Структура ферментов

Ферменты относятся к глобулярным белкам, имеющим четвертичную структуру. Первичная структура ферментов - полипептидные цепи, состоящие из аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями

Например, представим образование дипептида при взаимодействии двух а- аминокарбоновых кислот - глицина и аланина

Если полипептид образован тремя молекулами а- аминокислот, то он называется трипептид и т.д. Макромолекула белка состоит из аминокислотных остатков, выстроенных по определенному коду.

Ферменты имеют большую молекулярную массу (порядка 104- 107 г-экв.) и в основном представляет собой коллоидные растворы. Однако, известны и кристаллические ферменты.

Вторичная структура ферментов - спирализация полипептид- ной цепи белковой молекулы за счет образования водородных связей.

Третичная структура фермента характеризует пространственную укладку скрученной полипептидной цепи. Получается при взаимодействии пептидных цепей за счет дисульфидных мостиков, гидрофобных взаимодействий, координационных связей.

Четвертичная структура фермента - объединение нескольких независимых полипептидных цепей в одну глобулу.

Классификация ферментов

Ферменты классифицируют по характеру действия и по строению. По характеру действия выделяют группы ферментов. Например:

  • 1. Ферменты гидролиза - гидролизы, их в свою очередь подразделяют:
    • - фосфатазы - ферменты реакций гидролиза эфиров фосфорной кислоты

- протеолитические ферменты, катализирующие гидролиз белков

-липазы и эстеразы - ферменты гидролиза сложных эфиров

  • 2. Ферменты разложения (лиазы).
  • 3. Ферменты переноса:
    • - ферменты окисления- восстановления;
    • - трансферазы - ферменты, катализирующие реакции, в которых происходит перенос различных групп: - NH2 (аминоферазы), - СН3 (метилферазы), - SH (тиоферазы) и т.д.
  • 4. Изомеразы - ферменты, катализирующие реакции изомеризации.

Ъ.Лигазы (сиитетазы) - ферменты, катализирующие реакции присоединения с участием коферментов

По строению все ферменты делят на две группы: однокомпонентные и двухкомпонентные.

Однокомпонентные ферменты состоят исключительно из остатков а-аминокислот. В однокомпонентных ферментах активные центры - это группировки аминокислот, содержащие каталитически активные группы.

Можно перечислить следующие а- аминокислоты, содержащие каталитически активные группы:

1. Цистеин - содержит сульфогидрильную группу -SH

2. Серин - содержит гидроксильную группу

3. Гистидин - содержит имидазольное кольцо

4. Триптофан - содержит индольное кольцо

5. Аспарагиновая кислота - содержит карбоксильную группу

Перечисленные аминокислоты наиболее часто участвуют в образовании активных центров однокомпонентных ферментов.

Так, в молекуле химотрипсина - фермента, катализирующего гидролиз белков - активный центр образуют молекулы гистидина и серина.

Механизм расщепления пептидных связей белков в присутствии химотрипсина включает следующие стадии:

На первой (1) стадии происходит координация молекулы белка на ферменте и образование фермент- субстратного комплекса. На второй (2) стадии внутри фермент-субстратного комплекса происходит разрыв связи, и часть молекулы белка в виде RNH2 отщепляется. Это сопровождается переносом ацильной группы на фермент. Третью (3) стадию называют переносом ацильной группы на воду, при этом фермент регенерируется.

Двухкомпонентные ферменты содержат в молекуле небелковый фрагмент - кофактор, который является активным центром таких ферментов. В качестве кофактора выступают низкомолекулярные органические соединения небелковой природы, ионы и комплексы металлов.

Различают два типа кофакторов:

  • - простетические группы,
  • - коферменты.

Простетические группы - это кофакторы, которые связны с одним и тем же ферментом в процессе каталитического акта и являются истинными катализаторами. При удалении такого кофактора из фермента оставшийся белок (акофермент) теряет свои каталитические функции, но при этом и активность удаленной простетической группы снижается на несколько порядков.

Например, в двухкомпонентном ферменте - пируватдекарбокси- лазе, катализирующей реакцию декарбоксилирования пировиноград- ной кислоты

кофактором является производное витамина В1 - тиаминдифосфат, который имеет формулу

Тиоминдифосфат состоит из остатка дифосфорной кислоты (Б) и тиамина. В состав тиамина входят пиримидиновый (А) и тиазольный гетероциклические фрагменты.

Рассмотрим механизм декарбоксирирования пировиноградной кислоты. Предварительно упростим формулу кофактора следующим образом

где А - производное пиримидина, Б - остаток дифосфорной кислоты.

Углеродный атом С2 легко отдает протон и образует карбанион, стабилизированный соседними атомами азота и серы. Реакция декар- боксилирования начинается с атаки карбанионным центром кофактора углерода карбонильной группы пировиноградной кислоты

В комплексе (Е) связи расшатаны, легко разрываются, что приводит к отщеплению диоксида углерода

На следующей стадии выделяется ацетальдегид и регенерируется фермент (его кофактор)

Коферменты - это кофакторы двухкомпонентных ферментов, выполняющие в реакциях роль специализированных субстратов. Коферменты участвуют в полиферментных системах и связывают между собой несколько реакций и ферментов.

Это можно представить схемой

где Е - фермент, S - субстрат, С - кофермент, Р - продукт реакции.

Схема показывает, что функция специализированного субстрата (С) заключается в переносе реакционноспособного промежуточного продукта (CPi) от одного ферментативного процесса к другому.

Наряду с двухкомпонентными ферментами, содержащими низкомолекулярные органические кофакторы, большое значение имеют ферменты с металлическими кофакторами (металлопротеиды), имеющие в своем составе различные ионы металлов: Na+, К+, Mg2+, Zn2+, Са2+, Cd2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Al3+, а также NH4+.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >