Какими свойствами обладает фермент
В природе существуют особые вещества белковой природы, одинаково успешно функционирующие как в живой клетке, так и за её пределами. Это ферменты. С их помощью организм переваривает пищу, выращивает и разрушает клетки, благодаря им эффективно работают все системы нашего организма и, в первую очередь, центральная нервная система. Без ферментов в мире не существовало бы йогурта, кефира, сыра, брынзы, кваса, готовых каш, детского питания. Из чего состоят и как устроены эти биокатализаторы, недавно ставшие верными помощниками биотехнологов, как их отличают друг от друга, как они облегчают нашу жизнь, об этом вы узнаете из этого урока.
Определение ферментов
Ферменты – это белковые молекулы, которые синтезируются живыми клетками. В каждой клетке насчитывается более сотни различных ферментов. Роль ферментов в клетке колоссальна. С их помощью химические реакции идут с высокой скоростью, при температуре, подходящей для данного организма.
То есть ферменты – это биологические катализаторы, которые облегчают протекание химической реакции и за счет этого увеличивают её скорость. Как катализаторы они не изменяют направление реакции и не расходуются в процессе реакции.
Ферменты—биокатализаторы – вещества, увеличивающие скорость химических реакций.
Без ферментов все реакции в живых организмах протекали бы очень медленно и не могли бы поддерживать его жизнеспособность.
Наглядный пример работы ферментов – сладковатый вкус во рту, который появляется при пережевывании продуктов, содержащих крахмал (например, риса или картофеля). Появление сладкого вкуса связано с работой фермента амилазы, которая присутствует в слюне и расщепляет крахмал (рис. 1). Крахмал является полисахаридом, и сам по себе безвкусный, но продукты расщепления крахмала (моносахариды) с меньшей молекулярной массой (декстрины, мальтоза, глюкоза) сладкие на вкус.
Рис. 1. Механизм действия амилазы
Все ферменты – глобулярные белки с третичной или четвертичной структурой. Ферменты могут быть простыми, состоящими только из белка, и сложными.
Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой части (белковая часть – апофермент, а добавочная небелковая – кофермент). В качестве кофермента могут выступать витамины – E, K, B групп (рис. 2).
Рис. 2. Классификация ферментов по их составу
Фермент взаимодействует с субстратом, не всей молекулой, а отдельной её частью – т. н. активным центром.
Механизм действия ферментов
Фермент взаимодействует с субстратом и образует короткоживущий фермент-субстратный комплекс. По завершении реакции, фермент-субстратный комплекс распадается на продукты и фермент. Фермент в итоге не изменяется: по окончании реакции он остается таким же, каким был до неё, и может теперь взаимодействовать с новой молекулой субстрата (рис. 3).
Рис. 3. Механизм взаимодействия фермента и субстрата
На рисунке 3 представлен механизм работы фермента, в частности, образования пептидной связи между молекулами аминокислот. Две аминокислоты взаимодействуют между собой в активном центре фермента, между ними образуется пептидная связь. Новое вещество (дипептид) покидает активный центр фермента, поскольку оно по своей структуре не соответствует этому центру.
Особенностью ферментов является то, что они обладают высокой специфичностью, т. е. могут ускорять только одну реакцию или реакции одного типа.
В 1890 году Э. Г. Фишер предположил, что эта специфичность обусловлена особой формой молекулы фермента, которая точно соответствует форме молекулы субстрата. Эта гипотеза получила название «ключа и замка», где ключ сравнивается с субстратом, а замок – с ферментом. Гипотеза гласит: субстрат подходит к ферменту, как ключ подходит к замку. Избирательность действия фермента связана со строением его активного центра (рис. 4).
Рис. 4. Гипотеза взаимодействия фермента и субстрата по принципу ключ-замок Э. Г. Фишера
Активность ферментов
В первую очередь, на активность фермента влияет температура. С повышением температуры скорость химической реакции возрастает. Увеличивается скорость молекул, у них появляется больше шансов столкнуться друг с другом. Следовательно, увеличивается вероятность того, что реакция между ними произойдет. Температура, обеспечивающая наибольшую активность фермента – оптимальная.
За пределами оптимальной температуры скорость реакции снижается вследствие денатурации белков. Когда температура снижается, скорость химической реакции тоже падает. В тот момент, когда температура достигает точки замерзания, фермент инактивируется, но при этом не денатурирует (см. видео).
