1.2. Активный центр ферментов

Молекулы субстратов, участвующие в ферментативных реакциях часто имеют небольшие размеры по сравнению с молекулами ферментов, поэтому было высказано предположение, что при образовании фермент-субстратных комплексов в непосредственный контакт с молекулой субстрата, вступает ограниченная часть аминокислотных остатков пептидной цепи. Отсюда возникло представление об активном центре фермента.

Активный центр – это уникальная комбинацию аминокислотных остатков в молекуле фермента, обеспечивающая непосредственное связывание ее с молекулой субстрата и прямое участие в акте катализа. К каталитически активным аминокислотным радикалам белка относятся нуклеофильные группы (имидазол гистидина, оксигруппа серина или тирозина, тиольная группа цистеина, ε-аминогруппа лизина, ионизированные карбоксилы аспарагиновой и глутаминовой кислот и др.) и электрофильные группы (ион имидазолия гистидина, неионизованные карбоксильные группы аспарагиновой и глутаминовой кислот).

В первичной структуре молекулы фермента группы активного центра обычно удалены друг от друга. Однако в третичной структуре аминокислотные остатки, принимающие участие в катализе, ориентированы в сближенном состоянии, удобном для их взаимодействия с молекулой субстрата.

В активном центре фермента условно различают так называемый каталитический центр, непосредственно вступающий в химическое взаимодействие с субстратом, и связывающий центр, или контактную («якорную») площадку, которая обеспечивает специфическое сродство к субстрату и формирование его комплекса с ферментом.

В молекуле фермента может присутствовать также аллостерический центр (или центры) (от греч. allos – другой, иной и steros – пространственный, структурный). Это участок молекулы фермента, с которым связываются определенные, обычно низкомолекулярные вещества - эффекторы. Присоединение эффектора к аллостерическому центру изменяет пространственную структуру молекулы фермента и, соответственно, конфигурацию активного центра, вызывая снижение или повышение ферментативной активности.

Ферменты, активность которых изменяется под действием аллостерических эффекторов, связывающихся с аллостерическим центром, получили название аллостерических ферментов. Любые воздействия, приводящие к денатурации белковой молекулы, т.е. нарушению третичной структуры, приводят к искажению или разрушению структуры активного центра и соответственно потере ферментом каталитических свойств.

1.3. Изоферменты

Многие ферменты характеризуются наличием изоферментов — разных форм одного и того же фермента, которые существуют в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах.

Все изоферменты одного и того же фермента выполняют одну и ту же каталитическую функцию, но могут значительно различаться по степени каталитической активности, по особенностям регуляции или другим свойствам.

Изоферменты могут незначительно различаться по аминокислотной последовательности и пространственной конфигурации, по субъединичному составу, оптимуму рН, термостабильности, чувствительности к активаторам и ингибиторам, сродству к субстратам и т.д.).

Примером фермента, имеющего изоферменты, является гексокиназа, имеющая четыре изотипа, обозначаемых римскими цифрами от I до IV. При этом один из изотипов гексокиназы, а именно гексокиназа IV (глюкокиназа), экспрессируется почти исключительно в печени и обладает особыми физиологическими свойствами, в частности её активность не угнетается продуктом её реакции глюкозо-6-фосфатом.

Ещё одним примером фермента, имеющего изоферменты, является амилаза. Панкреатическая амилаза отличается по аминокислотной последовательности и свойствам от амилазы слюнных желёз, кишечника и других органов.