De ce enzimele accelerează reacțiile chimice? Structura și proprietățile enzimelor

a) scăderea energiei de activare;

b) creşterea energiei de activare;

c) creşterea temperaturii de reacţie;

d) scăderea temperaturii de reacţie.

18. Modificările conformației enzimei în timpul alcalozei sunt cauzate de:

19. Denaturarea unei enzime duce la inactivarea acesteia din cauza:

a) distrugerea centrului activ;

b) distrugerea cofactorului;

c) distrugerea centrului alosteric;

d) distrugerea substratului.

20. Cu specificitate relativă, enzimele acționează asupra:

a) un substrat;

b) un grup de substraturi înrudite;

c) la un anumit tip de conexiune;

d) pe orice substrat.

21. Conform teoriei lui Fisher:

a) substratul trebuie să corespundă în mod absolut conformaţiei centrului activ;

b) substratul poate să nu corespundă conformării centrului activ al enzimei;

c) cofactorul trebuie să corespundă absolut conformaţiei centrului activ;

d) cofactorul poate să nu corespundă conformaţiei situsului activ.

22. Conform teoriei lui Koshland:

a) centrul activ al enzimei se formează în final la legarea de substrat;

b) centrul activ are conformaţia necesară înainte de interacţiunea cu substratul;

c) centrul activ al enzimei se formează în final la legarea de coenzimă;

d) forma centrului activ nu depinde de structura cofactorului și substratului.

23. Tratamentul cu peptidaze este utilizat pentru curățarea rănilor purulente, deoarece acestea:

a) descompune proteinele celulelor distruse și, prin urmare, curăță rana;

b) descompune glicolipidele celulelor distruse și, prin urmare, curăță rana;

c) descompun acizii nucleici și prin aceasta curățați rana;

d) descompune carbohidrații din celulele distruse și, prin urmare, curăță rana.

24. Adăugarea tripsinei la enzime:

a) nu își vor modifica activitatea;

b) vor duce la pierderea activității lor;

c) vor duce la o creștere a activității acestora;

d) va duce la distrugerea cofactorului.

25. Dovada directă a naturii proteice a enzimei este:

a) scăderea energiei de activare;

b) accelerarea reacțiilor înainte și inversă;

c) accelerarea atingerii poziţiei de echilibru a unei reacţii reversibile;

d) încetarea efectului catalitic atunci când în soluție se adaugă o substanță care distruge legăturile peptidice.

26. Pentru a păstra gustul dulce, spicele de porumb proaspăt culese se pun câteva minute în apă clocotită pentru a:

a) au devenit moi;

b) denaturarea enzimelor care transformă glucoza în amidon;

c) a fost ușor să elibereze boabele;

d) distrug legăturile peptidice.

27. O modificare a conformației enzimei în timpul acidozei este cauzată de:

a) distrugerea legăturilor de hidrogen și ionice;

b) distrugerea legăturilor disulfurice;

c) distrugerea legăturilor peptidice;

d) distrugerea legăturilor hidrofobe.

28. Cu specificitate absolută, enzimele acționează asupra:

a) un substrat;

b) la un anumit tip de conexiune în substrat;

c) la un anumit tip de conexiune în produs;

d) pe orice substrat.

29. Denaturarea enzimatică este cauzată de:

a) substraturi;

b) săruri ale metalelor grele;

c) produse;

d) cofactori.

30. Denaturarea enzimatică este cauzată de:

a) substraturi;

b) produse;

c) acid tricloracetic;

d) cofactori.

31. Denaturarea enzimatică este cauzată de:

a) substraturi;

b) temperaturi ridicate;

c) produse;

d) cofactori.

32. Apoenzima este:

a) complex de proteine ​​și cofactor;

b) partea proteică a enzimei;

c) ionii metalici;

d) vitamine.

33. Proprietatea comună a unei enzime și a unui catalizator anorganic este:

a) reglabilitate;

b) nu se consumă în timpul reacţiei;

c) funcţionează în condiţii blânde;

d) specificitate ridicată.

34. Proprietatea comună a unei enzime și a unui catalizator anorganic este:

a) reglabilitate;

b) scăderea energiei de activare;

c) greutate moleculară;

d) specificitate ridicată.

35. Inhibitor competitiv:

a) similară ca structură cu substratul;

b) structura sa nu este similară cu substratul;

c) similară ca structură cu produsul;

d) similar ca structură cu un cofactor.

36. Inhibitori alosterici:

a) actioneaza reversibil;

b) acționează ireversibil;

d) concurează cu substratul.

37. Inhibitori alosterici:

a) acționează ireversibil;

b) se atașează la centrul alosteric;

c) se atașează la centrul activ;

d) concurează cu un cofactor.

38. Proteoliza limitată este:

a) atașarea unei oligo- sau polipeptide la o enzimă;

b) scindarea unei oligo- sau polipeptide din enzimă;

c) atașarea unei oligo- sau polipeptide la centrul alosteric al enzimei;

d) scindarea unei oligo- sau polipeptide din centrul alosteric al enzimei.

Enzime - catalizatori biologici, fără a cărui participare nici un proces de viață nu este complet. Boni se caracterizează prin capacitatea de a: reacționa cu o anumită substanță - substrat; accelerarea reacțiilor biochimice care de obicei decurg foarte lent; acționează la concentrații foarte scăzute ale substratului, fără a necesita aport de energie din exterior; functionarea vatei in functie de temperatura si pH-ul mediului.

Cataliza biologică sărbătorit extrem de< высокой эффективностью и способностью ферментов четкие < выделять вещество, с которой они взаимодействуют.

Molecula de enzimă conține un grup de aminoacizi deosebit de activi care formează centrul activ al enzimei (129), care pot interacționa rapid numai cu substanța corespunzătoare - substratul (130). În acest caz, substratul este specific pentru o anumită enzimă și este potrivit, atât în ​​structura sa, cât și în proprietățile fizice și chimice, centrului activ „ca o cheie a unei încuietori” și, prin urmare, reacției substratului cu centrul activ. este instantanee. Ca rezultat al reacției, apare o enzimă - un complex de substrat, care apoi se descompune ușor, formând noi produse. Substanțele formate sunt imediat separate de enzimă, care îi restabilește structura și devine capabilă să efectueze din nou aceeași reacție. După o secundă, enzima reacționează cu milioane de molecule de substrat fără a fi distrusă.

Datorită enzimei reactii biochimice sunt posibile cu o concentrație foarte mică a substanței în celulă, ceea ce este extrem de important, mai ales în cazurile în care organismul scapă de Substanțe dăunătoare. Enzima catalaza, deja cunoscută de dumneavoastră, distruge într-o secundă același număr de molecule de peroxid de hidrogen pe care ar fi nevoie în condiții normale de 300 de ani.