В наше время для длительного хранения продуктов широко используют способ быстрого замораживания. Оно останавливает рост и развитие микроорганизмов, а также инактивирует ферменты, находящиеся внутри микроорганизмов, и предотвращает разложение продуктов питания.
Кроме этого, активность ферментов зависит ещё от pH среды (кислотности – то есть показателя концентрации ионов водорода).
В большинстве случаев, ферменты работают при нейтральном pH, т. е. при pH около 7. Но существуют ферменты, которые работают либо в кислой и сильнокислой, либо в щелочной и сильнощелочной среде. Например, один из таких ферментов – пепсин, он находится у нас с вами в желудке, работает в сильнокислой среде и расщепляет белки. Поскольку в желудке среда достаточно кислая, 1,5 – 2 pH, то этот фермент работает при сильнокислой среде.
Ферменты подвержены действию активаторов и ингибиторов. Некоторые ионы, например, ионы металлов Mg, Mn, Zn активируют ферменты. Другие же ионы (к ним относятся ионы тяжелых металлов, а именно Hg, Pb, Cd), наоборот, подавляют активность ферментов, денатурируют их белки.
Классификация ферментов
В 1961 году была предложена систематическая классификация ферментов на 6 групп. Но названия ферментов оказались очень длинными и трудными в произношении, поэтому ферменты принято сейчас именовать с помощью рабочих названий. Рабочее название состоит из названия субстрата, на который действует фермент, и окончания «аза» (рис. 5). Например, если вещество — лактоза, то есть молочный сахар, то лактаза – это фермент который его преобразует. Если сахароза (обыкновенный сахар), то фермент, который его расщепляет, – сахараза. Соответственно, ферменты, которые расщепляют протеины, носят название протеиназы.
Значение ферментов
Ферменты применяются практически во всех областях человеческой деятельности, и такое широкое применение, в первую очередь, связано с тем, что они сохраняют свои уникальные свойства вне живых клеток.
Ферменты групп амилаз, протеаз и липаз применяются в медицине. Они расщепляют крахмал, белки и жиры. Все эти ферменты, как правило, входят в состав комбинированных препаратов, таких как фестал и панзинорм, и используются, в первую очередь, для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта (рис. 6).
Ферменты применяют для растворения тромбов в кровеносных сосудах, при лечении гнойных ран.
Особое место занимает энзимотерапия при лечении онкологических заболеваний.
Такие ферменты как амилаза расщепляют крахмал и поэтому широко используются в пищевой промышленности. В пищевой промышленности используется протеиназа, расщепляющая белки, и липазы, расщепляющие жиры. Ферменты амилазы используются в хлебопечении, виноделии и пивоварении (см. видео).
Протеазы используются для смягчения мяса и при изготовлении готовых каш.
Липазы используются в производстве сыра.
Ферменты широко используются в косметической промышленности, входят в состав кремов, некоторые ферменты входят в состав стиральных порошков.
Энзимопатология
Энзимопатология – область энзимологии, которая изучает связь между болезнью и недостаточным синтезом, или отсутствием синтеза какого-либо фермента.
Например, причиной наследственного заболевания – фенилкетонурии, которое сопровождается расстройством психической деятельности, является потеря клетками печени способности синтезировать фермент, катализирующий превращение фенилаланина в тирозин.
В результате в организме накапливаются токсические вещества. Новорожденный ребенок выглядит здоровым, а первые симптомы фенилкетонурии проявляются в возрасте от двух до шести месяцев. Это выраженная вялость, отсутствие интереса к окружающему миру, повышенная раздражительность, а также беспокойство и рвота.
Во втором полугодии жизни у ребенка выражено отставание в психическом развитии. Менее чем в 10% случаев – это слабая степень олигофрении, а у 60% развивается идиотия.
При своевременной диагностике патологических изменений можно избежать, если с момента рождения до наступления полового созревания ограничить поступление фенилаланина с пищей.
Стиральные порошки с ферментами
На этом уроке мы с вами выяснили, что ферменты используются в различных областях человеческой деятельности.
