Ферменти

Реферат по биологии на тему:

«Ферменты».

Москва 1996.

1. Загальні засади 3.

2. Властивості ферментів 5.

3. Будова ферментів 9.

4. Номенклатура ферментів 17.

5. Класифікація ферментів і характеристика деяких груп 21.

6. Локалізація ферментів у клітині 24.

7. Методи виділення, тож очищення ферментів 26.

Література 30.

1. Загальні положения.

Ферменти (від латів. fermentum — бродіння, закваска), специфічні білки, присутні переважають у всіх живих клітках і які відіграють роль біологічних каталізаторів. Через їх посередництво реалізується генетична інформація, і рухаються всі процеси обміну речовин і живими організмах. Ферменти бувають простими чи складними білками, до складу яких поруч із білковим компонентом (апоферментом) входить небілкова частина — кофермент. Ефективність дії ферментів визначається значним зниженням енергії активації катализируемой реакції внаслідок освіти проміжних фермент-субстратных комплексів. Приєднання субстратів відбувається у активних центрах, які мають подібністю тільки з певними субстратами, ніж досягається висока специфічність (вибірковість) дії ферментів. Один із особливостей ферментів — спроможність до поданого і регульованому дії. За рахунок цього контролюється узгодженість всіх його ланок обміну речовин. Ця здатність визначається просторовість структурної молекули ферментів. Вона реалізується через зміна швидкості дії ферментів і від концентрації відповідних субстратів і кофакторов, рH середовища, температури, і навіть від присутності специфічних активаторів і інгібіторів (наприклад, адениловых нуклеотидів, карбонильных, сульфгидрильных сполук та інших.). Деякі ферменти крім активних центрів мають додаткові, т.зв. аллостерические регуляторні центри. Біосинтез ферментів перебуває під контролем генів. Розрізняють конститутивні ферменти, постійно наявні у клітинах, і индуцируемые ферменти, біосинтез яких активується під впливом відповідних субстратів. Деякі функціонально взаємозалежні ферменти утворюють у клітині структурно організовані полиферментные комплекси. Багато ферменти і ферментні комплекси міцно пов’язані з мембранами клітини чи її органоидов (мітохондрій, лизосом, микросом тощо.) і у активному транспорті речовин через мембраны.

Відомо більш 20 000 різних ферментів, у тому числі багато виділено з живих клітин та одержані індивідуальному стані. Перший кристалічний фермент (уреаза) виділено американським біохіміком Д. Самнером в 1926 р. Для низки ферментів вивчена послідовність амінокислот і з’ясовано розташування полипептидных ланцюгів в тривимірному просторі. У лабораторних умовах здійснено штучний хімічний синтез ферменту рибонуклеазы. Ферменти використовують із кількісного ухвали і отримання різноманітних речовин, для модифікації молекул нуклеїнових кислот методами генної інженерії, діагностику і лікування низки захворювань, і навіть у низці технологічних процесів, що застосовуються у легкої, харчової та фармацевтичної промышленностях.

2. Властивості ферментов.

Будучи білками, ферменти мають усіма їх властивостями. Разом про те биокатализаторы характеризуються поруч специфічних якостей, теж що випливають із їх білкової природи. Ці якості відрізняють ферменти від каталізаторів звичайного типу. Сюди відносяться термолабильность ферментів, залежність їхні діяння від значення рН середовища, специфічність і, нарешті, схильність впливу активаторів і ингибиторов.

Термолабильность ферментів пояснюється лише тим, що температура, з одного боку, впливає на білкову частина ферменту, наводячи при занадто високих значеннях до денатурації білка та зниження каталітичної функції, а з іншого боку, впливає на швидкість реакції освіти ферментсубстратного комплексу, й попри всі наступні етапи перетворення субстрату, що веде посилення катализа.

Залежність каталітичної активності ферменту від температури виражається типовою кривою. До деякого значення температури (загалом до 5О°С) каталитическая активність зростає, причому на кожні 10 °C приблизно 2 разу підвищується швидкість перетворення субстрату. У той самий час поступово зростає кількість инактивированного ферменту з допомогою денатурації його білкової частини. При температурі вище 50 °C денатурація ферментного білка різко посилюється і було швидкість реакцій перетворення субстрату продовжує зростати, активність ферменту, що виражається кількістю перетвореного субстрату, падает.

Детальні дослідження зростання активності ферментів на підвищення температури, проведені у останнім часом, показали складніший характер цієї залежності, ніж зазначено вище: у часто вона відповідає правилу подвоєння активності на кожні 10 °C переважно через поступово наростаючих конформационных змін — у молекулі фермента.

