Филиппович Ю.Б. - Основы Биохимии

фермент. его относят J( а- или (3-гликозидазам. Таким образом, ГЛИIЮЗИАазы

обладают ярко выраженной пространственной специфичностью. Кроме ГЛИJ«()оо

зидов, содержащих в качестве агликонов остатки одноатомных спиртов, суб.. стратами, на которые распространяется действие тех или иных гликозидаз, являются олиго- и полисахариды. Из действующих на олигосахариды глико­

зидаз упомянем мальтазу (а-гликозидаза) и сахаразу «(3-гликозидаза). Они

ускоряют соответственно гидролиз мальтозы и сахарозы:

					CH20H н		HO~2Н
	+Н2	0	-		Мн	Н	+	Н но
		II-ФРУПОфурано-		н			н н	Н2ОН
н	н20 Н	'НА'" (сахар...)
					Н	Н		Н
	Сахароза (II-D-rЛЮJCопирано]идо­				~ГЛЮlCоза			Фрупоза
	_ - D-фруктофураио]и.ll)		(II-D-rЛЮJCопираиоза) (fJ- D-фруктофурвноза)
		-:_____ , ~oHHPH:H~
		а-ГШОJ;ОЗИДIJS
		(мал.т.,,)		Н			Н
					Н	он
Мальтоза (II-D-rЛЮJCопиранО1ИДО-					ГЛЮICО]l
	1,4-D-rлюICОПИРВНОза)		(II-О -rЛЮlCопирано]в)

Из гликозидаз, действующих на полисахариды, наиболее известны амилазы. В природе существует несколько видов амилаз, ускоряющих реакции гидролиза

гликозидныхсвязей в молекуле крахмала с образованиемглюкозы, мальтозы или

олигосахаридов_ Их характеристика и механизмдействия рассмотрены в гл. VIII.

Гидролиз других природных полигликозидов: целлюлозы, инулина, ксила­

на и т. П.-также ускоряется соответствующими гликозида'зами. Некоторые

гликозидазы катализируют также реакции переноса гликозильных остатков,

т. е. являются трансглнкозидазами.

Пептид-гидролазы. Ферменты этого подкласса ускоряют mдролиз пептид­

ных связей в белках и пептидах, а при определенных условиях также и об­ разование пептидных связей, хотя этот путь синтеза белка не является физио­ логическим. Химизм процесса гидролиза белков и пептидов при участии

пептидгидролаз можно выразить следующей схемой:

H 2N-CH-CO-[NH-CH-CO] -NН-СН-СООН+(п+I)Н2О

I	I	а	I
W	R		R-

Пептид-rидролаза

_ ------ 'H2N-СН-СООН+ПН.zN-СН-СООН+Н2N-СН-СООН

I	I	I
R'	R	R-

Среди пептид-гидролаз различают протеииазы или .пептидил-пептидогид­

ролазы, катализирующие гидролиз небольшого числа внутренних пептидных связей в белковой молекуле, в результате чего последняя распадается до

пептидов. Они являются, следовательно, эидопептидазами. В отличие от этого пептид-гидролазы, называемые пептидазами, обеспечивают отщепление от

пепmдной цепи свободных аминокислот, будучи экзопешКДазами.

Протеиназы в зависимости от механизма их действия на внутренние пеп­ тидные связи в белковой молекуле делят на 4 подподкласса: 1) сериновые

протеиназы, несущие в активном центре радикалы сер и гис. обеспечивающие

IЗО

осуществление каталитического акта; представителями их являются химотри­

псин И трипсин, выделяемые поджелудочной железой, субтилизин, продуциру­

емый бактериями, и др.; 2) тиоловые (цистеиновые) протеиназы, имеющие

в активном центре остаток цис; к их числу принадлежат папаин из латекса

дынного дерева Carica рарауа, фицин из латекса фикуса, бромелаин из сока

ствола ананаса, катепсин В-внутриклеточный фермент прзвоночвых и др.;

3) кислые (карбоксильные) протеиназы, имеющие оптимум рН ниже 5 и содер­

жащие радикалы дикарбоновых аминокислот в активном центре; сюда отно­

сятся пепсин, выделяемый слизистой желудка, катепсин D, характеризующий­

ся внутриклеточной локализацией, и ряд кислых протеиназ, продуцируемых

разнообразными микроорганизмами; 4) металлопротеиназы, каталитическое

действие которых зависит от присутствия ионов металлов (Са2 +, Zn2 +) в ак­

тивном центре; примерами их могут служить коллагеназа и ряд протеиназ

микробного происхождения (термолизин, компонент проназы и др.).

