Единицы активности ферментов
1) За единицу активности фермента (U-unit, англ.) принимают такое количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата (С) за 1 мин. при оптимальных условиях (1U= 1 мкмоль/мин.)
2) В системе СИ активность выражают в каталах: 1 катал – количество фермента, катализирующее превращение 1 моля субстрата за 1 сек. при оптимальных условиях (1кат.=1 моль/с)
3) Удельная активность определяется количеством единиц ферментативной активности, которое приходится на 1 мг белка в биологическом объекте (U/мг белка)
4) В медицинской энзимологии активность фермента выражают в единицах (U) на 1 л биологической жидкости (сыворотки крови, мочи): U/л.
9.2. Свойства ферментов как биокатализаторов
Специфичность (избирательность) действия. Выделяют такие ее
виды:
а) абсолютная специфичность – фермент катализирует превращение только одного субстрата (один фермент – один субстрат). Пример – уреаза, аргиназа, сахараза, лактаза и др.
б) стереоструктурная– фермент катализирует превращение определенного стереоизомера (лактатдегидрогеназа превращает только L- лактат)
в) относительная– фермент катализирует превращение группы веществ с одним типом химической связи (один фермент – одна связь). Пример – пептидазы, эстеразы, гликозидазы.
Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры
Ферментативные реакции, как и все химические реакции, ускоряются при повышении температуры (в 2-4 раза на каждые 10°С). Однако скорость ферментативной реакции имеет свой температурный оптимум, превышение которого приводит к понижению активности ферментов из-за тепловой денатурации их молекул. Для большинства ферментативных реакций температурный оптимум – 38-40°С. При 50-60°С и выше скорость ферментативных реакций сильно уменьшается из-за разрушения молекул фермента (рис. 9.1А). Зависимость активности ферментов от температуры называется термолабильностью . Ферменты лучше сохраняются при низких температурах, хотя при этом их активность снижается, но денатурации не происходит.
Зависимость ферментативной активности от рН среды
Каждый фермент имеет свой рН-оптимум, т.е. значение рН, при котором его активность максимальна. Фермент, как и любой белок, имеет в своей структуре ионогенные группы (например, карбоксильные группы или аминогруппы в боковых цепях), а от концентрации ионов водорода зависит их диссоциация и соотношение между положительно и отрицательно заряженными группами. Соотношение между этими группами определяет и пространственное строение молекулы фермента (его конформацию), а следовательно, и его активность. Большинство ферментов наиболее активны при рН=6-8. Исключения – пепсин (рНопт= 1,5-2), аргиназа (рНопт=10-11), (рис. 9.1Б).
Ферменты в отличие от небиологических катализаторов проявляют более высокую активность и свою способность ускорять реакции в очень маленьких концентрациях (например, одна молекула карбоангидразы способна расщепить 36 млн. молекул Н2СО3 ).
Центры ферментов. Молекула фермента взаимодействует с субстратом не всей своей поверхностью, а определенными участками. На поверхности фермента есть: активный центр – это участок, который взаимодействует с субстратом. Активных центров в молекуле фермента может быть несколько. Наиболее часто в состав активных центров ферментов входят функциональные группы таких аминокислот:
-
ОН - группы серина, треонина, тирозина;
-
SH - группы цистеина;
-
NH - группа гистидина;
-
СООН - группы глутамата и аспартата;
-
NH2 - группы аргинина и лизина.
В структуре активного центра выделяют: участок, который связывается с субстратом и называется контактный («якорный») участок; каталитический участок, в состав которого входят химические группы,
принимающие непосредственное участие в преобразовании субстрата:- ОН, - SH, =N, -NH3+,-СООН .
Кроме активного центра, некоторые ферменты имеют дополнительный, регуляторный, аллостерический (allos– другой, steros – пространственный) центр, с которым взаимодействуют аллостерические регуляторы (эффекторы, модуляторы). Аллостерические эффекторы могут быть позитивными (активаторами), которые повышают каталитическую активность фермента, или негативными (ингибиторами), которые ее снижают.
Активный и аллостерический центры локализуются на разных субъединицах фермента. При взаимодействии аллостерического центра с эффекторами происходят конформационные изменения активного центра фермента, что приводит к увеличению или снижению его активности. Ферменты, имеющие аллостерический центр, называются регуляторными.
Активаторы и ингибиторы ферментов
Активаторы – вещества, которые повышают скорость ферментативных реакций, увеличивают активность ферментов. Они бывают органической и неорганической природы.
Активаторы органической природы : желчные кислоты (активируют поджелудочную липазу), энтерокиназа (активирует трипсиноген), глутатион, цистеин, витамин С повышают активность оскидоредуктаз.
Активаторы неорганической природы : например, НС1 активирует пепсиноген, ионы металлов ( Na, Cl, К, Mg, Mn, Zn ) активируют очень многие ферменты. Ионы металлов: а) способствуют образованию фермент-субстратного комплекса; б) служат донорами и акцепторами электронов; в) принимают участие в образовании активного центра ферментов ( Zn – в составе карбоангидразы, Fe – в составе цитохромов, каталазы, пероксидазы); г) выступают в роли аллостерических регуляторов.
Ингибиторы – вещества, которые уменьшают активность ферментов и замедляют химические реакции. Различают обратимое и необратимое ингибирование:
если ингибитор (И) связывается с молекулой фермента (Ф) слабыми связями (Ф+И↔ФИ), то такой ингибитор легко удаляется и активность фермента восстанавливается;
если ингибитор связывается с молекулой фермента прочными ковалентными связями (Ф+И→ФИ), то наступает необратимое подавление активности фермента.
Изоферменты. Часть ферментов состоят не из одной белковой цепочки, а из нескольких субъединиц. Изоферменты – это семейство ферментов, которые катализируют одну и ту же реакцию, но отличаются по строению и физико-химическим свойствам. Например: лактатдегидрогеназа (ЛДГ) состоит из 4 субъединиц 2х-типов: субъединица Н, выделен-
