Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Анализ юафарментов часто используется для медицинской лнвг ластики. В мышечной ткани сердца преобвалаег иэофермент ЛДГ, (обозначаемый также Н иэи В (. При сердечном приступе, привалящем к ограничению или прекращению циркуляции крови в каком-то участке сердпа. канцеитрапия этого иэофермснта в плазме крови сильно возрастает. Это обусловлено тем, что мембраны поврежденных клеток серлца не могут нормапьно функционировать и пропускают в кровотоя некоторые питозольные ферменты, в том числе ЛДГ.
При некоторых болезнях печени (таких, как инфекционный гепатит) в крови возрмтает солержание ЛДГ и ЛДà — изоферментов, хараьтерных для печени. торые можно обозначить как А, А В, АэВз, АВз, Ве. Эти изоферменты значительно различаются по максимальной скорости )щах и константе МихазлисаМентен (Км) для своих субстратов, в частности для пируната. Изофермент А предпочтительно катализирует быстрое восстановление пирувата в лактат в скелетной мышце при очень низких ЧАСТЬ Ь БИОЫОЛЕКУЛЫ концентрациях пирувата, тогда как изофермент Вь предпочтительно катализирует быстрое окисление лактата в пируват в мышечной ткани серлда.
Другие формылактатдегидрогенаэы имеют промежуточные кинетические свойства. Было показано, что многие ферменты, участвующие в клеточном метаболизме, существуют в нескольких молекулярных формах. Все эти формы данного фермента катализируют одну и ту же реакцию, но различаются по активности, а иногда и по чувствительности к аллостерическим модуляторам. Распространение изомерных форм того или иного фермента в различных тканях и органах определяется по меныпей мере четырьмя факторами.
К ним относятся: 1. Различия в каких-либо особенностях метаболизма в разных органах. Например, наличие разных форм лактатдегидрогеназы в сердечной и скелегной мышцах отражает именно такие различия. 2. Различи.ч в локализации и лэетаболической роли данного фермента в клетках одного и того эке тина. Например, фермен~ малатдегидрогеназа существует в разных формах в митохондриях и цитозоле, где эти изоферменты выполняют несколько различные функции (гл. 17).
3, Дифференцировха и развитие тканей взрослого организма из эмбриональных форм этих тканей. Например. для печени эмбрионов характерно определенное соотношение различных форм лактатдегидрогенаэы, иэменякнцееся в процессе дальнейшего развития этого органа. Интересно, что некоторые ферменты, ка.галиэирующие расщепление глюкозы, присутствуют в опухолевых клетках в тех формах, которые встречаются у эмбрионов. 4.
Тонкая регулировка схоростеи метаболичесхих реакций, осуи)ествляемая благодаря различной ч)вствитвльности изоферментов н аллогтеричвсхим модуляторам. Некоторые регуляторные ферменты существуют в нескольких молекулярных формах, различающихся по своей чувствительности к модуляторам (гл. 22). 9.24. Нарушение каталитнческой активности фергнентов может бьггь обусловлено мутшзними Известно много генетических болезней человека, при которых тот или иной фермент либо совсем неактивен, либо имеет какой-то дефект, затрагивающий его каталитическую или регуляторную функцию. При таких заболеваниях в полнпептидных цепях «дефектного» фермента содержится одна или большее число «неправильных» аминокислот, появившихся в результате мутации участков ДНК, копирующей этот фермент.
Каталитическая активность фермента зависит не только от наличия определенных аминокислотных остатков в каталитическом и регуляторном центрах, но и от обшей трехмерной структуры фермента. Поэтому замена одного аминокислотного остатка в каком-либо важном месте цепи может привести к изменению или даже к полной утра~с каталитической активности фермента, подобно тому как замена всего лишь одного аминокислотного остатка в молекуле гемоглобина вызывает появление серповидноклеточного гемоглобина с нарушенной функцией (разд. 8.18).
