Биологический каталог




Ферменты. Том 1

Автор М.Диксон, Э.Уэбб

то сама жизнь тесно связана с ферментативным катализом. По необходимости развитие энзи-мологии происходило главным образом в направлении исследования изолированных ферментов. Только в последние годы появились возможности для изучения биологической стороны предмета, т. е. для изучения ферментов и ферментных систем непосредственно в живой клетке. Мы заканчиваем книгу главой о некоторых биологических аспектах энзимологни, о направлении, значение которого непрерывно растет.

Энзимология достигла, по-видимому, уже такой стадии развития, когда в ближайшем будущем можно надеяться пожать обильные плоды всех тех многочисленных исследований, которые были проведены в последние годы в различных направлениях. В настоящее ьремя дальнейшее развитие происходит чрезвычайно быстро. Однако предстоит еще огромная работа; несомненно, многие важные ферменты еще не открыты, а многие из тех, которые обнаружены, почти не охарактеризованы. В настоящее время исследования сосредоточены в основном на сравнительно небольшом числе ферментов, и, вероятно, справедливо утверждать, что мы еще очень мало знаем о структуре 95% уже известных ферментов.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕРМИНЫ

У энзимологов очень распространен ряд специальных терминов, и, поскольку они будут часто употребляться в этой книге, мы считаем полезным разъяснить здесь значение, которое вкладывается в них. Термины эти: «фермент», «субстрат», «активация», «активный центр», «кофермент» и «ингибитор».

Мы уже упоминали о происхождении термина «фермент». Со времени введения этого термина все яснее становится смысл вкладываемого в него понятия, хотя точное его определение является и сейчас совсем не легким делом. Были предложены самые различные формулировки. Наиболее удовлетворительной из них можно считать, вероятно, ту, которая определяет фермент как «белок, который благодаря своей способности к специфическому активированию других веществ обладает каталитическими свойствами». В этом определении имеется ряд спорных моментов, которые мы здесь кратко рассмотрим

С одной стороны, в той своей части, которая указывает на белковую природу фермента, это определение неприложимо к таким катализаторам, как глутатион и другие коферменты. Однако в основе утверждения о белковой природе ферментов ле-

Введение жит обобщение того факта, что все полученные до сих пор в чистом виде ферменты представляют собой белки, а также что ферменты вообще, независимо от того, изолированы они или нет, обладают свойствами, характерными для белков, например термолабильногтью. Правда, раньше время от времени появлялись сообщения о получении ферментов якобы небелковой природы, но впоследствии всегда выяснялось, что авторы этих сообщений использовали слишком разбавленные растворы высокоактивных ферментов. Из этих растворов при их концентрировании выделяли ферменты, которые оказывались белками. Современное общепринятое представление о ферментах настолько тесно связано с представлением об их белковой природе, что если даже и будет открыт какой-либо небелковый макромоле-кулярный биологический катализатор, то, вероятно, многие будут возражать против зачисления его в категорию «ферментов». Существование подобных катализаторов небелковой природы представляется, во всяком случае сейчас, маловероятным, поскольку все полученные до сих пор в чистом виде ферменты были выделены только по прослеживанию каталитической активности, без предварительного выяснения химической природы ответственного за активность вещества.

С другой стороны, под приведенное выше определение не подходят такие каталитические белки, как цитохром с, так как последний является лишь переносчиком электронов и не обладает способностью активировать другие вещества. Подобного рода белки можно сравнить с другими коферментами, функционирующими в качестве биологических катализаторов лишь после того, как они акгивир\ются специфическими ферментами.

Вещества, на которые действуют ферменты и которые ими активируются, называются субстратами ферментов. Там, где речь идет о ферментативных реакциях, этот термин, первоначально предложенный немецкими учеными и употребляющийся уже свыше 60 лет, следует предпочесть более общему термину «реактант».

