ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.
 
Всё о Химии - Ximia.org

ФЕРМЕНТЫ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


ФЕРМЕНТЫ (от лат. fermentum - закваска) (энзимы), белки, выполняющие роль катализаторов в живых организмах. Осн. ф-ции Ф.- ускорять превращение в-в, поступающих в организм и образующихся при метаболизме (для обновления клеточных структур, для обеспечения его энергией и др.), а также регулировать биохим. процессы (напр., реализацию ге-нетич. информации), в т. ч. в ответ на изменяющиеся условия.

О механизме р-ций с участием Ф. (ферментативных р-циях) см. Ферментативный катализ, Ферментативных реакций кинетика.

Структуру Ф. изучают методами хим. модификации, рентгеновского структурного анализа, спектроскопии. Ценные результаты получены методом сайт-специфичного мутагенеза, основанного на направленной замене аминокислот в белковой молекуле методами генетической инженерии. К кон. 20 в. известно и охарактеризовано ок. 3000 Ф.

Исторический очерк. Начало совр. науки о Ф. (энзимоло-гии) связывают с открытием в 1814 К. Кирхгофом превращения крахмала в сахар под действием водных вытяжек из проростков ячменя. Действующее начало из этих вытяжек было выделено в 1833 А. Пайеном и Ж. Персо. Им оказался Ф. амилаза. В 1836 T. Шванн обнаружил и описал пепсин, в том же году И. Пуркин и И. Паппенгейм охарактеризовали трипсин. В 1897 братья Г. и Э. Бухнеры выделили из дрожжей р-римый препарат (т. наз. зимазу), вызывавший спиртовое брожение. Этим был положен конец спору Л. Пастера (он полагал, что процесс брожения могут вызывать только целостные живые клетки) и Ю. Либиха (считал, что брожение связано с особыми в-вами). В кон. 19 в. Э. Фишер предложил первую теорию специфичности Ф. В 1913 Л. Михаэлис сформулировал общую теорию кинетики ферментативных р-ций. В кристаллич. виде первые Ф. были получены Дж. Самнером в 1926 (уреаза) и Дж. Нортропом в 1930 (пепсин). Впервые первичная структура (аминокислотная последовательность) Ф. была установлена У. Стейном и С. Муром в 1960 для рибонуклеазы А, а в 1969 P. Меррифилдом осуществлен хим. синтез этого Ф. Пространственное строение (третичная структура) Ф. впервые установлено Д. Филлипсом в 1965 для лизоцима. Во 2-й пол. 20 в. каталитич. активность была открыта также у нек-рых РНК (их наз. рибозимы).

Классификация ферментов. Исторически многим Ф. присваивались тривиальные названия, часто не связанные с типом катализируемой р-ции. Для преодоления возникших трудностей в сер. 20 в. были разработаны классификации и номенклатура Ф. По рекомендации Международного биохим. союза, все Ф. в зависимости от типа катализируемой р-ции делят на 6 классов: 1-й - оксидоредуктазы, 2-й - трансферазы, 3-й - гидролазы, 4-й - лиазы, 5-й - изомеразы и 6-й - лигазы. Каждый класс делится на подклассы, в соответствии с природой функц. групп субстратов, подвергающихся хим. превращению. Подклассы, в свою очередь, делятся на подпод-классы в зависимости от типа участвующего в превращении Ф. Каждому достаточно охарактеризованному Ф. присваивается классификационный номер из 4 цифр, обозначающих класс, подкласс, подподкласс и номер самого Ф. Напр., a-химотрипсин имеет номер 3.4.21.1.

К оксидоредуктазам относятся F., катализирующие окислит.-восстановит. р-ции. Ф. этого типа переносят атомы H или электроны. Многие оксидоредуктазы являются Ф. дыхания и окислительного фосфорилирования.

Трансферазы катализируют перенос функц. групп (CH3, COOH, NH2, CHO и др.) от одной молекулы к другой.

Гидролазы катализируют гидролитич. расщепление связей (пептидной, гликозидной, эфирной, фосфодиэфирной и др·)·

Л и а з ы катализируют негидролитич. отщепление групп от субстрата с образованием двойной связи и обратные р-ции. Эти Ф. могут отщеплять CO2, H2O, NH3 и др.

Изомеразы катализируют образование изомеров субстрата, в т. ч. цис-, транс-изомеризацию, перемещение кратных связей, а также групп атомов внутри молекулы.

Л и г а з ы - Ф., катализирующие присоединение двух молекул с образованием новых связей (С — С, С — S, С — О, С — N и др.), как правило, сопряженное с расщеплением пирофос-фатной связи, напр. у АТФ.

