Властивості ферментів як біологічних каталізаторів 





Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Властивості ферментів як біологічних каталізаторів



Ферменти, як каталізатори, мають ряд загальних з небіологічними каталізаторами властивостей:

1. Вони не входять до складу кінцевих продуктів реакції і виходять з неї, як правило, в первинному вигляді, тобто вони не витрачаються в процесі каталізу (в даний час доведено, що деякі ферменти в кінці хімічної реакції піддаються модифікації і навіть розпаду, а не звільняються в незмінному вигляді, як постулював Л. Міхаеліс).

2. Ферменти не можуть каталізувати ті реакції, протікання яких суперечить законам термодинаміки, вони прискорюють тільки ті реакції, які можуть протікати і без них.

3. Ферменти не зміщують положення рівноваги, а лише прискорюють його досягнення.

Специфічною властивістю ферментів є вузька вибірковість дії на субстрати. Висока специфічність обумовлена конформаційною та електростатичною компліментарністю між молекулами субстрату і ферменту та унікальною структурою активного центру ферменту, що забезпечують впізнавання, високу спорідненість і вибірковість протікання хімічних реакцій, що здійснюються одночасно в живих клітинах.

Залежно від механізму дії розрізняють ферменти з відносною (або груповою) специфічністю і абсолютною специфічністю. Так, для дії деяких гідролітичних ферментів найбільше значення має тип хімічного зв'язку в молекулі субстрату. Наприклад, пепсин розщеплює білки тваринного, і рослинного походження, хоча вони можуть істотно відрізнятися один від одного як за амінокислотним складом, так і за фізико-хімічними властивостями. Проте пепсин не розщеплює вуглеводи або жири. Пояснюється це тим, що місцем дії пепсину є пептидний (-CO-NH-) зв'язок. Для дії ліпази, що каталізує гідроліз жирів на гліцерин та жирні кислоти, таким місцем є складноефірний зв'язок. Аналогічною відносною специфічністю характеризуються також деякі внутріклітинні ферменти, наприклад гексокіназа, що каталізує у присутності АТФ фосфорилювання майже всіх гексоз, хоча одночасно в клітках є специфічні для кожної гексози ферменти, що виконують таке ж фосфорилювання.

Абсолютною специфічністю дії називають здатність ферменту каталізувати перетворення тільки одного субстрату. Будь-які модифікації в структурі субстрату роблять його недоступними для дії ферменту.

Стереохімічна специфічність ферментів обумовлена існуванням оптично ізомерних L- і D-форм або геометричних (цис- і транс-) ізомерів хімічних речовин. Так, відомі оксидази L- і D-амінокислот, хоча в природних білках виявлені тільки L-амінокислоти. Кожен з видів оксидази діє тільки на свій специфічний стереоізомер. Наочним прикладом стереохімічної специфічності є бактерійна аспартатдекарбоксілаза, що каталізує відщеплення СО2 лише від L-аспаргинової кислоти з перетворенням її на L-аланин.

Швидкість хімічних реакцій залежить від температури, ферменти також чутливі до змін температури. Термолабільність, або чутливість до підвищення температури, є однією з характерних властивостей ферментів, що різко відрізняє їх від неорганічних каталізаторів. При 100°С майже всі ферменти втрачають свою активність (виняток становить, очевидно, тільки один фермент м'язової тканини – міокіназа, яка витримує нагрівання до 100 °С). При низьких температурах (0°С і нижче) ферменти, як правило, не руйнуються, хоча активність їх зменшується майже до нуля. У всіх випадках має значення час дії відповідної температури. В даний час для пепсину, трипсину і низки інших ферментів доведено існування прямої залежності між швидкістю інактивації ферменту і ступенем денатурації білка. На термолабільність ферментів певний вплив має концентрація субстрату, рН середовища і інші чинники.

Залежність активності ферментів від рн середовища. Ферменти зазвичай найбільш активні в межах вузької зони концентрації водневих іонів, яка лежить в межах фізіологічних значень. Виняток становить пепсин, рН - оптимум якого рівний 2,0. Пояснюється це тим, що пепсин входить до складу шлункового соку, що містить вільну соляну кислоту, яка створює оптимальне кисле середовище для дії цього ферменту. З іншого боку, рН – оптимум аргінази лежить в сильно лужній зоні (близько 10); такого середовища немає в клітках печінки, отже, in vivo аргіназа функціонує не в своїй оптимальній зоні рН. Вплив змін рн середовища на молекули ферменту полягає в дії на стан і ступінь іонізації кислотних і основних груп (СООН - групи дикарбонових амінокислот, SH-групи цистеїну, імідазольного азоту гістидіна і ін.). При різних значеннях рН середовища активний центр може знаходитися в частково іонізованій або в неіонізованій формі, що позначається на третинній структурі білка і відповідному формуванні активного фермент-субстратного комплексу. Крім того, має значення і стан іонізації субстратів і кофакторів.