Если генетически измененный фермент входит в состав ферментной системы, катализирующей какой-нибудь центральный метаболический путь, то последствия такого изменения могут быть очень тяжелыми, вплоть до летальных нарушений метаболизма. Некоторые из наиболее серьезных генетических заболеваний человека, вызванных нарушениями структуры того или иного фермента, приведены в табл. 9-8. Этн заболевания будут обсуждаться в последующих главах. Прилагается много усилий, чтобы предотвратить нежелательные послелствия подобных генетических дефектов в ферментах. Один из испробованных подходов -это введение а организм нормальной, активной формы дефектного фермента, иммобилнзованного в фильтрующей капсуле, вставленной в кровеносный сосуд.
Использование такого метода позволяет надеяться, что метаболиты, нака- 2б7 Гл. 9. Ферменты Двфвхгвый фврмввт БолЕзнь Альбиииэм Алкаптонурия Галактоэемня Гомолистинурия Феяилкхтонурия Болезнь Тея. Сакса Ушвх ьЯ Км+ К Таблица 9-8. Некочорые генетические заболе- вания, обусловленные дефектами определен- ных ферментов Тирозин-3-монооксигена- за Гомогентиэат-1, 2-лиокси- геиаэа Галактозо-1-фосфат- уридилтраясфераза Цистатнояии+сиитаза Феиилалании-4-моно- оксигеназа Гексозшмннядвза А пливающиеся в организме вследствие какого-либо генетического дефекта, будут превращаться и нормальные продукты при прохождении крови через капсулу, содержащую активный фермент.
Генетические изменения в фермснтах не всегда приводят к вредным последствиям. Часто они проявляются в изменении второстепенных признаков организма, таких, как цвет глаз или волос (рис. 9-24). Иногда в результате какого- либо генетического нарушения фермен~ начинает функционировать более эффективно, что дает организму некоторое преимущество в борьбе за существование. Рвс. 9-24. Хврххтврввх окраска сиамских кашек — эхо рээультв Г г евш вчесхвх вэмвввввй фермента, атввэхчвввно~ в эв сввгвэ темного вш мента в1врачв; вслвдсч вие этогО двфвхгх фермент активен только в более холодных эввгвх теча. Краткое содержание главы Ферменты это белки, катализирующие строго определенные химические реакции.
Онн связываются с молекулой субстрата. в результате чего образуется промежуточный фермент-субстратный комплекс, который затем распадается на свободный фермент и продукт реакции. При повышении концентрации субстрата Я и постоянной концентрации фермента Е каталитическая активность последнего будет повышаться до тех пор, пока не достигнет характерной для данного фермента максимальной скорости )' „, при которой практически весь фермент находится в форме комплекса ЕВ и, следовательно, насыщен субстратом.
Такая зависимость между концентрацией субстрата н скоростью ферментативной реакции описывается гиперболической кривой. Концентрация субстрата, при которой скорость реакции составляет половину величины Ушах, получила название константы Михаэлиса - Ментен )КМ). Эта константа является характеристикой каталитического действия фермента применительно к какому-то определенному субстрату. Уравнение Михазлиса — Мен- тен связывает скорость ферментатнвной реакции с концентрацией субстрата и величиной Ушвх через константу Км. Это уравнение приложимо также к двухсубстратным реакциям, протекающим по механизму единичного или двойного замещения 1механизм типа «пинг-понг»).
Каждый фермент имеет оптимум рН, т.е. определенное значение рН, при котором его активность достигает максимального уровня. Все ферменты обладают строгой специфичностью по отношению к субстратам, на которые они действуют. Ферменты можно инактивировать путем необратимой модификации некоторых функциональных групп, имеющих важное значение для каталитической активности ферментов. Их можно также подвергнуть обратимому ингибированию по ЧАСТЬ 1. БНОМОЛЕКУЛЫ конкурентному или неконкурентному механизму. Конкурентные ингибиторы, по своей структуре напоминающие обычно субстрат, обратимо конкурируют с ним за связывание с активным центром, но в отличие от субстрата не претерпевают никаких превращений под действием фермента.