Пепсин, трипсин и химотрипсин выделяются железистыми клетками в виде

неактивных проферментов-зимогенов: пепсиногена, трипсивогена и химо­ трипсиногена, так как их активные центры блокированы фрагментами полипеп­

тидной цепи, после гидролитического отщепления которых фермент приоб­

ретает активность. Это явление впервые было открыто в лаборатории

и. п. Павлова.

Очень важной особенностью протеиназ является выборочный (селективный)

характер их действия на пептидные связи в белковой молекуле. Так, пепсин

избирательно ускоряет гидролиз пептИДНЫХ связей, образованных фен и лей;

трипсин-арг и лиз; химотрипсин-ароматическими аминокислотами; папа­

ин-арг, лиз и фен и т. д. В результате индивидуальный белок под действием

определенной пептидил-пептидогидролазы расщепляется всегда на строго

ограниченное число пептидов. Это находит практическое использование при

определении первичной структуры белков и имеет огромное значение для регуляции обмена веществ, так как многие продукты селективного гидролиза

белков обладают высочайшей биологической активностью: именно этим

путем из проферментов возникают ферменты, из предшественников гормо­ нов-гормоны и рилизинг-факторы и т. п. Причина избирательного действия

пептидпептидогидролаз заключается в том, что радикал аминокислоты, по

соседству с которой гидролизуется пептидпая связь, служит для образования

фермент-субстратного комплекса.

Пептид-гидролазы, катализирующие гидролиз пептидов до свободных

аминокислот, могут отщеплять последние от пеmида, начиная либо с амино­

кислоты, обладающей свободной NН2-группой, либо с аминокислоты, име­ ющей свободную СООН-группу. В первом случае их называют аминопеп­ тидазами (а-аминоацилпептид-гидролазы), во втором-карбоксипептидазами

(пеmидиламиноацидо-гидролазы).

Схема, поясняющая действие амино- и карбоксипептидаз, а также некото­

рых эндопептидаз, приведена на рис. 56.

Некоторые амино- и карбоксипептидазы обладают специфичностью дей­

ствия, т. е. отщепляют строго определенные N- или С-концевые аминокисло­

ты. Третий подподкласс пептидаз представлен диnеnmид-гидролазами, или

диnеnmидазами. Их известно около десяти. Они завершают гидролиз белка. Недавно из состава пептидаз вычленено еще два подподкласса: дипептидил­

пеmидгидролазы, отщепляющие от N-ковца полипептида дипеmид, и пеп­ тидилдипеmид-гидролазы, отщепляющие дипептид с С-конца.

Амидазы. Эти ферменты ускоряют гидролиз амидов кислот. Из них важ­ ную роль в биохимических процессах в организме играют уреаза, аспарагина­

за и глутаминаза.

131

Леilцин­

.амино­

ПСПТид;lЗa

Пепсин

Трипсин

ХимurpИПСИН

NНz

ОН

С~э/СНэ

~

I

~

Ь::

~ I

~H

У

fHz

?нУ

У

CH

CH

CH

G

CH

CН

CH

1

z

.-,

1 z

С

1 z

1

z

1

z

-::1

....

1 z

HzN-СН-С:-:NН-СН-С.-jNН-СН-С-·NН-СН-С-NН-СН-С\:jNН-СНz-С-NН-СНz-C\:1NН-CH-COOH

Леil

n...••

Феи

.'

Лиз

D

Сер

D

Тир

11

11

I

Фен и дрyrие

О

О

О

О

О

Гли о

Гли о

ЛеА

Арг

Фен

неij,тральные

амиi!окислоты

Тир

Рис. 56. Точки приложения действия протеолитических ферментов на пептидные связи в белковой

молекуле

Уреаза была одним из первых белков-ферментов, полученным в кристал­

лическом состояlПШ (Д. Самнер, 1926). Это однокомпонентный фермент (М=480000); молекула его глобуляр:на и состоит из 8 равных субъединиц.

Уреаза ускоряет гидролиз мочевины до NНз и СО2•

Аспарarиназа и глутаминаза ускоряют гидролиз амидов дикарбоновых амино­

кислот-аспарагиновой и глутаминовой, например:

	~O	Ас:параГИИ.,1
НООС-СН-СН.-С		+ НаО
I	'NИ.	(L-8спараГIlИ.8N11·
		ДOГll,дpona31.-
NH.

АсП8р1ПIН

-- _ НООС-СН-СН.-СООН + NH.

I

NH. i

АCn8р1Г"ИО8.. Кисд0Т8 ,

к гидролазам, действующим на С-N-связи, отличающиеся от пептИДНЫХ,

кроме амидаз относятся ферменты, катализирующие гидролиз С-N-связей

в линейных амидинах. К их числу принадлежит аргнназа. При посредстве

аргиназы аминокислота аргинин mдролизуется на орнитин и мочевину:

Apr8".sa..

h,N-С-NН-(СИ.)з-СН-СООН + Н.О

"	I
NH	NH.
Арг...
--1 H.N-C-NH. + H.N-(СН.)з-СН-СООН
а	I
о	NH.

МOIIе8ИН8

Так как в процессе гидролиза арnrnина отщепляется мочевина, то системати­

ческое название аргиназы-L-арnrnин-уреогидролаза. Эта реакция широко пред­

ставлена в природе, являясь заключительной стадией биосинтеза мочевины­

одного из конечных продуктов распада азотсодержащих веществ. Для аргиназы, как и для уреазы, характерна абсолютная специфичность действия.

4. Лиазы. К классу лиаз относятся ферменты, ускоряющие негидролитичес­

кие реакции распада органических соединений по связям С-С; C-N; С-О iI Т. д. При этом замыкаются двойные связи и выделяются такие простейшие

132

продукты, как СО2, Н2О, NНз и т. п. Некоторые из этих реакций обратимы,

и соответствующие ферменты в подходящих условиях катализируют реакциине

только распада, но и синтеза. Таким образом, название этого класса ферментов

не всегда COO"l:ВeTcTByeT содержанию тех процессов, которые ими ускоряются.

Одной из важнейших групп ферментов этого класса являются углерод­

углерод-лиазы (С--С-лиазы). Среди них особое значение имеют карбоксили­ азы (декарбоксилазы) и альдегид-лиазы.

В природе широко распространены декарбоксилазы кетокислот и амино­

кислот, катализu:рующие реакции по следующим схемам:

		ПирУ88ТдеКlРбо~смА131	~O	+СО.
	снз-со-соон	•	СН..-С
		(карБОКС:И• .IIи8311 2-оКСО­	'Н
		ПРОПНОllоаОI KМC~)
	I1ИРО8иногра~наR
	кислота
	OKC8ll08u.eT.T....K.pCSOКCIIII8SI		СНз--СО-СООН + СО.
	---------------------.
		(окс.лоацlТ8Т·каpCSоКCI·
U!аве.nе80УКС:УС:Н8Я КnC:дOTI		o/IIt8:18'
		ЛИЗИllдекарбокс:н.IIII3I
снz-(снz)з-с-н-соон		------.. H1N-(СНz).-NН. + СО..
I	I	(L·'nН:lНН·карбоксм.
		o/Iк.за,
NH.	NНa		К...аИJIIIН
	Ли3ll11

Эти ферменты двухкомпоненты, простетическими группами их во многих

случаях являются фосфорные эфиры водорастворимых витаминов: тиамина

(В1)---в карбокси-лиазах кетокислот и пиридоксаля (В6)-в карбокси-лиазах

аминокислот. _

Механизм реакциидекарбоксилирования кетокислот при участии декарбокси­

лаз с тиаминпирофосфатом в качестве кофермента будет рассмотрен в гл. IV.

Механизм реакции декарбоксилирования аминокислот с помощью карбокси­ лиазы с пиридоксальфосфатом в качестве кофермента очень близок к тому, который действует при переаминировании аминокислот. Здесь тоже возникает

шиффово основаlШе, в котором электронная плотность у а-углеродного атома

аминокислоты резко·ослаблена. Вследcrвие этого сильно ослабляетсясвязьэтого

углеродного атома с карбоксильной группой, и последняя легко отщепляется.

Характерным представителем альдегид-JШаз является 8ЛЬДWIаза, катализирую­

щая обратимую реакцию расщепления фруктозо-l,6-дифосфата до фосфотриоз:

~

I

СНОН

~

c-P-D-tt~'Н

А1(

C

~H

2

I

I

ЛЬАолаза

I

+ ~HOH ОН

он

о"" ..

Н I

1.