Они широко используются в пищевой промышленности, в медицине, в косметике и бытовой химии. Например, в стиральные порошки добавляют амилазу, которая расщепляет крахмал, протеазы, расщепляющие белки или белковые загрязнения, и липазы, очищающие ткани от жира и масла. Как правило, в состав стирального порошка входит комбинация этих ферментов, то есть ферментные препараты усиливают действие друг друга.
Сегодня наиболее изученными ферментами являются протеазы и амилазы. Липазы не всегда стабильны по качеству. Их разработкой занимаются только 10 лет, а амилаза и протеаза существуют на рынке уже более полувека. Сегодня эти две категории ферментов очень хорошо изучены и дают прекрасные результаты, чего пока что нельзя сказать о липазах. Липазы полностью справляются с загрязнениями только после двух-трех стирок, а протеазы и амилазы – за одну.
Ученые подсчитали, что добавление ферментов в стиральные порошки на 30-35% увеличивает моющую способность данного порошка.
Из истории открытия ферментов
Ферменты были открыты при изучении процессов брожения. Представления о том, что химические процессы внутри живых организмов протекают под действием каких-то особенных веществ, возникло более 200 лет назад. В XIX века Луи Пастер (рис. 7) доказал, что сбраживание дрожжами сахара в спирт катализируется веществами белковой природы. Пастер ошибочно считал, что ферменты неотделимы от живых клеток. Другой ученый, Эдуард Бухнер, доказал, что в водных экстрактах живых клеток находится набор ферментов, катализирующих превращение сахара в спирт. Именно его открытие дало начало новой науке – энзимологии.
Успехи энзимологии во второй половине XX века привели к тому, что в настоящее время выделено и очищено более 2000 ферментов, которые используются в различных отраслях человеческой деятельности.
Домашнее задание
1. Что такое фермент?
2. Как ферменты работают?
3. Как ферменты получают имена? Назовите известные вам группы ферментов.
4. Назовите ученых, которые внесли особый вклад в дело изучения ферментов.
5. К какому уровню организации можно отнести ферментативный катализ?
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
1. Интернет-портал Biochemistry.ru (Источник).
2. Биология (Источник).
3. Интернет-портал Chem.msu.su (Источник).
4. YouTube (Источник).
5. Вкус жизни (Источник).
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
4. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. – 5-е изд., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.
5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.
Глава IV.3.
Обмен
веществ в организме можно определить как совокупность всех химических
превращений, которым подвергаются соединения, поступающие извне. Эти
превращения включают все известные виды химических реакций: межмолекулярный
перенос функциональных групп, гидролитическое и негидролитическое расщепления
химических связей, внутримолекулярная перестройка, новообразование химических
связей и окислительно — восстановительные реакции. Такие реакции протекают в
организме с чрезвычайно большой скоростью только в присутствии катализаторов.
Все биологические катализаторы представляют собой вещества белковой природы и
носят названия ферменты (далее Ф) или энзимы (Е).
Ферменты не являются
компонентами реакций, а лишь ускоряют достижение равновесия увеличивая скорость
как прямого, так и обратного превращения. Ускорение реакции происходит за счет
снижении энергии активации – того энергетического барьера, который отделяет
одно состояние системы (исходное химическое соединение) от другого (продукт
реакции).
Ферменты ускоряют самые
различные реакции в организме. Так достаточно простая с точки зрения
традиционной химии реакция отщепления воды от угольной кислоты с образованием
СО2 требует участия фермента, т.к. без него она протекает слишком
медленно для регулирования рН крови. Благодаря каталитическому действию
ферментов в организме становится возможным протекание таких реакций, которые
без катализатора шли бы в сотни и тысячи раз медленнее.
Свойства ферментов
1. Влияние на скорость химической реакции: ферменты
увеличивают скорость химической реакции, но сами при этом не расходуются.
Скорость
реакции – это изменение концентрации компонентов реакции в единицу времени. Если она идет в прямом
направлении, то пропорциональна концентрации реагирующих веществ, если в
обратном – то пропорциональна концентрации продуктов реакции. Отношение
скоростей прямой и обратной реакций называется константой равновесия. Ферменты
не могут изменять величины константы равновесия, но состояние равновесия в
присутствии ферментов наступает быстрее.
2. Специфичность действия ферментов. В клетках
организма протекает 2-3 тыс. реакций, каждая из которые катализирутся
определенным ферментом. Специфичность
действия фермента – это способность ускорять протекание одной определенной
реакции, не влияя на скорость остальных, даже очень похожих.
