voronina

пізніше (1897 р.) німецькі дослідники брати Ганс та Едвард Бухнери. Вони під пресом (застосувавши тиск) віджали з дріжджових клітин сік, абсолютно вільний від дріжджових клітин, який зброджував вуг- леводи з утворенням етилового спирту і СО2. Виявилось, що дріж- джовий сік містить складну суміш ферментів, і ці ферменти здатні функціонувати як усередині, так і поза клітиною.

Спроби виділити ферменти в індивідуальному стані здійснюва- ло багато дослідників, серед яких були О.Я.Данилевський, Р.Віль- штеттер та ін. Новий етап у розвитку вчення про ферменти настав після того, як у 1926 р. американський біохімік Дж.Самнер отримав з насіння канавалії кристалічний препарат ферменту уреази. У 1930 р. Д.Нортроп виділив кристалічний пепсин, а потім трипсин і хімотри- псин. З того часу стало загальноприйнятим твердження про те, що ферменти є білками.

Наприкінці ХІХ ст. німецький учений Е.Фішер, вивчаючи власти- вості ферментів, запропонував уявлення про сувору специфічність фе- рментів і про близьку стеричну відповідність між активною частиною ферменту і субстратом. Е.Фішер висунув думку про те, що субстрат підходить до ферменту, як ключ до замка. На початку ХХ ст. з'явили- ся роботи, присвячені кінетиці ферментативних реакцій, пізніше були сформульовані теорії механізму дії ферментів, регуляції ферментати- вної активності, успішно вивчаються можливості застосування фер- ментів у медицині, різних галузях науки і промисловості.

У найближчі роки розвиток ензимології буде спрямовано на:

–дослідження більш тонких деталей молекулярного механізму дії і принципів роботи ферментів у відповідності до законів класич- ної органічної хімії і квантової механіки;

–вивчення ферментів на більш високих структурних рівнях ор- ганізації живих систем (надмолекулярному і клітинному), причому не стільки окремих ферментів, скільки ферментних комплексів у

складних системах;

–дослідженнямеханізмів регуляції активності і синтезу ферментів;

–розкриття впливу хімічної модифікації на дію ферментів;

–розвиток досліджень у галузі створення штучних низькомоле- кулярних ферментів (синзимів – синтетичних аналогів ферментів), які мають високу специфічність дії та каталітичну активність, але позбавлені побічних антигенних властивостей;

–дослідження в галузі інженерної ензимології;

–створення «гібридних» каталізаторів, які мають властивості ферментів, антитіл і рецепторів;

–створення біотехнологічних реакторів за участю індивідуаль- них ферментів або поліферментних комплексів, які забезпечують одержання і промислове виробництво найбільш цінних матеріалів і

засобів для народного господарства й медицини.

Загальні уявлення про каталіз

Каталіз – це як правило, процес прискорення хімічних реакцій під впливом каталізаторів, які беруть участь у даному процесі, але наприкінці реакції залишаються хімічно незміненими.

111

Для протікання будь-якої реакції необхідно, щоб реагуючі моле- кули контактували одна з одною, але не кожне зіткнення молекул супроводжується їх взаємодією, реакція протікає тільки в тому випа- дку, якщо молекули володіють достатнім запасом кінетичної енергії. Тобто швидкість хімічної реакції залежить від кількості зіткнень ак- тивних молекул реагуючих речовин за одиницю часу. Взаємодія між молекулами, які мають певний запас потенціальної енергії, відбу- деться тільки в тому випадку, якщо запасу їхньої енергії буде достат- ньо для переборювання сил відштовхування між ними, так званого енергетичного бар'єра реакції. Кожна хімічна реакція має свій енерге- тичний бар'єр, що виражається в кДж/моль. У реакцію за звичайних умов можуть вступити лише ті молекули, запас енергії яких переви- щує енергетичний бар'єр даної реакції, тобто той мінімальний запас енергії в молекулах, за якого вони стають реакційноздатними. І на- впаки, чим вищий енергетичний бар'єр реакції, тим менша загальна кількість молекул, здатних до хімічної взаємодії, і отже, нижча швид- кість хімічного перетворення в даній системі.

Наприклад, у реакції взаємодії речовин А і В з утворенням спо- луки АВ енергетичний бар'єр дорівнює 30 кДж/моль. У реакцію мо- жуть вступити тільки ті молекули, запас енергії яких перевищує ене- ргетичний бар'єр. За недостатнього запасу енергії молекули необхід- но активувати, тобто надати їм додаткову кількість енергії, що нази- вається енергією активації. Активувати молекули можна різними шляхами: нагріванням, опромінюванням, підвищенням тиску, а та- кож за допомогою введення каталізаторів. Дія каталізаторів полягає в тому, що вони знижують енергію активації, необхідну для здійс- нення даної реакції. Здійснюється це встановленням тимчасового зв'язку каталізатора з реагуючими речовинами; у результаті виника- ють проміжні продукти реакції, які дають змогу молекулам перебо- роти бар'єр активації на більш низькому енергетичному рівні.

Сутність дії каталізатора полягає в тому, що він викликає акти- вацію молекул у нормальних фізіологічних умовах за рахунок певної внутрішньомолекулярної перебудови молекули субстрату (речови- ни, на яку діє каталізатор). Це призводить до зниження необхідної енергії активації, і молекули зможуть взаємодіяти без залучення до- даткової енергії. Так, при введенні до системи в нашому прикладі небіологічного каталізатора (позначимо його буквою К), реакція пройде в 2 етапи:

1.А + К АК. Енергетичний бар'єр дорівнює 15 кДж/моль;

2.АК + В АВ + К. Енергетичний бар'єр дорівнює 7 кДж/моль.

Із цього прикладу витікає, що каталізатор прискорює хімічну ре- акцію утворення речовини АВ, знаходячи обхідні шляхи, вступаючи в тимчасовий зв'язок з однією з реагуючих речовин, а потім вже АК буде взаємодіяти з В. Ці реакції відбуватимуться за меншої енергії активації (22 кДж/моль), ніж реакція А + В АВ (30 кДж/моль);

звідси швидкість реакції може збільшуватися в сотні і тисячі разів.

Характеристика ферментативного каталізу. Ферменти є біоло-

гічними каталізаторами, тому хімічним процесам за їх участю влас-

112

тиві всі характеристики каталізу. Швидкість ферментативної реакції виражається рівнянням:

E + S ES E + P, де

Е – фермент, ензим; S – субстрат;

ЕS – фермент-субстратний комплекс (проміжний комплекс); Р – продукти реакції.

Фермент-субстратний комплекс у залежності від умов може або розщеплюватись із утворенням продуктів реакції (пряма реакція), або знову розпадатися на вихідні реагенти (зворотна реакція).

На нашому прикладі:

1.A + E AE. Енергетичний бар'єр дорівнює 5 кДж/моль;

2.АЕ + В АВ + Е. Енергетичний бар'єр дорівнює 2 кДж/моль.

Із цього прикладу витікає, що ферментативна реакція утворення речовини АВ відбувається на ще більш зниженому енергетичному рівні (7 кДж/моль), тобто значно зменшується величина енергії ак- тивації в порівнянні з небіологічним каталізатором (К). Швидкість реакції може зростати в тисячі, мільйони і навіть мільярди разів. Це пов'язано з білковою природою ферментів, які мають у реакційних зонах сукупність різноманітних функціональних груп: радикалів за- лишків амінокислот (якщо ферменти є простими білками) та інших небілкових сполук (якщо ферменти є складними білками), які прояв- ляють у ході каталітичного акту одночасно кислотно-основні влас- тивості (відіграють роль і акцепторів, і донорів протонів); наявні електрофільні і нуклеофільні групи викликають перерозподіл елект- ронної густини. Це полегшує перебудову і розрив зв'язків у молекулі субстрату, що є неможливим для неорганічних каталізаторів. Звідси швидкість ферментативного каталізу набагато вища, ніж небіологіч- ного, оскільки ферменти істотніше знижують енергію активації реа- кції, ніж небіологічні каталізатори. Так, енергія активації реакції розкладу пероксиду водню

