Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Известны многочисленные регуляторные механизмы метаболизма (гл. 1!); некоторые из них функционируют иа уровне собственно ферментов. Вещества, которые либо увеличивают, либо уменьшают скорости катализируемых реакций, действуя непосредственно на фермент, называют эффекторами. Они изменяют структуру фермента таким образом, что изменяется скорость реакции. Механизмы регулирования активности ферментов рассмотрены ниже (разд. 8.7). и. клтллиз уже давно предложенные тривиальные названия (например, трипснн и пепсин). Международная комиссия по ферментам разработала полную, однако весьма сложную номенклатуру и классификацию ферментов. В табл. 8.1 приведены главные классы ферментов.
Все ферменты сгруппированы в шесть классов, каждый из которых делится на подклассы и подподклассы. Так, оксидоредуктазы включают все ферменты, катализирующие акислительновосстановительные реакции, трансферазы — реакции переноса и т. д. В классификации имеются некоторые неопределенности; например, некоторые трансферазы, по существу, катализируют окислительно-восстановительные реакции. В то же время использование классификации гарантирует необходимую однозначность в научной литературе. Некоторые из рекомендуемых комиссией названий не получили широкого распространения и ие используются в данной книге.
Следует поэтому запомнить название фермента и катализируемую им реакцию, когда они впервые встречаются в тексте. В общем случае названия ферментов связаны с общим типом реакции (дегидразы катализнруют реакции дегидрирования, гидратазы — реакции гидратацпп, декарбоксилазы — реакции декарбокснлирования и т. д.).
8,3. Кофвкторы и коферменты Многие ферменты являются конъюгированными белками, содержащими простетпческие группы, не имеющие в своем составе аминокислот. Конъюгираванный белок принято называть халоферментом, он может диссоциировать на белковый компонент — апофермент и небелковую простетическую группу — кофактор. Например, красновато-коричневая каталаза (гл. 13) диссоциирует в кислой среде с образованием бесцветного апофермента и феррипротопорфирина (гл.
13). Некоторые ферменты содержат металлы, нередко весьма прочно связанные с белком и отделяющиеся только при денатурацпи фермента. Супероксидднсмутаза (гл. 13) содержит два металла: по одному иону Сц'+ и апай в каждой из ее двух субъединиц; металлы трудно удаляются без нарушения конформации фермента. Следует отметить, что апофермент может снова взаимодействовать с обоими металлами, при этом регенерируется холофермент.
Некоторые металлы, например Сна+ в суперокспдднсмутазе, непосредственно участвуют в каталптическом процессе. Металлы могут участвовать в поддержании натнвной конформации фермента, н в этом случае их часто называют активпттрамш Некоторые органические кофакторы ферментов действуют как акцепторы или доноры атомов или функциональных групп, которые удаляются от субстрата или присоединяются к нему. Такие кофакторы часто легко диссоциируют из комплекса с ферментом, и в этом случае их принято называть кофермангами.
Более строго их следовало бы рассматривать как косубстраты, поскольку они вместе с субстратами стехиометрнчески участвуют в каталитической реакции. Например, фермент Е содержит кофермент С и реагирует с субстратом АНЕН Е.С+дна ч==ь Л+Е'Сна Одна молекула Е С реагирует с одной молекулой АНФ образуя молекулы А и Е.СНь при этом атомы водорода ковалентно связываются с С. Прежде чем сможет осущестииться превращение следующей молекулы АНМ молекула Е СН2 должна возвратиться в состояние Е С.
Это может быть осуществлено другим ферментом, катализирующим реакцию Е*СН + В ч==ь Е С+ВН или путем диссоциации СНЕ нз комплекса с ферментом и превращения в С в результате еще одной ферментативной реакции. Известны сотни ферментов, для функционирования которых необходимы металлы или органические кофакторы, однако количество металлов н кофакторов в организме ограничено. Многие органические кофакторы рассмотрены далее; некоторые из них ие могут синтезироваться в организме млекопитающих н являются необходимыми компонентами пиши, или вигаиинпиш Примерами кофакторов являются никотинамидадениндинуклеотид ХАВ, содержащий витамин никотннамид (гл.
