Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Изучение ферментов играет огромную практическую роль. Некоторые заболевания, особенно наследственные генетические нарушения, могут быть связаны с дефектом или полным отсутствием одного или нескольких ферментов. Причиной других заболеваний может быть слишкогя высокая активность фермента. Опрелелсние активности ферментов в плазме крови, эритроцитах или тканях играет важную роль н мелицинской диагностике. Механизм действия многих лекарств вклк>част их вааимодсйствие с ферментами в организме. Кроме того, ферменты находят практическое применение в химической н пищевой промышленности и н сельском хозяйстве. Мы начнем с описания свойств ферментов и тех принципов, на которых базируется их каталитпчсское действие, а затсм обратигися к фсрмептативной кипетикс, без которой нсвозможно обсуждение активности ферментов.
После этого мы обсудим механизмы действия нскоторых ферментов,чтобы продемонстрировать основные биохимические принципы. и, наконец, остановимся на регуляции активности ферментов. Значительная часть истории биохимии связана с исслеловапиями активности фермснтов. Биологический катализ впервые был обнаружсн и описан в конце 1700-х гг. при изучении процесса псрева- ривания мяса под действием желудочного гока: позднее, в ХГХ в., бьши проведены исследования, посвященные прсврагдению крахмала н сахар пол действием слюны и различных растительных экстрактов. В 1850 г.
Лун ГГастср пришел к выводу, что сбраживание сахара н спирт под действием дрожжей катализируется «знзимами» вЂ” ферментами. Оп считал, что зти ферменты неотделимы от структуры живой дрожжевой клетки. Подобная точка зрения, получившан название витализма, господствовала на протяжении нескольких лесятилетий. Позднее, н 1887 г., Эдуард Бухнер показал, что превращение сахара в спирт может происходить под действием экстракта из дрожжей: это означало, что ферментацию осуществляют молекулы, щюлолжающие функционировать в бссклеточной системе. Гйксперименз Бухнсра положил конец виталистпчегкой теории — начался расцвет науки биохимии. Фредерик В.
Кюпе назвал молекулы, открытые Бухпером, ферментами. Важнсйшим достижением раннего периода изучения ферментов стало выделение и получение кристаллического препарата уреазы, осуществленное Джеймсом Сампером в 1926 г. Обнаружив, что кристаллы уреазы полностью состоят из белка, Сампер высказал предположение, что все ферменты — белки. Других данных в то время не существовало, поэтому зта теория долгое время являлась темой для дискуссий.
Только после того, как в 1930-х гг. Джон Нортроп и Мозес Куннтц выделили пепсин, трппсин и другие пищеварительные ферменты, получили нх кристаллические препараты и показали, что они также являются белками, теория Сампера была полностью признана. В этот период Дж. Б.
С. Холдейн издал трактат под цазванислг «Ферменты». Хотя молекулярная 6.1 Введение [271[ Ио««ь« Во-' Гг'-" ««йл 1««й Мл" Мо %м Яе 2лх' цргд«игг«игииии и иии«г Г и «гиоиитию«иих 1«р««игр игргиогииои «ргииы 11«««««««гг«« л К««1)григ««т Л 1ию гол Иа«йотглойэя к«««.л«««в л др. Вигам«ш В.« А йод хиыг «««и«й« В -Й«х «««косо «шш ми ли«х «айги«й (юх[юрмг«л Вй) О тгйй«и «««'««««««;«и««ух «г«гг«е« 11«««««««г««««««к «««'д Оъ«« Вию«п«иэмидз.«гни««дййгх«й От«ы 11 ««1«««, «««хо эх«ьф««г фи « '1г«рэг«е«1«оф«х«««т Т««йз«««1«««««1««««1««««'«1«й Атомы и«ыорйдз и лдхллыллг «руш:ы 1«««б«««[г«;«««ю«(игл эмил Б,) 11г грг««уг««««и лил«г 11йю««л«ю««йи х«и«ила (лл'иий) Пири ижгии (вллзмйл Вх) Фйдлг«х«и ююдтэ З:и'х«'1х «и ы ;:)г«гк«1«««««ь«и ы;иди«гии ~ 1л) «~й«« Гидрйд-лш«ы(Н ) Ллллю«'ру«шь« «")ди«г,.«йи о«~-,«йх«г)зг«~««ь« Л.йи««.«изы Тлэм«ю (иитэмли 16) Примечание: структура и механизм действия этих кофермгитов обсуждаются и части Гс природа ферментов еще не была полностью ясна, Холдейн вылвинул замечательное предположение, что в основе каталитнчсской реакции могут лежать слабые взаимодействия между ферментом и его субстратом.
Эта теория является основным элементом нашего сегодняпшего представления о ферментативном катализе. Начиная со второй половини«лвалцатого столетия были выделены тысячи ферментов, структура и химический механизм действия многих из лнх теперь известны. болыцинство ферментов являются белками За исключением немногочисленной группы молекул РНК, облалающих каталнтической активностью (гл. 26), все остальные ферменты являются белками. Каталитичсская активность ферментов зависит от степени сохрани«юти их натнвной конформации.
