6.5. Свойства ферментов

Ферменты, как и неферментные катализаторы, характеризуются следующими сходными свойствами:

1. Они остаются неизменными после реакции и могут вновь реа­гировать с новыми молекулами субстрата (хотя активность их может из­мениться под влиянием условий среды) до тех пор, пока по каким-либо причинам не разрушатся.

2. Они оказывают свое действие в ничтожно малых концентра­циях.

3. Они лишь повышают скорость реакции и не оказывают влияния на величину константы равновесия.

4. Они катализируют только энергетически возможные реакции.

Однако ферменты, являясь белками, имеют следующий ряд свойств, отличающийся от свойств небиологических катализаторов.

1. Ферменты "работают" в очень мягких условиях (низкая температура – температура тела, нормальное давление, близкое к нейтральному значению рН). Будучи белками, они очень чувствительны к сдвигам рН и к изменениям температуры, т.е. термолабильны.

2. Скорость ферментного катализа гораздо выше, чем небиологического, т.е. ферменты сильнее снижают энергию активации реакции, чем другие катализаторы, Так, например, гидролиз белка до аминокислот под действием неорганических катализаторов (кислот или щелочей) осуществляется при температуре 100° С и выше за несколько десятков часов. Этот же процесс при каталитическом участии ферментов (например, пепсина или трипсина) требует всего десятков минут и идет при температуре 30-40 °С. Другой пример: в организме человека ежесуточно распадается около 0,5 кг глюкозы до СО₂ и Н₂О; в отсутствии биокатализаторов для этого потребовалось бы примерно 10000 лет. Благодаря каталитическому действию ферментов, в живой природе с большей скоростью происходят реакции, выполнение которых в лабораторных условиях остается пока еще невозможным.

3. Ферменты обладают высокой специфичностью, что позво­ляет ферментам направлять обмен веществ в определенное русло.

4. В отличие от небиологических катализаторов активность ферментов можно регулировать. Это уникальное свойство ферментов позволяет изменять скорость превращения веществ в организме в зависимости от условий среды, т.е. приспосабливаться к действию различных факторов.

5. Скорость ферментативной реакции в отличие от небиологического катализа прямо пропорциональна концентрации катализато­ра-фермента.

Остановимся на некоторых свойствах ферментов более подробно.

6.6. Специфичность действия ферментов

Специфичность – главное и особое качество ферментов, отличающее их от других катализаторов. Сущность этого свойства заключа­ется в том, что каждый фермент катализирует химическое превращение определенных веществ.

Структура активного центра фермента комплементарна струк­туре его субстрата, вследствие чего данный фермент из множества ве­ществ, имеющихся в живой клетке, присоединяет только свой субстрат.

Это свойство называется субстратной специфичностью фермента. Напри­мер, структура активного центра фермента гистидазы комплементарна структуре аминокислоты гистидина, поэтому возможно образование фер­мент-субстратного комплекса гистидаза-гистидин; другие вещества, в том числе аминокислоты, не связываются гистидазой. Каждый фермент ката­лизирует лишь одно из возможных химических превращений субстрата. Это свойство называется специфичностью пути превращения. Например, гистидаза и гистидиндекарбоксилаза, обладая одинаковой субстратной специфичностью, катализируют разные превращения гистидина.

Субстратная специфичность бывает абсолютной и групповой. Абсолютная специфичность означает, что фермент катализирует пре­вращение только одного субстрата. Например, фумараза катализирует только реакцию фумаровой кислоты с водой:

Фумаровая кислота

Яблочная кислота

Ферменты с групповой специфичностью катализируют однотип­ные превращения сходных по строению веществ. Например, липаза уско­ряет гидролиз различных жиров на глицерин и жирные кислоты:

Жир

глицерин

жирные кислоты

Кроме того, некоторые ферменты являются стереоспецифичными, то есть катализируют превращение только одного из стереоизомеров.

Например, малеиновая кислота - цис-изомер фумаровой кислоты, не может быть субстратом фумаразы:

Фумаровая кислота

Малеиновая кислота