Кинетика ферментативных реакций

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 17Следующая ⇒

КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

В основу классификации ферментов (КФ) положен тип катализируемой реакции, а также те превращения, которые претерпевают те или иные функциональные группы молекул субстратов. Все ферменты (а к настоящему времени открыто более 2000 ферментов, и этот список продолжает пополняться) разделены на 6 классов:

· Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные реакции;

· Трансферазы – осуществляют межмолекулярный перенос групп;

· Гидролазы – катализируют гидролитическое расщепление субстратов;

· Лиазы – осуществляют негидролитическое отщепление от субстратов различных химических групп (NH₂, CO₂, H₂o, и др.) или присоединение по двойной связи молекул воды, а также других метaболитов без участия энергии АТФ;

· Изомеразы – катализируют реакции изомеризации органических субстратов;

· Лигазы, или синтетазы, - катализируют синтетические реакции, сопровождаемые отщеплением остатков фосфорной кислоты от АТФ или другого нуклеозидтрифосфата.

Каждый из этих классов подразделяют на подклассы, а их, в свою очередь, на более мелкие группы подклассы.

В современной КФ каждому индивидуальному ферменту присвоен свой шифр, состоящий из четырех разделенных точками чисел. Первое число показывает, к какому классу из шести классов принадлежит фермент. Второе число указывает подкласс. Третье обозначает подподкласс, а четвертое – порядковый номер фермента в его подклассе. Например, фермент алкогольдегидрогеназа, катализирующий реакцию дегидрированию спиртов (R – СH₂OH + HAД⁺ → R – CHO + HAДН + Н⁺), имеет шифр КФ 1.1.1.1. это означает, что он относится к 1-му классу ферментов (оксидоредуктаз), действует на –СН–ОН-группу окисляемого субстрата (1-й подкласс), что акцептором, на который переносится атом водорода и электрон, является НАД (1-й подкласс), и, наконец, что фермент алкогольдегидрогеназа стоит первым в списке такого рода ферментов.

Специфичность ферментов

Одним из характерных свойств ферментов является их высокая специфичность, в силу которой каждый фермент действует либо на одно вещество, либо на группу родственных по структуре веществ.

В зависимости от того, превращение какого количества субстратов катализирует данный фермент, различают абсолютную и относительную субстратную специфичность. Под термином абсолютная специфичностьподразумевают способность фермента катализировать превращение одного единственного субстрата. Абсолютной специфичностью обладает, например, фермент аргиназа, катализирующий реакцию расщепления аргинина на мочевину и орнитин. Наивысшей степенью абсолютной субстратной специфичности является стереоспецифичность, когда фермент может осуществлять каталитическое превращение только одного из стереоизомеров вещества.

Например, фермент фумараза, катализирующий реакцию гидратации фумарата (транс-изомер), неактивен в отношении малеината (цис-изомера) (рис. 5-3).

Рис. 5-3. Структурные формулы: а - фумарата; б - малеината

Чаще ферменты катализируют превращение сходной по строению группы субстратов, т.е. проявляют относительную (или групповую) субстратную специфичность. Такие ферменты, как правило, действуют либо на определенную химическую группу, либо на определенный тип химических связей. Например, уже упоминавшийся фермент алкогольдегидрогеназа катализирует реакцию дегидрирования не только этанола, но и метанола, а также других алифатических спиртов. Панкреатическая липаза, действующая в двенадцатиперстной кишке человека, гидролизует сложноэфирные связи в молекулах триацилглицеролов независимо от того, какие жирные кислоты участвуют в их образовании. Протеолитические ферменты катализируют реакцию гидролиза пептидной связи в различных белках. При этом протеолитические ферменты сильно различаются по степени субстратной специфичности. Так, фермент субтилизин, синтезируемый определенными видами бактерий, расщепляет пептидную связь независимо от природы образующих ее аминокислот, а фермент дуоденального сока трипсин расщепляет только те пептидные связи, которые образованы карбоксильными группами аргинина или лизина (рис. 5-4).

Рис. 5-4. Воздействие трипсина на пептидные связи

Скорость ферментативной реакции зависит от концентрации субстрата [S] (рис. 5-5). При постоянной концентрации фермента Е и низких концентрациях субстрата (которые тем не менее всегда намного выше концентрации фермента, [S]>>[E]) скорость реакции (v) практически прямо пропорциональна концентрации субстрата. При дальнейшем увеличении концентрации субстрата такая пропорциональность увеличения скорости реакции теряется, а при высоких концентрациях субстрата скорость реакции (v) перестает зависеть от концентрации субстрата. Это связано с тем, что все молекулы фермента Е насыщены субстратом, и фермент находится в виде фермент-субстратного комплекса ES, который затем распадается с высвобождением свободного фермента и продуктов реакции:

E + S ↔ ES → E + P

Именно поэтому связывание новых молекул субстрата с ферментом возможно только после превращения предыдущей молекулы субстрата в продукт Р и высвобождения последнего от молекулы Е. При этом принято считать, что во время работы фермента комплекс ES находится в равновесии с E и S.

Рис. 5-5. Определение К_М и У_макс на графиках зависимости: а - v от концентрации субстрата; б - 1/v от 1/(S). На гиперболической кривой зависимости v от S определяют концентрацию субстрата, при которой v = V_макс/2, это и есть К_м. Для ферментивных реакций, подчиняющихся кинетике Михаэлиса-Ментен, зависимость 1/v от 1/S представляет прямую линию, наклон которой численно равен величине К_м/V_макс. Отрезок, отсекаемый на оси ординат, равен величине 1/V_макс, а отрезок, отсекаемый на оси абсцисс, - 1/К_м

Такие концентрации субстрата, при которых скорость реакции перестает зависеть от концентрации субстрата S, называют насыщающими, а скорость ферментативной реакции при насыщающей концентрации субстрата - максимальной скоростью, которую обозначают V_макс. Помимо V_макс график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата характеризуется для каждого фермента еще одной величиной - константой Михаэлиса (К_м), названной в честь ученого Леонора Михаэлиса, одного из основоположников теории ферментативного катализа.

Константа Михаэлиса - концентрация субстрата, при которой скорость реакции составляет половину максимальной. Она является мерой сродства фермента к своему субстрату. Чем выше величина К_м, тем ниже сродство фермента к субстрату, и наоборот.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США