2. Специфичность ферментов
Различают два главных вида специфичности ферментов: СУБСТРАТНУЮ СПЕЦИФИЧНОСТЬ и СПЕЦИФИЧНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ.
Специфичность действия - это способность фермента катализировать только определенный тип химической реакции.
Субстратная специфичность - это способность фермента катализировать превращения только одного определенного субстрата или же группы сходных по строению субстратов. Определяется структурой адсорбционного участка активного центра фермента. Большинство ферментов высокоспецифично как к природе, так и к пути превращения субстрата. Специфичность к субстрату обусловлена комплементарностью структуры субстратсвязывающего центра фермента структуре субстрата.
Как показывает рис. 2, субстратсвязывающий участок по форме соответствует субстрату (геометрическое соответствие), более того, между аминокислотными остатками активного центра фермента и субстратом образуются специфические связи (гидрофобные, ионные и водородные), т.е. устанавливается электронное или химическое соответствие.
Связывание субстрата с активным центром фермента происходит многоточечно, с участием нескольких функциональных групп, которые далее могут участвовать в катализе.
Ферменты могут различаться по субстратной специфичности и обладать абсолютной специфичностью, т.е. действовать только на один субстрат и не взаимодействовать даже с очень близкими по строению молекулами (например, уреаза ускоряет гидролиз мочевины, но не действует на тиомочевину), или даже стереоспецифичностыо (когда фермент взаимодействует с определенным оптическим и геометрическим изомером).
Рис. 2. Геометрическое и химическое соответствие (комплементарность) между ферментом и субстратом. h - гидрофобные группы, - водородные связи.
Некоторые ферменты проявляют более широкую специфичность (групповая или относительная специфичность) и взаимодействуют со многими веществами, имеющими похожую структуру (протеазы ускоряют гидролиз пептидных связей в белках, липазы ускоряют расщепление эфирных связей в липидах
Пример. Сериновые протеазы проявляют групповую специфичность к субстратам. Все они ускоряют гидролиз пептидных связей в белках, но, имея похожую структуру и каталитический механизм, различаются по субстратной специфичности.
|
|
|
В химотрипсине субстрат-связывающий участок представляет гидрофобный карман, который связывает радикалы ароматических аминокислот, таких, как фенилаланин. Этот фермент ускоряет гидролиз пептидных связей, образованных карбоксильной группой ароматических аминокислот. |
В трипсине отрицательный заряд остатка аспарагиновой кислоты в активном центре участвует как в связывании аминогруппы лизина (или гуанидиновой группы аргинина), так и непосредственно в катализе, при котором разрывается пептидная связь, в образовании которой участвует карбоксильная группа положительно заряженных остатков Лиз и Apr.
|
В эластазе остатки валина и треонина, входящие в состав субстратсвязывающего центра, допускают связывание остатков аминокислот только с небольшими боковыми цепями, например, как у глицина.
|
Рис. 3. Характеристика субстратсвязывающих центров сериновых протеаз. Стрелки — разрываемые связи в полипептидных цепях белков—субстратов. а — гидрофобный карман; б — ионная связь; в — небольшой гидрофобный карман.
Сравнительно недавно выявлена еще одна своеобразная черта в строении однокомпонентных ферментов: некоторые из них являются полифункциональными, т.е. обладают несколькими энзиматическими активностями, но всего лишь одной полипептидной цепью. Эта единая цепь при формировании третичной структуры образует несколько функционально и пространственно обособленных глобулярных участков - доменов, каждый из которых характеризуется своей каталитической активностью.