Hvorfor fremskynder enzymer kjemiske reaksjoner? Struktur og egenskaper til enzymer

a) reduksjon i aktiveringsenergi;

b) øke aktiveringsenergien;

c) å øke reaksjonstemperaturen;

d) senke reaksjonstemperaturen.

18. Endringer i konformasjonen av enzymet under alkalose er forårsaket av:

19. Denaturering av et enzym fører til dets inaktivering på grunn av:

a) ødeleggelse av det aktive senteret;

b) ødeleggelse av kofaktoren;

c) ødeleggelse av det allosteriske senteret;

d) ødeleggelse av underlaget.

20. Med relativ spesifisitet virker enzymer på:

a) ett substrat;

b) en gruppe beslektede substrater;

c) til en viss type forbindelse;

d) på alle underlag.

21. I følge Fishers teori:

a) substratet må absolutt samsvare med konformasjonen til det aktive senteret;

b) substratet tilsvarer kanskje ikke konformasjonen til det aktive senteret til enzymet;

c) kofaktoren må absolutt samsvare med konformasjonen til det aktive senteret;

d) kofaktoren samsvarer kanskje ikke med konformasjonen til det aktive stedet.

22. I følge Koshlands teori:

a) det aktive senteret til enzymet dannes til slutt ved binding til substratet;

b) det aktive senteret har den nødvendige konformasjonen før interaksjon med substratet;

c) det aktive senteret til enzymet dannes til slutt ved binding til koenzymet;

d) formen på det aktive senteret er ikke avhengig av strukturen til kofaktoren og substratet.

23. Behandling med peptidaser brukes til å rense purulente sår, siden de:

a) bryte ned proteinene til ødelagte celler og derved rense såret;

b) bryte ned glykolipidene til ødelagte celler og derved rense såret;

c) bryte ned nukleinsyrer og derved rense såret;

d) bryte ned karbohydrater av ødelagte celler og derved rense såret.

24. Tilsetning av trypsin til enzymer:

a) vil ikke endre sin aktivitet;

b) vil føre til tap av deres aktivitet;

c) vil føre til en økning i deres aktivitet;

d) vil føre til ødeleggelse av kofaktoren.

25. Direkte bevis på enzymets proteinnatur er:

a) reduksjon i aktiveringsenergi;

b) akselerasjon av reaksjoner fremover og bakover;

c) akselerasjon av å nå likevektsposisjonen til en reversibel reaksjon;

d) opphør av den katalytiske effekten når et stoff som ødelegger peptidbindinger tilsettes løsningen.

26. For å bevare den søte smaken, legges nyplukkede kornaks i kokende vann i noen minutter for å:

a) de ble myke;

b) denaturerer enzymer som omdanner glukose til stivelse;

c) det var lett å frigjøre kornene;

d) ødelegge peptidbindinger.

27. En endring i konformasjonen av enzymet under acidose er forårsaket av:

a) ødeleggelse av hydrogen- og ionbindinger;

b) ødeleggelse av disulfidbindinger;

c) ødeleggelse av peptidbindinger;

d) ødeleggelse av hydrofobe bindinger.

28. Med absolutt spesifisitet virker enzymer på:

a) ett substrat;

b) til en viss type forbindelse i underlaget;

c) til en bestemt type tilkobling i produktet;

d) på alle underlag.

29. Enzymdenaturering er forårsaket av:

a) underlag;

b) salter av tungmetaller;

c) produkter;

d) kofaktorer.

30. Enzymdenaturering er forårsaket av:

a) underlag;

b) produkter;

c) trikloreddiksyre;

d) kofaktorer.

31. Enzymdenaturering er forårsaket av:

a) underlag;

b) høye temperaturer;

c) produkter;

d) kofaktorer.

32. Apoenzym er:

a) kompleks av protein og kofaktor;

b) proteindelen av enzymet;

c) metallioner;

d) vitaminer.

33. Fellesegenskapen til et enzym og en uorganisk katalysator er:

a) justerbarhet;

b) ikke forbrukes under reaksjonen;

c) opererer under milde forhold;

d) høy spesifisitet.

34. Fellesegenskapen til et enzym og en uorganisk katalysator er:

a) justerbarhet;

b) reduksjon i aktiveringsenergi;

c) molekylvekt;

d) høy spesifisitet.

35. Konkurransehemmer:

a) lignende struktur som underlaget;

b) strukturen er ikke lik substratet;

c) lignende i strukturen til produktet;

d) lignende struktur som en kofaktor.

36. Allosteriske hemmere:

a) handle reversibelt;

b) handle irreversibelt;

d) konkurrere med underlaget.

37. Allosteriske hemmere:

a) handle irreversibelt;

b) feste til det allosteriske senteret;

c) feste til det aktive senteret;

d) konkurrere med en kofaktor.

38. Begrenset proteolyse er:

a) binding av et oligo- eller polypeptid til et enzym;

b) spaltning av et oligo- eller polypeptid fra enzymet;

c) binding av et oligo- eller polypeptid til det allosteriske sentrum av enzymet;

d) spaltning av et oligo- eller polypeptid fra det allosteriske sentrum av enzymet.

Enzymer - biologiske katalysatorer, uten hvis deltakelse ikke en eneste livsprosess er fullført. Boni er preget av evnen til å: reagere med et bestemt stoff - substrat; akselerere biokjemiske reaksjoner som vanligvis går veldig sakte; handle ved svært lave konsentrasjoner av substratet, mens det ikke krever energitilførsel fra utsiden; funksjon av bomull avhengig av temperaturen og pH i miljøet.

Biologisk katalyse feiret ekstremt< высокой эффективностью и способностью ферментов четкие < выделять вещество, с которой они взаимодействуют.

Enzymmolekylet inneholder en gruppe spesielt aktive aminosyrer som danner det aktive sentrum av enzymet (129), som raskt kan samhandle kun med det tilsvarende stoffet - substratet (130). I dette tilfellet er substratet spesifikt for et bestemt enzym og er egnet, både i dets struktur og fysiske og kjemiske egenskaper, til det aktive senteret "som en nøkkel til en lås", og derfor reaksjonen av substratet med det aktive senteret er øyeblikkelig. Som et resultat av reaksjonen vises et enzym - et substratkompleks, som deretter lett brytes ned og danner nye produkter. Stoffene som dannes skilles umiddelbart fra enzymet, som gjenoppretter strukturen og blir i stand til å utføre den samme reaksjonen igjen. Etter et sekund reagerer enzymet med millioner av substratmolekyler uten å bli ødelagt.

Takket være enzymet biokjemiske reaksjoner er mulig med en svært liten konsentrasjon av stoffet i cellen, noe som er ekstremt viktig, spesielt i tilfeller hvor kroppen blir kvitt skadelige stoffer. Enzymet katalase, som du allerede kjenner til, ødelegger på ett sekund samme antall hydrogenperoksidmolekyler som det ville tatt 300 år under normale forhold.

Hvert enzym katalyserer bare en spesifikk reaksjon. Det skal bemerkes at det ikke bestemmer muligheten for selve reaksjonen, men bare akselererer den millioner av ganger, noe som gjør hastigheten "kosmisk". Ytterligere transformasjon av stoffet som dannes som et resultat av en enzymatisk reaksjon utføres av et andre enzym, deretter et tredje osv. Cellene til dyr og planter inneholder tusenvis av forskjellige enzymer, så de akselererer ikke bare tusenvis av kjemiske reaksjoner, men også kontrollere fremgangen deres.

Hastigheten på enzymvirkningen avhenger av temperaturen (effektiv - ca. +40 ° C) og visse pH-verdier til løsningen som er spesifikk for det aktuelle enzymet. De fleste enzymer har en pH-verdi mellom 6,6 og 8,0, selv om det finnes unntak. (Husk ved hvilke pH-verdier enkelte enzymer fungerer best.)

En økning i temperaturen til +50 ° C fører til ødeleggelse av det aktive senteret av enzymet, og det mister for alltid evnen til å utføre sine funksjoner. Dette skyldes det faktum at en irreversibel forstyrrelse av den tertiære strukturen til proteinet oppstår, og etter avkjøling gjenoppretter ikke enzymmolekylet strukturen. Dette forklarer hvorfor selv kort eksponering for høye temperaturer dreper levende vesener. Det finnes imidlertid organismer hvis enzymer har tilpasset seg høye temperaturer. For eksempel, i Afrika, i varme kilder med en vanntemperatur på omtrent +60 ° C, lever og reproduserer en representant for klassen av krepsdyr Thermosbaena fantastisk, og noen bakterier lever til og med i reservoarer der vanntemperaturen er mer enn 70 ° C .

Ødeleggelsen av enzymstrukturen kan være forårsaket av giftstoffer som kommer inn i kroppen selv i svært små mengder. Disse stoffene, kalt inhibitorer (fra latin Inhibio - I restrain), kombineres irreversibelt med enzymets aktive senter og blokkerer dermed aktiviteten.

En av de kraftigste giftene, som kjent, er cyanid (salter av blåsyre HCN), som blokkerer arbeidet til respirasjonsenzymet cytokromoksidase. Derfor forårsaker selv en liten mengde av dette stoffet, en gang i kroppen, død fra kvelning. Hemmere er tungmetallioner (Hg2+, Pb2+), samt arsenforbindelser, som danner forbindelser med aminosyrer inkludert i det aktive senteret av enzymet.

Enzymer (fra lat. Fermentum - gjæring) eller enzymer (fra gresk Ep - inne, sume - surdeig) - proteinforbindelser som er biologiske katalysatorer. Vitenskapen om enzymer kalles enzymologi. Enzymmolekyler er proteiner eller ribonukleinsyre (RNA). RNA-enzymer kalles ribozymer og regnes som den opprinnelige formen for enzymer som ble erstattet av proteinenzymer under evolusjonen.

Strukturell og funksjonell organisering. Enzymmolekyler er større i størrelse enn substratmolekyler og har en kompleks romlig konfigurasjon, hovedsakelig en kulestruktur.

På grunn av den store størrelsen på enzymmolekyler oppstår et sterkt elektrisk felt, der: a) enzymer får en asymmetrisk form, svekker bindinger og forårsaker en endring i deres struktur; b) orientering av substratmolekyler blir mulig. Den funksjonelle organiseringen av enzymer er knyttet til senteret - dette er en spesiell liten del av proteinmolekylet som kan binde substratet og dermed sikre enzymets katalytiske aktivitet. Det aktive senteret til enkle enzymer er en kombinasjon av visse aminosyrer i kjeden for å danne en slags "lomme" der katalytiske transformasjoner av substratet skjer. I komplekse enzymer er antall aktive sentre lik antall underenheter, og disse er kofaktorer med tilstøtende proteinfunksjonelle grupper. I tillegg til det aktive senteret har noen enzymer et allosterisk senter som regulerer funksjonen til det aktive senteret.

Egenskaper . Det er visse felles og karakteristiske trekk mellom enzymer og uorganiske katalysatorer. Det de har til felles er at de: a) kan katalysere bare termodynamisk mulige reaksjoner og akselerere bare de reaksjonene som kan skje uten dem, men med en lavere hastighet; b) ikke brukes under reaksjonen og er ikke en del av sluttproduktene; b) ikke forskyv den kjemiske likevekten, men bare akselerere dens begynnelse. Enzymer har også noen spesifikke egenskaper som uorganiske katalysatorer ikke har.

Enzymer blir ikke ødelagt i reaksjoner, så en svært liten mengde av dem forårsaker transformasjon av en stor mengde substrat (for eksempel kan 1 molekyl katalase bryte ned mer enn 5 millioner molekyler H2O2 på 1 minutt). Sonene akselererer hastigheten på kjemiske reaksjoner under normale forhold, men forbrukes ikke selv. Alt dette sammen bestemmer egenskapene til enzymer som f.eks høy biologisk aktivitet. Den optimale virkningen av de fleste enzymer skjer ved en temperatur på 37-40 ° C. Med økende temperatur reduseres aktiviteten til enzymer og stopper deretter helt, og utover + 80 ° C blir de ødelagt. Ved lave temperaturer (under 0 ° C) stopper enzymer sin virkning, men blir ikke ødelagt. Så enzymer er karakterisert termisk følsomhet.

Enzymer viser sin aktivitet ved en viss konsentrasjon av H-ioner, derfor snakker de om pH-avhengighet. Den optimale virkningen av de fleste enzymer observeres i et miljø nært nøytralt.

En eiendom som spesifisitet eller selektivitet manifesterer seg i det faktum at hvert enzym virker på et spesifikt substrat, og katalyserer bare én "sin" reaksjon. Selektiviteten til enzymvirkning bestemmes av proteinkomponenten.

Enzymer er katalysatorer med kontrollert aktivitet som kan endres betydelig av visse kjemiske forbindelser som øker eller reduserer hastigheten på reaksjonen som katalyseres. Metallkationer og anioner fungerer som aktivatorer

syrer, organisk materiale, og inhibitorer er kationer av tungmetaller osv. Denne egenskapen ble kalt kontrollerbarhet av handling (allosterisitet). Enzymer dannes bare når et substrat dukker opp som induserer dets syntese ( induserbarhet), og "slå av" virkningen av enzymer utføres vanligvis av et overskudd av assimileringsprodukter ( repressivitet). Enzymatiske reaksjoner er reversible, noe som skyldes enzymers evne til å katalysere forover- og reversreaksjoner. For eksempel kan lipase under visse forhold bryte ned fett til glyserol og fettsyrer, samt katalysere dets syntese fra nedbrytningsprodukter ( gjentakelse av handling).

Virkningsmekanismen. For å forstå virkningsmekanismen til enzymer på forekomsten av kjemiske reaksjoner, er det viktig aktivt senterteori, lås og nøkkelhypotese Og indusert tilpasningshypotese. I følge aktivt senterteori, i molekylet til hvert enzym er det en eller flere regioner der biokatalyse skjer på grunn av nær kontakt mellom enzymet og substratet. Nøkkellås-hypotese(1890, E. Fischer) forklarer spesifisiteten til enzymer ved å matche formen på enzymet (lås) og substratet (nøkkel). Enzymet kombineres med substratet for å danne et midlertidig enzym-substratkompleks. Indusert korrespondansehypotese(1958, D. Koshland). er basert på påstanden om at enzymer er fleksible molekyler, på grunn av hvilke konfigurasjonen av det aktive senteret i dem gjennomgår endringer i nærvær av et substrat, det vil si at enzymet orienterer sine funksjonelle grupper for å sikre den største katalytiske aktiviteten. Substratmolekylet, når det er festet til enzymet, endrer også konfigurasjonen for å øke reaktiviteten.