Fiecare enzimă catalizează doar o reacție specifică. Trebuie remarcat faptul că nu determină posibilitatea reacției în sine, ci doar o accelerează de milioane de ori, făcându-i viteza „cosmică”. Transformarea ulterioară a substanței formate ca urmare a unei reacții enzimatice este efectuată de o a doua enzimă, apoi de o a treia, etc. Celulele animalelor și plantelor conțin mii de enzime diferite, astfel încât nu numai că accelerează mii de reacții chimice, dar controlează, de asemenea, progresul lor.

Viteza de acțiune a enzimei depinde de temperatură (eficientă - aproximativ +40 ° C) și de anumite valori ale pH-ului soluției specifice enzimei particulare. Majoritatea enzimelor au o valoare a pH-ului cuprinsă între 6,6 și 8,0, deși există și excepții. (Amintiți-vă la ce valori ale pH-ului anumite enzime funcționează cel mai bine.)

O creștere a temperaturii la +50 ° C duce la distrugerea centrului activ al enzimei și își pierde pentru totdeauna capacitatea de a-și îndeplini funcțiile. Acest lucru se datorează faptului că are loc o perturbare ireversibilă a structurii terțiare a proteinei, iar după răcire molecula de enzimă nu își restabilește structura. Acest lucru explică de ce chiar și expunerea scurtă la temperaturi ridicate ucide ființele vii. Cu toate acestea, există organisme ale căror enzime s-au adaptat la temperaturi ridicate. De exemplu, în Africa, în izvoarele termale cu o temperatură a apei de aproximativ +60 ° C, un reprezentant al clasei de crustacee Thermosbaena trăiește și se reproduce uimitor, iar unele bacterii trăiesc chiar în rezervoare unde temperatura apei este mai mare de 70 ° C. .

Distrugerea structurii enzimatice poate fi cauzată de otrăvurile care pătrund în organism chiar și în cantități foarte mici. Aceste substanțe, numite inhibitori (din latinescul Inhibio - I restrain), se combină ireversibil cu centrul activ al enzimei și blochează astfel activitatea acesteia.

Una dintre cele mai puternice otravuri, după cum se știe, este cianura (sărurile acidului cianhidric HCN), care blochează activitatea enzimei respiratorii citocrom oxidazei. Prin urmare, chiar și o cantitate mică din această substanță, o dată în organism, provoacă moartea prin sufocare. Inhibitorii sunt ionii de metale grele (Hg2 +, Pb2 +), precum și compușii de arsenic, care formează compuși cu aminoacizi incluși în centrul activ al enzimei.

Enzime (din lat. Fermentum - fermentație) , sau enzime (din greaca Ep - înăuntru, sume - drojdie) - compuși proteici care sunt catalizatori biologici.Știința enzimelor se numește enzimologie. Moleculele enzimatice sunt proteine ​​sau acid ribonucleic (ARN). enzimele ARN se numesc ribozimeși sunt considerate forma originală de enzime care au fost înlocuite cu enzime proteice în timpul evoluției.

Organizare structurală și funcțională. Moleculele enzimatice au dimensiuni mai mari decât moleculele substratului și au o configurație spațială complexă, în principal o structură globulară.

Datorită mărimii mari a moleculelor de enzime, apare un câmp electric puternic, în care: a) enzimele capătă o formă asimetrică, slăbește legăturile și provoacă modificarea structurii lor; b) orientarea moleculelor substratului devine posibilă. Organizarea funcțională a enzimelor este asociată cu centrul - aceasta este o mică secțiune specială a moleculei proteice care poate lega substratul și poate asigura astfel activitatea catalitică a enzimei. Centrul activ al enzimelor simple este o combinație a anumitor aminoacizi din lanț pentru a forma un fel de „buzunare” în care au loc transformări catalitice ale substratului. În enzimele complexe, numărul de centri activi este egal cu numărul de subunități, iar acestea sunt cofactori cu grupe funcționale proteice adiacente. Pe lângă centrul activ, unele enzime au un centru alosteric care reglează funcționarea centrului activ.

Proprietăți . Există anumite caracteristici comune și distinctive între enzime și catalizatorii anorganici. Ceea ce au în comun este că: a) pot cataliza numai reacții posibile termodinamic și accelerează doar acele reacții care pot avea loc fără ele, dar cu o viteză mai mică; b) nu sunt utilizate în timpul reacției și nu fac parte din produsele finite; b) nu schimbă echilibrul chimic, ci doar accelerează debutul acestuia. Enzimele au, de asemenea, unele proprietăți specifice pe care catalizatorii anorganici nu le au.

Enzimele nu sunt distruse în reacții, așa că o cantitate foarte mică dintre ele determină transformarea unei cantități mari de substrat (de exemplu, 1 moleculă de catalază poate descompune mai mult de 5 milioane de molecule de H2O2 într-un minut). Zonele accelerează viteza reacțiilor chimice în condiții normale, dar nu sunt consumate singure. Toate acestea împreună determină proprietățile enzimelor precum activitate biologică ridicată. Acțiunea optimă a majorității enzimelor are loc la o temperatură de 37-40 ° C. Odată cu creșterea temperaturii, activitatea enzimelor scade și ulterior se oprește complet, iar dincolo de + 80 ° C sunt distruse. La temperaturi scăzute (sub 0 ° C), enzimele își opresc acțiunea, dar nu sunt distruse. Deci, enzimele sunt caracterizate sensibilitatea termică.

Enzimele își manifestă activitatea la o anumită concentrație de ioni de H, de aceea vorbesc despre dependență de pH. Acțiunea optimă a majorității enzimelor se observă într-un mediu apropiat de neutru.

O proprietate ca specificitatea sau selectivitatea se manifestă prin faptul că fiecare enzimă acționează asupra unui anumit substrat, catalizând doar o singură reacție „sa”. Selectivitatea acțiunii enzimelor este determinată de componenta proteică.

Enzimele sunt catalizatori cu activitate controlată care pot fi modificați semnificativ de anumiți compuși chimici care măresc sau scad viteza reacției catalizate. Cationii și anionii metalici acționează ca activatori

acizi, materie organică, iar inhibitorii sunt cationi ai metalelor grele etc. Această proprietate a fost numită controlabilitatea acțiunii (alostericitate). Enzimele se formează numai atunci când apare un substrat care îi induce sinteza ( inductibilitate), iar „oprirea” acțiunii enzimelor se realizează de obicei printr-un exces de produse de asimilare ( represivitatea). Reacțiile enzimatice sunt reversibile, ceea ce se datorează capacității enzimelor de a cataliza reacții directe și inverse. De exemplu, lipaza poate, în anumite condiții, să descompună grăsimea în glicerol și acizi grași, precum și să catalizeze sinteza acesteia din produsele de descompunere ( recurența acțiunii).