он

~

С=О

ОН

I

(фруктоэо-l,6-

I

I _

I

: н;

(н;

СН -О-Р=О

днфосфат-

СН2-О-Р-0

H2-0-r=0

.....НО'

2

I

трноэофосфатnиаэа)

~H

ОН

••.•ОН

Фруктофураиоао -1,6- дифосфат	Фосфоднокси-	3-Фосфоглицери-
	ацетон	новый альдегИД

Эта реакция занимает центральное место в преобразовании углеводов. Аналогично альдолазе действуют другие альдегид-лиазы.

Другую важную группу лиаз составляют углерод-- кислород лиазы (гидро­

лиазы), ускоряющие реакции гидратирования и дегидратирования органиче­

ских соединений. В качестве представителя гидро-лиаз приведем фумарат­

гидратазу:

133

	l{сгидратирование	НООС-С-Н
HOOC-СН(ОН)-СНz-СООН		11 +HzO
		Н-С-СООН
Яблочнаs кислота	Гидратирование
		Фумароваа кислота

Реакции гидратирования и дегидратирования постоянно идут при распаде

и синтезе углеводов и высших жирных кислот, поэтому гидратазы играют

большую роль в жизнедеятельности организмов.

Примером углерод-азот лиаз может служить аспартат-аммиак-лиаза,

ускоряющая реакцию прямого дезаминирования аспарагиновой кислоты:

СООН

1	Аспартат-аммиах-лиаза
CНNHz		НООС-С-Н
1	11
CHz		H-C-COONH4
1		Фумарат аммопия
СООН

АспарагllВова"

кислота

Этот фермент характерен для бактерий и ряда растений.

Некоторые лиазы ускоряют реакции не только распада, но и синтеза. Например, из дрожжей выделена L-серии-гидро-лиаза, отщепляющая от серина

воду и присоединяющая сероводород, в результате чего синтезируется амино­ кислота - цистеин:

ЦистеllВсиитаза

,

Чтобы отличить такие лиазы от ферментов класса лигаз (которые ускоря­

ют реакции только синтеза и именуются в связи с этим синтетазами), их

называют также cuн.mазамu.

s. Изомеразы. Ферменты, относящиеся к этому немногочисленному (около 90 индивидуальных ферментов) классу, ускоряют геометрические или струк­ турные изменения в пределах одной молекулы. Эти измен~ния могут состоять

во внутримолекулярном переносе водорода, фосфатных и ацильных групп,

в изменении пространственного расположения атомных группировок, в пере­

мещении двойных связей и т. п.

Важнейшими изомеразами являются триозофосфатизомераза, фосфогли­ церат-фосфомутаза, альдозомутаротаза и изопентенил-пирофосфатизомераза.

Триозофосфатизомераза ускоряет переное атомов Н в процессе превращения 3-фосфоглицеринового альдегида в фосфодиоксиацетон и обратно:

;0

с	Триоэофосфатизомераза				СН ОН
,'Н					I 2
СНОН	ОН"				С=О	ОН
I	I				I	I
сн2-о-р=0					СН -о-р=о
	I			2		I
	ОН					ОН
~фоглицериновЫil					~ос4>одиоксиацетон
альдсПlд

134

Превращение, вероятно, идет через общую эндиольную форму.

Фосфоглицерат-фосфомутаза обеспечивает достаточную скорость превраще-

ния 2-фосфоглицериновой кислоты в 3-фосфоглицериновую кислоту и обратно:

CHzOH	ОН			ОН
I	I	Фосфогляцерат.фосфомутаза		I
СН-О-Р=О			I CHz-О-Р=О
I	I		I	I
СООН	ОН		СНОН	ОН
2~осфоглицерат			I

СООН

3-фосфоглицерат

Оба процесса имеют громадное' значение в органическом мире, так как

представляют важнейшие стадии распада и синтеза yrлеводов.

Мутаротаза является представителем стереоизомераз, она ускоряет реак­ цию превращения а-D-глюкопиранозы в J3-D-глюкопиранозу:

АJlЬАО30- .

МУТВРОТВ31

"( альдоэо-I- эпимераэа)

н ОН	он
a-D -1"ЛЮКОПИРВИО38	P-D-I"люкопираноза

Ферменты этого типа (стереоизомеразы) обеспечивают, в частности, вза­

имопревращения многих пространственных изомеров моносахаридов, и этот

путь является иногда единственным для синтеза некоторых из них в природе.