Mangfold . I moderne enzymologi er over 3000 enzymer kjent. Enzymer er generelt klassifisert iht kjemisk oppbygning og etter hvilken type reaksjoner de påvirker. Klassifiseringen av enzymer etter kjemisk sammensetning inkluderer enkle og komplekse enzymer. Enkle enzymer (en-komponent) - inneholder kun proteindelen. De fleste enzymer i denne gruppen kan krystallisere. Eksempler på enkle enzymer er ribonuklease, hydrolaser (amylase, lipase, protease), urease, etc. Komplekse enzymer (to-komponent) - består av apoenzym Og kofaktor. Proteinkomponenten som bestemmer spesifisiteten til komplekse enzymer og syntetiseres, som regel, av kroppen og er følsom for temperatur, er et apoenzym. En ikke-proteinkomponent som bestemmer aktiviteten til komplekse enzymer og som regel kommer inn i kroppen i form av forløpere eller i ferdig form, og forblir stabil under ugunstige forhold, er en kofaktor. Kofaktorer kan enten være uorganiske molekyler (for eksempel metallioner) eller organiske molekyler (for eksempel flavin). Organiske kofaktorer som er permanent assosiert med enzymet kalles protesegrupper. Organiske kofaktorer som kan skilles fra enzymet kalles koenzymer. komplekse enzymer er oksidoreduktaser (for eksempel katalase), ligaser (for eksempel DNA-polymerase, tRNA-syntetaser), lyaser, etc.

Enzymatiske reaksjoner er delt inn i anabole (syntesereaksjoner) og katabolske (nedbrytningsreaksjoner), og helheten av alle disse prosessene i et levende system kalles metabolisme. Innenfor disse gruppene av prosesser skilles typer enzymatiske reaksjoner ut, i henhold til hvilke enzymer er delt inn i 6 klasser: oksidoreduktaser, transferaser, hydrolaser, lyaser, isomeraser Og ligaser

1. Oksidoreduktaser katalysere redoksreaksjoner (overføring av elektroner og H-atomer fra ett substrat til et annet).

2. Overføringer akselerere overføringsreaksjoner (overføring av kjemiske grupper fra ett substrat til et annet).

3. Hydrolaser er enzymer av hydrolysereaksjoner (spalting av substrater med deltagelse av vann).

4. Lyaser katalysere reaksjoner av ikke-hydrolytisk dekomponering (spalting av substrater uten deltakelse av vann med dannelse av en dobbeltbinding og uten bruk av ATP-energi).

5. Isomeraser påvirke hastigheten på isomeriseringsreaksjoner (intramolekylær bevegelse av ulike grupper).

6. Ligaser katalysere syntesereaksjoner (kombinasjonen av molekyler som bruker energien til ATP og dannelsen av nye bindinger).

Et enzym er vanligvis navngitt etter hvilken type reaksjon det katalyserer ved å legge til suffikset -aza til navnet på substratet (for eksempel er laktase et enzym involvert i omdannelsen av laktose).

Betydninger. Enzymer gir kjemiske transformasjoner av stoffer på grunn av reduksjonen aktiveringsenergi, det vil si at for å redusere energinivået som kreves for å gi reaktivitet til et molekyl (for eksempel for å bryte bindingen mellom nitrogen og karbon under laboratorieforhold, kreves det ca. 210 kJ, mens det i et biosystem bare brukes 42-50 kJ på dette). Enzymer som finnes i alle levende celler bidrar til omdannelsen av noen stoffer (substrater) til andre (produkter). Enzymer fungerer som katalysatorer i nesten alle biokjemiske reaksjoner som forekommer i levende organismer - de katalyserer rundt 4000 kjemisk adskilte bioreaksjoner.Enzymer spiller en viktig rolle i alle livsprosesser, og styrer eller regulerer kroppens metabolisme. Enzymer er mye brukt i landbruket.

Noen eksempler på bruk av enzymer i menneskelige aktiviteter

Nukleinsyrer er forbindelser som forbinder fortiden med fremtiden.

Kapittel IV. ENZYMER

§ elleve. Generelle synspunkter om enzymer

Enzymer, eller enzymer,– Dette er biologiske katalysatorer som akselererer kjemiske reaksjoner. Det totale antallet kjente enzymer er flere tusen. Nesten alle kjemiske reaksjoner som forekommer i levende organismer utføres med deres deltakelse. Enzymer fremskynder kjemiske reaksjoner med 10 8 – 10 20 ganger. De spiller en avgjørende rolle i de viktigste biologiske prosessene: i metabolisme, i muskelsammentrekning, i nøytralisering av fremmede stoffer som har kommet inn i kroppen, i signaloverføring, i transport av stoffer, blodpropp og mange andre. Enzymer er helt nødvendige for en celle; uten dem kunne ikke cellen, og derfor livet, eksisteret.

Ordet enzym kommer fra det latinske fermentum - surdeig; enzym oversatt fra gresk betyr "i gjæren". Den første informasjonen om enzymer ble innhentet på 1800-tallet, men først på begynnelsen av 1900-tallet ble teorier om virkningen av enzymer formulert, og først i 1926 oppnådde James Sumner først et renset enzym i krystallinsk form - urease. Urease katalyserer hydrolytisk spaltning av urea:

Sumner oppdaget at ureasekrystaller var sammensatt av protein. På 30-tallet forrige århundre skaffet John Norton og hans kolleger fordøyelsesenzymene trypsin og pepsin i krystallinsk form, og slo også fast at de, i likhet med urease, er proteiner i naturen. Som et resultat av disse studiene ble det dannet et synspunkt om proteinnaturen til enzymer, som senere ble bekreftet mange ganger. Det var først mye senere at noen RNA ble oppdaget for å utføre katalyse; Disse RNA kalles ribozymer, eller RNA-enzymer. Ribozymer utgjør en liten del av alle enzymer, så vi skal videre snakke om enzymer og proteiner.

Interessant å vite! Ribonuklease P, et enzym som spalter RNA, består av to RNA-komponenter og et polypeptid. Ved en høy konsentrasjon av magnesiumioner blir tilstedeværelsen av en proteinkomponent unødvendig. RNA alene kan katalysere reaksjonen.

Likheter og forskjeller mellom enzymer og ikke-proteinkatalysatorer

Enzymer har en rekke egenskaper til felles med kjemiske ikke-proteinkatalysatorer:

a) ikke konsumeres under katalyseprosessen og ikke gjennomgår irreversible endringer;

b) akselerere både forover- og bakoverreaksjoner uten å forskyve den kjemiske likevekten;

c) katalysere bare de reaksjonene som kan oppstå uten dem;

d) øke hastigheten på en kjemisk reaksjon ved å redusere aktiveringsenergier(Fig. 26) .