Неконкурентные ингибиторы связываются не с активным центром, а с каким-то другим участком молекулы фермента. Они могут присоединяться как к свободному ферменту, так и к ферментсубстратному комплексу; их действие нельзя устранить путем добавления субстрата. Ферменты ускоряют химические реакции благодаря тому, что обеспечивают правильную ориентацию молекулы субстрата в непосредственной близости от каталитического центра, предоставлягот для катализа прогон-донорные и протон-акцепторные группы, образуют при помощи ковалентных связей нестабильные промежуточные соединения с субстратом и вызывают напряжение в молекуле субстрата или ее деформацию.
Кроме каталитической активности некоторые ферменты обладают также и регуляторной активностью. Они служат как бы «дирижерами», задающими темп метаболическим процессам. Некоторые регуляторные ферменты, называемые аллостерическими, регулируют скорость реакций путем обратимого нековалентного присоединения специфических модуляторов, или зффекторов, к регулятор- ному, или аллостерическому, центру фермента. Такими модуляторами могут быть либо сами субсграты, либо какие-то промежуточные продукты метаболизма. К другому классу относятся регуляторные ферменты, способные изменять свою активность путем ковалентной модификации содержащихся в них специфических функциональных групп, необходимых для активности фермента.
Некоторые ферменты существуют в нескольких формах, называемых изоферментами, которые различаются по своим кинетическим характеристикам. Многие генетические заболевания человека обусловлены нарушением в результате мутаций функционирования одного или нескольких ферментов. ЛИТЕРАТУРА Книги Влгтал Т. Елхугпе НалдЪаой, чо1. 1, БрппйегУег!ай, Ыаэз ТогК 1969. Полезная сводка данных аб основных свойствах известных в то время ферментов, классифицированных в соатвегсгвни с маэкдуяаролными правилами.
Епхугпа Нагнала!а!ага, Ааабат!с, Ыеэз Ъ'ог)г. 1979. Рекомендации Международной комяааия по ферментам. Регйг А. Епхуте Бггпагпге апд МесЬ»пжт, Ргеетап, Бап Ргапазсо, 1977. Ясно вапнавннос краткое введение в эту область пауки. [Имеетаз перевод: Фершт Э. Структура я механизм действия ферментов.-Ма Мир, 1982.1 Гг!е(талл Н., НегЬеп (ед.). ВелаЬтаг)г Рарегз )п В!асЬеп!зггу, го1. 1, Епхуглез, НпюМпзоп Коз», БггопгЬЪпгй, Р»„1981. Сборник классических атзтсй пе химии ферментов с комментариями редактора. Чрезвычайно интересная книга. Гчеггз)ю!тз Е.
А., Бгагг С. Кейп!айоп Ьз М«1аЬо!жт, %йеу, Неп Уогк, 1973. В главах 1 и 2 раасматривзютая свойства регуляторных ферментов. Беде! Е. Н. Епхуте К!лабаз: В«Ьаыог зпд Апа1уяз оГ Карай ЕЧЫВЪппт алд Бгеаг)у Бгаге Епхуте Бузгепи, байеу, Ыезз Уогк, 1975. Для более подготовленных читателей. Сиютьи Алдзгзо» С.М., Я«айаг НН., Бзжгз Т.А. Брас«- ЕЛ!йпй Мог)а!з оГ К|паза С!ейз злд СопГоппабопа! СЬапйез, Бс(«пса, 204, 375 — 380 (!979). Структура гаксокияаэы я других ферментов, использующих АТР.
Вцайе Я. ТЬе Пьзаоиегу оГ Рееббаай ГпМЬ!Вол, Тгепг)з Вюсйаэп. Бс(„1, 269 (1976). Епхутез: Опе Нпп«гп) Уеагз, РЕВБ 1.ец. Бпрр1., го!. 62 (1976). )СгжЫгзз) В. Е„Гг, А'ззг ГГ.Е. ТЬе Сага!уба апб Кейп!а!агу Ргорегйт Ы Епхутзз, Аппп. Кеэ. ВюаЬегп., 37, 359 — 410 (1968). Серия интересных статей, представленных по случаю 100-й годовщины я»обретения алова юнэим». Мапгх) Г„СЬ«»дзих Г.-Р., 3«габ Е. А11мгапа Ргогапз зпб Са11п1«г Сов!ге! Бух!ели, Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