Температура, коли він каталитическая активність ферменту максимальна, називається його температурним оптимумом.

Температурний оптимум щодо різноманітних ферментів є неоднаковим. Загалом для ферментів тваринного походження він між 40 і 50° С, а рослинного — між 50 і 60 °C. Але є ферменти з вищим температурним оптимумом, наприклад, у папаина (фермент рослинного походження, що прискорює гідроліз білка) оптимум перебуває при 8О°С. У той самий час у каталази (фермент, що прискорює розпад Н2О2 до Н2О і О2) оптимальна температура дії перебуває між 0 і -10°С, а за більш високих температурах відбувається енергійний окислювання ферменту та її инактивация.

Залежність активності ферменту від значення рН середовища було встановлено понад 50 років тому вони. До кожного ферменту існує оптимальне значення рН середовища, коли виявляє максимальну активність. Більшість ферментів має максимальну активність у зоні рН неподалік нейтральній точки. У різко кислої чи різко лужної середовищі добре працює лише деякі ферменты.

Перехід до більшої або меншої (проти оптимальної) концентрації водневих іонів супроводжується більш-менш рівномірним падінням активності фермента.

Вплив концентрації водневих іонів на каталітичну активність ферментів полягає у вплив в активний центр. При різних значеннях рН в реакційної середовищі активний центр то, можливо слабше чи сильніше ионизирован, більшою або меншою екранований сусідніми з нею фрагментами полипептидной ланцюга білкової частини ферменту тощо. З іншого боку, рН середовища впливає ступінь іонізації субстрату, фермент-субстратного комплексу, й продуктів реакції, надає великий вплив на стан ферменту, визначаючи співвідношення у ньому катіонних і анионных центрів, що позначається на третинної структурі білкової молекули. Остання обставина заслуговує на увагу, оскільки певна третинна структура белка-фермента необхідна для освіти фермент-субстратного комплекса.

Специфічність — одне з найбільш видатних якостей ферментів. Его властивість їх було відкрито ще у столітті, коли було зроблено спостереження, що дуже близькі структурою речовини — просторові ізомери (aі b-метилглюкозиды) розщеплюються по ефірної зв’язку двома абсолютно різними ферментами.

Отже, ферменти можуть розрізняти хімічні сполуки, відмінні друг від друга дуже незначними деталями будівлі, такими, наприклад, як просторове розташування метоксильного радикала і атома водню при 1-му углеродном атомі молекули метилглюкозида.

По образним висловом, нерідко употребляемому в біохімічної літературі, фермент наближається до субстрату, як ключі до замку. Це знамените правило було сформульовано Еге. Фішером 1894 р. з те, що специфічність дії ферменту визначається суворим відповідністю геометричній структури субстрату і активної центру фермента.

У 50-ті роки нашого століття це статична уявлення було замінено гіпотезою Д. Кошланда про индуцированном відповідність субстрату і ферменту. Суть її полягає зводиться до того що, що просторове відповідність структури субстрату і активної центру ферменту створюється в останній момент їх взаємодії друг з одним, може бути выряжено формулою «рукавичка — рука». Причому у субстраті вже деформуються деякі валентные зв’язку й він, в такий спосіб, готується до подальшого каталитическому видозміні, а молекулі ферменту відбуваються конформаційні перебудови. Гіпотеза Кошланда, джерело якої в допущенні гнучкості активного центру ферменту, задовільно пояснювала активування і ингибирование дії ферментів і регуляцію їх активність за вплив різних чинників. Зокрема, конформаційні перебудови в фермент у процесі зміни його активності Кошланд порівнював з коливаннями павутиння, як у неї потрапила видобуток (субстрат), підкреслюючи цим крайню лабільність структури ферменту у процесі каталітичного акта.

Нині гіпотеза Кошланда поступово витісняється гіпотезою топохимического відповідності. Зберігаючи основні тези гіпотези взаимоиндуцированной настройки субстрату і ферменту, вона фіксує увагу у тому, що специфічність дії ферментів пояснюється першу чергу впізнаванням тієї частини субстрату, яка змінюється при каталіз. Між цієї частиною субстрату і субстратным центром ферменту виникають численні точкові гидрофобные взаємодії і водневі связи.

3. Будова ферментов.

По будовою ферменти може бути однокомпонентными, простими білками, і двухкомпонентными, складними білками. У другий випадок у складі ферменту можна знайти додаткова група небелковой природы.

Свого часу виникли різні найменування білкової частини й додаткової групи в двухкомпонентных ферментах. Усі вони досі вживаються у літературі, например:

Фермент загалом Білкова частина Додаткова группа.