En kjemisk reaksjon oppstår fordi en viss brøkdel av molekylene til utgangsstoffene har mer energi enn andre molekyler, og denne energien er tilstrekkelig for å oppnå overgangstilstanden. Enzymer, som kjemiske katalysatorer, reduserer aktiveringsenergien ved å samhandle med de opprinnelige molekylene; derfor øker antallet molekyler som er i stand til å nå overgangstilstanden, som et resultat av at hastigheten på den enzymatiske reaksjonen også øker.

Fig.26. Effekt av enzym på aktiveringsenergi

Enzymer, til tross for visse likheter med ikke-proteinkjemiske katalysatorer, skiller seg fra dem i en rekke parametere:

a) enzymer har en høyere virkningsgrad, for eksempel enzymet katalase, som katalyserer reaksjonen: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2, akselererer den med omtrent 10 12 ganger, mens effektiviteten til platina som katalysator for denne reaksjonen er omtrent en million ganger lavere;

b) enzymer har en høyere spesifisitet sammenlignet med ikke-proteinkatalysatorer; de akselererer et smalere utvalg av kjemiske reaksjoner, for eksempel katalyserer det allerede nevnte ureaseenzymet bare én reaksjon - hydrolyse av urea; proteaser kan bare bryte ned proteiner, men gjør ikke virke på karbohydrater, lipider, nukleinsyrer, syrer og andre stoffer. På den annen side er platina i stand til å katalysere forskjellige reaksjoner (hydrogenering, dehydrogenering, oksidasjon); det katalyserer både reaksjonen med å produsere ammoniakk fra nitrogen og hydrogen, og hydrogeneringen av umettede fettsyrer (denne reaksjonen brukes til å produsere margarin);

c) enzymer virker effektivt under milde forhold: ved en temperatur på 0 – 40 o C, ved atmosfærisk trykk, ved pH-verdier nær nøytral; under mer alvorlige forhold denaturerer enzymer og viser ikke sine katalytiske egenskaper. Effektiv kjemisk katalyse krever ofte strenge betingelser – høytrykk, varme og tilstedeværelsen av syrer eller alkalier. For eksempel utføres syntesen av ammoniakk i nærvær av katalysatorer ved 500 – 550 o C og et trykk på 15 – 100 MPa;

d) aktiviteten til enzymer, sammenlignet med kjemiske katalysatorer, kan finreguleres av ulike faktorer. Det er mange stoffer i cellen som både øker og reduserer hastigheten på enzymatiske reaksjoner.

Enzym struktur

Den relative molekylvekten til enzymer kan variere fra 10 4 til 10 6 eller mer. Enzymer er vanligvis kuleformede proteiner. Noen enzymer er enkle proteiner og består kun av aminosyrerester (ribonuklease, pepsin, trypsin); aktiviteten til andre avhenger av tilstedeværelsen i deres sammensetning av ytterligere kjemiske komponenter, den såkalte kofaktorer. Metallioner Fe 2+, Mn 2+, Mg 2+, Zn 2+ eller komplekse organiske stoffer, også kalt koenzymer. Mange koenzymer inneholder vitaminer. Som et eksempel i fig. Figur 27 viser strukturen til koenzym A (CoA).

Ris. 27. Koenzym A

Hvis et koenzym er tett bundet til et enzym, representerer det i dette tilfellet en protesegruppe av et komplekst protein. Kofaktorer kan utføre følgende funksjoner:

a) deltakelse i katalyse;

b) å bevirke interaksjonen mellom substratet og enzymet;

c) stabilisering av enzymet.

Det katalytisk aktive enzym-kofaktorkomplekset kalles holoenzym. Separasjon av kofaktoren fra holoenzymet resulterer i dannelsen av inaktive apoenzym:

Holoenzym apoenzym + kofaktor.

Enzymmolekylet inneholder aktivt senter. Det aktive stedet er området av enzymmolekylet der substratet binder seg og omdannes til et reaksjonsprodukt. Størrelsene på enzymer overstiger som regel størrelsen på substratene betydelig. Det aktive senteret opptar kun en liten del av enzymmolekylet (fig. 28).

Ris. 28. Relative størrelser på enzym- og substratmolekyler

Det aktive senteret er dannet av aminosyrerester i polypeptidkjeden. I tokomponentenzymer kan det aktive senteret også inkludere en ikke-proteinkomponent. Enzymmolekylet inneholder aminosyrerester som ikke er involvert i katalyse og interaksjon med substratet. Imidlertid er de veldig betydningsfulle, siden de danner en viss romlig struktur av enzymet. Oftest inneholder det aktive senteret polare (serin, treonin, cystein) og ladede (lysin, histidin, glutaminsyre og asparaginsyre) aminosyrerester. Aminosyrerestene som danner det aktive senteret i polypeptidkjeden befinner seg på en betydelig avstand og bringes nærmere hverandre under dannelsen av tertiærstrukturen (fig. 29).

Ris. 29. Aktivt senter

For eksempel inkluderer det aktive senteret av chymotrypsin (et fordøyelsesenzym som bryter ned proteiner) histidinrester - 57, asparaginsyre - 102, serin - 195 (tall indikerer serienumre i polypeptidkjeden). Til tross for avstanden fra hverandre av disse aminosyrerestene i polypeptidkjeden, er de lokalisert i nærheten i rommet og danner det aktive senteret til enzymet.

Interessant å vite! Når man immuniserer dyr med et stoff som er en analog av overgangstilstanden til et hvilket som helst substrat, kan man oppnå antistoffer som kan katalysere transformasjonen av substratet; slike antistoffer kalles katalytisk x eller abzimov . Ved å bruke denne tilnærmingen er det mulig å oppnå katalysatorer for nesten enhver reaksjon på en målrettet måte.

Noen enzymer syntetiseres i en inaktiv form i form av såkalte proenzymer, som deretter aktiveres under påvirkning av visse faktorer. For eksempel dannes fordøyelsesenzymene chymotrypsin og trypsin som et resultat av aktiveringen av chymotrypsinogen og trypsinogen.

Nomenklatur og klassifisering av enzymer

Enzymnavn dannes ofte ved å legge til et suffiks til navnet på underlaget det virker på. For eksempel kommer navnet på enzymet urease fra engelsk ord urea - urea, proteaser (enzymer som bryter ned proteiner) - fra ordet protein. Mange enzymer har triviell navn som ikke er relatert til navnene på deres substrater, for eksempel pepsin og trypsin. Det er også systematiske navn på enzymer, inkludert navnene på substrater og som gjenspeiler arten av den katalyserte reaksjonen.

Interessant å vite! Et enzym som katalyserer en reaksjon

ATP+D-glukoseADP+D-glukose - 6 - fosfat,

kalles systematisk ATP: heksose 6-fosfotransferase.

I henhold til den katalyserte reaksjonen er alle enzymer delt inn i 6 klasser.

1. Oksidoreduktaser. Katalysere redoksreaksjoner

2. Overføringer. Katalyser intermolekylære gruppeoverføringsreaksjoner:

AB + C = AC + B.