Mecanism de acțiune. Pentru a înțelege mecanismul de acțiune al enzimelor asupra apariției reacțiilor chimice, este important teoria centrului activ, ipoteza lacătului și cheiiȘi ipoteza potrivirii induse. Conform teoria centrului activ,în molecula fiecărei enzime există una sau mai multe regiuni în care biocataliza are loc datorită contactului strâns dintre enzimă și substrat. Ipoteza blocării tastelor(1890, E. Fischer) explică specificitatea enzimelor prin potrivirea formei enzimei (lacăt) și a substratului (cheie). Enzima se combină cu substratul pentru a forma un complex temporar enzimă-substrat. Ipoteza corespondenței induse(1958, D. Koshland). se bazează pe afirmația că enzimele sunt molecule flexibile, datorită cărora configurația centrului activ din ele suferă modificări în prezența unui substrat, adică enzima își orientează grupele funcționale astfel încât să asigure cea mai mare activitate catalitică. Molecula de substrat, atunci când este atașată de enzimă, își schimbă și configurația pentru a crește reactivitatea.

Diversitate . În enzimologia modernă sunt cunoscute peste 3000 de enzime. Enzimele sunt în general clasificate în funcție de compoziție chimicăşi după tipul de reacţii pe care le influenţează. Clasificarea enzimelor după compoziția chimică include enzime simple și complexe. Enzime simple (monocomponent) - conțin doar partea proteică. Majoritatea enzimelor din acest grup pot cristaliza. Exemple de enzime simple sunt ribonucleaza, hidrolazele (amilaza, lipaza, proteaza), ureaza etc. Enzime complexe (bicomponent) - consta din apoenzimaȘi cofactor. Componenta proteică care determină specificitatea enzimelor complexe și este sintetizată, de regulă, de organism și este sensibilă la temperatură este o apoenzimă. O componentă neproteică care determină activitatea enzimelor complexe și, de regulă, pătrunde în organism sub formă de precursori sau în formă terminată, și rămâne stabil în condiții nefavorabile, este un cofactor. Cofactorii pot fi fie molecule anorganice (de exemplu, ioni metalici), fie molecule organice (de exemplu, flavină). Cofactorii organici care sunt asociati permanent cu enzima se numesc grupuri protetice. Cofactorii organici care pot fi separați de enzimă se numesc coenzime. enzimele complexe sunt oxidoreductaze (de exemplu, catalaza), ligaze (de exemplu, ADN polimeraza, tARN sintetaze), liazele etc.

Reacțiile enzimatice sunt împărțite în anabolice (reacții de sinteză) și catabolice (reacții de descompunere), iar totalitatea tuturor acestor procese dintr-un sistem viu se numește metabolism. În cadrul acestor grupuri de procese, se disting tipuri de reacții enzimatice, conform cărora enzimele sunt împărțite în 6 clase: oxidoreductaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomerazeȘi ligaze

1. Oxidorreductaze catalizează reacțiile redox (transferul de electroni și atomi de H de la un substrat la altul).

2. Transferaze accelerarea reacțiilor de transfer (transferul grupelor chimice de la un substrat la altul).

3. Hidrolazele sunt enzime ale reacțiilor de hidroliză (diviziunea substraturilor cu participarea apei).

4. Lyases catalizează reacțiile de descompunere nehidrolitică (clivarea substraturilor fără participarea apei cu formarea unei duble legături și fără utilizarea energiei ATP).

5. Izomeraze afectează viteza reacțiilor de izomerizare (mișcarea intramoleculară a diferitelor grupe).

6. Ligaze catalizează reacțiile de sinteză (combinația de molecule folosind energia ATP și formarea de noi legături).

O enzimă este denumită de obicei după tipul de reacție pe care o catalizează prin adăugarea sufixului -aza la numele substratului (de exemplu, lactaza este o enzimă implicată în conversia lactozei).

Înțelesuri. Enzimele asigură transformări chimice ale substanțelor datorită reducerii energie activatoare, adică în reducerea nivelului de energie necesar pentru a oferi reactivitate unei molecule (de exemplu, pentru a rupe legătura dintre azot și carbon în condiții de laborator, sunt necesari aproximativ 210 kJ, în timp ce într-un biosistem sunt cheltuiți doar 42-50 kJ pentru acest). Enzimele prezente in toate celulele vii contribuie la conversia unor substante (substraturi) in altele (produse). Enzimele acționează ca catalizatori în aproape toate reacțiile biochimice care au loc în organismele vii - ele catalizează aproximativ 4000 de bioreacții separate chimic.Enzimele joacă un rol vital în toate procesele vieții, direcționând sau reglând metabolismul organismului. Enzimele sunt utilizate pe scară largă în agricultură.

Câteva exemple de utilizare a enzimelor în activitățile umane

Acizii nucleici sunt compuși care leagă trecutul cu viitorul.

Capitolul IV. ENZIME

§ unsprezece. Vederi generale despre enzime

enzime, sau enzime,- Aceștia sunt catalizatori biologici care accelerează reacțiile chimice. Numărul total de enzime cunoscute este de câteva mii. Aproape toate reacțiile chimice care apar în organismele vii sunt efectuate cu participarea lor. Enzimele accelerează reacțiile chimice de 10 8 – 10 20 de ori. Ele joaca un rol decisiv in cele mai importante procese biologice: in metabolism, in contractia musculara, in neutralizarea substantelor straine care au patruns in organism, in transmiterea semnalului, in transportul de substante, coagularea sangelui si multe altele. Enzimele sunt absolut necesare unei celule; fără ele, celula și, prin urmare, viața, nu ar putea exista.

Cuvântul enzimă provine din latinescul fermentum - drojdie; enzimă tradusă din greacă înseamnă „în drojdie”. Primele informații despre enzime au fost obținute în secolul al XIX-lea, dar abia la începutul secolului al XX-lea s-au formulat teorii privind acțiunea enzimelor și abia în 1926 James Sumner a obținut pentru prima dată o enzimă purificată în formă cristalină - ureaza.Ureaza catalizează scindarea hidrolitică a ureei:

Sumner a descoperit că cristalele de urază erau compuse din proteine. În anii 30 secolul trecut, John Norton și colegii săi au obținut enzimele digestive tripsina și pepsina sub formă cristalină și, de asemenea, au stabilit că, la fel ca ureaza, sunt proteine ​​în natură. În urma acestor studii, s-a format un punct de vedere despre natura proteică a enzimelor, care a fost ulterior confirmat de mai multe ori. Abia mult mai târziu s-au descoperit că unele ARN-uri efectuează cataliză; Aceste ARN-uri sunt numite ribozime, sau enzime ARN. Ribozimele constituie o mică parte din toate enzimele, așa că vom vorbi în continuare despre enzime și proteine.

Interesant de știut! Ribonucleaza P, o enzimă care scindează ARN-ul, constă din două componente ARN și o polipeptidă. La o concentrație mare de ioni de magneziu, prezența unei componente proteice devine inutilă. ARN-ul singur poate cataliza reacția.

Asemănări și diferențe între enzime și catalizatorii non-proteici

Enzimele au o serie de proprietăți în comun cu catalizatorii chimici non-proteici:

a) nu sunt consumate în timpul procesului de cataliză și nu suferă modificări ireversibile;

b) accelerează atât reacțiile directe, cât și cele invers, fără a schimba echilibrul chimic;

c) catalizează numai acele reacţii care pot avea loc fără ele;

d) crește viteza unei reacții chimice prin reducere energii de activare(Fig. 26) .

