Ферменты. Классификация фермента (шифр)

ФЕРМЕНТЫ – это биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие все химические реакции, протекающие в живом организме.
В организме ферменты синтезируются в активной форме и в неактивной форме.
Неактивная форма – профермент.

Классификация фермента (шифр)

Оксидоредуктазы
Ферменты этого класса катализируют окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления. Класс насчитывает 22 подкласса. Коферментами этого класса являются НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, убихинон, глутатион, липоевая кислота.
На подподклассы деление происходит в зависимости от акцептора протонов и электронов

Пример

Трансферазы
Коферментами являются пиридоксальфосфат, коэнзим А, тетрагидрофолиевая кислота, метилкобаламин. Класс подразделяется на 9 подклассов в зависимости от строения переносимых групп.
Часто встречается рабочее название трансфераз – киназы. Это трансферазы, катализирующие перенос фосфата от АТФ на субстрат (моносахариды, белки и др), т.е. фосфотрансферазы.

Гидролазы
Гидролазы – ферменты, осуществляющие разрыв внутримолекулярных связей в субстрате путем присоединения элементов Н2О, подразделяются на 13 подклассов. Сохранены тривиальные названия, например, пепсин, трипсин. Коферменты отсутствуют.
Гидролазы широко представлены ферментами желудочно-кишечного тракта (пепсин, трипсин, липаза, амилаза и другие).

Лиазы
Лиазы являются сложными ферментами. Коферментами служат пиридоксальфосфат, тиаминдифосфат, участвует магний, кобальт.
Ферменты делятся на подклассы в зависимости от природы атакуемой связи.

Изомеразы
ферменты, катализирующие изомерные превращения в пределах одной молекулы. Изомеразы – сложные ферменты. К их коферментам относятся пиридоксальфосфат, дезоксиаденозилкобаламин, глутатион, фосфаты моносахаридов (глюкозо-1,6-дифосфат) и др.
Выделяют подклассы изомераз в зависимости от типа реакции.

Лигазы
ферменты, катализирующие присоединение друг к другу двух молекул с использованием энергии высокоэнергетических связей АТФ (или других макроэргов). Лигазы – сложные ферменты. Они содержат нуклеотидные (УТФ), биотиновые (витамин Н), фолиевые коферменты. Выделяют 6 подклассов.

Глутаминсинтетаза

Механизм действия ферментов состоит в образовании комплекса между ферментом и субстратом за счет образования нековалентных связей (ионных,водородных, гидрофобных). Для образования фермент-субстратного комплекса необходимо, чтобы пространственная форма активного центра фермента была сходна с формой подходящего к нему субстрата. Этот комплекс вступает в химическую реакцию, после чего он распадается, приводя к образованию фермента и продуктов реакции:

Активный центр фермента
Активный центр – это часть молекулы фермента, на которой происходит связывание и превращение субстратов.
АЦ формируется при скручивании белковой молекулы в третичную структуру.

Свойства ферментов
Ферменты обладают всеми свойствами белков.
Также обладают уникальными свойствами.
СПЕЦИФИЧНОСТЬ
ТЕРМОЛАБИЛЬНОСТЬ
рН-ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

Специфичность
А. Субстратная
Б. Специфичность действия

Термолабильность – это неустойчивость ферментов к действию высоких температур. Это свойство объясняется денатурацией фермента при температурах выше 50оС. При денатурации разрушаются все структуры (кроме первичной) белковой части фермента, полипептидная цепь разворачивается и, следовательно, изменяется пространственная структура фермента и он не может контактировать с субстратом и проявлять свою специфичность.

Линейное увеличение скорости ферментативной реакции от температуры наблюдается в области 5-25 о С. При дальнейшем повышении температуры скорость увеличивается до определенного максимального значения, а затем происходит ее снижение вследствие тепловой денатурации фермента. Для большинства ферментов температурный оптимум лежит в области 37-40 о С.

Ферменты проявляют наибольшую активность при разном рН среды, например пепсин – при рН 1,5, липаза – при рН 8 и т.д.

рН, при котором наблюдается максимальная активность фермента, называется рН-оптимумом. Он зависит от степени ионизации функциональных полярных групп активного центра фермента. При отклонении рН от оптимального значения активность фермента снижается. Это снижение объясняется подавлением ионизации групп активного центра фермента и в результате изменением его пространственной структуры.

АКТИВАЦИЯ И ИНГИБИРОВАНИЕ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

Активаторы ферментов
Вещества, повышающие активность ферментов.
Активаторами могут быть: ионы металлов: натрия, магния, калия, кальция, цинка и др., а также разные химические соединения: белки; желчные кислоты, другие ферменты и пр.

Кинетика ферментативной реакции
Активность фермента – количество фермента, катализирующее превращение 1 моля субстрата за 1 сек.
За единицу активности фермента принимают 1 катал: 1 катал = 1 моль/сек
Активность часто выражают в условных единицах: для амилазы, разрушающей крахмал – в молях глюкозы /сек; для пепсина, разрушающего белок – в молях аминокислоты тирозина/сек (тирозиновые единицы – ТЕ) и т.д.
Удельная активность фермента – это число единиц ферментативной активности на 1 мг белка.
Активность фермента определяют при температуре 37 о С, оптимуме рН и концентрации субстрата, превышающей концентрацию насыщения

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРМЕНТА И СУБСТРАТА НА СКОРОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ РЕАКЦИИ
При постоянной концентрации фермента скорость реакции при повышении концентрации субстрата увеличивается до достижения определенного максимума. Это состояние насыщения субстрата ферментом. Дальнейшее увеличение концентрации субстрата не приводит к изменению скорости реакции

С повышением концентрации фермента при избытке субстрата скорость реакции линейно возрастает
Влияние концентрации субстрата и фермента на
скорость ферментативной реакции

Количественное соотношение между концентрацией субстрата и скоростью ферментативной реакции выражается уравнением Михаэлиса-Ментен