3. Hydrolaser. Hydrolysereaksjoner er katalysert:

AB + H 2 O = AON + VN.

4. Lyaser. De katalyserer addisjonsreaksjoner av grupper ved dobbeltbindinger og omvendte reaksjoner.

5. Isomeraser. Katalysere isomeriseringsreaksjoner (intramolekylær gruppeoverføring).

6. Ligaser. De katalyserer kombinasjonen av to molekyler kombinert med hydrolyse av ATP.

I sin tur er hver klasse delt inn i underklasser, og underklasser i underunderklasser. Enzymer som danner underunderklasser tildeles et serienummer. Som et resultat har hvert enzym sitt eget firesifrede nummer.

Enzymer (enzymer) er spesifikke svært effektive proteinkatalysatorer for kjemiske reaksjoner. De fleste cellulære reaksjoner utføres med deltakelse av enzymer. Metabolisme i celler ville være umulig uten en kraftig akselerasjon av kjemiske reaksjoner, uten koordinering i tid og rom av mange biokjemiske prosesser, dvs. uten deltakelse av enzymer. En celle kan inneholde opptil 1000 forskjellige enzymer. For tiden er funksjonene til mer enn 2000 enzymer kjent, hvorav aminosyresekvensen og romstrukturen har blitt bestemt for flere hundre.

Som andre kjemiske katalysatorer, enzymer:

øke reaksjonshastigheten, men forbrukes ikke i prosessen og gjennomgår ikke irreversible endringer;

ikke forskyv likevekten til en kjemisk reaksjon, akselerer både forover og bakover reaksjoner likt;

øke reaksjonshastigheten ved å senke aktiveringsenergien, dvs. energibarrieren som må overvinnes for å utføre reaksjonen.

Enzymer skiller seg fra kjemiske katalysatorer i følgende egenskaper:

1) høy virkningsgrad - enzymatisk katalyse akselererer forekomsten av kjemiske reaksjoner med 10 6 −10 14 ganger;

2) høy virkningsspesifisitet - evnen til å binde seg til et spesifikt substrat og katalysere en reaksjon av en viss type;

3) "milde" forhold for enzymatiske reaksjoner - normalt atmosfærisk trykk, temperatur 30 - 40°C, pH ~ 7, vandig miljø;

4) evnen til å regulere aktiviteten deres, noe som gjør det mulig for celler å tydelig koordinere implementeringen av en rekke forgrenede metabolske reaksjoner, noe som sikrer det høyeste og mest økonomiske nivået av metabolisme, samt rask tilpasning til skiftende miljøforhold.

Klassifisering av enzymer. Fordi enzymer er preget av virkningsspesifisitet, klassifiseres de etter hvilken type reaksjon de katalyserer. I henhold til den for tiden aksepterte klassifiseringen er enzymer gruppert i 6 klasser.

1. Oksidoreduktaser (redoksreaksjoner):

EN gjenopprette + I oksid → EN oksid + I restaurere

2. Transferaser (reaksjoner ved overføring av funksjonelle grupper mellom substrater):

EN−X + I → EN + I−X

3. Hydrolaser (hydrolysereaksjoner, akseptoren til den overførte gruppen er et vannmolekyl):

EN−I+ H20 → EN−H+ I−ÅH

4. Lyaser (reaksjoner av eliminering av grupper fra et substrat på en ikke-hydrolytisk måte med dannelse av en dobbeltbinding eller tilsetning av grupper ved dobbeltbindinger):

EN(X N)− I → EN−X + I−N

5. Isomeraser (isomeriseringsreaksjoner):

EN↔ ISO- EN

6. Ligaser eller syntetaser (syntesereaksjoner på grunn av energien til spaltning av nukleosidtrifosfater, ofte ATP):

EN + I + Asia-Stillehavet → EN−I + ADP + R Jeg

Nummeret til den tilsvarende enzymklassen er fast i sin kodenummerering (siffer). Enzymkoden består av 4 tall atskilt med prikker, som indikerer enzymklassen, underklassen, underklassen og serienummeret i underunderklassen.

Systematiske navn på enzymer dannet ved å legge til et suffiks -aza til navnet på substratet som enzymet virker på (i tilfelle av en bimolekylær reaksjon, til navnene på to substrater atskilt med et delingstegn), eller til navnet på typen reaksjon som katalyseres. For eksempel arginase (katalyserer hydrolysen av arginin), alkoholdehydrogenase (katalyserer oksidasjonen av etanol). Etter navnet på enzymet er navnet på organet eller organismen som enzymet ble isolert fra, angitt i parentes. For eksempel alkoholdehydrogenase (gjær) eller alkoholdehydrogenase (rottelever).

I noen tilfeller trivielle navn på enzymer med slutten -i som ikke bærer kjemisk informasjon, for eksempel pepsin og trypsin (proteolytiske enzymer), katalase (ødelegger hydrogenperoksid), etc.

Systematiske navn på enzymer brukes når nøyaktig identifikasjon av enzymet er nødvendig. Mange systematiske navn er svært tungvinte, og det er mer praktisk å bruke trivielle navn. For eksempel er heksokinase (trivielt navn) ATP: D-heksose-6-fosfotransferase.

Funksjoner av strukturen til enzymer. Enzymmolekyler er preget av molekylmasser fra 10 til 1000 kDa og høyere, men de fleste enzymer er representert av globulære proteiner med en molekylmasse på flere hundre tusen Da, bygget av underenheter - protomerer. Enzymer fungerer vanligvis som en del av multienzymsystemer som katalyserer visse sekvenser av reaksjoner (reaksjonsproduktet oppnådd med deltakelse av ett enzym er et substrat for det andre enzymet, etc.). Pakkingen av underenheter i et multimert (bestående av flere underenheter) protein utføres gjennom interaksjoner av samme type som under dannelsen av proteinets kvaternære struktur. Blant multimerenzymer dominerer dimerer og tetramerer, heksa- og oktamerer er mindre vanlige, og trimerer og pentamerer er svært sjeldne. For eksempel er gjærfettsyresyntetase, som katalyserer syntesen av fettsyrer fra forløpere med lav molekylvekt, et system av syv forskjellige enzymer, hvis molekyler er kombinert til et tett bundet kompleks.

Multimere enzymproteiner kan inneholde protomerer av flere typer som katalyserer den samme reaksjonen, men er forskjellige i primærstruktur, molekylvekt, substratspesifisitet, etc. Noen av dets fysiske og kjemiske egenskaper avhenger av forholdet mellom protomerer av forskjellige typer i multimeren. Disse forskjellige formene for et multimert enzym kalles isoenzymer(isozymer).

Isoenzymer er produkter av uttrykket av ulike gener. En rekke enzymer eksisterer i form av flere isoenzymer, og de kan forekomme i samme organisme og til og med inne i samme celle. En av hovedmekanismene for isoenzymdannelse involverer kombinasjonen av forskjellige underenheter i forskjellige kombinasjoner for å danne det aktive oligomere enzymet. For eksempel består laktatdehydrogenase, som katalyserer den reversible reaksjonen av melkesyreoksidasjon i muskler, av fire underenheter (tetramer) av to typer (H og M) og er representert av fem isoenzymer - HNNH, HHNM, HHMM, HMMMM, MMMM. De skiller seg fra hverandre i aktivitet, molekylvekt, elektroforetisk mobilitet, lokalisering i organer og vev og følsomhet for regulatoriske stoffer. Eksistensen av isoenzymer gjør at kroppen kan endre forholdet og dermed regulere metabolsk aktivitet.

