 |
Металлоэнзимы
|
|
|
|
Рис. 6
Частицы молекулы субстрата в свободном состоянии могут быть располо-
жены несколько ближе А-В, чем группы фермента, к которым присоединяется
субстрат. В процессе образовани фермент-субстратного комплекса происходит
растяжение и ослабление связи А-В ( 1 ), за счет чего распад фермент-субстрат-
ного комплекса на продукты гидролиза ( 2 ) и фермент происходит легче обыч-
ного, и свободный фермент может снова взаимодействовать с другой молеку-
лой субстрата( 3 ). Какой вид имеет частица субстрата в фермент-субстратном
комплексе в переходном состоянии, еще мало изучено. Сейчас доказано, что в
фермент-субстратном комплексе наблюдается два одновременно быстро про-
текающих процесса. Первый - изменение электронной плотности комплекса,
вызывающее поляризацию связей, и второй-геометрическая деформация (на-
пряжение) отдельных валентных связей как в молекуле субстрата, так и в ак-
тивном центре белка-фермента. Оба эти фактора - деформация и поляризация
ковалентных связей - повышают термодинамический потенциал этих связей,
то есть способствуют преодолению активационного барьера переходного сос-
тояния фермент-субстратного комплекса.
Кофакторы
Во многих случаях дл осуществления катализа ферментных систем, кроме
фермента и субстрата, необходимо еще одно вещество, являющееся важным эле-
ментом механизма катализа и не изменяющееся к концу реакции. Эти вещества
есть кофакторы ферментов, которые можно разделить на две группы: кофермен-
ты и активаторы. Коферменты - это, как правило, органические соединения не-
белковой природы, принимающие непосредственное участие в ферментативной
|
|
|
реакции (обязательные кофакторы). Коферменты по функциям можно разделить
на три группы:
1. Переносчики водорода и электронов, связанные с ферментами класса ок-
сиредуктаз.
2. Переносчики групп, связанные с ферментами класс трансфераз;
3. Коферменты, катализирующие процессы синтеза, изомеризации и рас-
щепления С-С связей; связаны с ферментами, принадлежащими к классам лиаз,
изомераз, лигаз.
В настоящее время известно несколько десятков органических соединений, вы-
полняющих функции коферментов; в их состав входят многие производные ви-
таминов.
Активаторы и ингибиторы
Ферментативные процессы в тканях можно ускорить или замедлить добав-
лением тех или иных химических соединений. Те из них, которые ускоряют фер-
ментативные реакции, получили название активаторов, те, которые замедляют,
принято называть парализаторами или ингибиторами. Это деление несколько
условно, поскольку одни и те же вещества при одних условиях активируют дей-
ствие фермента, при других же, наоборот, угнетают его действие, или, ускоряя
действие одного фермента, одновременно замедляют действие другого. Напри-
мер, фермент желудочного сока пепсин активируются соляной кислотой, кото-
рая является парализатором дл амилазы, фермента слюны. На активность фер-
ментов влияют также некоторые неорганические ионы, одни из которых ускоря-
ют, а другие замедляют действие фермента. Многие ферментативные реакции
протекают только в присутствии электролитов, которые сами не участвуют в ре-
акции, но приводят ферменты в активное состояние (примером таких неоргани-
ческих ионов-активаторов могут являться ионы Na+, K+, Pb+, Cs+, Mg2+, Ca2+,
Zn2+, Cd2+, Cr3+, Cu2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Al3+, NH4+). Большинство
ионов солей тяжелых металлов (Ag+, Hg2+, Pb2+, Fe2+, Cd2+) являются ядами
почти для всех ферментов. Действие их состоит главным образом в блокирова-
|
|
|
нии активных группировок ферментов или входящих в состав группировок ме-
таллов. Большинство лекарственных препаратов являются парализаторами
ферментных систем; эти свойства медикаментов и используют врачи для лече-
ния различных заболеваний.
Металлоэнзимы
Подобно витаминам ионы металлов часто являются компонентами каталити-
чески активных центров важных ферментов или их активаторами. Ферменты,
для действия которых необходимы металлы, обычно называют металлоэнзимами,
условно их подразделяют на металлоферментные комплексы и истинные металло-
энзимы. Большая часть металлоэнзимов обнаружена в виде металлоферментных
комплексов, меньшая - в виде истинных металлоэнзимов. Ионы металлов могут
различным путем влиять на активность ферментов, а именно: входить в состав ак-
тивного центра фермента; функционировать как связующее звено между фермен-
том и субстратом, находясь в соединении с обоими и удерживая таким образом
субстрат около активного центра фермента; ионы металлов могут удалять инги-
битор, присутствующий в ферментном комплексе; вытеснять неэффективный ион
металла из его соединения с активным центром фермента или с функциональны-
ми группами субстрата. Характер связи ионов металлов с ферментами может быть
разным. Для группы металлоферментных комплексов характерна относительно
непрочная связь между металлом и белковым носителем. В истинных металлоэн-
зимах ион не прочно связан в строго определенных стехиометрических соотноше-
ниях с теми или иными химическими группировками апофермента. При диализе
не происходит отделения металла от белка и не обнаружено снижение удельной
активности фермента. Включение ионов металлов в каталитические центры ис-
тинных металлоэнзимов происходит в процессе биосинтеза ферментов. В актив-
ные центры истинных металлоэнзимов, как правило, входят определенные кати-
оны, которые невозможно заменить другими. В состав истинных металлоэнзи-
мов чаще всего входят Fe, Cu, Mo, Zn.
Проферменты
Установлено, что ферменты желудочно-кишечного тракта сначала выраба-
тываются в виде неактивных белков, которые лишь впоследствии при опреде-
ленных условиях превращаются в активные ферменты. В начале XX века
|
|
|
И. П. Павлов и его сотрудник Н. П. Шеповальников открыли в составе кишечного
сока фермент энтерокиназу, который активирует действие другого фермента -
трипсина, превращая его из неактивной формы в активную. В настоящее время
известно, что ферменты пепсин, трипсин, химотрипсин и некоторые другие
секретируются в виде своих неактивных предшественников. Благодаря этому,
вырабатывающие их ткани не подвергаютс самоперевариванию. Ферменты,
находящиеся в неактивном состоянии, получили название проферментов или
зимогенов. Превращение ферментов в активную форму происходит каталити-
чески под действием либо соответствующих ферментов, либо ионов водорода
H+. Интересно, что некоторые проферменты активируются теми ферментами,
например, пепсиноген пепсином.
|
|
|