O reacție chimică are loc deoarece o anumită fracțiune din moleculele substanțelor inițiale au mai multă energie decât alte molecule, iar această energie este suficientă pentru a atinge starea de tranziție. Enzimele, precum catalizatorii chimici, reduc energia de activare prin interacțiunea cu moleculele originale; prin urmare, crește numărul de molecule capabile să atingă starea de tranziție, în urma căreia crește și viteza reacției enzimatice.

Fig.26. Efectul enzimei asupra energiei de activare

Enzimele, în ciuda anumitor asemănări cu catalizatorii chimici non-proteici, diferă de aceștia printr-o serie de parametri:

a) enzimele au o eficiență de acțiune mai mare, de exemplu, enzima catalaza, care catalizează reacția: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2, o accelerează de aproximativ 10 12 ori, în timp ce eficiența platinei ca catalizator deoarece această reacție este de aproximativ un milion de ori mai mică;

b) enzimele au o specificitate mai mare în comparație cu catalizatorii non-proteici; accelerează o gamă mai restrânsă de reacții chimice, de exemplu, enzima urază deja menționată catalizează o singură reacție - hidroliza ureei; proteazele pot descompune doar proteinele, dar nu nu acționează asupra carbohidraților, lipidelor, acizilor nucleici, acizilor și altor substanțe. Pe de altă parte, platina este capabilă să catalizeze diverse reacții (hidrogenare, dehidrogenare, oxidare); ea catalizează atât reacția de producere a amoniacului din azot și hidrogen, cât și hidrogenarea acizilor grași nesaturați (această reacție este folosită pentru producerea margarinei);

c) enzimele acționează eficient în condiții blânde: la o temperatură de 0 – 40 o C, la presiune atmosferică, la valori ale pH-ului apropiate de neutru; în condiții mai severe, enzimele se denaturează și nu își manifestă calitățile catalitice. Cataliza chimică eficientă necesită adesea condiții stricte - presiune ridicata, căldurăși prezența acizilor sau alcalinelor. De exemplu, sinteza amoniacului în prezența catalizatorilor se realizează la 500 – 550 o C și o presiune de 15 – 100 MPa;

d) activitatea enzimelor, comparativ cu catalizatorii chimici, poate fi reglată mai fin de diverși factori. Există multe substanțe în celulă care cresc și scad viteza reacțiilor enzimatice.

Structura enzimei

Greutatea moleculară relativă a enzimelor poate varia de la 104 la 106 sau mai mult. Enzimele sunt de obicei proteine ​​globulare. Unele enzime sunt proteine ​​simple și constau doar din resturi de aminoacizi (ribonuclează, pepsină, tripsină); activitatea altora depinde de prezența în compoziția lor a unor componente chimice suplimentare, așa-numitele cofactori. Ioni metalici Fe 2+, Mn 2+, Mg 2+, Zn 2+ sau substanțe organice complexe, numite și coenzime. Multe coenzime conțin vitamine. Ca exemplu în Fig. Figura 27 prezintă structura coenzimei A (CoA).

Orez. 27. Coenzima A

Dacă o coenzimă este strâns legată de o enzimă, atunci în acest caz reprezintă un grup protetic al unei proteine ​​complexe. Cofactorii pot îndeplini următoarele funcții:

a) participarea la cataliză;

b) efectuarea interacţiunii dintre substrat şi enzimă;

c) stabilizarea enzimei.

Complexul enzimă-cofactor activ catalitic se numește holoenzima. Separarea cofactorului de holoenzimă are ca rezultat formarea de inactiv apoenzima:

Holoenzima apoenzima + cofactor.

Molecula de enzimă conține centru activ. Locul activ este regiunea moleculei de enzimă în care substratul se leagă și este transformat într-un produs de reacție. Dimensiunile enzimelor, de regulă, depășesc semnificativ dimensiunile substraturilor lor. Centrul activ ocupă doar o mică parte din molecula de enzimă (Fig. 28).

Orez. 28. Dimensiunile relative ale moleculelor de enzimă și substrat

Centrul activ este format din resturi de aminoacizi ale lanțului polipeptidic. În enzimele cu două componente, centrul activ poate include, de asemenea, o componentă non-proteică. Molecula de enzimă conține reziduuri de aminoacizi care nu sunt implicate în cataliză și interacțiunea cu substratul. Cu toate acestea, ele sunt foarte semnificative, deoarece formează o anumită structură spațială a enzimei. Cel mai adesea, centrul activ conține reziduuri de aminoacizi polari (serină, treonină, cisteină) și încărcate (lizină, histidină, acizi glutamic și aspartic). Resturile de aminoacizi care formează centrul activ în lanțul polipeptidic sunt situate la o distanță considerabilă și sunt apropiate între ele în timpul formării structurii terțiare (Fig. 29).

Orez. 29. Centru activ

De exemplu, centrul activ al chimotripsinei (o enzimă digestivă care descompune proteinele) include reziduuri de histidină - 57, acid aspartic - 102, serină - 195 (numerele indică numerele de serie din lanțul polipeptidic). În ciuda distanței unul față de celălalt a acestor resturi de aminoacizi din lanțul polipeptidic, ele sunt situate în apropiere în spațiu și formează centrul activ al enzimei.

Interesant de știut! La imunizarea animalelor cu o substanță care este un analog al stării de tranziție a oricărui substrat, se pot obține anticorpi care pot cataliza transformarea substratului; astfel de anticorpi se numesc catalitic x sau abzimov . Folosind această abordare, este posibil să se obțină catalizatori pentru aproape orice reacție într-o manieră țintită.

Unele enzime sunt sintetizate într-o formă inactivă sub formă de așa-numitele proenzime, care sunt apoi activate sub influența anumitor factori. De exemplu, enzimele digestive chimotripsină și tripsina sunt formate ca rezultat al activării chimotripsinogenului și tripsinogenului.

Nomenclatura și clasificarea enzimelor

Denumirile de enzime se formează adesea prin adăugarea unui sufix la numele substratului pe care acţionează. De exemplu, denumirea enzimei urază provine cuvânt englezesc uree - uree, proteaze (enzime care descompun proteinele) - de la cuvântul proteină. Multe enzime au banal nume care nu au legătură cu numele substraturilor lor, de exemplu, pepsină și tripsină. Există, de asemenea, denumiri sistematice pentru enzime, inclusiv numele substraturilor și care reflectă natura reacției catalizate.

Interesant de știut! O enzimă care catalizează o reacție

ATP+D-glucozăADP+D-glucoza - 6 - fosfat,

este denumit sistematic ATP: hexoza 6-fosfotransferaza.

Conform reacției catalizate, toate enzimele sunt împărțite în 6 clase.

1. Oxidorreductaze. Catalizează reacțiile redox

2. Transferaze. Catalizează reacțiile de transfer de grup intermolecular:

AB + C = AC + B.