2Н2О2 2Н2О + О2

дорівнює 75,3 кДж/моль і мимовільний розклад Н2О2 протікає насті- льки повільно, що вивільнення кисню, який виділяється у вигляді бу- льбашок, візуально не помітне. При добавленні неорганічних каталі- заторів (заліза або платини) енергія активації знижується до 54,1 кДж/моль, реакція прискорюється в тисячі разів і стає помітною вна- слідок виділення бульбашок кисню через рідину. Біологічний каталі- затор – фермент каталаза, який розкладає Н2О2, – знижує енергію активації більше ніж у 8 разів (до 8 кДж/моль) і прискорює реакцію розкладання пероксиду водню в мільярди разів. Реакція протікає на- стільки бурхливо, що рідина від швидко утворених бульбашок кисню буквально закипає (виділяється біла піна).

Схожість і відмінність між ферментами і неферментними каталі-

заторами. Ферменти і каталізатори небілкової природи, підкорюю- чись загальним законам каталізу, мають ряд загальних властивостей:

113

–каталізатори прискорюють лише енергетично можливі реакції;

–вони ніколи не змінюють напрямку реакції;

–вони не змінюють рівноваги оборотної реакції, а лише приско-

рюють її настання;

– вони не входять до складу кінцевих продуктів реакції і вихо- дять із реакції в первісному вигляді, хоча останнім часом доведено, що деякі ферменти наприкінці хімічної реакції зазнають модифікації

інавіть розпаду, а не звільняються в незмінному вигляді;

–вони не витрачаються в процесі каталізу, тому фермент у клі- тині діє до того часу, поки не зруйнується.

Однак для ферментів характерні і специфічні властивості, які від- різняють їх від інших каталізаторів. Ці відмінності пов'язані з особли- востями будови ферментів, що є складними білковими молекулами:

1. Ефективність ферментів вища, ніж небілкових каталізаторів (швидкість протікання реакції за участю ферменту на декілька поряд- ків вища, ніж за участю інших каталізаторів). Одна-єдина молекула ферменту може каталізувати за нормальної температури (37 С) від

тисячі до мільйона молекул речовини за хвилину. Відомо, наприклад, що іони заліза каталітично прискорюють розклад пероксиду водню на воду і кисень. Однак атоми того ж заліза, але в складі ферменту ката- лази, діють у 10 мільярдів разів енергійніше, і лише 1 мг заліза у фер- менті здатний замінити в цій реакції 10 тонн неорганічного заліза.

2. Ферменти володіють високою специфічністю дії, тобто вибір- ковістю дії на субстрати, перетворення яких вони каталізують, чого не спостерігається для небіологічних каталізаторів. Кожний фер- мент каталітично прискорює, як правило, одну-єдину хімічну реак- цію, або, в крайньому разі, групу реакцій одного типу. Висока специ- фічність дає змогу ферментам брати участь у регуляції обміну речо- вин і спрямовувати його в певне русло.

3. Однією із найважливіших властивостей ферментів як біока- талізаторів є їхня регульованість дії. Через регуляцію ферментного апарату здійснюється скоординованість усіх метаболічних процесів у часі й просторі, спрямованих на відтворення живої матерії, під- тримку сталості внутрішньоклітинного середовища, на пристосу- вання до зміни умов.

4. Ферменти каталізують хімічні реакції у «м'яких» умовах, тобто за невисокої температури (близько 37–40 С) та рН середовища (6–

8), за нормального тиску. Це відрізняє їх від неферментних каталіза- торів, які діють дуже часто за високої температури, великих тисків, у сильнокислому або лужному середовищі. Ферменти, завдяки білко- вому походженню, надто чутливі до змін температури і до зміщення рН середовища, припиняючи при цьому свою активність.

5.Під час ферментативних реакцій, на відміну від нефермента- тивних, спостерігаються лише незначні побічні процеси. Для ферме- нтативних реакцій характерний майже 100% вихід продуктів.

6.Виділені з організму ферменти не втрачають здатності здійс-

нювати каталітичну активність. На цьому ґрунтується їхнє практичне використання в хімічній, легкій, фармацевтичній промисловості і в ме-

114

дицині. Особливе значення для хімічного виробництва має специфі- чність ферментів; адже до 80% витрат у виробництві багатьох хіміч- них речовин йде на відокремлення домішок, утворених унаслідок по- бічних реакцій. Окрім того, ферменти дозволяють здійснювати ряд процесів, виконання яких звичайними методами органічного синтезу залишається поки що невирішеною проблемою.

