Головна
Реферати » Реферати по біології » Ферменти

Ферменти

Реферат по біології

на тему:

"Ферменти"

Москва 1996

Зміст

1. Загальні положення 3


2. Властивості ферментів 5


3. Будова ферментів 9


4. Номенклатура ферментів 17


5. Класифікація ферментів і характеристика деяких груп 21


6. Локалізація ферментів в клітці 24


7. Методи виділення і очистки ферментів 26


Література 30

1. Загальні положення

Ферменти (від лат. fermentum - бродіння, закваска), специфічні білки, присутні у всіх живих клітинах і які відіграють роль біологічних каталізаторів. Через їх посередництво реалізується генетична інформація і здійснюються всі процеси обміну речовин і енергії в живих організмах.
Ферменти бувають простими або складними білками, до складу яких поряд з білковим компонентом (апоферментом) входить небілкова частина - кофермент.
Ефективність дії ферментів визначається значним зниженням енергії активації каталізуються реакції в результаті утворення проміжних фермент-субстратні комплексів. Приєднання субстратів відбувається в активних центрах, які володіють схожістю тільки з певними субстратами, чим досягається висока специфічність
(вибірковість) дії ферментів. Одна з особливостей ферментів - здатність до спрямованого і регульованим дії. За рахунок цього контролюється узгодженість всіх ланок обміну речовин. Ця здатність визначається просторовість структурної молекули ферментів. Вона реалізується через зміну швидкості дії ферментів і залежить від концентрації відповідних субстратів і кофакторів, рH середовища, температури, а також від присутності специфічних активаторів і інгібіторів
(наприклад, аденілових нуклеотидів, карбонільних, сульфгідрильних з'єднань і ін .). Деякі ферменти крім активних центрів мають додаткові, т.зв. аллостерічеськіє регуляторні центри. Біосинтез ферментів знаходиться під контролем генів. Розрізняють конститутивні ферменти, постійно присутні в клітинах, і індуковані ферменти, біосинтез яких активується під впливом відповідних субстратів. Деякі функціонально взаємопов'язані ферменти утворюють в клітині структурно організовані поліферментні комплекси. Багато ферменти і ферментні комплекси міцно пов'язані з мембранами клітини або її органоїдів
(мітохондрій, лізосом, мікросом і т.д.) і беруть участь в активному транспорті речовин через мембрани.

Відомо більш 20 000 різних ферментів, з яких багато виділені з живих клітин та отримані в індивідуальному стані. Перший кристалічний фермент (уреаза) виділено американським біохіміком Д.Самнером в 1926 г. Для ряду ферментів вивчена послідовність амінокислот і з'ясовано розташування поліпептидних ланцюгів в тривимірному просторі. У лабораторних умовах здійснено штучний хімічний синтез ферменту рибонуклеази. Ферменти використовують для кількісного визначення та отримання різних речовин, для модифікації молекул нуклеїнових кислот методами генної інженерії, діагностики та лікування ряду захворювань, а також у ряді технологічних процесів, застосовуваних в легкій, харчовій і фармацевтичній промисловостях.

2. Властивості ферментів

Будучи білками, ферменти мають усіма їх властивостями. Разом з тим біокаталізатори характеризуються рядом специфічних якостей, теж випливають з їх білкової природи. Ці якості відрізняють ферменти від каталізаторів звичайного типу. Сюди відносяться термолабильность ферментів, залежність їх дії від значення рН середовища, специфічність і, нарешті, схильність впливу активаторів та інгібіторів.

Термолабильность ферментів пояснюється тим, що температура, з одного боку, впливає на білкову частина ферменту, наводячи при занадто високих значеннях до денатурації білка і зниження каталітичної функції, а з іншого боку, впливає на швидкість реакції освіти фермент субстратного комплексу і на всі наступні етапи перетворення субстрату, що веде до посилення каталізу.

Залежність каталітичної активності ферменту від температури виражається типовою кривої. До деякого значення температури (в середньому до 5О ° С) каталітична активність зростає, причому на кожні 10 ° С приблизно в
2 рази підвищується швидкість перетворення субстрату. У той же час поступово зростає кількість інактивованого ферменту за рахунок денатурації його білкової частини. При температурі вище 50 ° С денатурація ферментного білка різко посилюється і, хоча швидкість реакцій перетворення субстрату продовжує зростати, активність ферменту, що виражається кількістю перетвореного субстрату, падає.

Детальні дослідження росту активності ферментів з підвищенням температури, проведені останнім часом, показали більш складний характер цієї залежності, ніж вказано вище: у багатьох випадках вона не відповідає правилу подвоєння активності на кожні 10 ° С в основному через поступово наростаючих конформаційних змін в молекулі ферменту.

Температура, при якій каталітична активність ферменту максимальна, називається його температурним оптимумом.

Температурний оптимум для різних ферментів неоднаковий. Загалом для ферментів тваринного походження він лежить між 40 і 50 ° С, а рослинного
- між 50 і 60 ° С. Однак є ферменти з більш високим температурним оптимумом, наприклад, у папаина (фермент рослинного походження, прискорює гідроліз білка) оптимум знаходиться при 8О ° С. У той же час у каталази (фермент, що прискорює розпад Н2О2 до Н2О і О2) оптимальна температура дії знаходиться між 0 і-10 ° С, а при більш високих температурах відбувається енергійне окислення ферменту і його інактивація.