3. Hidrolazele. Reacțiile de hidroliză sunt catalizate:

AB + H2O = AON + VN.

4. Lyases. Ele catalizează reacțiile de adiție ale grupărilor la duble legături și reacțiile inverse.

5. Izomeraze. Catalizează reacțiile de izomerizare (transfer intramolecular de grup).

6. Ligaze. Ele catalizează combinația a două molecule cuplate cu hidroliza ATP.

La rândul său, fiecare clasă este împărțită în subclase, iar subclase în subsubclase. Enzimelor care formează subsubclase li se atribuie un număr de serie. Ca rezultat, fiecare enzimă are propriul său număr de patru cifre.

Enzime (enzime) sunt catalizatori proteici specifici de mare eficiență pentru reacții chimice. Majoritatea reacțiilor celulare sunt efectuate cu participarea enzimelor. Metabolismul în celule ar fi imposibil fără o accelerare bruscă a reacțiilor chimice, fără coordonarea în timp și spațiu a multor procese biochimice, adică fără participarea enzimelor. O celulă poate conține până la 1000 de enzime diferite. În prezent, sunt cunoscute funcțiile a peste 2000 de enzime, dintre care secvența de aminoacizi și structura spațială au fost determinate pentru câteva sute.

Ca și alți catalizatori chimici, enzimele:

crește viteza de reacție, dar nu sunt consumate în proces și nu suferă modificări ireversibile;

nu schimbați echilibrul unei reacții chimice, accelerând în mod egal atât reacțiile înainte, cât și cele invers;

crește viteza de reacție prin scăderea energiei de activare, adică a barierei energetice care trebuie depășită pentru a realiza reacția.

Enzimele diferă de catalizatorii chimici prin următoarele proprietăți:

1) eficiență ridicată a acțiunii - cataliza enzimatică accelerează de 10 6 −10 14 ori apariția reacțiilor chimice;

2) specificitate ridicată de acțiune - capacitatea de a se lega de un substrat specific și de a cataliza o reacție de un anumit tip;

3) condiții „ușoare” pentru reacții enzimatice – presiune atmosferică normală, temperatură 30 - 40°C, pH ~ 7, mediu apos;

4) capacitatea de a-și regla activitatea, ceea ce permite celulelor să coordoneze clar implementarea a numeroase reacții metabolice ramificate, asigurând cel mai înalt și mai economic nivel de metabolism, precum și adaptarea rapidă la condițiile de mediu în schimbare.

Clasificarea enzimelor. Deoarece enzimele se caracterizează prin specificitatea acțiunii, ele sunt clasificate în funcție de tipul de reacție pe care o catalizează. Conform clasificării acceptate în prezent, enzimele sunt grupate în 6 clase.

1. Oxidoreductaze (reacții redox):

A restaurare + ÎN oxid → A oxid + ÎN restabili

2. Transferaze (reacții de transfer de grupări funcționale între substraturi):

A−X + ÎN → A + ÎN−X

3. Hidrolaze (reacții de hidroliză, acceptorul grupării transferate este o moleculă de apă):

A−ÎN+ H20 → A−H + ÎN−OH

4. Liazele (reacții de eliminare a grupărilor dintr-un substrat în mod nehidrolitic cu formarea unei duble legături sau adăugarea de grupări la duble legături):

A(X N)− ÎN → A−X + ÎN−N

5. Izomeraze (reacții de izomerizare):

A↔ izo- A

6. Ligaze sau sintetaze (reacții de sinteză datorate energiei de scindare a trifosfaților nucleozidici, adesea ATP):

A + ÎN + Asia Pacific → A−ÎN + ADP + R i

Numărul clasei de enzime corespunzătoare este fixat în numerotarea sa de cod (cifr). Codul enzimei constă din 4 numere separate prin puncte, indicând clasa, subclasa, subsubclasa și numărul de serie de enzimă din subsubclasă.

Denumiri sistematice ale enzimelor format prin adăugarea unui sufix -aza la denumirea substratului asupra căruia acționează enzima (în cazul unei reacții bimoleculare, la denumirile a două substraturi separate printr-un semn de divizare), sau la denumirea tipului de reacție catalizată. De exemplu, arginaza (catalizează hidroliza argininei), alcool dehidrogenaza (catalizează oxidarea etanolului). După denumirea enzimei, se indică între paranteze numele organului sau organismului din care a fost izolată enzima. De exemplu, alcool dehidrogenază (drojdie) sau alcool dehidrogenază (ficat de șobolan).

În unele cazuri, nume banale de enzime cu terminație -în care nu poartă informații chimice, de exemplu pepsină și tripsina (enzime proteolitice), catalaza (distruge peroxidul de hidrogen) etc.

Numele sistematice ale enzimelor sunt folosite atunci când este necesară identificarea precisă a enzimei. Multe nume sistematice sunt foarte greoaie și este mai convenabil să folosiți nume triviale. De exemplu, hexokinaza (nume trivial) este ATP: D-hexoza-6-fosfotransferaza.

Caracteristicile structurii enzimelor. Moleculele enzimatice se caracterizează prin mase moleculare de la 10 la 1000 kDa și mai mari, dar majoritatea enzimelor sunt reprezentate de proteine ​​globulare cu o masă moleculară de câteva sute de mii Da, construite din subunități - protomeri. Enzimele funcționează de obicei ca parte a sistemelor multienzimatice care catalizează anumite secvențe de reacții (produsul de reacție obținut cu participarea unei enzime este un substrat pentru a doua enzimă etc.). Ambalarea subunităților într-o proteină multimerică (formată din mai multe subunități) se realizează prin interacțiuni de același tip ca și în timpul formării structurii cuaternare a proteinei. Printre enzimele multimerice predomină dimerii și tetramerii, hexa- și octamerii sunt mai puțin obișnuiți, iar trimerii și pentamerii sunt foarte rari. De exemplu, sintetaza acizilor grași din drojdie, care catalizează sinteza acizilor grași din precursori cu greutate moleculară mică, este un sistem de șapte enzime diferite, ale căror molecule sunt combinate într-un complex strâns legat.

Proteinele enzimatice multimerice pot conține protomeri de mai multe tipuri care catalizează aceeași reacție, dar diferă în structura primară, greutate moleculară, specificitatea substratului etc. Unele dintre proprietățile sale fizice și chimice depind de raportul dintre protomeri de diferite tipuri din multimer. Aceste forme diferite ale unei enzime multimerice sunt numite izoenzime(izozime).

Izoenzimele sunt produse ale expresiei diferitelor gene. O serie de enzime există sub forma mai multor izoenzime și pot apărea în același organism și chiar în interiorul aceleiași celule. Unul dintre principalele mecanisme de formare a izoenzimelor implică combinarea diferitelor subunități în diferite combinații pentru a forma enzima oligomerică activă. De exemplu, lactat dehidrogenaza, care catalizează reacția reversibilă de oxidare a acidului lactic în mușchi, este formată din patru subunități (tetramer) de două tipuri (H și M) și este reprezentată de cinci izoenzime - HNNH, HHNM, HHMM, HMMMM, MMMM. Ele diferă unele de altele prin activitate, greutate moleculară, mobilitate electroforetică, localizare în organe și țesuturi și sensibilitate la substanțele reglatoare. Existenta izoenzimelor permite organismului sa isi modifice raportul si astfel sa regleze activitatea metabolica.