Различают:
Абсолютную – когда Ф катализирует только одну определенную
реакцию (аргиназа –
расщепление аргинина)
Относительную (групповую спец) – Ф катализирует определенный
класс реакций (напр. гидролитическое расщепление) или реакции при участии определенного
класса веществ.
Специфичность ферментов обусловлена их уникальной
аминокислотной последовательностью, от которой
зависит конформация активного центра, взаимодействующего с компонентами
реакции.
Вещество, химическое превращение которого катализируется
ферментом носит название субстрат (S).
3. Активность ферментов – способность в разной
степени ускорять скорость реакции. Активность выражают в:
1) Международных единицах
активности – (МЕ) количество фермента, катализирующего превращение 1 мкМ
субстрата за 1 мин.
2) Каталах (кат) – количество катализатора (фермента), способное
превращать 1 моль субстрата за 1 с.
3) Удельной активности –
число единиц активности (любых из вышеперечисленных) в исследуемом образце к
общей массе белка в этом образце.
4) Реже используют молярную
активность – количество молекул субстрата превращенных одной молекулой фермента
за минуту.
Активность зависит в первую очередь от
температуры. Наибольшую активность тот или иной фермент проявляет при
оптимальной температуре. Для Ф живого организма это значение находится в
пределах +37,0 — +39,0 °С, в зависимости от вида
животного. При понижении температуры, замедляется броуновское движение,
уменьшается скорость диффузии и, следовательно, замедляется процесс образования
комплекса между ферментом и компонентами реакции (субстратами). В случае
повышения температуры выше +40 — +50 °С молекула фермента, которая
является белком, подвергается процессу денатурации. При этом скорость
химической реакции заметно падает (рис. 4.3.1.).
Активность ферментов зависит также от рН среды. Для большинства из них
существует определенное оптимальное значение рН, при котором их активность
максимальна. Поскольку в клетке содержатся сотни ферментов и для каждого из них
существуют свои пределы опт рН, то изменение рН это один из важных факторов
регуляции ферментативной активности. Так, в результате одной химреакции при
участии определенного фермента рН опт которого лежит в перделах 7.0 – 7.2
образуется продукт, который является кислотой. При этом значение рН смещается в
область 5,5 – 6.0. Активность фермента резко снижается, скорость образования
продукта замедляется, но при этом
активизируется другой фермент, для которого эти значения рН оптимальны и продукт
первой реакции подвергается дальнейшему химическому превращению. (Еще пример
про пепсин и трипсин).
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.
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).
Виды каталитических реакций:
А+Е = АЕ = БЕ = Е + Б
А+Б +Е = АЕ+Б = АБЕ = АБ + Е
АБ+Е = АБЕ = А+Б+Е, где Е — энзим, А и Б — субстраты, либо
продукты реакции.
Ферментативные эффекторы — вещества, изменяющие
скорость ферментативного катализа и регулирующие за счет этого метаболизм.
Среди них различают ингибиторы — замедляющие скорость реакции и активаторы
— ускоряющие ферментативную реакцию.
В зависимости от механизма торможения реакции
различают конкурентные и неконкурентные ингибиторы. Строение молекулы
конкурентного ингибитора сходно со структурой субстрата и совпадает с
поверхностью активного центра как ключ с замком (или почти совпадает). Степень
этого сходства может даже быть выше чем с субстратом.
Если А+Е = АЕ = БЕ = Е + Б ,
то И+Е = ИЕ ¹
Концентрация способного к катализу фермента при этом
снижается и скорость образование продуктов реакции резко падает (рис. 4.3.2.).
В качестве конкурентных ингибиторов выступает большое
число химических веществ эндогенного и экзогенного происхождения (т.е.
образующихся в организме и поступающих извне – ксенобиотики, соответственно).
Эндогенные вещества являются регуляторами метаболизма и называются
антиметаболитами. Многие из них используют при лечении онкологических и
микробных заболеваний, тк. они ингибируют ключевые метаболичекие реакции
микроорганизмов (сульфаниламиды) и опухолевых клеток. Но при избытке субстрата
и малой концентрации конкурентного ингибитора его действие отменяется.