Залежність активності ферменту від значення рН середовища була встановлена ??понад 50 років тому. Для кожного ферменту існує оптимальне значення рН середовища, при якому він проявляє максимальну активність. Більшість ферментів має максимальну активність в зоні рН поблизу від нейтральної точки. В різко кислої або різко лужному середовищі добре працюють лише деякі ферменти.

Перехід до більшої або меншої (в порівнянні з оптимальною) концентрації водневих іонів супроводжується більш-менш рівномірним падінням активності ферменту.

Вплив концентрації водневих іонів на каталітичну активність ферментів полягає у вплив її на активний центр. При різних значеннях рН в реакційної середовищі активний центр може бути слабкіше або сильніше іонізований, більше або менше екранований сусідніми з ним фрагментами поліпептидного ланцюга білкової частини ферменту і т.п. Крім того, рН середовища впливає на ступінь іонізації субстрату, фермент-субстратного комплексу і продуктів реакції, дуже впливає на стан ферменту, визначаючи співвідношення в ньому катіонних і аніонних центрів, що позначається на третинної структурі білкової молекули. Остання обставина заслуговує на особливу увагу, так як певна третинна структура білка-ферменту необхідна для утворення фермент-субстратного комплексу.

Специфічність - одне з найбільш видатних якостей ферментів. Его властивість їх було відкрито ще в минулому сторіччі, коли було зроблено спостереження, що дуже близькі за структурою речовини - просторові ізомери (a- і b-метілглюкозіди) розщеплюються по ефірного зв'язку двома абсолютно різними ферментами.

Таким чином, ферменти можуть розрізняти хімічні сполуки, що відрізняються один від одного дуже незначними деталями будови, такими, наприклад, як просторове розташування метоксільних радикала і атома водню при 1-му вуглецевому атомі молекули метілглюкозіда.

За образним висловом, нерідко употребляемому в біохімічній літературі, фермент підходить до субстрату, як ключ до замка. Це знамените правило було сформульовано Е. Фішером в 1894 р виходячи з того, що специфічність дії ферменту зумовлюється суворим відповідністю геометричній структури субстрату і активного центру ферменту.

В 50-і роки нашого століття це статична уявлення було замінено гіпотезою Д. Кошланда про індукований відповідно субстрату і ферменту. Сутність її зводиться до того, що просторове відповідність структури субстрату і активного центру ферменту створюється в момент їх взаємодії один з одним, що може бути виряджаючи формулою "рукавичка - рука". При цьому в субстраті вже деформуються деякі валентні зв'язку і він, таким чином, підготовляється до подальшого каталитическому видозміні, а в молекулі ферменту відбуваються конформаційні перебудови. Гіпотеза Кошланда, заснована на допущенні гнучкості активного центру ферменту, задовільно пояснювала активацію та інгібування дії ферментів і регуляцію їхньої активності при впливі різних факторів. Зокрема, конформаційні перебудови в ферменті в процесі зміни його активності Кошланд порівнював з коливаннями павутини, коли в неї влучила видобуток (субстрат), підкреслюючи цим крайню лабільність структури ферменту в процесі каталітичного акта.

В даний час гіпотеза Кошланда поступово витісняється гіпотезою Топохимічеськие відповідності. Зберігаючи основні положення гіпотези взаімоіндуцірованной настройки субстрату і ферменту, вона фіксує увагу на тому, що специфічність дії ферментів пояснюється в першу чергу впізнаванням тієї частини субстрату, яка не змінюється при каталізі. Між цією частиною субстрату і субстратним центром ферменту виникають численні точкові гідрофобні взаємодії і водневі зв'язки.

3. Будова ферментів

За будовою ферменти можуть бути однокомпонентними, простими білками, і двокомпонентними, складними білками. У другому випадку в складі ферменту виявляється додаткова група небілкової природи.

У різний час виникли різні найменування білкової частини і додаткової групи в двокомпонентних ферментах. Всі вони до цих пір вживаються в літературі, наприклад:

Фермент в цілому Білкова частина Додаткова група

Симплекс Ферон (носій) Агон (активна група)

холофермента Апофермент Кофермент

Додаткову групу, міцно пов'язану, не відокремлюються від білкової частини, називають простетичної групою; на відміну від цього додаткову групу, що легко відділяється від апофермента і здатну до самостійного існування, зазвичай іменують коферментом.

Хімічна природа найважливіших коферментів була з'ясована в 30-і роки нашого століття завдяки працям О. Варбурга, Р. Куна, П. Каррера і ін.
Виявилося, що роль коферментів в двокомпонентних ферментах грають більшість вітамінів (Е, К, Q, В1, В2, В6 В12, С, Н та ін.) або сполук, побудованих за участю вітамінів (коензим А, НАД + і т. п.). Крім того, функцію коферментів виконують такі сполуки, як НS-глутатіон, численна група нуклеотидів та їх похідних, фосфорні ефіри деяких моносахаридів і ряд інших речовин.

Характерною особливістю двокомпонентних ферментів є те, що ні білкова частина, ні додаткова група окремо не володіють помітною каталітичної активністю. Тільки їх комплекс проявляє ферментативні властивості. При цьому білок різко підвищує каталітичну активність додаткової групи, притаманну

Сторінки: 1 2 3 4