3.3. Условия действия ферментов в клетке

В принципе клетка использует те же самые химические реакции, что и химик в своей лаборатории.

Однако на условия протекания реакций в клетке накладываются жесткие ограничения:

1) все реакции в клетке протекают в водном растворе;

2) при постоянной температуре (~37°С);

3) при постоянном давлении (~1 атм.);

4) при значениях pH, близких к нейтральным (pH 6,5 - 7,5).

Именно поэтому очень часто реакции, которые в лабораторных условиях можно провести в одну стадию, в живой клетке протекают через множество стадий.

Например, проведение в естественных условиях реакции образования воды из водорода и кислорода:

2H₂ + O₂ → 2H₂O + взрыв (гремучий газ);

сопровождается взрывом из-за огромного количества выделившейся энергии. Избежать взрыва можно при проведении реакции в следующих условиях:

- в несколько стадий,

- в присутствии катализаторов;

- и при постоянном отведении теплоты от системы.

Это позволяет в значительной мере снизить энергию активации и провести реакцию при нормальных условиях.

Именно благодаря разделению на стадии в клетке эта же реакция протекает при постоянной температуре (~37°С). При этом выделяющаяся энергия реакции запасается в виде молекул АТФ.

3.4. Строение ферментов

Для ферментов характерны все закономерности строения, присущие белкам.

Все ферменты относятся к глобулярным белкам, причём, они могут иметь как третичную, так и четвертичную структуру.

По составу молекулы ферменты могут быть простыми и сложными.

Простые ферменты состоят только из полипептидной цепи, характеризующейся наличием третичной глобулярной структуры.

Сложные ферменты состоят из белкового и небелкового компонента.

Белковая часть сложного фермента называется апоферментом.

По характеру связи небелковой части с апоферментом небелковые компоненты сложных ферментов подразделяются на коферменты и простетические группы.

Коферментом называется небелковая часть, которая соединяется с белковой частью фермента посредством слабых нековалентных взаимодействий: гидрофобных, ионных и водородных связей.

Простетической группой называется небелковая часть, прочно связанная с белком ковалентной связью.

Коферменты и простетические группы принимают непосредственное участие в процессе ферментативного катализа.

Роль коферментов выполняют:

- большинство водорастворимых витаминов (или их химически модифицированные производные);

- соединения, построенные с участием витаминов;

- нуклеотиды и их производные;

- фосфорные эфиры некоторых моносахаридов;

- ионы металлов железа, меди, магния, марганца, кальция, цинка.

Характерной особенностью сложных ферментов является то, что ни белковая часть, ни кофермент или простетическая группа в отдельности часто не обладают заметной каталитической активностью.

!!!! Только их комплекс проявляет ферментативные свойства.

3.5. Активный центр ферментов

Ферментативный катализ идёт на поверхности фермента (Рис. 3.2):

Рис. 3.2. Относительные размеры молекулы фермента (мол. масса 100 000 Da, диаметр 7 нм) и типичной молекулы субстрата (мол. масса 250 Da, диаметр 0,8 нм). Активный центр занимает лишь незначительную часть поверхности молекулы фермента. Для сравнения показана также молекула воды.

Введём понятие «субстрата» и «активного центра» фермента.

Субстратом называется вещество, которое подвергается превращению в результате ферментативной реакции.

Активным центром называется область ферментативной молекулы, в которой происходит связывание и превращение субстрата.