Studierea structurii moleculelor de enzime a relevat o serie de modele în organizarea lor. Lanțul polipeptidic care formează globulul proteic este pliat într-un mod destul de complex. Unele secțiuni ale acestui lanț sunt elice α sau structuri β, altele au conformații neregulate, dar bine definite. Aceste structuri, strâns adiacente între ele și alternativ, sunt împachetate în blocuri care au activitate funcțională. Pe suprafața unui globul proteic există în principal grupări polare și atomi încărcați, iar legăturile ionice se formează uneori între grupări încărcate opus. Regiunile interne ale globului proteic sunt un mediu nepolar; miezul hidrofob este format din grupări nepolare, care fac în principal parte din lanțurile laterale alifatice și aromatice de alanină, valine, leucină, izoleucină, metionină, fenilalanină și triptofan. Radicalii polari ai aminoacizilor care au semnificație funcțională pot fi, de asemenea, orientați în interiorul globului și asociați între ei.

Cea mai importantă parte a enzimei este centru activ, de obicei sub formă de fantă sau depresiune în globul enzimatic și reprezentând o structură tridimensională complexă. Unele enzime au unul, altele două sau mai multe situsuri active. Locurile active ale enzimelor se formează la nivelul structurii terțiare. Locul activ leagă substratul și îl transformă într-un produs. Centrul activ este aproape întotdeauna construit dintr-un număr mic de reziduuri de aminoacizi, care, de regulă, sunt semnificativ îndepărtate unele de altele în lanțul polipeptidic. Când se pliază, grupările funcționale ale acestor reziduuri de aminoacizi se apropie și formează un centru activ.

Există două regiuni în centrul activ - de legare și catalitic. Se formează reziduuri de aminoacizi secțiune de legătură, sunt responsabile pentru legarea complementară specifică a substratului și formarea complexului enzimă-substrat, asigurând reținerea substratului în centrul activ. Este „arhitectura” locului de legare al centrului activ al enzimei care determină complementaritatea acestuia cu structura substratului. Formarea unui complex enzimă-substrat are loc fără formarea de legături covalente, datorită forțelor mai slabe - hidrogen și legături electrostatice, interacțiuni hidrofobe și van der Waals.

ÎN situs catalitic Enzima include reziduuri de aminoacizi direct implicate în cataliză. Ele sunt numite grupări catalitice și sunt reprezentate cel mai adesea de grupări funcționale de serină, histidină, triptofan, arginină, cisteină, acizi aspartic și glutamic și reziduuri de tirozină. Formarea finală a situsului catalitic în multe enzime poate avea loc în momentul atașării substratului (principiul corespondenței induse între substrat și enzimă).

Centrul activ nu poate fi delimitat de limite strict definite, deoarece fiecare dintre componentele sale, într-un fel sau altul, interacționează cu alte părți ale moleculei enzimatice. Influența micromediului poate fi destul de semnificativă:

componentele centrului activ, inclusiv cofactorii, interacționează cu grupurile vecine ale enzimei, ceea ce modifică caracteristicile chimice ale grupurilor funcționale implicate în cataliză;

în celulă, enzimele formează complexe structurale atât între ele, cât și cu secțiuni de membrane celulare și intracelulare, cu elemente citoscheletice și/sau alte molecule, ceea ce afectează reactivitatea grupurilor funcționale din centrul activ al enzimei.

Structura centrului activ determină regio- și stereospecificitatea acțiunii enzimelor.

Unele enzime prezintă multifuncţionalitate– capacitatea de a cataliza mai multe tipuri de reacții. Acest fenomen se explică prin faptul că, în timpul formării structurii terțiare, lanțurile polipeptidice ale unor astfel de enzime formează mai multe regiuni globulare izolate funcțional și steric - domenii, fiecare dintre acestea fiind caracterizat de propria activitate catalitică.

Specificitatea enzimatică. Una dintre proprietățile uimitoare ale enzimelor este specificitatea lor ridicată. Se face o distincție între substrat și specificitatea reacției. Majoritatea enzimelor sunt foarte specifice atât naturii, cât și căii de conversie a substratului.

Specificitatea substratului este capacitatea unei enzime de a cataliza transformarea unui anumit substrat sau a mai multor substraturi cu o structură chimică similară. Această specificitate variază semnificativ între diferitele enzime: unele enzime pot cataliza o reacție care implică un singur substrat (specificitate absolută), altele interacționează cu mai multe substanțe înrudite chimic (specificitate de grup). De exemplu, formamidaza hidrolizează numai formamida, iar amidaza hidrolizează orice amidă alifatică. În acest caz, vorbim, respectiv, de specificitatea substratului îngustă și, respectiv, largă a enzimelor.

Specificitatea substratului se datorează complementarității structurii locului de legare al enzimei cu structura substratului. Între resturile de aminoacizi ale centrului activ al enzimei și substrat se stabilește o corespondență geometrică (formă) și chimică (formarea legăturilor hidrofobe, ionice și de hidrogen). Legarea substratului în locul activ al enzimei are loc în mai multe puncte, cu participarea mai multor grupuri funcționale.

Specificitatea reacției caracterizează capacitatea enzimelor de a cataliza reacții de un anumit tip (de exemplu, redox). Dacă un substrat poate exista în mai multe forme izomerice, atunci aceleași transformări chimice ale acestor izomeri sunt catalizate de diferite enzime (de exemplu, oxidaze). L-aminoacizi si oxidaze D-aminoacizi). Excepție fac izomerazele, care catalizează interconversia izomerilor.

Regularități ale catalizei enzimatice. O reacție enzimatică este un proces în mai multe etape. La prima etapă se stabilește o corespondență complementară indusă între enzimă Eși substrat S. Ca urmare, complex enzima-substrat ES, în care se produce în continuare transformarea chimică a substratului în produs(i). ES-complex prin stare de tranziţie ES * transformat în complex enzimatic-produs(i). EP, după care produsul (produsele) transformării sunt separate de enzimă:

E + S ⇄ ES ⇄ ES * ⇄ EP ⇄ E + R

Atunci când un substrat se leagă de o enzimă, conformația enzimei și a moleculelor de substrat se modifică, acestea din urmă fiind fixate în centrul activ într-o configurație tensionată. Așa se formează complexul activat, sau stare de tranziție,– o structură intermediară de înaltă energie, care este energetic mai puțin stabilă decât compușii și produsele de bază. Cea mai importantă contribuție la efectul catalitic global o are procesul de stabilizare a stării de tranziție - interacțiunea dintre resturile de aminoacizi ale proteinei și substrat. Diferența dintre valorile energiei libere pentru reactivii inițiali și starea de tranziție îi corespunde energie liberă de activare G# . Aceasta este cantitatea de energie necesară pentru a converti toate moleculele substratului într-o stare activată.