7. Кооперативність і сувора запрограмованість етапів дії – ось що відрізняє механізм біокаталізу від дії каталізаторів іншої приро- ди, тобто процес ферментативного каталізу в багатьох випадках є серією послідовних реакцій перетворення речовин (циклічність).

Номенклатура і класифікація ферментів

На перших етапах вивчення ферментів дуже довго була відсутня будь-яка система в їхній номенклатурі і класифікації. Назву фермен- там давали за випадковими ознаками (за назвою субстрату, за типом реакції, яка каталізується). Прикладами такої номенклатури можуть служити назви деяких ферментів: пепсин (грецьк. pepsis – травлення), трипсин (грецьк. trypsis – розрідження). Найбільшого розповсюджен- ня набула номенклатура, згідно з якою назва ферменту складається з назви субстрату і характерного закінчення «аза». Так, фермент, який прискорює реакцію гідролізу крохмалю, отримав назву амілаза (лат. amylum – крохмаль), гідролізу білків (протеїнів) – протеїназа, гідролізу тригліцеринів (ліпідів) – ліпаза, сечовини – уреаза (грецьк. urea – сечо- вина) і т.ін. Потім у назві ферменту стали вказувати як на характер субстрату, так і на тип реакції, що каталізується. Наприклад, фермент, який віднімає два атоми водню від молекули молочної кислоти, нази- вають лактатдегідрогеназою, підкреслюючи цим одночасно і хімічну природу субстрату, і тип хімічної реакції:

У 1961 р. Міжнародна комісія з ферментів запропонувала реко- мендації щодо номенклатури і класифікації ферментів.

Сучасна номенклатура і класифікація ферментів. Діюча нині номен-

клатураі класифікація ферментів передбачаєтакі основні положення. На сьогодні прийнято два типи назв ферментів: тривіальна,

або робоча, і систематична. Робоча (як уже відзначалося) склада- ється з назви субстрату, назви типу реакції, яка каталізується, і за- кінчення – аза. Наприклад:

лактат + дегідрогенізація + аза лактатдегідрогеназа

У практиці збереглися й інші робочі назви ферментів. Вони не дають детальної характеристики їхньої дії, але введені давно і міцно вкоренилися, наприклад, пепсин, трипсин, хімотрипсин, уреаза та ін.

115

Систематична назва ферменту утворюється складніше. Вона складається із назв субстратів хімічної реакції, на які діє фермент, назви типу хімічного перетворення і закінчення – аза. Наприклад, систематична назва ферменту лактатдегідрогенази записується так:

L – Лактат	: НАД+ — Оксидоредуктаза
Субстрат I	Субстрат II	Тип хімічного перетво-
		рення (процес окислення
		і відновлення)

НАД+ – це позначення нікотинамідаденіндинуклеотиду (див. Біоенергетика).

У клітинах печінки є фермент, що каталізує реакцію гідроліти- чного розщеплення глюкозо-6-фосфату на вільну глюкозу і фосфо- рну кислоту. Цей фермент має назву: глюкозо-6-фосфат- фосфогідролаза. У цій назві відображено: назва субстрату – глюко- зо-6-фосфат і назва продукту реакції – фосфорна кислота; тип реак- ції – гідроліз і додано закінчення – аза. Систематична назва дається тільки вивченим ферментам.

Класифікація ферментів. В основу класифікації покладено тип реакції, яку каталізує даний фермент. За цим принципом усі фермен- ти поділені на 6 класів (див. табл. 6).