Å studere strukturen til enzymmolekyler har avslørt en rekke mønstre i deres organisasjon. Polypeptidkjeden som danner proteinkulen er foldet på en ganske kompleks måte. Noen deler av denne kjeden er α-helikser eller β-strukturer, andre har uregelmessige, men veldefinerte konformasjoner. Disse strukturene, tett ved siden av hverandre og vekslende, er pakket inn i blokker som har funksjonell aktivitet. På overflaten av en proteinkule er det hovedsakelig polare grupper og ladede atomer, og noen ganger dannes det ioniske bindinger mellom motsatt ladede grupper. De indre områdene av proteinkulen er et ikke-polart miljø; den hydrofobe kjernen er dannet av ikke-polare grupper, som hovedsakelig er en del av de alifatiske og aromatiske sidekjedene av alanin, valin, leucin, isoleucin, metionin, fenylalanin og tryptofan. Polare radikaler av aminosyrer som har funksjonell betydning kan også orienteres inne i kulen og assosieres med hverandre.

Den viktigste delen av enzymet er aktivt senter, vanligvis formet som en spalte eller fordypning i enzymkulen og representerer en kompleks tredimensjonal struktur. Noen enzymer har ett, andre to eller flere aktive steder. De aktive stedene til enzymer dannes på tertiært strukturnivå. Det aktive stedet binder substratet og omdanner det til et produkt. Det aktive senteret er nesten alltid bygget av et lite antall aminosyrerester, som som regel er betydelig fjernt fra hverandre i polypeptidkjeden. Når den folder seg, kommer de funksjonelle gruppene til disse aminosyrerestene nærmere og danner et aktivt senter.

Det er to regioner i det aktive senteret - bindende og katalytisk. Aminosyrerester dannes koblingsseksjon, er ansvarlige for den spesifikke komplementære bindingen av substratet og dannelsen av enzym-substratkomplekset, og sikrer retensjon av substratet i det aktive senteret. Det er "arkitekturen" til bindingsstedet til det aktive senteret av enzymet som bestemmer dets komplementaritet til strukturen til underlaget. Dannelsen av et enzym-substratkompleks skjer uten dannelse av kovalente bindinger, på grunn av svakere krefter - hydrogen og elektrostatiske bindinger, hydrofobe og van der Waals-interaksjoner.

I katalytisk sted Enzymet inkluderer aminosyrerester direkte involvert i katalyse. De kalles katalytiske grupper, og de er oftest representert av funksjonelle grupper av serin, histidin, tryptofan, arginin, cystein, asparaginsyre og glutaminsyre og tyrosinrester. Den endelige dannelsen av det katalytiske stedet i mange enzymer kan skje i øyeblikket av binding av substratet (prinsippet om indusert korrespondanse mellom substratet og enzymet).

Det aktive senteret kan ikke avgrenses av strengt definerte grenser, siden hver av dens komponenter, på en eller annen måte, samhandler med andre deler av enzymmolekylet. Påvirkningen av mikromiljøet kan være ganske betydelig:

komponenter i det aktive senteret, inkludert kofaktorer, samhandler med nabogrupper av enzymet, noe som endrer de kjemiske egenskapene til de funksjonelle gruppene som er involvert i katalyse;

i cellen danner enzymer strukturelle komplekser både med hverandre og med seksjoner av cellulære og intracellulære membraner, med cytoskjelettelementer og/eller andre molekyler, noe som påvirker reaktiviteten til funksjonelle grupper i enzymets aktive senter.

Strukturen til det aktive senteret bestemmer regio- og stereospesifisiteten til enzymvirkning.

Noen enzymer viser seg multifunksjonalitet– evne til å katalysere flere typer reaksjoner. Dette fenomenet forklares av det faktum at under dannelsen av den tertiære strukturen danner polypeptidkjedene til slike enzymer flere funksjonelt og sterisk isolerte kuleområder - domener, som hver er preget av sin egen katalytiske aktivitet.

Enzymspesifisitet. En av de fantastiske egenskapene til enzymer er deres høye spesifisitet. Det skilles mellom substrat- og reaksjonsspesifisitet. De fleste enzymer er svært spesifikke både for naturen og veien for substratkonvertering.

Substratspesifisitet er evnen til et enzym til å katalysere transformasjonen av et spesifikt substrat eller flere substrater med en lignende kjemisk struktur. Denne spesifisiteten varierer betydelig mellom forskjellige enzymer: noen enzymer kan katalysere en reaksjon som involverer bare ett substrat (absolutt spesifisitet), andre samhandler med flere kjemisk beslektede stoffer (gruppespesifisitet). For eksempel hydrolyserer formamidase bare formamid, og amidase hydrolyserer ethvert alifatisk amid. I dette tilfellet snakker vi henholdsvis om smal og bred substratspesifisitet til enzymer.

Substratspesifisitet skyldes komplementariteten til strukturen til bindingsstedet til enzymet til strukturen til underlaget. En geometrisk (form) og kjemisk korrespondanse (dannelse av hydrofobe, ioniske og hydrogenbindinger) etableres mellom aminosyrerestene til det aktive senteret av enzymet og substratet. Binding av substratet i det aktive stedet for enzymet skjer multipoint, med deltakelse av flere funksjonelle grupper.

Reaksjonsspesifisitet karakteriserer enzymers evne til å katalysere reaksjoner av en bestemt type (for eksempel redoks). Hvis et substrat kan eksistere i flere isomere former, blir de samme kjemiske transformasjonene av disse isomerene katalysert av forskjellige enzymer (for eksempel oksidaser L-aminosyrer og oksidaser D-aminosyrer). Unntaket er isomeraser, som katalyserer interkonvertering av isomerer.

Regelmessigheter av enzymatisk katalyse. En enzymatisk reaksjon er en flertrinnsprosess. På 1. trinn etableres en indusert komplementær korrespondanse mellom enzymet E og substrat S. Som et resultat, enzym-substrat kompleks ES, hvor den kjemiske transformasjonen av substratet til produkt(er) videre skjer. ES-kompleks gjennom overgangstilstand ES * omdannes til enzym-produkt(er) kompleks EP, hvoretter produktet/produktene fra transformasjonen separeres fra enzymet:

E + S ⇄ ES ⇄ ES * ⇄ EP ⇄ E + R

Når et substrat binder seg til et enzym, endres konformasjonen av enzymet og substratmolekylene, sistnevnte fikseres i det aktive senteret i en spent konfigurasjon. Slik dannes det aktiverte komplekset, eller overgangsfase,– en høyenergimellomstruktur som er energimessig mindre stabil enn moderforbindelsene og produktene. Det viktigste bidraget til den totale katalytiske effekten er laget av prosessen med stabilisering av overgangstilstanden - interaksjonen mellom aminosyrerester av proteinet og substratet. Forskjellen i fri energiverdier for de første reagensene og overgangstilstanden tilsvarer fri aktiveringsenergi G# . Dette er mengden energi som kreves for å omdanne alle substratmolekyler til en aktivert tilstand.