Особенности строения ферментов. Мол. масса Ф. составляет от 104 до 1010 и более. Чаще всего встречаются Ф. с мол. м. 20-60 тыс., более крупные обычно состоят из неск. одинаковых (гомомеры) или разных (гетеромеры) субьеди-ниц, связанных между собой нековалентными связями. Субъединица может состоять из двух и более цепей, соединенных дисульфидными связями.

В первичной структуре однотипных Ф., выделенных даже из эволюционно отдаленных организмов, часто наблюдается определенная гомология, а нек-рые участки практически остаются неизменными. Вторичная структура отличается большим разнообразием по содержанию 5016-25.jpg-спиралей и 5016-26.jpg -структур (см. Белки). 5016-27.jpg-Структуры составляют ядро многих Ф., образуя "опорную" структуру. Совокупность стандартных элементов вторичных структур и специфически уложенных участков полипептидной цепи, определенным образом расположенных в пространстве, образует третичную структуру, определяющую биол. св-ва Ф.

Третичная структура уникальна для каждого Ф., однако у однотипных Ф., даже сильно отличающихся по первичной структуре, пространственное расположение цепей м. б. сходным (напр., химотрипсины и субтилизины). Часто в третичной структуре можно выделить отдельные компактные части (домены), соединенные участками полипептидной цепи. Организация в пространстве неск. субъединиц определяет четвертичную структуру Ф.

На пов-сти белковой глобулы Ф. или, чаще, в спец. щели, углублении и т. п. выделяют относительно небольшой участок, наз. активным центром. Он представляет собой совокупность функц. групп аминокислотных остатков, непосредственно взаимодействующих с субстратом. В активный центр Ф., кроме функц. групп, могут входить небелковые составляющие - коферменты. Такой комплекс наз. х о л о -ферментом, а его белковую часть - апоферментом. Аминокислотные остатки, входящие в активный центр, относятся к наиб. консервативным в данной группе Ф. В активном центре можно выделить субстрат-связывающий участок и собственно каталитически активные группы Ф. К последним, напр., в подподклассе сериновых протеаз относятся функц. группы остатков серина-195, гистидина-57 и аспарагиновой к-ты-102. Кроме того, в качестве каталитически активных групп Ф. выступают группа SH цистеина, группа COOH глугаминовой к-ты, фенольный гидроксил тирозина и др., а также функц. группы коферментов - никотинамидное кольцо никотинамидных коферментов (см. Ниацин), альдегидная группа (в виде альдимина) пиридоксальфосфата, тиазолино-вое кольцо тиаминпирофосфата, ионы металлов (напр., Zn2+, Co2+, Mn2+) и др.

Получение ферментов. Обычно Ф. вьщеляют из тканей животных, растений, клеток и культуральных жидкостей микроорганизмов, биол. жидкостей (кровь, лимфа и др.). Для получения нек-рых труднодоступных Ф. используются методы генетической инженерии. Из исходных материалов Ф. экстрагируют солевыми р-рами. Затем их разделяют на фракции, осаждая солями [обычно (NH4)2SO4] или, реже, орг. р-рителями, и очищают методами гель-проникающей и ионо-обменной хроматографии. На заключит. этапах очистки часто используют методы аффинной хроматографии. Контроль за ходом очистки Ф. и характеристику чистых препаратов осуществляют, измеряя каталитич. активность Ф. с применением специфических (обычно дающих цветные р-ции) субстратов. За единицу кол-ва Ф. принимают такое его кол-во, к-рое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в 1 мин в стандартных условиях. Число единиц Ф., отнесенное к 1 мг белка, наз. удельной активностью.

Применение ферментов. В неочищенном состоянии Ф. с древнейших времен используют для получения продуктов питания и выделки изделий в хлебопечении, сыроделии, виноделии, обработке кож и т. д. Достаточно очищенные Ф. применяют в произ-ве аминокислот и их смесей для искусственного питания, в произ-ве сахарных сиропов из углеводсо-держащего сырья, для удаления лактозы из молока и в произ-ве ряда лек. ср-в (нек-рые очищенные Ф. сами используются как лек. ср-ва). Особенно перспективно применение в пром-сти иммобилизованных ферментов на полимерных носителях (напр., для получения полусинтетич. пеницилли-нов применяют иммобилизованную пенициллинамидазу, см. также Ферментсодержащие волокна). Об использовании Ф. в хим. анализе см. Ферментативные методы анализа.


===
Исп. литература для статьи «ФЕРМЕНТЫ»:
Номенклатура ферментов (Рекомендации 1972), пер. с англ., M., 1979; Фершт Э., Структура и механизм действия ферментов, пер. с англ., M., 1980; Диксон M., Уэбб Э., Ферменты, пер. с англ., т. 1-3, M., 1982; Methods in enzymology, eds. S. P. Colowick, N. O. Kaplan, N. Y.- S. F.- L., 1955.

В. К. Антонов.

Страница «ФЕРМЕНТЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учеников, учителей, студентов и просто химиков