			Таблиця 6
		Класифікація ферментів
Номер	Назва	Реакції,	Приклади
класу	класу	що каталізуються
1	Оксидоре-	Окислювально-відновні	Дегідрогенази, що відще-
	дуктази	реакції різних типів	плюють атоми водню від
			субстратів
2	Трансферази	Перенос різних хімічних	Амінотрансферази –
		груп від одного субстрату	перенос аміногруп
		(донора) до іншого (акце-
		птора)
3	Гідролази	Гідроліз – розрив зв'язків у	Естерази, що розщеплю-
		субстратах із приєднанням	ють складноефірні зв'язки
		води	за участю води з утворен-
			ням продуктів гідролізу
4	Ліази	Розщеплення зв'язків у	Декарбоксилази – декар-
		субстраті негідролітичним	боксилювання кетокислот
		шляхом	з відщіпленням СО2-групи
5	Ізомерази	Ізомерні перетворення в	Таутомерази, що каталі-
		межах однієї молекули	зують процес таутомерії
6	Лігази	Приєднання одна до одної	Аспарагінсинтетаза –
	(синтетази)	молекул із використанням	утворення L-аспарагіну із
		енергії АТФ або інших ви-	аспарагінової кислоти й
		сокоенергетичних сполук	аміаку в присутності АТФ

116

У межах класів ферменти групуються в підкласи і підпідкласи відповідно до особливостей реакцій, що каталізуються. На цій основі складено кодову нумерацію (шифри) ферментів, їх систематичні на- зви. Шифр ферменту складається із чотирьох розділених крапками чисел: перше число означає клас ферменту, друге і третє числа – під- клас і підпідклас відповідно, а четверте число – порядковий номер ферменту в його підпідкласі. На початку шифру того чи іншого фер- менту ставляться дві букви – КФ, що означає «класифікація фермен- тів». Для прикладу розглянемо ліпазу, що каталізує розщеплення триацилгліцеринів до гліцерину і жирних кислот. Цей фермент на- лежить до третього класу (гідролаз), до першого підкласу, тобто до гідролаз, які діють на складноефірні зв'язки, до першого підпідкла- су – каталізаторів гідролітичного розщеплення ефірів карбонових кислот і спиртів. Порядковий номер цього ферменту в підпідкласі – 3. Його шифр – КФ 3.1.1.3. Повний шифр ферменту аспартат- амінотрансферази – КФ 2.6.1.1. Цей біокаталізатор належить до дру- гого класу ферментів (трансфераз); до шостого підкласу, тобто до трансфераз, які каталізують перенесення азотистих груп, до першого підпідкласу – переносників аміногруп. Порядковий номер цього фер- менту в підпідкласі – перший.

Лактатдегідрогеназа має шифр КФ 1.1.1.27, тобто належить до першого класу оксидоредуктаз, до першого підкласу (дегідрує СН- ОН-групи) і першого підпідкласу (акцептором водню служить НАД+), а порядковий її номер у підпідкласі 27.

Нині прийнято в наукових публікаціях при першій згадці ферме- нту вказувати в дужках його шифр.

Усім новим ферментам шифр присвоює тільки Міжнародний комітет з ферментів.

Структурно-функціональна організація ферментів

Ферменти за хімічною структурою є простими і складними біл- ками. Причому їх каталітична активність залежить від ступеня збе- реження нативної білкової структури. Руйнування поліпептидних ла- нцюгів у результаті кип'ятіння ферментів у розчині, наприклад, си- льної кислоти, чи при обробці трипсином (ферментом, що розриває пептидні зв’язки) звичайно призводить до втрати їхньої каталітичної активності. Це свідчить про те, що просторова структура білка по- трібна для виявлення його ферментативної активності. Під впливом денатуруючих агентів каталітична активність ферментів зникає. От- же, для ферментативної активності білків важливе значення має збереження їх первинної, вторинної та третинної структур.

Однак, останнім часом, у науковій літературі з'явилися відомос- ті, що біокаталітичну активність мають певні молекули РНК (так, мала ядерна РНК каталізує відщеплення інтронних послідовностей).

Ферменти, котрі є простими білками, складаються тільки із за- лишків амінокислот, тому вони ще називаються однокомпонентни- ми. Ферменти, котрі є складними білками, називаються двокомпо- нентними: вони складаються з білка і небілкової частини. Білкова

117

частина двокомпонентних ферментів називається апоферментом, а молекула в цілому – холоферментом. Небілковий компонент прийн- ято називати кофактором. Сполучення білкової частини ферменту з небілковою відбувається за рахунок іонних, водневих та зрідка кова- лентних зв'язків, а також гідрофобних взаємодій.

Зв'язок між білковою і небілковою частинами може бути різної міцності. Небілкові компоненти, слабко пов'язані з білком, які легко дисоціюють із комплексу з ферментним білком, прийнято називати коферментами. Коферменти знаходяться у вільному стані і з'єдну- ються з білковою частиною лише в період каталітичної реакції. Їх можна розділити діалізом. Один і той самий кофермент може з'єд- нуватися з різними білками, і саме білкова частина визначає специ- фічність дії складного ферменту. Коферменти діють як акцептори або донори атомів функціональних груп, що віддаляють їх від суб- страту або приєднують до нього. У зв'язку з цим вважають, що пра- вильніше розглядати коферменти як косубстрати.

Якщо небілкова частина ферменту міцно пов'язана з білком і в циклі біохімічних реакцій не відокремлюється від нього, її прийнято називати простетичною групою. Однак різкої межі між коферментами та простетичними групами не існує, ступінь міцності зв'язку фермент- ного білка з небілковими компонентами широко коливається.

Небілковими групами в складних ферментах можуть бути віта- міни й їхні похідні, численна група нуклеотидів та їхніх похідних, фо- сфорні ефіри деяких моносахаридів, метали і металовмісні небілкові частини та ряд інших небілкових речовин. Функціями коферментів і простетичних груп є: 1) участь в акті каталізу; 2) здійснення контакту між ферментним білком і субстратом; 3) стабілізація апоферменту. Апофермент, у свою чергу, підсилює каталітичний акт небілкової ча- стини, і, окрім того, визначає специфічність ферментів, оскільки од- на і та ж за хімізмом небілкова частина може функціонувати в складі різноманітних ферментів. Так, нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД+) є коферментом багатьох дегідрогеназ: лактатдегідрогенази (ЛДГ), малатдегідрогенази (МДГ) та ін.; вони відрізняються апофе- рментом – білковою частиною молекули.

Для багатьох ферментів, особливо регуляторних, характерна че- твертинна структура. Більшість внутрішньоклітинних ферментів – це олігомери, які складаються з декількох протомерів, відносно міц- но зв'язаних між собою. Наприклад, глутаматдегідрогеназа (яка відщеплює два атоми водню від глутамінової кислоти з утворенням глутімінової кислоти), виділена з печінки бика, складається з 8 вели- ких субодиниць, на які вона дисоціює при розведенні.

Зміщення у стані: асоціація дисоціація в олігомерних фермен- тах або в укладці субодиниць завжди супроводжується адекватною для даного ферменту зміною каталітичної активності, а іноді і суб- стратної специфічності.

Функціональна організація ферментів. У тривимірній структурі простого і складного ферментів розрізняють декілька ділянок, які виконують певну функцію (рис. 30).

118

Під час ферментативного каталізу відбувається контакт між фе- рментом і субстратом. При цьому утворюються проміжні фермент- субстратні комплекси (ЕS). Та частина (зона, місце) ферментної мо- лекули, у якій відбувається зв'язування і перетворення субстрату, на- зивається активним центром ферменту (на його частку переважно випадає лише невелика частина молекули). Використання рентгено- структурного аналізу та інших методів (електронного, парамагніт- ного і ядерно-магнітного резонансу) дало можливість встановити, що активний центр формується на поверхні ферментної молекули, у її западинах, щілинах, заглибленнях, які утворюються шляхом зги- нання і накладання поліпептидного ланцюга при утворенні третин- ної структури білка. У результаті субстрат, з'єднуючись з активним центром, знаходиться не у водному середовищі цитозоля клітини, а в специфічному оточенні функціональних груп активного центру. На рис. 30 активний центр (А) зображений у вигляді западини. Актив- ний центр простого ферменту утворюється сукупністю певних бічних радикалів амінокислотних залишків поліпептидного ланцюга, а в двокомпонентних ферментах до нього входять і деякі угрупування небілкової частини. У ферментів, які мають четвертинну структуру, кількість активних центрів, як правило, збігається з кількістю суб- одиниць. Субстрат з'єднується в активному центрі в декількох точ- ках, що забезпечує високу вибірковість зв'язування (виявляється від- повідність субстрату й активного центру) і орієнтацію субстрату, не- обхідну для каталізу.