!3), и флавинадениндинуклеотид ЕАР, содержащий витамин рибофлавнн (гл. 50). Действие этих и многих других кофакторов станет понятным при рассмотрении соответствующих реакций метаболизма. 8.4. Кинетики ферментативных реакций Вопрос о скоростях ферментативных реакций имеет для биохимика первостепенное значение. При этом следует выделить две задачи: исследование нормального нли нарушенного метаболизма организма в целом и выяснение природы собственно ферментативного процесса. Для оценки важности какой-либо синтетической реакции еще недостаточно знать, что она протекает в живых тканях; рассматриваемая реакция должна протекать достаточно быстро для обеспечения потребностей организма в продуктах реакции.
Если своевременно не поставлиется необходимый субстрат или же продукт реакции не удаляется достаточно быстро, могут возникать нарушения обмена веществ, проявляющиеся в виде заболевания. Естественно, метаболические нарушения возникают и в тех случаях, когда скорость физиологических процессов ~реакций) значительно больше, чем в норме. 248 и. катализ Как отмечено выше (равд.
8.Е5), скорость химической реакции сильно зависит от температуры и концентрации реагирующих веществ. Целесообразно рассмотреть вначале влияние концентрации на скорость пеьатализируемых реакций. В общем случае скорость химической реакции определяется как изменение концентрации с субстрата или продукта за единицу времени й (Обычно концентрацию выражают в молях на литр, а время — в секундах.) Так, если с — начальная концентрация, которая уменьшается во времени, то скорость реакции — с(с/Ф. Скорость реакции может различным образом зависеть от «текущей» концентрации с. Она может не зависеть от ьт лс — — = яа = ясса реакция нулевого порядка быть пропорциональной с: Ф вЂ” = А с = ягсг рааяция первого порядка или быть пропорциональной второй степени (нли реже более высокой степени) с: ~С вЂ” — = я (с с) = лс«реакция второго порядка Во всех случаях й — константа скорости реакции.
Размерность й зависит от порядка реакции Гг = сг-ам, где а — порядок реакции Следовательно, иа имеет размерность с(-г, А, — г-', йа — с-Ч вЂ” '. Из зтого следует, что константы скорости для реакций различных порядков нельзя складывать или вычитать. Следовательно, только в реакциях первого порядка константа скорости не содержит размерность концентрация и только для реакций первого порядка период полупревращения, т.
е. время, требуемое для уменьшения в 2 раза исходной концентрации, является постоянным для любых концентраций. В случае фермеитативных реакций, если известна молекулярная масса фермента, в размерность константы скорости входит концентрация фермента. Если молекулярная масса фермента не известна или препарат фермента не является чистым, скорость реакции часто относят к концентрации белка (миллиграмм белка на миллилитр или миллиграмм белкового азота на миллилнтр). Согласно международному соглашению, одна единица любого фермента есть такое количество фермента, которое в определенных условиях катализирует превращение субстрата со скоростью 1 моль!с.
Одна единица соответствует очень большому количеству фермента; для характеристики активности обычно используют нано- и пикоединицы. 3. ФеРменты. ! 8.4Л. Уравнения скорости реакции Скорость всех ферментативных реакций зависит (при прочих постоянных условиях) от концентрации фермента и его субстрата. Рис. 8.3 иллюстрирует зту зависимость. В то время как при увеличении концентрации фермента скорость реакции увеличивается линейно, по мере возрастания концентрации субстрата (при постоянной концентрации фермента) она увеличивается гпперболически, достигая предельной максимальной скорости. Это указывает на то, что фермент должен иметь конечное число участков, взаимодействующих с субстратом; после заполнения всех участков дальнейшего увеличения скорости не происходит, и фермент оказывается насыщенным субстратом.
Михазлис и Ментен в 1913 г. одними из первых проанализировали кинетику ферментативного процесса и вывелн общее уравнение скорости (взвестнае в настоящее время как уравнение Иихаэлиса — Ментен) для реакции, в которой происходит обратимое взаимопревращенпе одного субстрата и одного продукта. Они предположплп, что фермент В взаимодействует с субстратом 8, образуя фермент-субстратный комплекс ЕБ, из которого затем освобождаются фермент и продукт Р: ас аз Е+ Б ~~ ЕЗ ч.-=-е Е+ Р (1) а — ь А-е где Аь й ь Ал, й з — константы скорости соответствующих стадий реакцшь Это важное уравнение выведено здесь с учетом допущения Михаэлиса и Меитен о том, что происходит образование комп- и Ф йл ФЕ е и .к о о о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
