Ферменты обладают специфичностью действия.

Различают 4 вида субстратной специфичности:

1. Абсолютная – фермент катализирует превращение строго определенного одного субстрата. Например, аргиназа расщепляет аргинин, амилаза – крахмал.

2. Относительная – фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих один тип связи. Например, липаза расщепляет сложноэфирную связь между глицерином и любой жирной кислотой в ТАГ.

3. Относительная групповая – фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих один тип связи, но требуются определенные атомные группировки, образующие эту связь. Например, все протеазы расщепляют пептидную связь, а пепсин расщепляет связь, образованную – NН₂ группами ароматических аминокислот, трипсин – пептидную связь, образованную –СООН группой лизина, аргинина.

4. Стереохимическая – фермент катализирует превращение только одного стереоизомера при наличии их смеси. Например, L оксидаза превращает L аминокислоту, но не действует на Д-изомер.

Хотя фермент обычно катализирует одну реакцию, в организме имеются белки, которые катализируют схожие реакции. Такие белки, которые обладают способностью катализировать одинаковые реакции, но отличаются физико-химическими и биохимическими параметрами (электрофоретическая подвижность, рН-оптимум, чувствительность к ингибиторам) относят к множественным формам ферментов. Различают два основных вида множественных ферментов. Один вид называют изоферментами – это молекулярные формы ферментов, синтез которых контролируется различными генами, а следовательно, первичные структуры их различны, различаются также по аминокислотной последовательности, молекулярной массе, аминокислотному составу и др. Например, окисление молочной кислоты (лактат) в организме катализирует фермент ЛДГ – лактатдегидрогеназа. Под ЛДГ понимают 5 различных ферментов, которые обознаются цифрами от 1 до 5 – ЛДГ₁, ГДГ₂, ЛДГ₃, ЛДГ₄, ЛДГ₅. Большое число изоферментов обусловлено субъединичным их строением. Молекула ЛДГ состоит из 4 полипептидных цепей, формирующих четвертичную структуру фермента.

У человека синтезируются две разные по составу ЛДГ-полипептидные цепи, которые позволяют на уровне четвертичной структуры создавать пять различных комбинаций. Это их количество обусловлено наличием двух генетических локусов, которые кодируют синтез 2-х олигомеров субъединицы М (muscle) и субъединицы Н (heart). Комплексуясь в тетрамеры, субъединицы образуют 5 изоформ:

НННН – ЛДГ₁

преобладают в сердце, мозге, почках.

НННМ – ЛДГ₂

ННММ – ЛДГ₃ − преобладает в легких.

НМММ – ЛДГ₄

преобладают в печени и скелетной

ММММ – ЛДГ₅ мускулатуре

Среди других ферментов, имеющих изоформы – это креатинкиназа (три изоформы), щелочная фосфатаза (2 изоформы) и др. Так как изоферменты имеют различную локализацию в тканях, то это имеет важное значение для диагностики различных заболеваний. У больных острым инфарктом миокарда резко повышается активность ЛДГ₁ и отчасти ЛДГ₂.

> 1

При болезни Боткина резко возрастает активность ЛДГ₅ и ЛДГ₄ и уменьшается активность ЛДГ₁ и ЛДГ₂.

При мышечной дистрофии заметно снижается активность ЛДГ₄ и ЛДГ₅ и повышается активность ЛДГ₁, ЛДГ₂, ЛДГ₃.

При патологии легких происходит «выход» фермента в ткани, что обусловливает повышение активности ЛДГ₃ в сыворотке крови.

