлении

Сu2+ до Сu+ с помощью аскорбиновой кислоты образуется ион меди, способный взаимодействовать с кислородом с образованием перекисного соединения. Далее гидроксильная группа переносится на молекулу дофамина с образованием норадреналина.

в роли регуляторных молекул.
Например, ионы Са2+ служат активаторами фермента

протеинкиназы С, катализирующей реакции фосфорилирования белков.
Ионы Са2+ также изменяют активность ряда кальций-кальмодулинзависимых ферментов.