За типом біосинтезу ферменти можуть бути:

1) конститутивні – присутні завжди у клітині, конститутивні ферменти забезпечують стабільність метаболізму клітини;

2) індуцибельні – утворюються як відгук на наявність у поживному середовищі певної речовини – індуктора і не утворюються при його відсутності (як правило, це усі гідролітичні ферменти). Наприклад, при біосинтезі амілолітичних ферментів індуктором біосинтезу є крохмаль, а репресором – глюкоза.

За місцем дії ферменти бувають внутрішньо і зовнішньо клітинні.

По відношенню до температури всі ферменти поділяють на:

1) термотолерантні (термофільні) – активні при температурі 55–75С, як правило, їх продукують термостійкі мікроорганізми.

2) мезофільні – оптимум температури для активності ферментів 25–37С.

3) психрофільні – активні при температурі до 15С, продукуються психрофільними мікроорганізмами.

 

Класифікація ферментів, найменування та номенклатура ферментних препаратів

За типом реакції, що каталізується, ферменти розподілені на шість класів згідно ієрархічної класифікації ферментів (КФ, ЕС – Enzyme Comission code). Кожен клас містить підкласи, так що кожен фермент описується сукупністю чотирьох чисел розділених крапками. Наприклад, пепсин має номер EС 3.4.23.1.

· КФ 1: Оксидоредуктази – ферменти, що каталізують реакції окислення і відновлення. Наприклад: каталаза, алкогольдегідрогеназа.

· КФ 2: Трансферази – каталізують перенос хімічних груп з однієї молекули до іншої. Наприклад кінази, що переносять фосфатну групу, як правило, з молекули АТФ.

· КФ 3: Гідролази, що каталізують гідроліз хімічних сполук. Наприклад: естерази, трипсин, амілаза.

· КФ 4: Ліази – каталізують розриви хімічних зв’язків без гідролізу з утворенням подвійних зв’язків.

· КФ 5: Ізомерази – каталізують структурні зміни в молекулі субстрату.

· КФ 6: Лігази – каталізують утворення хімічних зв’язків між субстратами за рахунок гідролізу АТФ. Наприклад: ДНК-полімераза.

Класифікаційна система АТСС.

Для фармацевтичних ферментних препаратів окрім загальної класифікації (клас, підклас, підпідклас, номер в списку), прийнятої в 1961 Міжнародним біохімічним союзом, використовується міжнародна класифікаційна система Anatomic therapeutic chemical classification (АТСС).

Найменування ферментів.

Зазвичай ферменти називають за типом реакції, яку вони каталізують, додаючи суфікс -аза до назви субстрату (наприклад, лактаза – фермент, що приймає участь у перетворенні лактози). Таким чином, у різних ферментів, що виконують одну функцію, буде однакова назва. Такі ферменти розрізняють за іншими властивостями, наприклад, за оптимальним рН (лужна фосфатаза) або за локалізацією в клітині (мембранна АТФаза).

Номенклатура ферментних препаратів – система, яка дозволяє враховувати походження препарату та технологічний спосіб його отримання.

Основою такої номенклатури є назва ферментного препарату, яка складається з назви ферменту та видової назви продуцента і закінчується суфіксом «ін», наприклад, амілосубтилін – амілаза, продуцентом якої є B. subtilis, пектофоетидін – пектиназа, продуцент A. foetidus, лактоколін – лактаза, продуцент E. colі.

Далі літерами Г або П позначають спосіб культивування продуцента: Г– глибинне культивування, П – поверхневе культивування. Після цих літер вказують цифру, яка характеризує ступінь очищення препарату. Взагалі неочищений препарат має позначення – х. Наприклад, амілосубтилін Гх – культуральна рідина після вирощування B. subtilis, що містить амілазу.

Індекси у номенклатурі ферментних препаратів:

Пх і Гх– культура продуценту без будь-якого очищення;

П2х і Г2х – рідкий концентрат вихідної культури, вивільнений від нерозчинної частини. Для поверхневої культури – це концентрат з вмістом сухих речовин 50%; для глибинної культури – не більше 40%;

ПЗх і ГЗх – сухі ферментні препарати, отримані висушуванням шляхом розпилення екстракту з поверхневої культури або фільтрату культуральної рідини у разі глибинного культивування;

П10х і Г10х – сухі ферментні препарати, отримані осадженням ферментів з водних розчинів органічними розчинниками або методом висолювання;

П20х і Г20х – препарати очищених ферментів, в технології яких використані різноманітні методи очищення і фракціонування ферментів;

П25х і Г25х – високоочищені, але не кристалічні ферментні препарати, що містять до 20 – 25% баластних речовин.

У харчовій промисловості використовують ферментні препарати зі ступенем очищення не нижче 10х. Для отримання фармацевтичних препаратів – використовують в якості субстанції ферментні препарати з ступенем очищення 10х і вище.





Последнее изменение этой страницы: 2016-07-14; просмотров: 411; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.205.167.104 (0.007 с.)