Второй вид ингибиторов — неконкурентные. Они
взаимодействую с ферментом вне активного центра и избыток субстрата не влияет
на их ингибирующую способность, как в случае с конкурентными ингибиторами. Эти
ингибиторы взаимодействуют или с определенными группами фермента (тяжелые
металлы связываются с тиоловыми группами Цис) или чаще всего регуляторным
центром, что снижает связывающую способность активного центра. Собственно
процесс ингибирования — это полное или частичное подавление активности фермента
при сохранении его первичной и пространственной структуры.
Различают также обратимое и необратимое
ингибирование. Необратимые ингибиторы инактивируют фермент, образуя с его АК
или другими компонентами структуры химическую связь. Обычно это ковалентная связь
с одним из участков активного центра. Такой комплекс практически недиссоциирует
в физиологических условиях. В другом случае ингибитор нарушает конформационную
структуру молекулы фермента — вызывает его денатурацию.
Действие обратимых ингибиторов может быть снято при
переизбытке субстрата или под действием веществ, изменяющих химическую
структуру ингибитора. Конкурентные и неконкурентные ингибиторы относятся в
большинстве случаев к обратимым.
Помимо ингибиторов известны еще активаторы
ферментативного катализа. Они:
1)
защищают
молекулу фермента от инактивирующих воздействий,
2)
образуют
с субстратом комплекс, который более активно связывается с активным центром Ф,
3)
взаимодействуя
с ферментом, имеющим четвертичную структуру, разъединяют его субъединицы и тем
самым открывают доступ субстрату к активному центру.
Распределение ферментов в организме
Ферменты, участвующие в синтезе белков, нуклеиновых
кислот и ферменты энергетического обмена присутствуют во всех клетках
организма. Но клетки, которые выполняют специальные функции содержат и
специальные ферменты. Так клетки островков Лангерганса в поджелудочной железе
содержат ферменты, катализирующие синтез гормонов инсулина и глюкагона.
Ферменты, свойственные только клеткам определенных органов называют
органоспецифическими: аргиназа и урокиназа —
печень, кислая фосфатаза
— простата. По изменению концентрации таких ферментов в крови судят о наличии
патологий в данных органах.
В клетке отдельные ферменты распределены по всей
цитоплазме, другие встроены в мембраны митохондрий и эндоплазматического
ретикулума, такие ферменты образуют компартменты, в которых происходят
определенные, тесно связанные между собой этапы метаболизма.
Многие ферменты образуются в клетках и секретируются
в анатомические полости в неактивном состоянии — это проферменты. Часто в виде
проферментов образуются протеолитические ферменты (расщепляющие белки). Затем
под воздействием рН или других ферментов и субстратов происходит их химическая
модификация и активный центр становится доступным для субстратов.
Существуют также изоферменты — ферменты,
отличающиеся по молекулярной структуре, но выполняющие одинаковую функцию.
Номенклатура и классификация ферментов
Название фермента
формируется из следующих частей:
1.
название
субстрата с которым он взаимодействует
2.
характер
катализируемой реакции
3.
наименование
класса ферментов (но это необязательно)
4.
суффикс
-аза-
пируват — декарбоксил — аза,
сукцинат — дегидроген — аза
Поскольку
уже известно порядка 3 тыс. ферментов их необходимо классифицировать. В
настоящее время принята международная классификация ферментов, в основу которой
положен тип катализируемой реакции. Выделяют 6 классов, которые в свою очередь
делятся на ряд подклассов (в данной книге представлены только выборочно):
1.
Оксидоредуктазы. Катализируют окислительно-восстановительные
реакции. Делятся на 17 подклассов. Все ферменты содержат небелковую часть в
виде гема или производных витаминов В2, В5. Субстрат,
подвергающийся окислению выступает как донор водорода.
1.1.
Дегидрогеназы отщепляют от одного субстрата
водород и переносят на другие субстраты. Коферменты НАД, НАДФ, ФАД, ФМН. Они
акцептируют на себе отщепленный ферментом водород превращаясь при этом в
восстановленную форму (НАДН, НАДФН, ФАДН) и переносят к другому
фермент-субстратному комплексу, где его и отдают.
1.2.
Оксидазы — катализирует перенос водорода на
кислород с образованием воды или Н2О2. Ф. Цитохромокисдаза
дыхательной цепи.
RH + NAD H + O2 = ROH + NAD + H2O
1.3.
