Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 63
Текст из файла (страница 63)
В 50-х годах прошлого века Луи Пастер пришел к выводу. что сбраживание дрожжами сахара в спирт катализируется «ферментами». Он считал, что эти ферменты 1впоследствии для их обозначения был введен еще один термин энэимы, что в переводе означает <е дрожжах») неотделимы от структуры живой клетки дрожжей. Эта точка зрения господствовала в науке в течение длительно~о времени. Поэтому важной вехой в истории биохимии стало открытие, которое сделал в 1897 г. Эдвард Бухнер; ему удалось эксграгировать из дрожжевых клеток в водный раствор набор ферментов, катализирующих расщепление сахара до спирта в процессе брожения.
Тем самым было доказано, что столь важные ферменты, катализирующие один из основных метаболических путей, приводящих к высвобождению энергии, сохраняют способность функционировать и после выделения их из живых клеток. Это открьпие вдохновило биохимиков на новые поиски, направленные на выделение разнообразных ферментов и изучение их каталитических свойств. В начале ХХ в. Эмиль Фишер провел первые систематические исследования по изучению специфичности ферментов. Тогда же начали появляться работы, посвященные кинетике ферментативных реакций, и были сформулированы теории действия ферментов. Но лишь в 192б г. впервые бьш получен очищенный фермент в кристаллическом виде.
Это была уреаза, которую выделил из семян кана- валин сотрудник Корнеллского университета Джеймс Самнер. Самнер обнаружил, что кристаллы уреазы целиком состоят из белка. Поэтому он высказал предположение, что все ферменты представляют собой белки, однако против этой тачки зрения активно возражал известный, пользовавшийся большим авторитетом немецкий биохимик Рихард Вильштегэ ер, который отстаивал мнение о том, что ферменты являются низкомолекулярными соединениями, а обнаруженный в кристаллах уреазы белок — это просто загрязнение.
И только в 30-е годы, после гого как Джон Нортроп и его сотрудники получили в кристаллическом виде пепсин и трипсин и установили, что эти ферменты тоже представляют собой белки, точка зрения о белковой природе ферментов получила всеобщее признание. Вслед за этим наступил период активного изучения ферментов, каталнзирующих различные реакции клеточного метаболизма. К настоясцему времени идентифицировано около 2000 различных ферментов, каждый из которых катализирует какую-то одну определенную химическую реакцию.
Сотни ферментов получены в чистом кристаллическом виде (рис. 9-1). 0,1 мы Рис. 9Ч. Крис~аллыхиыс~риасииабыка. члсть с. ьиОМОлекулы Молекула волы Молекула субстрата Но даже в наши дни многие вопросы, касающиеся ферментов, еше не получили полного ответа Почему именно белки играют роль катализаторов в клетках? Почему молекулы ферментов намного крупнее молекул субстратов, на которые они действуют? Каким образом аминокислоты, сами по себе не способные ускорять химические реакции, после соединения в специфические последовательности создают столь мощные каталитические системы? Как регулируется действие ферментов? Все известные в настоящее время ферменты прелставляют собой белки, причем их каталитическая активность зависит от степени сохранности нативной структуры белка.
Н апример, разрушение полипептидных цепей в результате кипячения фермента в растворе сильной кислоты или обработки трипсином обычно приводит к потере его катвлитической активности. Это свидетельствует о том, что первичнаяструктура белка необхолима для проявления его ферментативной активности. Более того, стоит нам только нарушить характерную для нативной молекулы фермента упаковку полипептидной цепи (цепей), нагревая белок или воздействуя на нес.о экстремальными значениями рН или денатурируницнмн агентами, как каталитнческая активность фермента исчезает.
Таким образом, для ферментативной активности белков важное значение имеет сохранение их первичной, вторичной и третичной структур Молекулярные массы ферментов. как и всея остальных белков, лежат в пределах от 12000до1000000, так что их размеры намного превышают размеры их субсгратов или функциональных групп, на которые они действуют (рис. 9-2). Некоторые ферменты состоят только из полипептидных цепей и не содержат никаких других химических групп, кроме тех, которые входят в состав аминокислотных остатков; к подобным ферментам относится„например, рибонуклгаза из поджелудочной железы.
Однако для Рис 9-2. Отнссиз ельные размеры молекулы фермента (мол. масса С 00 000„лиаметр 7 нм) и ти лик ион молекулы суйс крас а Смол, маса 250, алина 0,8 нм). Активный пентр занимает лишь незначительнуш част, поверхности молекулы фермента Длв сравнен их показана также молекула волы. каталитической активности многих ферментов необходим еше и лополнительный химический компонент — кофактиор. Роль кофакторов мосут играть неорсанические вещества, например ионы Гез ', Мп' ' или л.пз' (табл.