Симплекс Ферон (носій) Агон (активна группа).

Холофермент Апофермент Кофермент.

Додаткову групу, міцно пов’язану, не отделяемую від білкової частини, називають простетической групою; на відміну цього додаткову групу, легко отделяющуюся від апофермента і здатна до існуванню, зазвичай називають коферментом.

Хімічна природа найважливіших коферментів було з’ясовано у роки нашого століття завдяки трудам Про. Варбурга, Р. Куна, П. Каррера та інших. Виявилося, що роль коферментів в двухкомпонентных ферментах грають більшість вітамінів (Є, До, Q, В1, В2, В6 В12, З, М та інших.) чи сполук, побудованих за участю вітамінів (коэнзим А, НАД+ тощо. п.). З іншого боку, функцію коферментів виконують такі сполуки, як НS-глутатион, численна група нуклеотидів та його похідних, фосфорні ефіри деяких моносахаридов й інших веществ.

Характерною ознакою двухкомпонентных ферментів і те, що ні білкова частина, ні додаткова група окремо що немає помітної каталітичної активністю. Тільки їх комплекс виявляє ферментативные властивості. У цьому білок різко підвищує каталітичну активність додаткової групи, притаманну їй у вільному стані дуже малій мірі; додаткова ж група стабілізує білкову частина, й робить її менш вразливою до денатурирующим агентам. Отже, хоча безпосереднім виконавцем каталітичної функції є простетическая група, утворює каталітичний центр, її дії немислимо й без участі полипептидных фрагментів білкової частини ферменту. Понад те, в апоферменте є ділянку, характеризується специфічної структурою, вибірково зв’язуючий кофермент. Це правда званий кофермент зв’язуючий домен; його структура в різних апоферментов, об'єднуються з однією і тим самим коферментом, дуже подібна. Такі, наприклад, просторові структури нуклеотидсвязывающих доменів низки дегидрогеназ.

Інша справа у однокомпонентных ферментів, які мають додаткової групи, яка б укладати безпосередній контакти з преобразуемым з'єднанням. Цю функцію виконує частина білкової молекули, звана каталітичним центром. Припускають, що каталітичний центр однокомпонентного ферменту є унікальне поєднання кількох амінокислотних залишків, розміщених у частині білкової молекулы.

Найчастіше за каталітичних центрах однокомпонентных ферментів зустрічаються залишки сірий, двс, три, арг, цис, асп, глу і тир. Радикали перелічених амінокислот виконують тут таку ж функцію, як і кофермент в складі двухкомпонентного фермента.

Амінокислотні залишки, що утворюють каталітичний центр однокомпонентного ферменту, перебувають у різних точках єдиної полипептидной ланцюга. Тому каталітичний центр виникає у той час, коли білкова молекула набуває притаманну їй третинну структуру. Отже, зміна третинної структури ферменту під впливом розв’язання тих чи інших чинників можуть призвести до деформації каталітичного центру і зміни ферментативної активности.

Крім каталітичного центру, освіченого поєднанням амінокислотних радикалів чи приєднанням коферменту, у ферментів розрізняють решта 2 центру: субстратный і аллостерический.

Під субстратным центром розуміють ділянку молекули ферменту, відповідальний за приєднання речовини (субстрату), яке зазнає ферментативному перетворенню. Часто цю ділянку називають «якірній майданчиком» ферменту, де, як судно на якір, стає субстрат. У часто прикріплення субстрату до ферменту у день рахунок взаємодії з e-аминогрулпой радикала ліз, що за субстратном центрі. Цю ж роль може виконувати СООН-группа глу, і навіть НS-группа цис. Однак останніх років, що набагато важливіше значення тут мають сили гидрофобных взаємодій і водневі зв’язку, виникаючі між радикалами амінокислотних залишків субстратного центру ферменту і відповідними угрупованнями в молекулі субстрата.

Поняття каталітичному і субстратном центрі годі було абсолютизувати. У реальних ферментах субстратный центр може збігатися (чи перекриватися) з каталітичним центром. Понад те, каталітичний центр може остаточно формуватися в останній момент приєднання субстрату. Тому часто говорять про активному центрі ферменту, представляє поєднання першого і другого. Активний центр у ферментів розташований дві щілини при двухъядерной структурі, наприклад у лизоцима і рибонуклеазы, чи дні глибокої западини, як в химотрипсиногена.