Reaksjonshastigheten avhenger av verdien av  G#: jo mindre den er, desto raskere er reaksjonshastigheten, og omvendt. I hovedsak,  G# representerer energibarrieren som må overvinnes for at en reaksjon skal oppstå. Toppen av energibarrieren tilsvarer overgangstilstanden. Stabilisering av overgangstilstanden senker denne barrieren eller aktiveringsenergien, dvs. enzymer øker reaksjonshastigheten ved å senke aktiveringsbarrieren og øke energien til substratet når det binder seg til enzymet, uten å påvirke den totale frie energiendringen.

Det er flere årsaker til den høye katalytiske aktiviteten til enzymer, som reduserer energibarrieren for reaksjonen:

1) enzymet kan binde molekyler av reagerende substrater på en slik måte at deres reaktive grupper vil være lokalisert nær hverandre og til de katalytiske gruppene til enzymet ( konvergenseffekt);

2) med dannelsen av et enzym-substratkompleks oppnås fiksering av substratet og dets optimale orientering for brudd og dannelse av kjemiske bindinger ( orienteringseffekt);

3) binding av substratet fører til fjerning av dets hydreringsskall (finnes for stoffer oppløst i vann);

4) effekten av indusert korrespondanse mellom substrat og enzym;

5) stabilisering av overgangstilstanden;

6) visse grupper i enzymet (koenzym) molekylet kan gi syre-base katalyse (overføring av protoner i substratet) og nukleofil katalyse (dannelse av kovalente bindinger mellom enzymet og substratet, noe som fører til dannelse av mer reaktive strukturer enn underlaget). Sistnevnte er karakteristisk for enzymer som katalyserer nukleofile substitusjonsreaksjoner.

Enzymkofaktorer. Aktiviteten til en rekke enzymer avhenger kun av strukturen til selve proteinet. Imidlertid krever enzymer i mange tilfeller (~40%) spesielle mediatorer - kofaktorer - for å utføre katalyse. Kofaktorer- Dette er lavmolekylære forbindelser av ikke-proteinnatur (metallioner, komplekse organiske forbindelser, hovedsakelig vitaminderivater) som fungerer i mellomstadier av en enzymatisk reaksjon (eller reaksjonssyklus), men som ikke konsumeres under katalyse. I de fleste tilfeller regenereres kofaktorer uendret etter fullføring av den katalytiske handlingen.

Separasjon av kofaktoren fra proteinet, vanligvis assosiert med det av ikke-kovalente bindinger, fører til dannelsen av et inaktivt apoenzym. Det katalytisk aktive apoenzym-kofaktorkomplekset kalles holoenzym.

Kofaktorer av ulik kjemisk natur er delt inn i to hovedgrupper - koenzymer og protesegrupper.

Koenzymer løst (ikke-kovalent) bundet til proteinet og separert fra det under katalyse (for eksempel NAD +, CoA). Gjenoppretting av deres opprinnelige struktur (regenerering) etter deltagelse i katalyse kan katalyseres av et annet enzym.

Protesegrupper er tett (ofte kovalent) bundet til apoenzymet og skilles ikke fra det under katalyse (for eksempel hem i hemoproteiner, metallatomer i metalloproteiner).

Hver kofaktor har en spesifikk struktur, som gjør den spesifikk for en bestemt type reaksjon. For å delta i reaksjonen må kofaktorer være assosiert med enzymer. I dette tilfellet sikrer den komplementære, presise plasseringen av kofaktoren i det aktive senteret av enzymet mange ikke-kovalente kontakter med enzymet.

Hovedmekanismene for hvilke kofaktorer deltar i katalyse er som følger:

fungere som bærere mellom enzymer. Ved å samhandle med ett enzym aksepterer transportøren en del av substratet, migrerer til et annet enzym og overfører den overførte delen til substratet til det andre enzymet, hvoretter det frigjøres. Denne mekanismen er typisk for de fleste koenzymer;

fungere som en "intraenzymbærer", som er typisk for protesegrupper. Protesegruppen fester en del av substratmolekylet og overfører det til et andre substrat bundet til det aktive stedet til det samme enzymet. I dette tilfellet anses protesegruppen som en del av enzymets katalytiske sete;

endre konformasjonen til enzymmolekylet, interagere med det utenfor det aktive senteret, noe som kan indusere overgangen til det aktive senteret til en katalytisk aktiv konfigurasjon;

stabilisere konformasjonen av enzymet, fremme en katalytisk aktiv tilstand;

utføre funksjonen til en matrise. For eksempel trenger nukleinsyrepolymeraser et "program" - en matrise som et nytt molekyl er bygget på;

spiller rollen som mellomforbindelser. Noen ganger kan et enzym bruke et kofaktormolekyl i en reaksjon, og danne et produkt fra det, men samtidig danne et nytt kofaktormolekyl på bekostning av substratet.

Vanligvis spiller kofaktorer rollen som mellombærere av elektroner, visse atomer eller funksjonelle grupper, som overføres fra en forbindelse til en annen som et resultat av en enzymatisk reaksjon. De vanligste kofaktorene som overfører reduserende ekvivalenter er fosfat-, acyl- og karboksylgrupper. La oss begrense oss til å vurdere strukturen og funksjonsmekanismen til bærere av reduserende ekvivalenter.

Under redusere ekvivalenter innebærer vanligvis H-atomer, elektroner eller hydridioner. Siden overføringen deres skjer under redoksreaksjoner, kalles de tilsvarende transportørene redokskofaktorer:

E 1 E 2

EN H2+ R ⇄ EN + R H2; R H2+ I ⇄ R + I H 2

Total reaksjon: EN H2+ I ⇄ EN + I H 2

Hvor EN, I- oksiderte underlag; R– bærer; EN H 2, I H 2 - reduserte underlag; E 1 ,E 2 – enzymer (dehydrogenaser).

Disse inkluderer nikotinamid- og flavintransportører, cytokromer, kinoner, liposyre og askorbinsyre, glutation. De vanligste er nikotinamid (NAD + og NADP +) og flavin (FAD og FMN) koenzymer.

Nikotinamidtransportører av reduserende ekvivalenter. De er nikotinamidadenindinukleotid (NAD + eller NAD +) og ni(NADP + eller NADP +), som er presentert i fig. 12. De oksiderte formene av disse koenzymene er vanligvis betegnet NAD + og NADP +, og understreker tilstedeværelsen av overflødig positiv ladning på nitrogenatomet i pyridinringen.

Ris. 12. Oksidert form av nikotinamidadenindinukleotid (NAD+) og ni(NADP+)

Den funksjonelle gruppen av nikotinamidreduserende ekvivalente transportører er pyridinring , som er en del av nikotinamid - vitamin B 5 (PP). Under enzymatisk oksidasjon av substratet med deltakelse av NAD + (NADP +), reduseres nikotinamid under tilsetning av et hydridion. I dette tilfellet er dehydrogenering av substratet i de fleste tilfeller ledsaget av eliminering av to hydrogenatomer, hvorunder H+-protonet overføres gjennom løsningen (fig. 13).