Понятие «активация» существует не только в энзимологии. Оно часто используется в химии без какого-либо указания на сам механизм явления, просто для обозначения того факта, что реагирующая молекула стала более реакционноспособной. Физико-химйки употребляют этот термин в двух различных значениях. В рамках теории скоростей реакций Аррениуса активированными являются те молекулы, у которых запас кинетической энергии превышает некую определенную величину; согласно же более современной теории абсолютных скоростей реакций (которую мы обсудим ниже, в гл. 4), активация происходит путем образования специфического активированного комплекса, которое сопровождается изменением как кинетической, так и потенциальной энергий. В ферментативных реакциях активация Глава 1

субстрата происходит путем образования фермент-субстратного комплекса. Этот процесс имеет много общего с процессом образования активированного комплекса, постулируемого теорией абсолютных скоростей. Однако эту аналогию не следует переоценивать: -фермент-субстратный комплекс представляет собой более стабильную структуру, нежели активированный комплекс; фактически он в процессе своего образования и распада проходит через стадию активированных комплексов. Этот вопрос более детально обсуждается ниже.

Изучение специфичности (гл. 6) позволило установить, что субстрат соединяется не со всей молекулой фермента, а с отдельным ее участком, получившим название «активного центра». Этот термин применяется физикохимиками для обозначения особо активных участков на поверхности неорганических катализаторов примерно с 1920 г., а применительно к ферментам его начали использовать несколькими годами позже. Реакция, катализируемая ферментом, протекает в таком центре. Первоначально предполагалось, что в каждой молекуле фермента имеется много активных центров; однако сейчас стало ясно, что в большинстве случаев в молекуле (или в субъединице, если молекула является агрегатом двух или большего числа субъединиц) находятся только один активный центр. За последнее время установлена полная структура ряда различных активных центров; в каждом случае было показано, что активный центр находится в углублении, поверхность которого комплементарна по форме субстрату; в этом углублении находится несколько групп, образующих водородные связи с определенными группами субстрата (гл. 10).

Во многих случаях (хотя, впрочем, отнюдь не всегда) для1 осуществления реакции помимо фермента и субстрата требуются еще некоторые дополнительные вещества. Подобные вещества, называемые коферментами, составляют часть каталитической системы и остаются неизменными в конце реакции. Этим они отличаются от субстратов. Однако необходимо отметить, что вещество может вести себя как кофермент в системе из двух ферментов и как субстрат для каждого из этих ферментов в отдельности. Так, NAD и NADP функционируют в качестве ко-ферментов в сопряженных дегидрогеназных системах и в то же время служат настоящими субстратами для индивидуальных дегидрогеназ. Нередки случаи, когда вещество, функционирующее в качестве кофермента в реакции, катализируемой неочищенным ферментным препаратом, оказывается при разделении системы на два самостоятельных фермента субстратом для каждого из ферментов. Несколько примеров такого рода приведены в гл. 9.

Часто находят, что при добавлении определенных веществ, не принимающих участия в реакции, скорость реакции умень-

Введение шается. Такие вещества обычно называют «ингибиторами». Этот термин, однако, не принято относить к таким, например, веществам, как сильные кислоты, которые просто разрушают ферментный белок. Многие из ингибиторов действуют избирательно как яды для отдельных ферментов, иногда в необычайно малых концентрациях. Изучение таких ингибиторов существенно обогатило наши знания о ферментах; кроме того, оно имеет большое значение в токсикологии и фармакологии. Отдельные ингибиторы мы обсудим подробно в гл. 8.

Глава 2

Методика работы с ферментами

Специальные приемы, применяемые при выделении ферментов, будут описаны в следующей главе; в этой же главе мы рассмотрим технику работы при изучении ферментативной активности. Характерным свойством ферментов является их способность катализировать определенные химические реакции. За исключением небольшого числа ферментов, которые могут быть обнаружены непосредственно при помощи спектрального анализа или наблюдений другого рода, присутствие ферментов обнаруживается по протеканию катализируемых ими специфических реакций, количество же присутствующего фермента определяется по скорости реакции. Поэтому измерение скорости реакции составляет наиболее существенную часть в методике исследования ферментов.

ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ

Кривые хода большинства ферментативных реакций имеют общую форму, показанную на рис. 2.1. На приведенном гра

страница 4
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88

Скачать книгу "Ферменты. Том 1" (3.77Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(18.07.2018)