Рис.30. Схема функціональної організації молекули ферменту:

а – простий фермент; б – двокомпонентний фермент; в – алостеричний фер- мент (А – активний центр, S – субстрат, R – регуляторний, або алостерич- ний, центр); 1 – каталітична ділянка; 2 – контактні ділянки; 3 – кофактор.

Активний центр функціонально неоднорідний, у ньому умовно можна виділити посадочну або якірну, або контактну ділянку, до складу якої входять угрупування, які забезпечують приєднання суб- страту і закріплення його в зоні зв'язування. Ті групи активного центру, які беруть безпосередню участь у синтезі або розщепленні зв'язків субстрату, одержали назву каталітичної ділянки. У молекулі ферменту існують такі залишки амінокислот, які знаходяться поруч з активним центром, не мають прямих контактів із субстратом, але сприяють каталізу, фіксуючи групи каталітичної ділянки в активному

119

стані. Їх називають допоміжними групами. Під час просторової укла- дки рештки амінокислотних залишків поліпептидного ланцюга за- безпечують правильну просторову конфігурацію активного центру і впливають на реакційну здатність його груп. Найчастіше до складу активних центрів входять такі амінокислоти, як сер, гіс, глу, асп, цис- SH, тир, три, ліз, гідрофобні ланцюги аліфатичних амінокислот і ароматичне кільце фенілаланіну.

Фізико-хімічні властивості перелічених залишків поліпептидно- го ланцюга ферментів визначають контакт із відповідними субстра- тами та їх перетворення. Гідрофобні радикали мають спорідненість з неполярними ділянками субстрату. Полярні групи мають кислотні, лужні або сполучені кислотно-основні (наприклад, гіс) властивості. Зміщення рН середовища викликає зміну їхніх кислотно-основних властивостей і сприяє контакту з різними групами субстрату. Бічні радикали активного центру складного ферменту створюють умови для правильної конформації активного центру і допомагають кофа- кторам у зв'язуванні, орієнтації, а отже, і в перетворенні субстратів. Амінокислоти, які утворюють активний центр, найчастіше значно віддалені одна від одної в поліпептидному ланцюзі (неактивний фе- рмент) і розміщуються блитзько під час формування просторової структури активного центру. Наприклад, до активного центру фер- менту хімотрипсину входять гіс-57, асп-102, сер-195, а загалом фер- мент складається з 246 амінокислотних залишків.

Для багатьох ферментів зараз відомі амінокислоти, які утворю- ють активний центр. Висновок щодо наявності тих чи інших аміно- кислотних залишків в активному центрі можна отримати, вивчаючи кінетику ферментативних реакцій і використовуючи специфічні реа- генти на певні угрупування. Специфічні реагенти дібрано для бага- тьох амінокислот, наприклад, для цис-SH (органічні похідні ртуті, наприклад, n-хлормеркурібензоат – ПХМБ, монойодоцтова кисло- та), для серину (диізопропілфторфосфат – ДІФФ) та ряду інших. Ві- домості про функціональні групи в активних центрах можна отрима- ти, використовуючи протеолітичні ферменти, які розщеплюють ви- бірково пептидні зв'язки в активному центрі ферменту. Цінну інфо- рмацію надає порівняння рентгенограм просторових структур фер- менту за умов відсутності і наявності інгібіторів (речовин, які галь- мують активність ферментів). Мікросередовище активного центру має важливе значення. Воно відрізняється від решти оточення фер- менту більш низькою діелектричною проникністю, що є приблизно такою ж для деяких органічних розчинників. Середовище зі зниже- ною діелектричною проникністю є сприятливішим порівняно з во- дою для протікання реакцій із переносом заряду, які характерні для роботи більшої кількості ферментів. Окрім того, мікросередовище активного центру характеризується підвищеною мікров’язкістю, що обмежує свободу обертового руху груп активного центру.

Окрім активного центру у ферментів є регуляторний, або алос- теричний центр (рис.30), який у молекулі ферменту просторово роз- ділений з активним центром. Алостеричним (грецьк. allos – інший і

120