Аллостерический центр є ділянку молекули ферменту, в результаті приєднання якого певного низкомолекулярного (а іноді - і высокомолекулярного) речовини змінюється третинна структура білкової молекули. У результаті змінюється конфігурація активного центру, супроводжується або збільшенням, або зниженням каталітичної активності ферменту. Це є основою так званої аллостерической регуляції каталітичної активності ферментов.

Значення молекулярних мас ферментів коливаються в межах: від тисяч за кілька мільйонів. У природі налічується кілька десятків ферментів, які мають порівняно невеликими молекулами (до 50 тис.). Проте оскільки більшість ферментів представлено білками вищої молекулярної маси, побудованими з субодиниць. Так, каталаза (М=25 200) містить у молекулі шість протомеров з М=42 000 кожен. Молекула ферменту, ускоряющего реакцію синтезу рибонуклеиновых кислот (РНК-полимераза, М = 400 000), складається з 6 нерівних субодиниць. Повна молекула глутаматдегидрогеназы, прискорювальній процес окислення глутаминовой кислоти (М=336 000), побудована з 6 субодиниць з М=56 000.

Способи компонування протомеров в мультимеры різноманітні. Дуже важливе, що недобудований з субодиниць фермент виявляє максимальну каталітичну активність саме у вигляді мультимера: дисоціація на протомеры різко знижує активність ферменту. Не все ферменты-мультимеры побудовано лише з каталитически активних протомеров. Поруч із каталитическими у складі відзначені регуляторні субъединицы, як, наприклад, у аспартаткарбамилтрансферазы.

Серед ферментов-мультимеров безумовно переважають димеры і тетрамеры (слід їх дещо сотень), меншою мірою поширені гексамеры і октамеры (кілька десятків) надзвичайно не часто трапляються тримеры і пентамеры.

Молекули ферментов-мультимеров часом складено з субодиниць двох типів, які охоплюють умовно як субъединицы типу Проте й У. Вони подібні друг з одним, але відрізняються з деяких деталей первинної і третинної структур. Залежно від співвідношення протомеров типу Проте й У в мультимере останній може існувати у кількох ізомерів, котрі називають изозимами. Так, при чотирьох субъединицах можливі 5 изозимов:

I II III IV.

V.

AAAA AAAB AABB ABBB BBBB.

Нині інтерес до изозимам різко підвищився. Виявилося, що крім генетично детермінованих изозимов є велика група ферментів, що має множинними формами, виникаючими внаслідок їх посттрансляционной модифікації. Численні форми ферментів і изозимы в частковості використовуються зараз для діагностики хвороб на медицині, прогнозування продуктивності тварин добору батьківських пар при схрещуванні задля забезпечення максимального гетерозису в прийдешнім тощо. п.

Значення просторової організації ферментів особливо яскраво виявляється щодо будівлі про мультиэнзимов, тобто. ферментів, спроможних прискорювати одночасно кілька хімічних реакцій і здійснювати складні перетворення субстрату. Прикладом може бути мультиэнзим, що прискорює реакцію окисного декарбоксилирования пировиноградной кислоти. Цей многоферментный комплекс з М=4 500 000 складається з трьох видів ферментів. Перший (E1) прискорює реакцію декарбоксилирования пировиноградной кислоти. До складу комплексу входить 12 димерных молекул цього ферменту (К=19 200). Другий та третій ферменти, катализирующие окислювально-відновні процеси при окислюванні пировиноградной кислоти, зосереджені всередині мультиэнзимного комплексу. Одне з них (Е3) представлений шістьма димерными молекулами (М=112 000), інший (Е2) — 24 протомерами (М=70 000).

Там, коли мультиэнзимный комплекс обслуговує єдиний, багатоступінчастий процес біохімічних перетворень, її називають метаболоном (від слова метаболізм — обмін речовин). Такі метаболоны гликолиза, біосинтезу низки амінокислот, циклу дикарбоновых і трикарбонових кислот і др.

Через війну злагодженого в часі та просторі дії всіх трьох видів які входять у його склад ферментів мультиэнзим із великою швидкістю здійснює перетворення пировиноградной кислоти. Саме кооперативному характері каталітичного процесу криється головна відмінність біокаталізаторів від каталізаторів неорганічної природи, саме тому інтенсивність биокатализа кілька десятків, сотні й тисячі разів перевищує потужність дії неорганічних катализаторов.

Порівняно нещодавно виявлено ще одне своєрідну риску у структурі ферментів: окремі є полифункциональными, тобто. мають кількома энзиматическими активностями, але тільки однієї полипептидной ланцюгом. Річ у тім, що ця єдина ланцюг для формування третинної структури утворює кілька функціонально і стерически відособлених глобулярных ділянок — доменів, кожен із яких характеризується своєї каталітичної активностью.