Монооксидазы — цитохром
Р450. По своему строению одновременно гемо- и флавопротеид. Он
гидроксилирует липофильные ксенобиотики (по вышеописанному механизму).
1.4.
Пероксидазы и каталазы —
катализируют разложение перекиси
водорода, которая образуется в ходе метаболических реакций.
1.5.
Оксигеназы — катализируют реакции
присоединения кислорода к субстрату.
2.
Трансферазы — катализируют перенос различных радикалов от молекулы донора к
молекуле акцептору.
Аа + Е + В = Еа + А + В = Е + Ва + А
2.1.
Метилтрансферазы (СН3-).
2.2.
Карбоксил- и карбамоилтрансферазы.
2.2.
Ацилтрансферазы – Кофермент А (перенос
ацильной группы -R-С=О).
Пример: синтез
нейромедиатора ацетилхолина (см. главу
«Обмен белков»).
2.3.
Гексозилтрансферазы — катализируют перенос гликозильных остатков.
Пример: отщепление молекулы глюкозы от гликогена под действием фосфорилазы.
2.4.
Аминотрансферазы — перенос аминогрупп
R1- CO — R2 + R1 — CH-NH3 — R2 = R1 — CH-NH3 — R2 + R1- CO — R2
Играют важную роль в превращении
АК. Общим коферментом являнтся пиридоксальфосфат.
Пример: аланинаминотрансфераза
(АлАТ): пируват + глутамат = аланин + альфа-кетоглутарат (см. главу «Обмен белков»).
2.5.
Фосфотрансфереза (киназа) — катализируют
перенос остатка фосфорной кислоты. В большинстве случает донором фосфата
является АТФ. В процессе расщепления глюкозы в основном принимают участие
ферменты этого класса.
Пример: Гексо (глюко)киназа.
3.
Гидролазы — катализируют реакции
гидролиза, т.е. расщепление веществ с присоединением по месту разрыва связи
воды. К этому классу относятся преимущественно пищеварительные ферменты, они
однокомпонентные (не содержат небелковой части)
R1-R2 +H2O = R1H + R2OH
3.1.
Эстеразы — расщепляют эфирные связи. Это большой
подкласс ферментов, катализирующих гидролиз тиоловых эфиров, фосфоэфиров.
Пример: липаза.
3.2.
Гликозидазы
— расщепляют гликозидные связи в молекулах поли- и олигосахаридов.
Пример: амилаза, сахараза, мальтаза.
3.3.
Пептидазы
— катализируют гидролиз пептидных связей.
Пример:
карбоксипептидаза, химотрипсин, трипсин.
3.5.
Амидазы
— расщепляют амидные связи (СО-NH2).
Пример: аргиназа
(цикл мочевины).
4. Лиазы — катализируют реакции расщепления молекул без присоединения воды. Эти
ферменты имеют небелковую часть в виде тиаминпирофосфата (В1) и
пиридоксальфосфата (В6).
4.1.
Лиазы
связи С-С. Их обычно называют декарбоксилазами.
Пример: пируватдекарбоксилаза.
4.2.
Лиазы
связи (гидратазы-дегидратазы) С-О.
Пример:енолаза.
4.3.
Лиазы
связи С-N.
4.4.
Лиазы
связи С-S.
5. Изомеразы — катализируют реакции изомеризации.
Пример: фосфопентозоизомераза, пентозофосфатизомераза(ферменты
неокислительной ветви пентозофосфатного пути).
6. Лигазы катализируют реакции синтеза более сложных веществ из простых. Такие
реакции идут с затратой энергии АТФ. К названию таких ферментов прибавляют
«синтетаза».
ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ IV.3.
1. Бышевский А. Ш., Терсенов
О. А. Биохимия для врача // Екатеринбург: Уральский рабочий, 1994, 384 с.;
2. Кнорре Д. Г., Мызина С.
Д. Биологическая химия. – М.: Высш. шк. 1998, 479 с.;
3. Филиппович Ю. Б., Егорова
Т. А., Севастьянова Г. А. Практикум по общей биохимии // М.: Просвящение, 1982,
311с.;
4. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы
структуры и функций клетки // М.: Мир, 1974, 956 с.;
5. Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии //
Ростов-на Дону: Феникс, 1999, 540 с.