Реферат: Амилолитические ферменты

Возможность получать ферменты в чистом виде позволила в последние годы предпринять их количественное изучение с помощью физико-химических методов. Учение о кинетике ферментов, в основе которого лежат классические работы Михаэлиса, начатые в 1913 г., достигло к настоящему времени значительного развития и продолжает развиваться дальше преимущественно в направлении изучения механизма ферментативного катализа. Использование других методов, в том числе изотопных и оптических, а также химическое изучение активных групп ферментов тоже проливает свет на способ их действия.

Очистка ферментов способствовала также более глубокому пониманию их высокой специфичности, являющейся одним из наиболее характерных и важных свойств ферментов. Это свойство резко отличает ферменты от других катализаторов. Благодаря специфичности возможно существование полиферментных систем, осуществляющих цепи реакций, из которых состоят

различные обменные процессы.

Значительные успехи были достигнуты в области изучения свойств и функций ферментов. Однако в этой области предстоит еще очень большая работа: много важных ферментов еще только предстоит открыть; другие, на существование которых мы уже имеем указания, в настоящее время ожидают изучения.

Мы считаем, что в настоящее время энзимология достигла той стадии, когда в ближайшем будущем можно надеяться пожать обильные плоды всего громадного числа исследований, которые были проведены в последние годы. Особенно большие успехи достигнуты при изучении одной из самых увлекательных проблем энзимологии — механизма действия ферментов.

Наконец, никогда не следует забывать, что ферменты имеют столь большое значение вследствие того, что сама жизнь тесно связана с ферментным катализом. По необходимости развитие энзимологии происходило главным образом в направлении изучения изолированных ферментов. Только в последние годы появились возможности для развития биологической стороны предмета, а именно для изучения ферментов и ферментных систем непосредственно в живой клетке.

2. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭНЗИМОЛОГИИ

2.1.1. Понятие о ферментах как о биологических катализаторах.

Ферменты (лат. Fermentum – брожение, бродильное начало) – это специфические белки, способные во много раз ускорять биохимические реакции, протекающие в живых организмах, не входя при этом в состав конечных продуктов реакции. Т.е. ферменты (или другое их название – энзимы) являются биологическими катализаторами биохимических реакций.

Все биохимические реакции, протекающие в клетках микроорганизмов, в растительных и животных организмах, катализируются соответствующими ферментами. Переваривание, всасывание и усвоение пищевых веществ, синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других соединений в тканях и клетках любого организма представляет собой совокупность ферментативных реакций. Любое функциональное проявление живого организма (дыхание, размножение и др.) обеспечивается действием соответствующих ферментных систем.

Ферменты обладают определенными свойствами, отличающих их от неорганических катализаторов: высокой субстратной специфичностью, высокой скоростью проведения ферментативной реакции, способностью ускорять реакции в физиологических условиях, т.е в условиях, характерных для жизнедеятельности клеток (соответствующая температура, реакция среды и др.)

2.1.2. Классификация и номенклатура ферментов.

В настоящее время число различных известных реакций, катализируемых ферментами, составляет более 2 тыс. и число их непрерывно возрастает. Для того, чтобы ориентироваться в этом множестве биохимических превращений, нужна некоторая систематика. Она создана Международным союзом по биохимии (InternationalUnionofBiochemistry, IUB) и рекомендована к повсеместному использованию. Согласно этой классификации все ферменты подразделяют на 6 классов в зависимости от типа катализируемых превращений:

1.Оксидоредуктазы . К этому классу ферментов относятся практически все ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.

2.Трансферазы . К этому классу относятся ферменты, катализирующие различные превращения, представляющие собой перенос радикала от молекулы-донора к молекуле-акцептору и не являющиеся процессом гидролиза. В общем виде эти превращения можно записать так:

XY + ZX + YZ (X, ZH₂ O или OH^- )

3. Гидролазы – ферменты, катализирующие разнообразные реакции гидролиза. Подклассы в этом классе выделяют в соответствии с типом гидролизуемых связей.

4. Лиазы . Ферменты этого класса катализируют в одном направлении гидролитическое расщепление субстрата с образованием кратной связи или, реже, цикла, а в другом направлении – присоединение по кратной связи.

5. Изомеразы – это ферменты, катализирующие различные процессы изомеризации.

6.Лигазы (синтетазы) . Этот класс составляют ферменты, катализирующие реакции конденсации или присоединения, сопряженные с гидролизом одной из пирофосфатных связей в молекуле АТФ или ГТФ.

2.1.3. Химическая природа и строение ферментов.

Все ферменты – белки, имеющие, как и другие белки, первичную, вторичную, третичную и часто четвертичную структуру.

Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками. Молекулы ферментов, представляющие собой простые белки, целиком построены из полипептидных цепей и при гидролизе распадаются только на аминокислоты. Примером ферментов такого рода являются гидролитические ферменты пепсин, трипсин, уреаза, лизоцим и др. Большинство природных ферментов относится к сложным белкам, содержащих в составе своей молекулы помимо полипептидных цепей небелковый компонент. Как белковая часть такого сложного фермента (апофермента), так и небелковый компонент его молекулы (кофермент) в отдельности лишены ферментативной активности. Только соединившись вместе и образовав так называемый холофермент (полный фермент), они приобретают свойства, характерные для биокатализаторов. В роли коферментов могут выступать различные соединения. Так, ряд коферментов является производными витаминов. По химическому строению многие коферменты представляют собой нуклеотиды, некоторые – органические производные фосфорной кислоты или пептиды и их производные (например, фолиевая кислота, глутатион, КоА). Таким образом, между ферментами, нуклеотидами и витаминами существует определенная функциональная связь.

2.1.4. Механизм действия ферментов и их специфичность.

Для объяснения механизма действия ферментов было предложено много теорий. Все они исходят из экспериментально установленного факта, что биокатализаторы, так же как и неорганические катализаторы, не могут сделать возможным протекание процессов или реакций, которые с точки зрения термодинамики невозможны. Все теории катализа допускают, что катализаторы тем или иным путем снижают энергию активации катализируемой реакции и таким образом резко увеличивают скорость химического превращения. Катализаторы лишь сокращают время, необходимое для достижения химической реакцией состояния подвижного

равновесия. Состояние подвижного равновесия обратимой химической реакции в присутствии катализатора становится стационарным. Следовательно, при наличии катализатора в равной мере возрастает скорость как прямой, так и обратной реакции.

Начало современным представлениям о механизме действия ферментов было положено работой Михаэлиса и Ментен, опубликованной в 1913 г. В этой работе впервые высказывалась идея о том, что основой действия ферментов является образование фермент-субстратного комплекса, который затем распадается с образованием продуктов ферментативной реакции и освобождением фермента в исходном состоянии.

В процессе образования и превращениях фермент-субстратных комплексов принято различать несколько стадий:

1. Присоединение молекулы субстрата к ферменту.

2. Последовательное превращение первичного фермент-субстратного комплекса в один или несколько активированных комплексов.