Під час вивчення мультиэнзимных комплексів і поліфункціональних ферментів вдалося зрозуміти найважливішу особливість ферментативного каталізу, а саме — естафетну передачу проміжних продуктів реакції від однієї компонента каталітичної системи до іншого і їх высвобождения.

4. Номенклатура ферментов.

Ферментология дуже так важко мала суворо наукової номенклатурою ферментів. Найменування ферментам давали по випадковим ознаками (тривіальна номенклатура), під назвою субстрату (раціональна), по хімічним складом ферменту, нарешті, на кшталт катализируемой реакції і характеру субстрата.

Прикладами тривіальної номенклатури можуть бути назви таких ферментів, як пепсин (від грецьк. пепсис — травлення), трипсин (від грецьк. трипсис — разжижаю) і папаин (від назви динячого дерева Carica papaja, з соку якого його виділено). По дії всі ці ферменти є протеолитическими, т. е. прискорюють гідроліз протеїнів (білків). Характерне назва була дано групі забарвлених внутрішньоклітинних ферментів, прискорювальних окислювально-відновні реакції у клітині, — цитохроми (від латів. citos — клітина і chroma — цвет).

Найбільшого поширення набула отримала раціональна номенклатура, за якою назва ферменту складається з назви субстрату характерного закінченняаза. Вона стала запропонована аж понад століття тому, в 1883 р. Еге. Дюкло — учнем Л. Пастера. Так, фермент, що прискорює реакцію гідролізу крохмалю, отримав назву амилаза (від грецьк. амилон — крохмаль), гідролізу жирів — липаза (від грецьк. липос — жир), білків (протеїнів) — протеаза, сечовини — уреаза (від грецьк. уреа — сечовина) тощо. п.

Коли методами аналітичної хімії досягнуто відомі успіхи у розшифровці хімічної природи простетических груп, виникла нова номенклатура ферментів. Їх почали називати під назвою простетической групи, наприклад, геминфермент (простетическая група — гем), пиридоксальфермент (простетическая група — пиридоксаль) і т.п.

Потім у назві ферменту стали вказувати як у характер субстрату, і на той тип катализируемой реакції. Приміром, фермент, отнимающий водень від молекули бурштинової кислоти, називають сукцинатдегидрогеназой, підкреслюючи цим це й хімічну природу субстрату, і позбавити атомів водню у процесі ферментативного действия:

— 2Н НООС ѕ СH2 ѕ СН2 ѕ CООН ѕѕѕѕѕ® НООС ѕ СП = СП ѕ СООН.

Бурштинова кислота Дегидрирование.

У 1961 р. Міжнародна комісія з номенклатурі ферментів представила V Міжнародному біологічному конгресу проект номенклатури, побудований на суворо наукових принципах. Проект затверджений конгресом, і нове номенклатура надійно ввійшла в ферментологию. Відповідно до цієї (Московської) номенклатурі назва ферментів створюють із хімічного назви субстрату назви тієї реакції, здійснювану ферментом. Якщо хімічна реакція, ускоряемая ферментом, супроводжується перенесенням угруповання атомів від субстрату до акцептору, назва ферменту включає також хімічне найменування акцептора.

Наприклад, пиридоксальфермент, катализируюший реакцію переаминирования між L-аланином і a-кетоглутаровой кислотою, називається L-аланин: 2- оксоглутарат аминотрансфераза. У цьому вся назві відзначені одразу трьох особливості: 1) субстратом є L-аланин; 2) акцептором служить 2- окcоглутаровая кислота; З) від субстрату до акцептору передається аминогруппа.

Назви ферментів з наукової номенклатурі незмірно виграють в точності, але стають часом набагато складніше старих, тривіальних. Так, уреаза (тривіальне назва), прискорювальна реакцію гідролізу — сечовини на оксид вуглецю (IV) і аміак, з наукової номенклатурі іменується карбамід — амидогидролазой:

Н2N ѕ ЗІ ѕ NН2 + Н2О ѕѕѕѕѕ® 2NН3 + СО2.

У цьому вся назві дано точне хімічне найменування субстрату і зазначено, що фермент каталізує реакцію гідролізу амидогруппы. Трегалаза, прискорювальна реакцію гідролізу трегалозы, називається трегалоза-1-глюкогидролазой.