Viteza de reacție depinde de valoarea lui  G#: cu cât este mai mic, cu atât este mai rapidă viteza de reacție și invers. În esență,  G# reprezintă bariera energetică care trebuie depășită pentru ca o reacție să apară. Partea superioară a barierei energetice corespunde stării de tranziție. Stabilizarea stării de tranziție scade această barieră sau energie de activare, adică enzimele măresc viteza reacțiilor prin scăderea barierei de activare și creșterea energiei substratului atunci când se leagă de enzimă, fără a afecta modificarea totală a energiei libere.

Există mai multe motive pentru activitatea catalitică ridicată a enzimelor, care reduc bariera energetică a reacției:

1) enzima poate lega moleculele substraturilor care reacţionează în aşa fel încât grupările lor reactive să fie situate aproape una de alta şi de grupările catalitice ale enzimei ( efect de convergență);

2) odată cu formarea unui complex enzimatic-substrat, se realizează fixarea substratului și orientarea optimă a acestuia pentru rupere și formare de legături chimice ( efect de orientare);

3) legarea substratului duce la îndepărtarea învelișului său de hidratare (există pentru substanțele dizolvate în apă);

4) efectul corespondenței induse între substrat și enzimă;

5) stabilizarea stării de tranziție;

6) anumite grupări din molecula enzimei (coenzimei) pot asigura cataliză acido-bazică (transferul protonilor în substrat) și cataliză nucleofilă (formarea de legături covalente între enzimă și substrat, ceea ce duce la formarea unor structuri mai reactive decât substratul). Acesta din urmă este caracteristic enzimelor care catalizează reacțiile de substituție nucleofilă.

Cofactori enzimatici. Activitatea unui număr de enzime depinde numai de structura proteinei în sine. Cu toate acestea, în multe cazuri (~40%) enzimele necesită mediatori speciali - cofactori - pentru a efectua cataliză. Cofactori- este vorba de compuși cu molecul scăzut, de natură neproteică (ioni metalici, compuși organici complecși, în principal derivați de vitamine) care funcționează în stadiile intermediare ale unei reacții enzimatice (sau ciclului de reacție), dar nu sunt consumați în timpul catalizei. În cele mai multe cazuri, cofactorii sunt regenerați neschimbați la finalizarea actului catalitic.

Separarea cofactorului de proteină, asociată de obicei cu acesta prin legături necovalente, duce la formarea unei apoenzime inactive. Complexul apoenzimă-cofactor activ catalitic se numește holoenzima.

Cofactorii de natură chimică diferită sunt împărțiți în două grupe principale - coenzime și grupuri protetice.

Coenzime legăt (necovalent) de proteină și separat de aceasta în timpul catalizei (de exemplu, NAD +, CoA). Restaurarea structurii lor originale (regenerarea) după participarea la cataliză poate fi catalizată de o altă enzimă.

Grupuri protetice sunt strâns (adesea covalent) legate de apoenzimă și nu sunt separate de aceasta în timpul catalizei (de exemplu, hem în hemoproteine, atomi de metal în metaloproteine).

Fiecare cofactor are o structură specifică, ceea ce îl face specific pentru un anumit tip de reacție. Pentru a participa la reacție, cofactorii trebuie să fie asociați cu enzime. În acest caz, plasarea complementară, precisă a cofactorului în centrul activ al enzimei asigură multe contacte necovalente cu enzima.

Principalele mecanisme conform cărora cofactorii participă la cataliză sunt următoarele:

acționează ca purtători între enzime. Interacționând cu o enzimă, transportorul acceptă o parte din substrat, migrează către o altă enzimă și transferă partea transferată pe substratul celei de-a doua enzime, după care este eliberată. Acest mecanism este tipic pentru majoritatea coenzimelor;

acționează ca un „purtător intraenzimatic”, care este tipic în primul rând pentru grupurile protetice. Grupul protetic atașează o parte din molecula de substrat și o transferă la un al doilea substrat legat în locul activ al aceleiași enzime. În acest caz, grupul protetic este considerat parte a situsului catalitic al enzimei;

modifică conformația moleculei de enzimă, interacționând cu aceasta în afara centrului activ, ceea ce poate induce tranziția centrului activ la o configurație activă catalitic;

stabilizează conformația enzimei, promovând o stare activă catalitic;

îndeplinește funcția de matrice. De exemplu, polimerazele de acid nucleic au nevoie de un „program” - o matrice pe care este construită o nouă moleculă;

joacă rolul de compuși intermediari. Uneori, o enzimă poate folosi o moleculă de cofactor într-o reacție, formând un produs din aceasta, dar în același timp poate forma o nouă moleculă de cofactor în detrimentul substratului.

De obicei, cofactorii joacă rolul de purtători intermediari de electroni, anumiți atomi sau grupări funcționale, care sunt transferați de la un compus la altul ca urmare a unei reacții enzimatice. Cei mai comuni cofactori care transferă echivalenți reducători sunt grupările fosfat, acil și carboxil. Să ne limităm la luarea în considerare a structurii și mecanismului de funcționare a purtătorilor de echivalenți reducători.

Sub reducerea echivalentelor de obicei implică atomi de H, electroni sau ioni de hidrură. Deoarece transferul lor are loc în timpul reacțiilor redox, transportatorii corespunzători sunt numiți cofactori redox:

E 1 E 2

A H2+ R ⇄ A + R H2; R H2+ ÎN ⇄ R + ÎN H 2

Reacția totală: A H2+ ÎN ⇄ A + ÎN H 2

Unde A, ÎN– substraturi oxidate; R– transportator; A H2, ÎN H 2 – substraturi reduse; E 1 ,E 2 – enzime (dehidrogenaze).

Acestea includ transportori de nicotinamidă și flavină, citocromi, chinone, acizi lipoic și ascorbic, glutation. Cele mai frecvente sunt coenzimele nicotinamidă (NAD+ și NADP+) și flavină (FAD și FMN).

Transportatori de nicotinamidă ai echivalenților reducători. Acestea sunt nicotinamid adenin dinucleotide (NAD + sau NAD +) și nicotinamid adenin dinucleotide fosfat (NADP + sau NADP +), care sunt prezentate în Fig. 12. Formele oxidate ale acestor coenzime sunt de obicei denumite NAD + și NADP +, subliniind prezența unui exces de sarcină pozitivă pe atomul de azot al inelului piridinic.

Orez. 12. Forma oxidată de nicotinamidă adenin dinucleotidă (NAD +) și nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat (NADP +)

Grupul funcțional al transportorilor echivalenti reducători de nicotinamidă este inel piridinic , care face parte din nicotinamidă - vitamina B 5 (PP). În timpul oxidării enzimatice a substratului cu participarea NAD + (NADP +), nicotinamida este redusă în timpul adăugării unui ion hidrură. În acest caz, dehidrogenarea substratului în majoritatea cazurilor este însoțită de eliminarea a doi atomi de hidrogen, timp în care protonul H + este transferat prin soluție (Fig. 13).

Orez. 13. Reducerea nicotinamidei

Un exemplu de funcționare a transportatorilor echivalenti reducători de nicotinamidă este oxidarea etanolului la acetaldehidă catalizată de alcool dehidrogenază. Această enzimă extrage doi atomi de hidrogen din molecula de etanol, iar hidrogenul atașat la carbonul grupării alcool este transferat la NAD +, iar hidrogenul atașat la oxigenul grupării OH este eliberat în mediu sub formă de H + :

Două coenzime piridinice sunt implicate în diferite reacții redox la potențiale redox diferite: NAD + acționează mai des ca un agent oxidant în căile cataboliților, iar NADP + este redus la NADPH H + și servește ca agent reducător în procesele de biosinteză.

Transportatori de flavin ai echivalenților reducători. Acestea includ flavin adenin dinucleotide (FAD) și flavin mononucleotide (FMN), care sunt prezentate în Fig. 14.

Orez. 14. Structura echivalenților reducători de flavină

Coenzimele flavină sunt agenți oxidanți mai puternici decât coenzimele nicotinamide, iar formele reduse de coenzime nicotinamidă sunt agenți reducători mai puternici decât flavinele reduse.

Partea reactivă a FAD și FMN este sistem izoaloxazin, conținând legături duble conjugate. Structura acestui sistem se modifică în timpul restaurării. Dehidrogenarea cu participarea cofactorilor de flavină este însoțită de extracția a doi atomi de hidrogen din substrat, dar spre deosebire de coenzimele de nicotinamidă care acceptă ionul hidrură, cofactorii de flavină acceptă ambii atomi de hidrogen (Fig. 15). Prin urmare, formele reduse de FAD și FMN sunt denumite FADH 2 și FMNN 2.

Orez. 15. Funcționarea coenzimelor flavine

ACTIVITATEA ENZIMELOR ȘI FACTORI CARE O AFECTEAZĂ. PRINCIPII ALE CINETICEI ENZIMICE

Sub activitate enzimaticăînțelegeți cantitatea din acesta care catalizează transformarea unei anumite cantități de substrat pe unitatea de timp. Pentru a exprima activitatea preparatelor enzimatice se folosesc două unități alternative: internaționale (IU) și „catal” (kat). Unitatea internațională de activitate a enzimei este considerată cantitatea care catalizează conversia a 1 µmol de substrat într-un produs în 1 minut în condiții standard (de obicei optime). 1 catal denotă cantitatea de enzimă care catalizează conversia a 1 mol de substrat în 1 s. 1 pisică = 6∙10 7 UI. Într-o reacție bimoleculară A + ÎN = CU + D O unitate de activitate a enzimei este considerată a fi cantitatea de enzimă care catalizează conversia unui micromol. A sau ÎN sau doi micromoli A(Dacă ÎN = A) în 1 min.

Adesea preparatele enzimatice sunt caracterizate de activitate specifică, care reflectă gradul de purificare a enzimei. Activitate specifică este numărul de unități de activitate enzimatică per 1 mg de proteină.

Activitatea moleculară(numărul de turnover al enzimei) - numărul de molecule de substrat care sunt convertite de o moleculă de enzimă în 1 minut când enzima este complet saturată cu substratul. Este egal cu numărul de unități de activitate enzimatică împărțit la cantitatea de enzimă exprimată în µmoli. Conceptul de activitate moleculară este aplicabil numai enzimelor pure.

Când se cunoaște numărul de centri activi dintr-o moleculă de enzimă, se introduce conceptul activitatea centrului catalitic. Se caracterizează prin numărul de molecule de substrat care suferă transformare în 1 minut per centru activ.

Activitatea enzimelor este foarte dependentă de condițiile externe, printre care temperatura și pH-ul mediului sunt de o importanță capitală. O creștere a temperaturii în intervalul 0 - 50°C duce de obicei la o creștere lină a activității enzimatice, care este asociată cu accelerarea formării complexului enzimă-substrat și cu toate evenimentele catalitice ulterioare. Pentru fiecare creștere de 10°C a temperaturii, viteza de reacție se dublează aproximativ (regula lui van't Hoff). Cu toate acestea, o creștere suplimentară a temperaturii (>50°C) este însoțită de o creștere a cantității de enzimă inactivată datorită denaturarii părții sale proteice, care se exprimă într-o scădere a activității. Fiecare enzimă este caracterizată temperatura optima– valoarea temperaturii la care se înregistrează cea mai mare activitate a acesteia.

Dependența activității enzimatice de valoarea pH-ului mediului este complexă. Fiecare enzimă este caracterizată de un mediu cu pH optim la care prezintă activitate maximă. Pe măsură ce vă îndepărtați de această valoare într-o direcție sau alta, activitatea enzimatică scade. Acest lucru se explică printr-o schimbare a stării centrului activ al enzimei (o scădere sau creștere a ionizării grupelor funcționale), precum și structura terțiară a întregii molecule de proteine, care depinde de raportul dintre cationic și anionic. centre în ea. Majoritatea enzimelor au un pH optim în intervalul neutru. Cu toate acestea, există enzime care prezintă activitate maximă la pH 1,5 (pepsină) sau 9,5 (arginaza). Când se lucrează cu enzime, este necesar să se mențină pH-ul folosind o soluție tampon adecvată. Dependența activității enzimatice de pH este determinată de valorile pK ale grupurilor ionizate ale moleculei proteice.

Activitatea enzimatică este supusă unor fluctuații semnificative în funcție de expunere inhibitori(substanțe care reduc parțial sau complet activitatea) și activatori(substanțe care cresc activitatea). Rolul lor este jucat de cationi metalici, unii anioni, purtători de grupări fosfat, echivalenți reducători, proteine ​​​​specifice, produși intermediari și finali ai metabolismului.

Principiile cineticii enzimatice . Esența studiilor cinetice este de a determina viteza maximă a unei reacții enzimatice V max și constantele Michaelis K m. Cinetica enzimatică studiază vitezele de transformare cantitativă a unor substanțe în altele sub acțiunea enzimelor. Viteza unei reacții enzimatice este măsurată prin pierderea substratului sau creșterea produsului rezultat pe unitatea de timp, sau printr-o modificare a concentrației uneia dintre formele adiacente de coenzimă.

Efectul concentrației de enzime asupra vitezei de reacție este exprimat astfel: dacă concentrația de substrat este constantă (cu condiția să existe un exces de substrat), atunci viteza de reacție este proporțională cu concentrația de enzimă. Pentru studiile cinetice, se utilizează o concentrație de enzime de 10 - 8 M de situsuri active.

Valoarea optimă a concentrației enzimatice este determinată din graficul dependenței activității enzimatice de concentrația acesteia (Fig. 16).

Se consideră că valoarea optimă se află pe platoul graficului rezultat în intervalul de valori ale activității enzimatice, care sunt ușor dependente de concentrația acesteia.