К стереоизомеразам относятся также цис-трансизомеразы, например ретинол­

нзомераза, переводящая транс-ретинол в цис-ретинол (см. гл. IV).

Изопентенилпирофосфат-изомераза катализирует реакцию перестройки изо­ пентенилпирофосфата в диметилаллилпирофосфат, что связано с перемещени­ ем двойной связи из 3-го во 2-е положение:

г------------------,
CH	з	о	о	I
t 1		11 - "		I	-
H2C=C-CH -CH -O-P-Q-P-OH +				НS-фермrнr
t	2 2	6н	6н	,/\llэопентеНИIIПИРО-
'- ______________ ../				фосфат-иэомераэа)
	ИзопеитеНIIЛПИРОфОСфат
	~НЗ	~	~
~НзС-~-СIj2-СН2-0-Р-О-Р-ОН -
	S~фермент	6н	6н
	~НЗ	~	~

-нзс-с=ен-сн2-о-р-о-р-он + НS-фермент

I I

ОН ОН

ДимеТИllаnnИЛПИРОфОСфlТ

Изопентенилпирофосфат-изомераза содержит свободные сульфгидрильные

группы, вероятно, в виде радикалов цuс в белковой молекуле. Именно благо­ даря им обеспечивается указанная выше реахция, имеющая огромное значение

для синтеза полиизопреноидов истеролов.

•

135

6. Лигазы (синтетазы). Характерные черты действия ферментов этого K!lac-

са выявлены совсем недавно в связи со значительными успехами в изученци

механизма синтеза жиров, белков и углеводов. Оказалось, что старые пред­ ставления об образовании этих соединений, согласно которым они возникают при обращении реакций гидролиза, не соответствуют действительности. Пути

их синтеза принципиально иные.

Главная их особенность-сопряженность синтеза с распадом веществ, спо­

собных поставлять энергию для осуществления биосинтетического процесса.

Одним из таких природных соединений является АТФ. При отрыве от ее

молекулы в присутствии лигаз одного или двух концевых остатков фосфорной кислоты выделяется большое количество энергии, используемой для активи­ рования реагирующих веществ. Лигазы же 1<аталитически ускоряют синтез

органических соединений из активированных за счет распада АТФ исходных продуктов. Таким образом, к лигазам относятся ферменты, катализирующие

соединение друг с другом двух молекул, сопряженное с гидролизом пирофос­

фатной связи в молекуле АТФ или иного нуклеозидтрифосфата.

Механизм действия лигаз изучен еще недостаточно, но, несомненно, он

весьма сложен. В ряде случаев доказано, что одно из участвующих в основной реакции веществ сначала дает промежуточное соединение с фрагментом рас­ падающейся молекулы АТФ, а вслед за этим указанный промежуточный продукт взаимодействует со вторым партнером основной химической реакции

собразованием конечного продукта.

Вкачестве примера действия лигазы можно привести синтез пантотеновой кислоты из а, у-диокси-j3, j3-диметилмасляной кислоты и j3-аланина:

,,~			ПffЯ		~
HO-СНгу-«Н-СООН + H.N-CH.-CH.-COOH + HO-f-O-f-O-f-~,						-
НзСОН			ОН ОН ОН	Н	Н
11. У-Диокси- Р.Р-дные-		Р-Алаинн		Н	Н
тиnы.сn.иа. киспота				ОН	ОН
				АТФ
Пси••ltТОТтеТI38Т-			О11		NH.
	H'j			~
•••
.. НО-СН. 1H-Co-NH-CH2-CH~OOH + НO-f-Q~2О					?,	~
	Hi	н	ОН	н Н	+ Ho-P-Q-P-OH
	"антотеновак. кислота		Н	Н	6н	6н
				Н Н	nирофосфат

АМФ

Пантотеиатсиитетаза, как следует из приведенного уравнения, относится

к группе лигаз, ускоряющих реакции синтеза C-N-связеЙ. Эта группа лигаз насчитывает около 40 представителеЙ. В настоящее время изучено более 75 различных лигаз, обеспечивающих важнейшие синтетические процессы в жи­

вотной и растительной клетках.