У зв’язку з значним ускладненням наукових назв у новій номенклатурі допускається збереження поруч із новими старих тривіальних, робочих назв ферментів. Міжнародної комісією підготували детальний список всіх відомих у той час ферментів, істотно доповнений в 1972 р. під час перегляду як класифікації, і номенклатури деяких ферментів, де поруч із новим науковим назвою кожного ферменту наведено старе, і навіть зазначений хімізм катализируемой ферментом реакції й у окремих випадках природа ферменту. Отже, виключається можливість плутанини в найменуванні ферментів. У 1964 р. список включав 874 ферменту; в наступне короткий час він був істотно доповнений і дорівнював 1770 ферментів в 1972 р. і по 2003 ферментів 1979;го г.

Кожному ферменту у зазначеному списку присвоєно індивідуальний номер (шифр). Наприклад, шифр уреазы виражається цифрами 3.5.1.5. Це означає, що уреаза належить до 3-го класу (перша цифра) ферментів, всі представники якого катализируют реакції гідролізу. Друга цифра (5) свідчить, що уреаза належить до 5-му підкласу цього, куди зараховано все ферменти, що прискорюють гідроліз З — N-связей, які є пептидными. Третя цифра шифру (1) свідчить про приналежність уреазы до подподклассу 5- го підкласу, члени якого прискорюють гідроліз лінійних амідів, а остання цифра (5) — порядковий номер уреазы у тому подподклассе.

Згадувана раніше лактатдегидрогенеза має шифр 1.1.1.27, т. е. належить до 1-му класу ферментів (оксидоредуктазы), до 1-му підкласу (оксидоредуктазы, які діють СП — ОН-группировки як донорів атомів водню), до 1-му подподклассу (акцептором атомів водню служить никотинамидадениндинуклеотид) і 27-е місце у переліку ферментів згаданого подподкласса. Отже, шифр вже напевне вказує місце ферменту у списку. Нині вважають у наукових публікаціях з першого згадці про ферменту вказувати в дужках його шифр.

5. Класифікація ферментов.

і характеристика деяких групп.

За першим історія вивчення ферментів класифікації їх ділили на дві групи: гидролазы, що прискорюють гидролитические реакції, і десмолазы, що прискорюють реакції негидролитического розпаду. Потім була спроба розбити ферменти на класи за кількістю субстратів, що у реакції. У відповідно до цього ферменти класифікували втричі групи. 1. Катализирующие перетворення двох субстратів одночасно в обох напрямах: А+В)С+D. 2. Що Прискорюють перетворення двох субстратів у прямій реакції і самого в зворотної: А+В)С. 3. Щоб Забезпечити каталітичне видозміну одного субстрату як і прямий, і у зворотної реакції: А) В.

Одночасно розвивалося напрям, де у основу класифікації ферментів було покладено тип реакції, яка піддається каталитическому впливу. Поруч із ферментами, які прискорюють реакції гідролізу (гидролазы), прокуратура вивчила ферменти, що у реакціях перенесення атомів і атомних груп (феразы), в ізомеризації (изомеразы), розщепленні (лиазы), різних синтезах (синтетазы) тощо. буд. Цей напрям у класифікації ферментів виявився найбільш плідним, оскільки об'єднувало ферменти в групи за надуманим, формальними ознаками, а, по типу найважливіших біохімічних процесів, що у основі життєдіяльності будь-якого організму. За цим принципом все ферменти ділять на 6 классов.

1. Оксидоредуктазы — прискорюють реакції окислення — відновлення. 2. Трансферазы — прискорюють реакції перенесення функціональних груп, і молекулярних залишків. 3. Гидролазы — прискорюють реакції гидролитического розпаду. 4. Лиазы — прискорюють негидролитическое відщеплення від субстратів певних груп атомів із заснуванням подвійний зв’язку (чи приєднують групи атомів по подвійний зв’язку). 5. Изомеразы — прискорюють просторові чи структурні перебудови межах однієї молекули. 6. Лигазы — прискорюють реакції синтезу, пов’язані з розпадом багатих енергією зв’язків. Ці класи і покладено основою нової наукової класифікації ферментов.

До класу оксидоредуктаз відносять ферменти, катализирующие реакції окислення — відновлення. Окислювання протікає як процес відібрання атомів М (електронів) від субстрату, а відновлення — як приєднання атомів М (електронів) до акцептору.

До класу трансфераз входять ферменти, що прискорюють реакції перенесення функціональних груп, і молекулярних залишків від однієї сполуки до іншому. Це з найбільш великих класів: він налічує близько 500 індивідуальних ферментів. Залежно від характеру які угруповань розрізняють фосфотрансферазы, аминотрансферазы, гликозилтрансферазы, ацилтрансферазы, трансферазы, які переносять одноуглеродные залишки (метилтрансферазы, формилтрансферазы), та інших. Наприклад, амидазы прискорюють гідроліз амідів кислот. У тому числі значної ролі в біохімічних процесів у організмі грають уреаза, аспарагиназа і глутаминаза.