Ris. 13. Nikotinamidreduksjon

Et eksempel på funksjonen til nikotinamidreduserende ekvivalente transportører er oksidasjonen av etanol til acetaldehyd katalysert av alkoholdehydrogenase. Dette enzymet abstraherer to hydrogenatomer fra etanolmolekylet, og hydrogenet festet til karbonet i alkoholgruppen overføres til NAD +, og hydrogenet festet til oksygenet i OH-gruppen frigjøres i mediet i form av H + :

To pyridinkoenzymer er involvert i forskjellige redoksreaksjoner ved forskjellige redokspotensialer: NAD + virker oftere som et oksidasjonsmiddel i katabolittveier, og NADP + reduseres til NADPH H + og fungerer som et reduksjonsmiddel i biosyntetiske prosesser.

Flavin-transportører av reduserende ekvivalenter. Disse inkluderer flavin adenin dinukleotid (FAD) og flavin mononukleotid (FMN), som er vist i fig. 14.

Ris. 14. Struktur av flavinreduserende ekvivalenter

Flavinkoenzymer er sterkere oksidasjonsmidler enn nikotinamidkoenzymer, og reduserte former for nikotinamidkoenzymer er sterkere reduksjonsmidler enn reduserte flaviner.

Den reaktive delen av FAD og FMN er isoalloksazin-systemet, som inneholder dobbeltkonjugerte bindinger. Strukturen til dette systemet endres under restaurering. Dehydrogenering med deltakelse av flavinkofaktorer er ledsaget av abstraksjon av to hydrogenatomer fra substratet, men i motsetning til nikotinamidkoenzymer som aksepterer hydridionet, aksepterer flavinkofaktorer begge hydrogenatomene (fig. 15). Derfor er de reduserte formene for FAD og FMN betegnet som FADH 2 og FMNN 2.

Ris. 15. Funksjon av flavinkoenzymer

ENZYMAKTIVITET OG FAKTORER SOM PÅVIRKER DET. PRINSIPPER FOR ENZYMKINETIKK

Under enzymaktivitet forstå mengden av det som katalyserer transformasjonen av en viss mengde substrat per tidsenhet. For å uttrykke aktiviteten til enzympreparater brukes to alternative enheter: internasjonal (IE) og "katal" (kat). Den internasjonale enheten for enzymaktivitet antas å være mengden som katalyserer omdannelsen av 1 µmol substrat til et produkt på 1 minutt under standardbetingelser (vanligvis optimalt). 1 katal angir mengden enzym som katalyserer omdannelsen av 1 mol substrat på 1 s. 1 katt = 6∙10 7 IE. I en bimolekylær reaksjon EN + I = MED + D En enhet av enzymaktivitet regnes for å være mengden enzym som katalyserer omdannelsen av ett mikromol EN eller I eller to mikromol EN(Hvis I = EN) på 1 min.

Ofte er enzympreparater preget av spesifikk aktivitet, som gjenspeiler graden av rensing av enzymet. Spesifikk aktivitet er antall enheter enzymaktivitet per 1 mg protein.

Molekylær aktivitet(enzymomsetningsnummer) - antall substratmolekyler som omdannes av ett enzymmolekyl på 1 minutt når enzymet er fullstendig mettet med substratet. Det er lik antall enzymaktivitetsenheter delt på mengden enzym uttrykt i µmol. Konseptet med molekylær aktivitet gjelder bare for rene enzymer.

Når antall aktive sentre i et enzymmolekyl er kjent, introduseres konseptet aktiviteten til det katalytiske senteret. Det er preget av antall substratmolekyler som gjennomgår transformasjon på 1 minutt per aktivt senter.

Aktiviteten til enzymer er svært avhengig av ytre forhold, blant hvilke temperatur og pH i miljøet er av største betydning. En økning i temperatur i området 0 - 50°C fører vanligvis til en jevn økning i enzymaktivitet, som er assosiert med akselerasjonen av dannelsen av enzym-substratkomplekset og alle påfølgende katalytiske hendelser. For hver 10°C økning i temperatur dobles reaksjonshastigheten omtrent (van't Hoffs regel). En ytterligere temperaturøkning (>50°C) er imidlertid ledsaget av en økning i mengden inaktivert enzym på grunn av denaturering av proteindelen, som uttrykkes i en reduksjon i aktivitet. Hvert enzym er karakterisert temperaturoptimal– temperaturverdien der dens største aktivitet er registrert.

Avhengigheten av enzymaktivitet på pH-verdien til mediet er kompleks. Hvert enzym er preget av et optimalt pH-miljø der det viser maksimal aktivitet. Når du beveger deg bort fra denne verdien i en eller annen retning, avtar den enzymatiske aktiviteten. Dette forklares av en endring i tilstanden til det aktive senteret av enzymet (en reduksjon eller økning i ionisering av funksjonelle grupper), samt den tertiære strukturen til hele proteinmolekylet, som avhenger av forholdet mellom kationisk og anionisk sentre i den. De fleste enzymer har et pH-optimum i det nøytrale området. Imidlertid er det enzymer som viser maksimal aktivitet ved pH 1,5 (pepsin) eller 9,5 (arginase). Når du arbeider med enzymer, er det nødvendig å opprettholde pH ved hjelp av en passende bufferløsning. Avhengigheten av enzymatisk aktivitet på pH bestemmes av pK-verdiene til de ioniserte gruppene i proteinmolekylet.

Enzymaktivitet er utsatt for betydelige svingninger avhengig av eksponering inhibitorer(stoffer som helt eller delvis reduserer aktiviteten) og aktivatorer(stoffer som øker aktiviteten). Deres rolle spilles av metallkationer, noen anioner, bærere av fosfatgrupper, reduserende ekvivalenter, spesifikke proteiner, mellom- og sluttprodukter av metabolisme.

Prinsipper for enzymkinetikk . Essensen av kinetiske studier er å bestemme den maksimale hastigheten for en enzymatisk reaksjon V max og Michaelis konstanter K m. Enzymkinetikk studerer hastigheten for kvantitative transformasjoner av noen stoffer til andre under påvirkning av enzymer. Hastigheten til en enzymatisk reaksjon måles ved tap av substrat eller økning av det resulterende produktet per tidsenhet, eller ved en endring i konsentrasjonen av en av de tilstøtende former for koenzym.

Effekten av enzymkonsentrasjon på reaksjonshastigheten uttrykkes som følger: hvis substratkonsentrasjonen er konstant (forutsatt at det er et overskudd av substrat), så er reaksjonshastigheten proporsjonal med enzymkonsentrasjonen. For kinetiske studier brukes en enzymkonsentrasjon på 10 - 8 M aktive steder.

Den optimale verdien av enzymkonsentrasjonen bestemmes fra grafen over enzymaktivitetens avhengighet av konsentrasjonen (fig. 16).

Den optimale verdien anses å ligge på platået til den resulterende grafen i området av enzymaktivitetsverdier som er litt avhengig av konsentrasjonen.