Активность и субстратная специфичность ферментов как катализаторов

Активность ферментов оценивается стандартной единицей активности. Эта величина для любого фермента означает то его количество, которое необходимо для превращения одного микромоля субстрата в 1 мин при стандартных условиях (t=25^oC, оптимум рН, субстатное насыщение) и обозначается буквой Е в русском языке и буквой U в английском, французском, итальянском и немецком языках. Существует понятие молекулярной активности фермента. Её определяют как число молекул субстрата, превращённого за 1 мин одной молекулой фермента в условиях субстратного насыщения. Связь между удельной и молекулярной активностями выражается соотношением: Молекулярная активность = Е М/10³, где М – молекулярная масса фермента.

Живая клетка содержит функционально близкие субстраты, которые подвергаются совершенно разным типам превращений. Это возможно благодаря наличию в живой клетке ферментов, обладающих абсолютной субстратной специфичностью.

Принципиальное отличие ферментов от катализаторов других типов связано не столько с уровнем активности, сколько с селективностью их действия. Для химических каталитических реакций селективность катализатора означает только функциональную специфичность, то есть способность катализатора ускорять превращения большой группы субстратов данного гомологического ряда в однородные по составу продукты реакции. Ферменты же проявляют абсолютную субстратную специфичность, то есть они способны осуществлять превращение только одного субстрата в соответствующие продукты. Поэтому в энзимологии специфичность всегда рассматривается как субстратная, а не функциональная, хотя многие ферменты обладают функциональной специфичностью.

Например, фосфатазы гидролизуют только фосфорные эфиры, то есть они обладают абсолютной функциональной специфичностью – они не проводят гидролиза других типов связей. Или пептидазы расщепляют только пептиды. Но многие ферменты не являются строго специфичными, хотя их действие ограничивается узким кругом субстратов. Например, кислые фосфатазы осуществляют не только гидролиз ортофосфорных эфиров, но для некоторых субстратов обладают ещё и трансферазной активностью – способностью переносить фосфорные остатки от одного субстрата к другому. Природа действия ферментов разнообразна.

Структурный анализ молекул ферментов показал наличие в них каталитического и адсорбционного центров. Адсорбционный центр построен в виде «щели» над каталитическим центром и играет роль шаблона, наложенного на каталитический участок. Адсорбционный центр обладает заданными геометрическими свойствами и таким распределением полярных и неполярных групп, которые позволяют пропускать к центру катализа и придавать необходимую ориентацию только молекулам со строго определёнными геометрическими и химическими свойствами. По своей природе каталитические участки способны осуществлять превращения широкого круга субстратов, но адсорбционные центры представляют такую возможность только немногим из них.

Существует шесть классов ферментов: гидролазы, оксидоредуктазы, трансферазы, лиазы, изомеразы, лигазы. К гидролазам относят ферменты, которые расщепляют молекулы различных субстратов на две части с присоединением воды, к одной из частей присоединяется катион водорода, а к другой части – анион гидроксила.

Большинство внеклеточных ферментов относят к гидролазам. Различные типы гидролаз расщепляют специфические связи. Гидролазы действуют на гликозидные, сложноэфирные, эфирные, пептидные, амидные и кислотно-ангидридные связи. Представителями этого класса ферментов являются важнейшие гликозидазы, карбогидразы, фосфатазы, липазы, рибонуклеазы.

Ферменты, катализирующие процессы расщепления полисахаридов до более простых соединений с участием воды, относят к классу гидролаз, а точнее, к карбогидразам (амилазы, целлюлазы, гемицеллюлазы, полигалактуроназы, пектиназы и другие).

Процесс ферментативного гидролиза растительного сырья зависит от его химического состава, от физического строения и надмолекулярной структуры клеточных стенок, определяющих доступ фермента к макромолекулам полисахаридов. Как ранее было показано, в состав растительного сырья входят разнообразные полисахариды. И для их комплексного гидролиза используют не один фермент, а несколько. Ферменты, объединённые в комплексы, обладают рядом особенностей (изменение микроокружения, кооперативность, диффузионное сопротивление среды). Это приводит к изменениям кинетических характеристик осуществляемых ферментами реакций.

Дата добавления: 2015-10-02