Уреаза була однією із перших белков-ферментов, здобутих у кристалічному стані. Це однокомпонентный фермент (М=480 000), молекула його глобулярна і складається з 8 рівних субодиниць. Уреаза прискорює гідроліз сечовини до NН3 і СО2.

Характерні риси дії ферментів класу лигаз (синтетаз) виявлено зовсім недавно зв’язку з значними успіхами до вивчення механізму синтезу жирів, білків і вуглеводів: Виявилося, старі уявлення про освіті цих сполук, за якими вони виникають при зверненні реакцій гідролізу, неправдиві. Шляхи їх синтезу принципово иные.

Головна їх особливість — спряженість синтезу з розкладом речовин, здатних поставляти енергію реалізації биосинтетического процесу. Однією з таких природних сполук є АТФ. При відриві від неї молекули у присутності лигаз однієї чи двох кінцевих залишків фосфорної кислоти виділяється дуже багато енергії, використовуваної для активирования реагують речовин. Лигазы ж каталитически прискорюють синтез органічних з'єднання з активованих з допомогою розпаду АТФ вихідних продуктів. Отже, до лигазам ставляться ферменти, катализирующие з'єднання друг з одним двох молекул, пов’язана з гидролизом пирофосфатной зв’язку в молекулі АТФ чи іншого нуклеозидтрифосфата.

Механізм дії лигаз вивчений ще досить, але, безсумнівно, він дуже складний. Нерідко доведено, що зі що у основний реакції речовин спочатку дає проміжне з'єднання з фрагментом розпаду молекули АТФ, а за цим зазначений проміжний продукт взаємодіє з іншим партнером основний хімічної реакції з освітою кінцевого продукта.

6. Локалізація ферментів в клетке.

Однією з принципових відмінностей ферментів від каталізаторів небіологічного походження є кооперативний характер їхні діяння. На рівні одиночній молекули ферменту кооперативний принцип реалізується у тонкому взаємодії субстратного, активного і аллостерического центрів. Однак значно найбільше важить кооперативний здійснення реакцій лише на рівні ансамблів ферментів. Саме наявністю систем ферментів — як мультиэнзимных комплексів або ще складніших утворень — метаболонов, які забезпечують каталітичні перетворення всіх учасників єдиного метаболічного циклу — у клітинах із швидкістю здійснюються многостадийные процеси, як розпаду, і синтезу органічних молекул. Ферментативний каталіз в многостадийных реакціях йде без виділення проміжних продуктів: лише виникнувши, вони тут-таки піддаються подальшим преобразованиям.

Це лише оскільки у клітинному вмісті ферменти розподілені не хаотично, а суворо упорядоченно. З сучасної точки зору клітина представляється високоорганізованої системою, окремими частинах якої здійснюються суворо визначені біохімічні процеси. У відповідність до приуроченностью їх до визначених субклеточным частинкам чи відсікам (компартментам) клітини у яких локалізовано ті чи інші індивідуальні ферменти, мультиэнзимные комплекси, поліфункціональні ферменти чи найскладніші метаболоны.

Різноманітні гидролазы і лиазы зосереджені переважно у лизосомах. Усередині цих порівняно невеликих (кілька нанометрів в діаметрі) пухирців, обмежених мембраною від гиалоплазмы клітини, протікають процеси деструкції різних органічних сполук до тих найпростіших структурних одиниць, з яких вони побудовано. Складні ансамблі окисно-відновних ферментів, такі, наприклад, як цитохромная система, перебувають у мітохондріях. У тих самих субклеточных частинках локалізований набір ферментів циклу дикарбоновых і трикарбонових кислот. Ферменти активирования амінокислот розподілені в гиалоплазме, але вони ж є і ядрі. У гиалоплазме присутні численні метаболоны гликолиза, структурно поєднані з такими пентозофосфатного циклу, що забезпечує взаимопереключение дихотомічного і апотомического шляхів розпаду вуглеводів. У той самий час ферменти, що прискорюють перенесення амінокислотних залишків на зростаючий кінець полипептидной кайдани й посадили катализирующие деяких інших реакції у процесі біосинтезу білка, зосереджено рибосомальном апараті клітини. Нуклеотидилтрансферазы, що прискорюють реакцію перенесення нуклеотидних залишків при новообразовании нуклеїнових кислот, локалізовано переважно у ядерному апараті клітини. Отже, системи ферментів, зосереджені у тих чи інших структурах, беруть участь у здійсненні окремих циклів реакцій. Будучи тонко скоординовано друг з одним, ці окремі цикли реакцій забезпечують життєдіяльність клітин, органів, тканин та організму в целом.

