Специфичность ферментов. Виды специфичности
Специфичность - одно из наиболее выдающихся качеств ферментов. Это свойство их было открыто еще в прошлом столетии, когда было сделано наблюдение, что очень близкие по структуре вещества - пространственные изомеры (альфа- и бета-метилглюкозиды) расщепляются по эфирной связи двумя совершенно разными ферментами. Таким образом, ферменты могут различать химические соединения, отличающиеся друг от друга очень незначительными деталями строения, такими, например, как пространственное расположение метоксильного радикала и атома водорода при 1-м углеродном атоме молекулы метилглюкозида. 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 выряжено 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. Гипотеза Кошланда, основанная на допущении гибкости активного центра фермента, удовлетворительно объясняла активирование и ингибирование действия ферментов и регуляцию их активности при воздействии различных факторов. В частности, конформационные перестройки в ферменте в процессе изменения его активности Кошланд сравнивал с колебаниями паутины, когда в нее попала добыча (субстрат), подчеркивая этим крайнюю лабильность структуры фермента в процессе каталитического акта. В настоящее время гипотеза Кошланда постепенно вытесняется гипотезой 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.
|
|
|
Различают 4 вида субстратной специфичности ферментов:
|
|
|
1. Абсолютная специфичность – способность фермента катализировать превращение только одного субстрата. Например – глюкокиназа фосфорилирует только глюкозу, аргиназа расщепляет только аргинин, уреаза – мочевину.
2. Относительная специфичность – фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих один тип связи. Например – липаза расщепляет сложноэфирную связь в триацилглицеролах.
3. Относительная групповая специфичность – фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих один тип связи, но требуется наличие определенных функциональных групп, входящих в состав субстратов. Например, все протеолитические ферменты расщепляют пептидную связь, но пепсин – образованную аминогруппами ароматических аминокислот, химотрипсин – образованную карбоксильными группами этих же аминокислот, трипсин – пептидную связь, образованную карбоксильной группой лизина, аргинина.
4. Стереохимическая специфичность – фермент катализирует превращение только одного стереоизомера. Например, бактериальная аспартатдекарбоксилаза катализирует декарбоксилирование только L-аспартата и не действует на D-аспарагиновую кислоту.
Зависимость ферментативной реакции от температуры. Термостабильные и термолабильные ферменты.
|
|
|
Одним из основных уравнений химической кинетики является уравнение Аррениуса, выражающее зависимость константы скорости реакции от температуры: 
Однако, температурный диапазон ферментативных реакций, для которого применимо уравнение Аррениуса, очень узок для большинства ферментов. При высокой температуре, когда начинает доминировать процесс термической инактивации фермента, нарушается зависимость скорости реакции от температуры, описываемая уравнением Аррениуса – а именно, после определенного температурного максимума скорость реакции быстро падает дот нуля. С другой стороны при снижении температуры ниже 0°С скорость реакции также падает до нуля, т.е. реакция полностью прекращается. Таким образом ферментативные реакции имеют колоколообразную зависимость скорости реакции от температуры, что объясняется наложением двух эффектов - возрастанием скорости реакции при увеличении температуры и ускорением тепловой денатурации белковой молекулы, приводящей к инактивации фермента при высоких температурах. Денатурация большинства белков начинается в диапазоне температур от 45 до 50°С и завершается очень быстро при 55°С. Прекращение ферментативных реакции при низких температурах обусловлено тем, что водные растворы замерзают.
|
|
|
Таким образом, термолабильность, или чувствительность к повышению температуры, является одним из характерных свойств ферментов, резко отличающих их от неорганических катализаторов. При температуре 90°С почти все ферменты утрачивают свою активность (исключение составляет только два фермента – миокиназа, которая выдерживает нагревание до 100°С, ДНК-полимераза из термофильных бактерий макс. при 90°С ). Оптимальной для действия большинства ферментов теплокровных животных является температура 40-45°С; в этих условиях скорость реакции оказывается максимальной вследствие увеличения кинетической энергии реагирующих молекул. При низких температурах (4°С и ниже) ферменты, как правило, не разрушаются, хотя активность их падает почти до нуля. Это явление обусловлено изменением строения активного центра фермента вследствие уменьшения плотности воды. Во всех случаях имеет значение время воздействия соответствующей температуры. В настоящее время для пепсина, трипсина и ряда других ферментов доказано существование прямой зависимости между скоростью инактивации фермента и степенью денатурации белка. Ферменты термолабильны, т. е. при нагревании теряют свою активность. Большинство ферментов не выдерживает температуру выше 50—60°. Коферменты термостабильны, они выдерживают температуру кипения воды. Добавляя прокипяченный кофермент к ферменту, который потерял свою активность-вследствие отделения кофермента, можно опять восстановить активность фермента.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 4036; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!