При денатурации белка или его диссоциапин на отдельные субъединнцы фермснтативйая активность обычно исчезает. При разделении белка на отдельные составля клине его аминокислоты ферл«ептативная активность всегда тсрястгя. Таким образом, для функционирования фермента важно сохранение первичной, вторичной, третичной н четвертичной структуры белка. Фсрмснтьк как и другие белки, имеют молекулярные массы вдиапазонсот12 000до1 000 000 н более. Некоторым ферментам для проявления каталитичсской функции пе нужны никакие химические группы, кроме собственной амипокислотпой последовательности. Другис ферменты цхгриг«««м Нлтохромокгшиюэ 10лтохромои лаз.«й, «о««з«йай, «~г1««жс«««жй« Пируваткнназа 1гхгоьиийзй, гд ьжо ю" 6 ф«и фгл ««ж, л л)л вэ «тх ~ й;«э«« Лрпшжю, рлбш«рхги о«й среду«««йэи Ннтрогеназа Уреаза Глугатнонпероксидаза Карбоангндраза, алкогольдегидрогеназа, карбоксипептндазы А и В нуждаются в дополнительных химических компонентах — кофакторах.
Кофакторами могут быть неорганические нш«ы, такие как гех', Мдз', Мпв' нли Хп' (табл. 6-1), или сложныс металлоорганическис вс«цества, которые носят название коферментов (табл. 6-2). Некоторым ферментам для проявления активности необходим как кофактор, так и олин илн несколько ионов метазла. Кофермент или ноп металла, которые очень прочно (иногда п««срсдствох« ковалентной связи) связаны с ферментом, называ«от простетнческой группой.
Полностью каталитически активный фермент со связанным коферментом и (или) ионами металла называется холоферментом. Бег«- 1272 ! Часть 1. б. Ферменты Ш Овхн>в>р!">уюввы 1рввгфвргаы Гвлроввзы Л>газы Твв вв>в»в»врк«мы«я рьввчвв Игрою>с а квт вв>ов (гн>>1>плн>внв> атн а г>>люв Н) Псрыюг ! Ру>ш резв>по! ! в>>1м>в>вв (>в 1>ы>ог Фувюшшязьвых ! 1>уш! вв мол! нулз ьцпв) Пр>во пв>вчпгс > руп!! в лвогйв>Й свввн в !и ооовзввюпв >шов>юй свв в! путом уа>>лсввя Группы Ц»1ю>юе групп'ввутрв мго!скулы г >в>рвж>гншпсм взомсрвых Форм 0Г>1>аз»ваяв! сюаей С С, С-3, С - О и С-Х в ргввшшх коплсвсшшн. говргом ввыл г рвсвюплсшюы АТР 5 11вол>грвз! ! 6 Лв>ввь! ковая часть такого сложного фермента называется апоферментом, или апопротеином.
Наконец, нскоторыс ферменты подвергаются ковалентной модификации при фосфорилировании, гликозилировании и т. д. Многие из этих процессов связаны с регуляцией фсрментативной активности. Ферменты классифицируют в соответствии с катализируемыми ими реакциями Названия многих ферментов образовазись в результате добавления суффикса «-аза» к названию их субстрата или к слову (фразе), описывающему суть их действия. Так, уреаза (от англ.
игеа) катализирует гидролиз мочевины, а ДНК-полимераза катализирует полимеризацин> нуклеотидов с образованием нити ДНК. Некоторыедругиеферментыбыли названы псрвооткрыватслями в соответствии с какой-то особешюстью их действия, прежде чем Г>ыли обнаружены их специфические реакции. Например, фермент, участвующий в расщеплении пищи, был назван пспсином — от греч. ре)>в(в, что означает «пищеварение»; лизоцим был назван так за свою способность лизировать клеточные стенки бактерий. Кроме того, существуют ферменты, название которых происходи~ от источника, из которого они были выделены: слово «трипсип» частично происходит от греч.
ггуе1п, что означает «стирать», поскольку оп был получен при натирании панкреатической ткани глицерином. Иногда один и тот жс фермент имеет несколько названий, а два разных фермента могут называться одинаково. Из-за этой путаницы с терминологией, а также в связи с возрастающим количествол! вновь открываемых фсрментов было принято международное соглашение о создании системы единой номенклатуры и классификации ферментов. В соответствии с этой системой все ферменты в зависимости от катализируемых ими реакций делятся на шесть основных классон, кажлый нз которых включает в себя несколько подклассов (табл.
6-3). Фермент имеет классификационный пол>ер из четырех цифр и систематичсское название, отражаквцсс суть катализируемой пм реакции. Например, формальным систематическим названием для фермента, катализируюшего реакция> АТР + Р-глюкоза — АРР + Р-глюкозо-б-фосфат, является АТР: гексозо-б-фосфотрансфсраза, что означает, что данный фермент катализирует перенос фосфорильной >руппы с АТР на гсксозу. Этот фермент имеет классификационный номер (Епгуте СоттЫ)оп пит1>ег) ЕС 2.7.1.1.
Первая цифра номера (2) отражает класс фсрмента (трансфераза), вторая цифра (7) опрсдсляст подкласс (фосфотрансфераза), третья цифра (1) относится к подподклассу фосфотрвнсфераз, имеющих в качестве акцептора гидроксильную группу, а последняя цифра (1) означает порядковый номер данного фермента в его подподклассс; в данном случае эта цифра означает, что в качестве акцентора >1всф!>Рильной группы выступает Р-гексоза. Для обозначения многих ферментов гораздо чаще используют тривиальные названия, в частности обсуждаемый ферме>гг называстсн гексокиназой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