Некоторые ферменты требуют для работы дополнительные небелковые соединения. Небелковые компоненты в составе ферментов называют коферментами, а сам белок – апоферментом. Кофермент с апоферментом образуют холофермент. Такие двухкомпонентные ферменты обычно катализируют определенные типы реакций (дегидрирование, декарбоксилирование и т.д.). В одном типе реакций принимает участие один кофермент или строго ограниченное их количество. Кофермент во время реакции изменяется, он легко отделяется от белка. Если небелковая часть прочно вязана с апоферментом ковалентной связью и в качестве небелковой части выступают металлы она называется простетической группой. Кофермент – небелковая часть, легко отделяемая от апофермента, рыхло связанная с ним. Часто коферментами служат витамины. Общий принцип реакции, в которой участвует кофермент, состоит в том, что часть молекулы субстрата или целая молекула субстрата переносится на кофермент. Затем перенесенная группа вступает в реакцию с новым субстратом. При этом кофермент возвращается в исходное состояние. Переносимые группы могут быть простыми молекулами (Н₂, СО₂) или остатками более сложных соединений. В случае переноса водородов при помощи пиридиновых и флавиновых коферментов это выглядит как на схеме:

R-Н₂ кофермент R₁-Н₂

R кофермент Н₂ R₁

На основании легкой подвижности этот кофермент соединяет два апофермента, причем один апофермент имеет окисленную форму кофермента, второй – восстановленную форму кофермента. Подобный пример имеет место в цепи ферментов тканевого дыхания

(ФАД + 2Н ↔ ФАДН₂).

окисленная восстановленная

форма форма

Роль коферментов могут выполнять различные соединения: коферменты –нуклеотиды, коферменты – металлы, коферменты – производные водорастворимых витаминов, липоевая кислота, убихинон. Особо важное значение имеют коферменты – производные водорастворимых витаминов, так как протекание реакций, катализируемых ферментами с такими коферментами, зависит от поступления витаминов с пищей.

Коферменты, содержащие тиамин, образуются путем фосфорилирования витамина В₁. Хорошо установлена роль тиаминдифосфата, известного также под названием тиаминпирофосфат (ТПФ), или кокарбоксилаза. Он участвует в реакциях простого окислительного декарбоксилирования альфа-кетокислот, входит в состав транскетолазы (пентозофосфатный путь окисления глюкозы).

Коферменты, содержащие пантотеновую кислоту (витамин В₅). Пантотеновая кислота входит в состав кофермента А (КоА-SН). Этот кофермент участвует в реакциях переноса остатка кислоты (ацила). Наиболее значим в клетках остаток уксусной кислоты – ацетил. Ацетил – кофермент А (СН₃-СО~S-КоА) – это сединение, которое объединяет между собой обмен разных веществ в клетке.

Коферменты, содержащие витамин РР (никотинамид, витамин В₃). Витамин РР входит в состав НАД и НАДФ, которые входят в состав дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции. Они выполняют роль промежуточных акцепторов электронов и протонов.

Коферменты, содержащие рибофлавин. Они образуются путем фосфорилирования или аденилирования витамина В₂. Различают 2 кофермента, содержащих рибофлавин – ФМН и ФАД – они участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Коферменты образуются путем фосфорилирования двух производных пиридина – пиридоксаля и пиридоксамина. Ведущим коферментом является пиридоксальфосфат, участвующий в реакциях трансаминирования, декарбоксилирования и др.

Коферменты, содержащие витамин В_с (фолиевая кислота), в своем составе витамин В_с содержит еще один витамин – парааминобензойную кислоту, которая соединяется с птеридином и глутаминовой кислотой. Коферментной формой является тетрагидрофолиевая кислота, которая участвует в реакциях переноса фрагментов органических молекул, содержащих один углеродный атом, необходимых для синтеза нуклеотидов, аминокислот, липидов.

Коферменты, содержащие витамин В₁₂, который входит в состав коферментов – метилкобаламин и 5′-дезоксиаденозилкобаламин. Метилкобаламин участвует в реакциях переноса метильных групп, которые становятся важными источниками одноуглеродных фрагментов, а 5′-дезоксиаденозилкобаламин участвует в реакциях изомеризации.

Биотин (витамин Н) образует активную форму – карбоксибиотин, который участвует в реакциях карбоксилирования и транскарбоксилирования.