Кроме ускорения реакций синтеза С-N-связей, в частности пептидных, лигазы катализируют образование связей с-с, с--о и C-S. к группе лигаз, образующих С-С-связи, относятся карбоксилазы. Они обеспечивают карбок­

силирование ряда соединений, в результате чего происходит удлинение угле­

роднI6X цепей. Одной из важнейших карбоксилаз является.. пируваткарбок-

136

~аза, ускоряющая реакцию образования щавелевоуксусной кислоты из пи·

ровиноградной кислоты и оксида углерода (IV):

ОН	ОН	ОН		NH2
HO-~-O-~-O-~=O			NV:>~
11	"	I	I	~
о	О?			~
СНз-СО--\:ООН + С02	+	Н	О
		2

Пировиноградная

КllcnoTa (пирув ат)

ОН

АТФ

nнруввткарбо.

кснnаза

~

	N~
о о	~NJV

+ 11 "

~HOOC-CH2-CO-COOH НО-Р-О-Р-О

ЩаВt.'tВОУКСУСН8Я	I	I
	ОН	ОН
кислота

ОН

АДФ

Эта реакция имеет исключительное значение в обмене веществ, обеспечи· вая взаимосвязь обмена углеводов и белков и акцептирование СО2•

Лигазам, катализирующим синтез С-О-связей, принадлежит важнейшая

роль в биосинтезе белков, так как они ускоряют реакции активирования

аминокислот перед вступлением последних в пептидную связь. Одной из

простейших реакций этого типа является образование аминоациладенилатов:

~

зr

000

Il~~

"

"

IJ

c~

СН

Н-СООН + Ho-p-o-f-o-f-o-

о

NH2

~H

ОН

ОН

Н

Н

Д.~аИIIН

Н

Н

ОН

ОН

О

N~~

~~

о

о

з

1

I

2

+

"

"

~ СН

-СН-СО-О-Р-0-СН

HO-P-O-P-QH

NH2

ОН

Н

Н

'

6н

ЬН

"~Н Н

Пирофосфат

ОН

ОН

Аnаниnадениnат

137

с аминоациладенилатов аминокислоты передаются на тРНК, образуя аминоацил-тРНК, используемые непосредственно при синтезе полипептидов.

Эти процессы будут детально рассмотрены в гл. УН.

Лигазы, кроме того, осуществляют ускорение реакций образования C-s-

связей, являясь ацил-коэизим А-синтетазами. В качестве примера действия

ацил-коэнзим А-синтетазы можно привести образование ацетил-коэнзима А из уксусной кислоты и коэнзима А (см. формулу на с. 163), протекающее

сопряженно с распадом АТФ:

Ацетил-КоА-синтеТВЗ8

СНз-СООН +HS-КоА+АТф ------- +

(ацетат-КоА-лиrазв)

о о

11	"
~СНз-СО-S-КоА+АМФ+НО-Р-О-Р-ОН
1	1
ОН	ОН

АцC'I1lJl-l:ОЭВЗИМ А	Пирофосфат

Ацетил-КоА служит коферментом в реакциях трансацилирования, поэтому

действие ферментов этих двух групп-лигаз и ацилтрансфераз- в живых

системах тесно увязано друг t; другом. Аналогичная взаимозависимость харак­ терна и для многих других ферментов.

ЛОКАЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ В КЛЕТКЕ

ОДНИМ из npинципиальных отличий ферментов от катализаторов неби­

ологического происхождения является кооперативный характер их действия.

На уровне одиночной молекулы фермента кооперативный принцип реализует­ ся в тошсом взаимодействии субстратного, активного и аллостерического центров. Однако гораздо большее значение имеет коопераmвное осуществле­

ние реакций на уровне ансамблей ферментов. Именно благодаря наличию

систем ферментов-в виде мультиэизимныx комплексов или еще более слож­ ных образований-метаболонов, обеспечивающих каталитические превраще­

ния всех учасIНИКОВ единого метаболического цикла- в клетках с большой

скоростью осуществляются многостадийные процессы как распада, так и син­

теза органических молекул. Ферментативный катализ в многостадийных реак­ циях идет без выделения проМежуточных продуктов: только возникнув, они

тут же подвергаются дальнейшим преобразованиям.

Это возможно ЛИШЬ потому, ЧТО в клеточном содержимом ферменты

распределены не хаотически, а строго упорядоченно. С современной точки

зрения клетка представляется высокоорганизованной системой (см. рис. 3),

в отдельных частях которой осуществляются строго определенные биохими­

ческие процессы. В соответствии с приуроченностью их к определенным субклеточным частицам или отсекам (компартментам) клетки в них локализо­

ваны те или иные индивидуальные ферменты, мультиэнзимные комплексы, полифункциональные ферменты или сложнейшие метаболоны.

