Специфічність дії ферментів.

На відміну від каталізаторів небілкової природи, для ферментів характерна їх специфічність. Вона зумовлена конфомаційною та електростатичною комплементарністю між молекулами ферменту і субстрату та структурою активного центра ферменту, який забезпечує високу спорідненість ферменту до відповідного субстрату.

Ферменти мають дуже високу специфічність. В залежності від механізму дії розрізняють ферменти з абсолютною, груповою та просторову (стереоізомерну) специфічністю ферментів. Абсолютна - характерна для ферментів, які каталізують лише одну реакцію і діють на один точно визначений субстрат. Наприклад, уреаза діє лише на сечовину; аргіназа розщепляє аргінін. Групова - характерна для ферментів, які діють на різні субстрати, що мають однаковий тип зв’язку, тобто це специфічність ферментів по відношенню до певного типу реакцій. Так, пепсин розщепляє білки по місцю пептидного зв’язку; ліпази каталізують гідроліз жирів по місцю складноефірного зв’язку; трипсин, хімотрипсин, пептидази тощо. Просторова (с тереоізомерна) - фермент діє лише на один з оптично активні сполуки, або сполуки, для яких характерна цис- і транс-ізомери. Так, b - Д – глюкозооксидаза діє лише на b - Д - глюкозу.

Активність ферментів часто змінюється під дією різних хімічних сполук, що знаходяться в середовищі. Речовини, які підвищують активність ферментів, називаються активаторами, а ті, що знижують їх активність – інгібіторами.

3. Будова ферментів

В природі існують як прості, так і складні ферменти. Перші повністю представлені поліпептидними ланцюгами і при гідролізі розпадають виключно на амінокислоти. Прикладами простих білків є пепсин, трипсин, папаїн, уреаза тощо. Більшість природних ферментів відносяться до класу складних білків, які містять окрім білків, якийсь небілковий компонент (кофактор). Комплекс фермента з кофактором називається голоферментом, а поліпептидна частина ферменту - апоферментом.

Білкова частина + небілкова частина = складний фермент

Апофермент Кофактор Голофермент

Кофактори поділяються на три групи: коферменти, простетичні групи, активатори.

Кофактор може бути зв’язаний з апоферментом міцно ковалентими зв’язками. Такий небілковий компонент називається простетичною групою. Прикладом простетичної групи може бути ФАД; гем (залізомістка група), яка входить до складу цитохромів (ферментів дихального ланцюга), каталаз та пероксидаз. Хімічні зв’язки між кофакторами та пептидним ланцюгами можуть бути відносно слабкими (водневі зв’язки, електростатичні взаємодії тощо). В таких випадках небілковий компонент називається коферментом і при виділенні ферментів спостерігається повна дисоціація обох частин і ізольований білковий компонент виявляється позбавленим ферментативної активності, поки не буде доданий зовні недостаючий кофактор. Типовими представниками коферментів є НАД, НАДФ, КоА-SН, Гл-SН.

Відомо, що і простетичні групи і коферменти активно включаються в хімічні реакції, виконуючи функції проміжних переносників електронів, атомів водню чи атомних груп (аміно-, ацетильних, карбоксильних). Слід підкреслити, що різницю між простетичною групою та коферментом не можна абсолютизувати, оскільки в одних випадках, наприклад у оксидази D-амінокислот, кофактор, представлений ФАД, може бути легко відділений від білкової частини шляхом діалізу. Той же кофактор міцно зв’язаний ковалентно з ферментами тканинного дихання, виконуючи функції простетичної групи. Неорганічні іони металів Mg²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺ є активаторами ферментів, які прискорюють реакції, що каталізуються ферментами. Вважають, що ці іони заставляють молекули фермента або субстрату приймати форму, що сприяє створенню фермент-субстратного комплексу. Слід відмітити особливість двохкомпонентних ферментів, що заключається в тому, що ні кофактор окремо, ні сам по собі апофермент каталітичної активності не мають, і тільки об’єднання їх в єдине ціле, забезпечує швидке протікання хімічної реакції. Вважають, що небілкова частина підвищує стійкість білкової частини, а білкова зумовлює специфічність дії ферменту. Оскільки часто молекули субстратів, що беруть участь у реакції мають невеликі розміри у порівнянні з молекулами ферментів, було припущено, що в безпосередній контакт з молекулою субстрату вступає лише частина молекули ферменту. Тому виникло поняття активного центру, що представляє собою ділянку ферменту, з якою безпосередньо зв’язується субстрат.

Встановлено, що у складних ферментів до складу активного центру входять кофактор та залишки амінокислот; у простих – залишки амінокислот. У ферментів може бути декілька активних центрів. В активному центрі розрізняють каталітичну ділянку, що безпосередньо вступає в хімічну взаємодію з субстратом і контактну або якірну ділянку, яка забезпечує специфічну спорідненість до субстрату та формування його комплексу з ферментом. Роль інших амінокислотних залишків, що складають основну масу ферменту, полягає у забезпеченні його молекулі правильної глобулярної форми, яка необхідна для найбільш ефективної роботи активного центру ферменту.