Физико-химические свойства ферментов

Ферменты — это высокомолекулярные соединения, амфотерные электролиты, характерными свойствами которых являются:

— гидрофильность;

— высаливание;

— денатурация;

— свойства коллоидных систем;

— оптимум рН;

— температурный оптимум;

— высокая специфичность действия;

— активация и ингибирование ферментов

Влияние температуры на активность ферментов

Для ферментативных реакций справедливо правило Вант-Гоф-фа: с повышением температуры на 10 °С скорость реакции возраста­ет в 2—4 раза:

Данная зависимость сохраняется до определенного температурного уровня _ температурного оптимума. Для большинства ферментов температурный оптимум находится в диапазоне 35...45 °С. Повыш. температуры выше оптимума приводит к снижению активности: при t > 70 °С фермент инактивируется, т. е. теряет биологическую активность. Так как фермент является белком, то при повышении температуры происходит его денатурация, меняется структ. активного центра, в результате фермент не может реагировать с субстратом. Исключением являются миокиназа, которая проявляет активность при 100 °С, и каталаза, активная при 0 °С.

Оптимум рН

Ферменты проявляют максимальную активность при оптималь­ном физиологическом диапазоне рН (см. приложение). Например, оптимум рН для сахаразы — 6,2, для пепсина — 1,5—2,5.

Обратимость действия

Некоторые ферменты могут катализировать прямую и обрат­ную реакции.

Специфичность {избирательность) действия

Фермент может катализировать одну или несколько близких по природе химических реакций. В основе специфичности лежит гипоте­за Э. Фишера: строгое соответствие структуры субстрата и активного центра, как ключ к замку.

Специфичность может быть относительной и абсолютной.

Относительная специфичность характерна для ферментов, дей­ствующих на определенный тип связи. К ферментам с относительной специфичностью относятся эстеразы (гидролиз по местоположению эфир­ных связей) и протеиназы (гидролиз пептидной связи —N—С—).

Абсолютная специфичность (абсолютная избирательность) заключается в том, что фермент катализирует превращение только одного субстрата конкретной структуры.

Например: Е S

Сахараза Сахароза

Аргиназа Аргинин

К абсолютной специфичности относится и стереохимическая специ­фичность, т. е. воздействие фермента на определенный стереоизомер.

Активация фермента. Активаторы. Ингибирование. Ингибиторы

Активацией называется увеличение активности ферментов, ак­тиваторами— вещества, повышающие активность ферментов.

Активатор Фермент

Н⁺ Пепсин

Н⁺ Гастриксин

С1~ Амилаза

Желчные кислоты Липаза

Трипсин, Протеолитические ферменты

энтерокиназа тонкого кишечника

Активаторами могут быть ионы металлов (Na⁺, K⁺, Mg²⁺).

Одним из видов процесса активации является процесс самоак­тивации ферментов. Ферменты имеют проферменты (зимогены) — неактивные формы ферментов, когда активный центр замаскирован дополнительным участком пептидной цепи, в результате чего суб­страт не может подойти к активному центру. Превращение зимогена в активный фермент в результате удаления участка пептидной цепи и освобождения активного центра называется самоактивацией.

Профермент Фермент

Пепсиноген Пепсин

Трипсиноген Трипсин

Химотрипсиноген Химотрипсин

Проэластаза Эластаза

Понижение скорости ферментативной реакции под воздействием ингибиторов называется ингибированием, соответственно ингибиторы — это вещества, которые угнетают действие ферментов. Ингибиторами яв­ляются ионы тяжелых металлов, кислоты, щелочи, спирты и др.

Ингибирование может быть как обратимым, так и необратимым.

При необратимом ингибировании фермент теряет свою актив­ность полностью в связи с разрушением структуры (денатурацией). К ингибиторам относятся денатурирующие физические и химические факторы.

Обратимое ингибирование — это обратимое взаимодействие фер­мента с субстратом. Обратимое ингибирование может быть конку­рентным и неконкурентным.

При конкурентном обратимом ингибировании происходит "кон­куренция" между субстратом и ингибитором за взаимодействие с активным центром фермента. Субстрат и ингибиторы — структурные аналоги. Ингибитор (У), конкурируя с субстратом (S), образует с ферментом (Е) ингибиторно-ферментный комплекс (ЕУ):

Е + S + У <----------> ЕУ + S(ингибиторно-ферментный комплекс)

Неконкурентное, или аллостерическое (от греч. allos — другой), ингибирование основано на том, что ингибитор не является структур­ным аналогом субстрата и соединяется не с активным, а с аллостерическим центром, в результате чего происходит изменение структуры фермента, и активный центр не может присоединить субстрат.

Важную роль в регуляции действия ферментов играет их компартментация, т. е. локализация в субклеточных структурах.