Приведем несколько характерных примеров. Разнообразные гидролазы

и лиазы сосредоточены преимущественно в лизосомах. Внутри этих сравнительно небольших (несколько нанометров в диаметре) пузырьков, отграниченных мембраной отгиалоплазмы клетки, протекают процессы деструкции различных органических соединенийдо тех простейших структурныхединиц, из которых они

138

построены. Сложные ансаfv1бли окислительно·восстановительных ферментов,

такие, например, как цитохромная система, находятся в митохондриях. В этих же

субклеточных частицах локализован набор ферментов цикла дикарбоновых и трикарбоновых кислот (см. гл. VHI). Ферменты активирования аминокислот

распределены в гиалоплазме, но они же есть и ~ ядре. В гиалоплазме присутству­

ютмногочисленные метаболоны гликолиза,сгруктурно объединенныестаковы·

мипентозофосфатного ЦИI<ла, что обеспечивает взаимопереключение дихотоми·

ческого и апотомического путей распада углеводов (см. гл. VIH). В то же время

\ ферменты, ускоряющие перенос аминокислотных остатков на растущий конец

полипептидной цепи и катализирующие некоторые другие реакции в процессе

биосинтеза белка, сосредоточены в рибосомальном аппарате клетки. Нуклеоти·

дилтрансферазы, ускоряющие реакцию переноса нуклеотидных осгатков при новообразовании нук:леиновых кислот, локализованы в основном в ядерном

аппарате клетки. Таким образом, системы ферментов, сосредоточенныев тех или

иных структурах,участвуют в осуществлении отдельныхцикловреакций. Будучи тонко координированы другсдругом, эти отдельные циклы реакций обеспечива·

ют жизнедеятельность клеток, органов, тханей и организма в целом.

ПРИМШНЕНИЕФЕРМffiНТОВ

Ферменты способны осущесгвлять свою катa.mrrичесхую функцию и вне клетки, вне организма. Хотя, находясь с сосгаве соответсгвующих сгруктур,

ферменты обладают огромной мощносгью действия, тем не менее, будучи

выделены из биологических объектов, они сохраняют свою каталитическую

81СтивнOCfЬ. Естественно, что ряд фермепmых препаратов используют в практик.е. Практическое применение ферментов в народном хозяйстве нашей страны расширяется с каждым годом. В хлебопекарвоl промьmmеDDОСТВ применяют ферменщые препараты (содержат амилазу и протеиназу), выделяемые из

грибов, относящихсякроду Aspergillus. Будучи добавлены вколичесгве 20-25 г

на 1 т муки, они улучшают качество и аромат хлеба, ускоряют созревание теста

на 30%. сокращают расход сахара на производсгво высших сортов булочных

изделий вдвое, увеличивают пористость мякиша и объем хлеба на 20%.

В nивовареНDD и спиртовой промьпплеDDОСТИ применяют амилазы-фермен· ты, ускоряющие реакцию осахаривания крахмала. Их производство приняло

У нас промышленный характер. Экономический эффект применения амилаз весьма значителен. Так, в пивоварении использование ферментных препаратов

позволяет экономить 165 г ячменя при производстве каждого декалитра пива.

Применение амилазы при производсгве спирта дает возможность полностью

отказаться от зернового солода и одновременно увеличить выход спирта из

сырья на 1,5% при снижении себестоимрсти декалитра спирта. Широкие

перспективы сулит использование ферментов в виноделии. Пектинолитические

ферменты повышают выход соков из плодов и ягод на 15-20%, виноматериа­

лов-на 5-7%; они также необходимы для осветления фруктовых соков.

Каталаза и глюкозооксидаза длительно сохраняют букет розовых и белыIx вин. В кожевеDDОМ и меховом производстве для ускорения снятия волоса со шкур

R размягчения кожевенного сырья применяют препараты протеиназ (протелин

и протофрадин), ЯВЛЯЮЩИхся внеклеточными протеиназами стрептомицетов. При этом время на осуществление необходимых процессов сокращается в не·

сколько раз, сортносгь и качество шерсти и кож повышается, а условия труда

в этой отрасли производства резко улучшаются. В текстильной промьпuлен·

ности процесс расшлихтовки тканей ферментными препаратами грибного и бактериального происхождения ускоряется в 7-10 раз; эти же препараты

139