9-1), спи сложные орс анические вещества, которые в этом случае носят названия кофермениюв (табл. 9-2). Для каталитической активности ряда ферментов требуется как кофермент. так и какой-нибудь один или лаже несколько ионов металлов. У одних ферментов коферменты нли ионы металлов связываются с белком временно и непрочно, тогда как у других зти связи могут быть прочными и постоянными; в последнем случае не- белковую часть фермента называют иростетической группой.
Весь каталитически активный фермент вместе с коферментом или ионом металла носит название голо- фермента. Коферменты и ионы металлов термоьтабнльны, иногда как белковая 1Л. 9. ФЕРМЕНТЫ Рек" яли Рез' Ццтохромоксплазп Каталвза Пероксидпза Цитохромоксплпзп ДНК-полямервза Кпрбоацгнлрпза Алхогольдегидрогепаэа Гоксокиназа Глюкозо-6-фосфптаза Аргицаза Пяруваткппвза (пужцается также в вонах МК™ ) Уропза Нитратредуктаэа Глутатионпопоксплаэп Сц' ' 2пк ' Мпк К' бйя Мо Ье часть фермента, называемая алое)ерменпяояц денатурирует при нагревании.
Коферменты. которые мы рассмотрим в гл. !О, функционируют как переносчики специфических функциональных групп (табл. 9-2). Таблица 9-2 Коферменты, выполняющие раль промежуточных переносчиков некото- рых атомов или функциональных групгго Переносимые круппы Кафврыеит Тяпмиипярофосфптаза Флавинвденяплцнуклеотил Ннкотинпмпладецяндинуклеотид Кофермент А Пцридоксвльфосфат 5"-лезоксяаденозилкабалпмин Бяоцнтнп Тетрагилрофолат Альлегялы Атомы водорода Гидрнл-иоиы (Н ) Ацпльные группы Амяногруппы Атомы водорода и плкильные группы СО, Другие олцоуглпрол- ные группы о Ия структура и моявиияы действия описвиы в гд. 1О. Тпбиичп 9-1.
Некоторые ферменты, для дей- ствия которых необходимы в качестве ко- факторов ионы н атомы металлов 9.3. Ферменты классифицируются иа основе реакций, которые оии катализируют Названия многих ферментов образуются путем прибавления суффикса-аза к названию их субстрата. Так, фермент, катачизируюший уидролиз мочевины, называется уреазай (от англ. «цгеао), а фермент, гидролизуюший аргинин; аргииазой. Однако многие ферменты имеют названия, не связанные с названиями их субстратов, например пелсии и лярилсии. Случается также, что один и тот же фермент имеет по меньшей мере два названия или же два разных фермента носят одно и то же название.
Из-за этих и других затруднений терминологического характера, а также вследствие все возрастающего числа вновь открываемых ферментов было принято международное соглашение о создании систематической номенклатуры и классификации ферментов. В соответствии с этой системой все ферменты в зависимости от типа ка.гализнруемых ими реакций делятся на шесть основных классов, каждый из которых включает ряд подклассов (табл. 9-3). Каждый фермент имеет четырехзначный кодовый номер (шифр) и систематическое название, которое позволяет идентифицировать катализируемую этим ферментом реакцию. В качестве примера можно привести название фермента, катализирующего следующую реакцию: АТР + 0-глюкоза А)3Р + + Т)-глюкозо-б-фосфат.
Формальное систематическое название этого фермента — АТР: гексоза б-(босфотрцнс(бераза, из которого следует, что этот фермент катализирует перенос фосфатной группы с АТР на 1.ексозу. Согласно табл. 9-3, этот фермент относится к классу 2; ему присвоен кодовый номер 2.7.1.1, где первая цифра (2) обозначает класс (транс феразы), вторая (7) — подкласс (фосфотраисферазы), третья (1) — подподкласс (фосфотрансферазы с гидроксильной группой в качестве акцептора) и четвертая цифра (1) — порядковый номер фермента в его подподклассе; оиа по- ЧАСТЬ Ь БИОМОЛЕКУЛЫ Таблича 9-3.
Международная классификация ферментов, основанная на катализируемых ими реакциях Большинство ферментов катализирует перенос электронов, атомов нли функциональных групп. Поэтому при классификации им присваивают кодовые номера и названия, из которьп можно определить тип катализируемой ими реакции переноса„а также группы, играющие роль донора и акцептора. Существуют шесть основных классов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
