75. Современные представоения о механизме ферментативного катализа Механизм действия ферментов

 

Акт катализа складывается из трех последовательных этапов.

 

1.      Образование фермент-субстратного комплекса при взаимодействии через активный центр.

2.      Связывание субстрата происходит в нескольких точках активного центра, что приводит к изменению структуры субстрата, его деформации за счет изменения энергии связей в молекуле. Это вторая стадия и называется она активацией субстрата. При этом происходит определенная химическая модификация субстрата и превращение его в новый продукт или продукты.

3.      В результате такого превращения новое вещество (продукт) утрачивает способность удерживаться в активном центре фермента и фермент-субстратный, вернее уже фермент-продуктный комплекс диссоциирует (распадается).

Специфичность действия ферментов: 1) абсолютная субстратная специфичность – 1 фермент катализирует превращение 1 единственного фермента (оргиназа и уреаза) 2) относительная субстратная специфичность – цитохром Р₄₅₀ осуществляет гидроксилирование различных субстатов 3) абсолютная групповая специфичность – фермент катализируеи превращение сходной группы субстратов - фермент алкагольдегидрогеназа окисляет этанол и другие спирты 4) относительная групповая специфичность – расщепление пептидной связи, которая образована разными а/к (трипсин между лизином и аргинином).

76. Химическая природа ферментов. Строение фермента. Активный и аллостерический центры

 

Все ферменты это белки с молекулярной массой от 15 000 до нескольких млн Да. По химическому строению различают простые ферменты (состоят только из АК) и сложные ферменты (имеют небелковую часть или простетическую группу). Белковая часть носит название – апофермент, а небелковая, если она связана ковалентно с апоферментом, то называется кофермент, а если связь нековалентная (ионная, водородная) – кофактор. Функции простетической группы следующие: участие в акте катализа, осуществление контакта между ферментом и субстратом, стабилизация молекулы фермента в пространстве.

В роли кофактора обычно выступают неорганические вещества  - ионы цинка, меди, калия, магния, кальция, железа, молибдена. 

Коферменты можно рассматривать как составную часть молекулы фермента. Это органические вещества, среди которых различают: нуклеотиды (АТФ, УМФ, и пр), витамины или их производные (ТДФ – из тиамина (В₁), ФМН – из рибофлавина (В₂), коэнзим А – из пантотеновой кислоты (В₃), НАД и пр) и тетрапиррольные коферменты – гемы.

В процессе катализа реакции в контакт с субстратом вступает не вся молекула фермента, а определенный ее участок, который называется активным центром. Эта зона молекулы не состоит из последовательности аминокислот, а формируется при скручивании белковой молекулы в третичную структуру. Отдельные участки аминокислот сближаются между собой, образуя определенную конфигурацию активного центра. Важная особенность строения активного центра - его поверхность комплементарна поверхности субстрата, т.е. остатки АК этой зоны фермента способны вступать в химическое взаимодействие с определенными группами субстрата. Можно представить, что активный центр фермента совпадает со структурой субстрата как ключ и замок.

 

В активном центре различают две зоны: центр связывания, ответственный за присоединение субстрата, и каталитический центр, отвечающий за химическое превращение субстрата. В состав каталитического центра большинства ферментов входят такие АК, как Сер, Цис, Гис, Тир, Лиз. Сложные ферменты в каталитическом центре имеют кофактор или кофермент.

 

Помимо активного центра ряд ферментов снабжен регуляторным (аллостерическим) центром. С этой зоной фермента взаимодействуют вещества, влияющие на его каталитическую активность.

Изоферменты – это ферменты, которые катализируют одну и туже реакцию, но в различных тканях. Например, ЛДГ катализирует превращение лактата в ПВК, но эта реакция обратима. ЛДГ_{1 и 2} находятся в сердечной мышце и катализирует эту реакцию в сторону ПВК, а ЛДГ _{4 и 5} мышечной ткани катализируют в сторону образования лактата. ЛДГ состоит из Н и М субъединиц: ЛДГ _{1 и 2} Н₃М, а ЛДГ _{4 и 5} МН_3. Креатинкиназа – ММ мышечный тип, МВ сердечный тип, ВВ мозговой тип.

Изоферменты — это ферменты, синтез которых кодируется разными генами, у них разная первичная структура и разные свойства, но они катализируют одну и ту же реакцию. Виды изоферментов:

• Органные — ферменты гликолиза в печени и мышцах.

• Клеточные — малатдегидрогеназа цитоплазматическая и митохондриальная (ферменты разные, но катализируют одну и ту же реакцию).

• Гибридные — ферменты с четвертичной структурой, образуются в результате нековалентного связывания отдельных субъединиц (лактатдегидрогеназа — 4 субъединицы 2 типов).

• Мутантные — образуются в результате единичной мутации гена.

• Аллоферменты — кодируются разными аллелями одного и того же гена.

Собственно множественные формы (истинные) — это ферменты, синтез которых кодируется одним и тем же аллелем одного и того же гена, у них одинаковая первичная структура и свойства, но после синтеза на рибосомах они подвергаются модификации, становятся разными, хотя и катализируют одну и ту же реакцию.

Определение активности ферментов с диагностической целью: 1) активность ЛДГ _{1 и 2} увеличивается при инфаркте миокарда, а ЛДГ _{4 и 5} при миопатиях 2) АлАТ при гепатите, АсАТ при инфаркте миокарда 3) глюкозо6фосфатдегидрогеназа – гемолитическая анемия, дефицит по этому ферменту; окислительная ветвь не работает. Не образуется НАДФН, глутатион, нарушается целостность эритроцитов 4) креатинкиназа – инфаркт миокарда.