Единицы ферментативной активности.

Термин активность фермента в энзимологии имеет двойное значение. Под активностью ферментов понимают количество фермента, а также способность фермента к катализу.

Международной единицейактивности фермента называют количество фермента, превращающее один микромоль субстрата в минуту в стандартных (оптимальных) условиях.

Под оптимальными условиями понимают значения параметров среды, в которых проявляется наибольшая активность ферментов. Например оптимальными значениями концентрации субстрата будут насыщающие концентрации (до 10 Кm).

В химической энзимологии принята другая стандартная единица -– один катал которому соответствует количество фермента превращающее один моль субстрата в секунду.

Катал, есть каталитическая активность, способная осуществлять реакцию со скоростью равной одному молю в секунду, в заданной системе измерения активности.

Строение фермента. Факторы ферментативного катализа. Принципы регуляции ферментативной активности.

На молекуле фермента можно выделить несколько центров с различными функциями: связывающий (якорный ) или субстратный, активный или каталитический и аллостерический.

По химическому составу ферменты делят на простые, состоящие только из полипептидных цепей, и сложные, которые кроме полипептидов содержат компоненты другой природы. В сложных ферментах различают полипептидную часть - апофермент и диссоциирующую непептидную – кофермент. Полный комплекс (апофермент + кофермент= холофермент).

Кофермент часто противопоставляют простетической группе, недиссоциирующей части фермента непептидной природы. Это противопоставление достаточно условно, поскольку коферменты могут быть связаны с апоферментом ковалентно.

Коферментом или коэнзимами называют органические соединения небольшого молекулярного веса, обязательно необходимые для действия фермента, способные к отделению от полипептидной части фермента.

Коферменты входят в состав переходного состояния. Некоторые коферменты могут входить в состав различных ферментов с разными механизмами действия.

Блокирование аминокислотных радикалов или функциональных групп кофермента путем химической модификации лишает фермент каталитической активности.

Активный центр – место на глобуле апофермента где собственно протекает каталитическая реакция.

В состав активного центра входят аминокислотные остатки, находящиеся в различных отделах полипептидной цепи фермента. Чаще всего они представлены остатками серина, треонина, лизина и аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, цистеина и гиститдина.

Субстратный центр (якорный центр) – узнавание, захват и удерживание молекулы субстрата.

В их состав могут входить боковые цепи Asp, Cys, Glu, His, Lys, Met, Ser, Thr, а также концевые карбоксильные и амино-группы. Среди этих химических функциональных групп находятся несколько аминокислотных радикалов, взаимодействующих с субстратом и образующих ковалентные и нековалентные ферментные интермедиаты.

Существует геометрическое соответствие между структурой субстрата и структурой полости фермента, где происходит связывание молекулы субстрата. Это соответствие получило образную аналогию, предложенную Э.Фишером, «ключ-замок», где «ключ» – субстрат, а «замок» - фермент. Впоследствии Д. Кошленд дополнил это представление принципом индуцированного соответствия, введя аналогию «перчатки и руки». Смысл указанной аналогии состоит в том, что взаимодействие субстрата и фермента представляет собой процесс, в котором сам фермент претерпевает структурные перестройки.

Эффекты (факторы) ферментативного катализа.

Выделяют три основных эффекта ферментативного катализа, определяющие высокую эффективность ферментов: концентрирующий эффект или эффект сближения, способность ферментов к ориентированию молекул субстрата в пространстве (ориентирующий эффект) и способность ферментов к полифункциональному катализу.

Эффект сближения определяется способностью аминокислотных радикалов, входящих в состав активного центра специфично связывать молекулы субстрата, локально повышая концентрацию реагирующих молекул в зоне активного центра. При достаточно высоком сродстве аминокислотных радикалов к субстрату фермент действует эффективно даже в разбавленных растворах, сорбируя на своей поверхности реагирующие молекулы.

Эффект ориентации ( орбитальное управление ) связан с многоцентровым связыванием молекулсубстрата. При связывании молекул субстрата в трех точках на поверхности фермента они становятся жестко ориентированными относительно поверхности фермента, а также по отношению друг к другу.

Такое связывание является необходимым для стереоспецифического катализа. При этом решается две задачи: избирательное связывание одного из оптических изомеров и выбор направления атаки при взаимодействии молекул субстрата. Последнее сказывается на эффективности химической атаки, результатом чего является резкое увеличение скорости химической реакции между реагирующими молекулами. Другим следствием фиксирования реагирующих молекул в пространстве является отсутствие побочных продуктов реакции, в том числе и образование рацематов.

Полифункциональный катализ связан с возможностью одновременной атаки на молекулу субстрата с противоположных направлений функциональными химическими группами аминокислотных радикалов противоположных по своей химической природе. Например, одновременная атака кислотными и основными группами.

Главным условием действия всех трех факторов является наличие физиологически активной конформации ферментного белка. Нарушение специфического пространственного расположения функциональных групп активного центра, например, в результате денатурации белка-фермента, приводит к потере ферментом каталитических свойств.

Влияние условий среды на скорость ферментативной реакции.

Влияние температуры

Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры имеет вид оптимальной кривой с максимумом, называемым температурным оптимумом ферментативной реакции.

Для химических каталитических систем аналогичная зависимость представлена монотонно возрастающей кривой. Параметром оценки температурной зависимости является величина Q₁₀, обозначающая во сколько раз возрастает скорость реакции при увеличении температуры на десять градусов. Обычно значения параметра колеблются в пределах от двух до трех.

Появление оптимума на кривой зависимости скорости ферментативной реакции от температуры связано с наложением двух процессов увеличением скорости при увеличении температуры и снижением активности фермента в результате температурной денатурации фермента. Таким образом, температурный оптимум не есть величина постоянная для данного фермента. Она зависит от времени инкубации, а также влияния компонентов реакционной среды (в первую очередь концентраций субстратов и продуктов) на скорость денатурации фермента. Поэтому для измерения активности фермента рекомендуется температура 25 С⁰, при которой большинство ферментов денатурирует незначительно.

Влияние рН

Зависимость активности фермента от величины рН имеет также характер кривой с оптимумом, однако, причины такой закономерности иные, чем в случае зависимости от температуры. Характер влияния рН на скорость ферментативной реакции связан со степенью протонирования полярных групп активного центра фермента, участвующих в катализе.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: