2. Центры ферментов и механизм их действия
Любой фермент по своей структуре имеем обязательно активный центр. Чаще всего он один, но может быть их 6. Многие ферменты имеют субстратный центр. У некоторых активный и субстратный совпадают. Некоторые ферменты имеют аллостерический.
Активный центр – это уникальное сочетание остатков определенных АК, расположенных в какой-то части фермента, который образуется благодаря формированию третичной структуры фермента. Располагаться активный центр может в любой части фермента.
В активном центре бывает контактный участок и каталитический участок. К контактному участку присоединяется субстрат, а каталитический участок производит какое-либо воздействие на субстрат. У двухкомпонентных ферментов кофактор принимает участие в образовании активного центра.
Аллостерический центр – это место в молекуле фермента, куда подсоединяется вещество неорганической природы. Эти вещества называют эффекторами. Они способны либо усиливать активность фермента, либо ее снижать. Если усиливают – активаторы, снижают – ингибиторы.
Есть ферменты, где деления на центры не существует.
Механизм действия.
Для протекания химической реакции необходимо, чтобы молекулы вещества перешли из исходного состояния в активное.
Если в реакции
участвует фермент, то вещество получает
энергию в меньшей степени
- когда участвует
неорганический катализатор.
Сахароза (фруктоза + глюкоза) – если разлагать без катализатора 133 кДж/моль;
если в водном растворе присутствуют ионы Н+ 107 кДж/моль;
если фермент сахараза = 39 кДж/моль.
По современным представлениям ферментативный катализ разделяют на 3 этапа:
1. Фермент в окружающей среде отыскивает то вещество, с которым он будет взаимодействовать. Скорость этапа очень высокая и зависит в основном от концентрации фермента и концентрации вещества.
2. К ферменту подсоединяется вещество, образуется фермент – субстратный комплекс, происходит изменение активного центра, происходит воздействие на субстрат. На этом этапе и происходит поглощение энергии субстратом. Этот этап имеет протяженность во времени.
3. Происходит отторжение субстрата в окружающую среду в измененном виде. Фермент приобретает свое первоначальное строение. Скорость этого этапа очень высокая и зависит от способности отработанного вещества поступать в окружающую среду.
Теория Фишера: «Теория ключа и замка» - фермент и субстрат подходят друг к другу.
Кошланд: «Теория руки и перчатки» - теория вынужденного соответствия. Объясняет относительную степень.
3. Активность ферментов, влияние различных факторов, единицы активности
Для определения активности ферментов используются стандартные условия:
1. рН среды должно быть оптимальным для данного фермента.
2. концентрация субстрата должна быть выше насыщающей.
3. t = 25оС.
4. скорость реакции должна измеряться в ее стационарной фазе.
Комиссия по ферментам в составе международного биохимического союза рекомендует использовать следующие единицы активности:
1. Стандартная (международная) - Е. Это такое количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в 1 мин. в стандартных условиях.
2. Удельная активность – это число стандартных единиц активности Е, отнесенных к 1 мг белка в ферментном препарате.
Уд.акт.=Е/1 мг.
3. Молекулярная активность – это количество молекул субстрата, превращаемого в 1 мин. 1 молекулой фермента.
4. Катал (Кат) – это количество фермента, которое необходимо для превращения 1 моля субстрата в 1с.
Мкат (10-3), нкат (10-9), пкат (10-12).
На активность ферментов оказывает влияние большое количество факторов:
1. Температура.
Большинство ферментов при t ≈ 0оС имеют минимальную активность, которая постепенно повышается с повышением температуры.
При 80оС фермент теряет активность полностью из-за денатурации.
Для большинства ферментов растительного происхождения максимальная скорость реакции лежит в пределах 45-65оС, для животного происхождения 40-50оС.
Есть исключения. Например, каталаза расщепляет перекись водорода при оптимальной температуре 0оС.
2. рН среды
Ферменты растительного происхождения в основном имеют максимальную активность при рн ≈ 7, ферменты животного происхождения – при различных рН.
Например, в желудке есть репсин рН = 1,2-1,5, трипсин рН = 11.
Действие ферментов может быть усилено или снижено различными веществами. Растительные ферменты обычно усиливаются при действии веществ, содержащих группу –SH–, при действии веществ, содержащих ионы металлов: Fe, Co, Cu, Mg, Mn, K, Na. Существуют вещества, которые активизируют растительные ферменты и снижают активность животных ферментов, например, KCN подавляет дыхательные ферменты у человека.