7. Методи виділення, тож очищення ферментов.

Тривалий час цілком обгрунтовано вважали, що це ферменти — тіла білкової природи. Проте на початку 80-х була несподівано відкрита здатність низькомолекулярних рибонуклеиновых кислот прискорювати реакцію перетворення попередників РНК в функціонально значимий продукт, т. е. виникло уявлення про полирибонуклеотидной природі деяких ферментів, названих рибозимами.

Хоча здійснено лабораторний синтез низки ферментів — рибонуклеазы, лизоцима, ферредоксина і цитохрома з, годі й чекати, що синтетичне отримання ферментів набуде широкого поширення найближчими десятиліттями через її труднощі й дорожнечу, тому єдиний реальний нині спосіб отримання ферментів — це виділення їх із біологічних объектов.

Вирізняють ферменти як і, як та інші білки, хоча є прийоми, застосовувані переважно для ферментів. У тому числі можна назвати екстракцію гліцерином, у якому зберігаються нативні властивості ферментів, і навіть метод ацетонових порошків, котра перебувала осадженні і швидкому зневодненні за нормальної температури не вище -10°С тканин чи витяжок їх, містять ферменти. До до їх числа належить і отримання ферментів шляхом адсорбції з наступної элюцией (зняттям) з адсорбенту. Цей метод був у хімію ферментів А. Я. Данилевським і зробив потужний поштовх розвитку ферментологии. Зараз адсорбционный метод виділення, тож очищення ферментів розроблений детально. Поруч із ним широко застосовують метод ионообменной хроматографії, метод молекулярних сит, електрофорез і особливо изоэлектрофокусирование. Один із модифікацій адсорбционного методу — афинная хроматографія, де адсорбентом служить речовина, з яким фермент взаємодіє вибірково. Відтак лише один цей фермент затримується на колонці, проте супутні йому виходять із струмом проявника. Змінюючи характер проявника, досліджуваний фермент элюирует з колонки. Цим методом досягають очищення ферменту кілька тисяч раз, застосовуючи лише одноповерхову (аффинная сорбція — элюция) схему выделения.

Для успішного виділення ферментів з клітинного вмісту необхідно дуже тонке здрібнення вихідний матеріал, до руйнації субклеточных структур: лизосом, мітохондрій, ядер та інших., яких зазнають в собі багато індивідуальні ферменти. Особливу увагу при виділенні ферментів приділяють проведенню всіх операцій на умовах, що виключатимуть денатурацію білка, оскільки він завжди пов’язані з втратою ферментативної активності. Цьому сприяє проведення операцій на присутності захисних добавок, зокрема HS-содержащих сполук (цистеина, глутатиона, меркаптоэтанола, цистеамина, дитиотреитола і др.):

HS ѕ CH2 ѕ СН2 ѕ NН HSѕCH2ѕCH (ОН) ѕ СП (ВІН) ѕ СH2 ѕ SH.

Цистеамин Дитиотреитол.

Конче важливо підтримувати всіх етапах виділення ферментів низьку температуру, бо окремі навіть при -80°С втрачають активность.

Для оцінки гомогенності ферментного препарату вдаються до звичайних методам білкової хімії. Переломним в удосконаленні методів отримання високоочищених, гомогенних препаратів ферментів було відкриття здібності їх кристалізуватися, скоєне вперше у 1906 р. А. Д. Розенфельдом (їм отримали як кристалів оксидаза з коріння редьки) і яке придбало з 1926 р. поширення після роботи Д. Самнера по отриманню кристалічною уреазы з бобів канавалии. Нерідко про рівень чистоти ферментного препарату судять з його біологічну активність; якщо активність при подальшої очищенні зростає, препарат вважатимуться гомогенним. З 2003 включених до списку ферментів більш 1500 виділено й у тій чи іншій мері очищено, третина їх закристаллизована, в кількох сотень вияснена первинна, а й у кілька десятків — третинна структура.

1. Власова З. А. Біологія. Довідник школяра. М., Всеросійські слово, 1995 г.

2. Хомченко Г. Л. Хімія для що у вузи. Навчальний посібник. М., Вищу школу, 1993 г.

3. Біологічний енциклопедичний словник. Під ред. Гілярова М.С. М., Радянська енциклопедія, 1987 г.