203445

Э ти ф ерм енты двухк ом п оненты ,

п рос тетич ес к им и груп п ам и их во м ногих

с луч аях являютс я ф ос ф орны е эф иры

водорас творим ы х витам инов: тиам ина

и

п иридок с аля.

М еханизм

реак ции дек арбок с илирования

ам инок ис лот

с

п ом ощ ь ю

к арбок с илиазы

с п иридок с аль ф ос ф атом в к ач ес тве к оф ерм ента оч ень близок

к

том у, к оторы й дейс твует п ри п ереам инировании

ам инок ис лот.

З дес ь

тож е

возник ает ш иф ф ово ос нование,

в

к отором

элек тронная п лотнос ть

у

α-

углеродного атом а

ам инок ис лоты

резк о ос лаблена.

Вс ледс твие

этого с иль но

ос лабляетс я с вязь

этого углеродного атом а

с к арбок с иль ной груп п ой,

и

п ос ледняя легк оотщ еп ляетс я.

Х арак терны м

п редс тавителем

аль дегид-лиаз

являетс я

аль долаза,

Э т а реак ция

заним ает централь ное

м ес т о в п реобразовании углеводов.

Аналогич ноаль долазе дейс твуют другие аль дегид-лиазы .

Другую

важ ную груп п у лиаз с ос тавляют углерод-

к ис лород лиазы

(гидролиазы ),

ус к оряющ ие реак ции

гидратирования и

дегидратирования

Оба п роцес с а им еют гром адное знач ение в органич ес к ом

м ире, т ак

к ак п редс тавляют важ нейш ие с тадии рас п ада и с интеза углеводов.

М ут аротаза являетс я п редс тавителем

с т ереоизом ераз, она

ус к оряет

реак цию п ревращ ения a-D-глюк оп иранозы

в β -D-глюк оп иранозу:

Ф ерм енты этого

тип а

(с тереоизом еразы )

обес п еч ивают,

в

ч ас тнос ти,

взаим оп ревращ ения

м ногих

п рос транс твенны х изом еров

м онос ахаридов, и

этот п ут ь

являетс я иногда единс твенны м

для с интеза нек оторы х из них в

п рироде. Кс тереоизом еразам

относ ятс я так ж е цис -транс изом еразы ,

нап рим ер

ретинол-изом ераза, п ереводящ ая транс -ретинол в цис -ретинол.

6. Лигазы (синтетазы). Х арак терны е ч ерты

дейс твия ф ерм ентов этогок лас с а

вы явлены

с овс ем

недавно в

с вязи

с о знач итель ны м и ус п ехам и

в

изуч ении

м еханизм а с интеза ж иров,

белк ов и углеводов. Ок азалос ь , ч т о с тары е п ред-

с тавления об образовании этих с оединений, с оглас нок оторы м

они возник ают

п ри обращ ении реак цийгидролиза,

не с оответс твуют дейс твитель нос ти. Пут и

их с интеза п ринцип иаль ноины е.

Главная

их ос обеннос ть

- с оп ряж еннос ть

с интеза с

рас п адом

вещ ес тв,

с п ос обны х

п ос тавлять энергию

для

ос ущ ес твления

биос интетич ес к ого

п роцес с а. Одним

из так их п риродны х с оединенийявляетс я А Т Ф . При отры ве

от ее м олек улы

в

п рис утс твии лигаз одного или двух к онцевы х ос татк ов

ф ос ф орнойк ис лот ы

вы деляетс я боль ш ое

к олич ес тво энергии,

ис п оль зуем ой

ис ходны х п родук т ов. Так им

образом ,

к

лигазам

относ ятс я ф ерм ент

ы ,

к атализирующ ие с оединение друг с

другом

двух м олек ул,

с оп ряж енное

с

гидролизом

п ироф ос ф атной

с вязи

в

м олек уле

А Т Ф

или иного

нук леозидтриф ос ф ат а.

М еханизм

дейс твия лигаз изуч ен ещ е

недос таточ но, но,

нес ом ненно, он

реак ции вещ ес тв с нач ала

дает п ром еж уточ ное

с оединение с ф рагм ентом

рас п адающ ейс я м олек улы

А Т Ф , а вс лед за этим

ук азанны йп ром еж ут оч ны й

Пантотенатсинтетаза, к ак с ледует из п риведенногоуравнения,

относ итс я

к груп п е лигаз, ус к оряющ их реак ции с интеза С — N-с вязей. Э та груп п а лигаз

нас ч иты вает

ок оло 40 п редс тавителей. В нас тоящ ее врем я изуч ено более 75

различ ны х лигаз, обес п еч ивающ их

важ нейш ие с интетич ес к ие

п роцес с ы в

ж ивотнойи рас титель нойк летк ах.

Кром е ус к орения реак ций с интеза С — N-с вязей,

в ч ас тнос т и п еп тидны х,

лигазы к атализируют образование с вязейС — С , С — О и С — S. Кгруп п е лигаз,

образующ их

С — С -с вязи, относ ятс я карб оксилазы. Они

обес п еч ивают

к арбок с илирование ряда с оединений,

в резуль тате ч егоп роис ходит удлинение

углеродны х

цеп ей.

Одной из

важ нейш их

к арбок с илаз

являетс я

п ируваткарб оксилаза,

ус к оряющ ая реак цию образования щ авелевоук с ус ной

к ис лоты изп ировинограднойк ис лоты

и ок с ида углерода (IV):

взаим ос вязь обм ена углеводов и белк ов и ак цеп тирование С О2.

важ нейш ая

Л игазам , к атализирующ им

с интез С — О-с вязей,

п ринадлеж ит

роль в биос интезе

белк ов,

так

к ак они ус к оряют

реак ции ак тивирования

ам инок ис лот п еред

вс туп лением

п ос ледних в п еп тидную с вязь .

Одной из

Таблица

Клас с иф ик ация ф ерм ентов

Груп п а

Катализируем ая

Тип ич ная

Прим еры

реак ция

реак ция

ф ерм ентов*

Ок с идоредук -

Перенос атом ов Н и

AH + B =

М алатдегидрогена-

тазы

О или элек тронов от

A + BH

за,

глюк озо-6-

одного вещ ес тва

к

A + O = AO

ф ос ф ат-

другом у (NAD+,

дегидрогеназа

NADP+, FAD, O2).

С ук цинатдегидро-

геназа

Ц итохром ок с идаза

Транс ф еразы

Перенос

AB + C = A + BC

Глициндек ар-

оп ределенной

бок с илаза

груп п ы

атом ов

–

Ацилк арнитинтранс

м етиль ной,

-ф ераза

ациль ной,

ф ос ф ат-

Гек с ок иназа

ной

или

ам ино-

Ас п артатам ино-

груп п ы

– от

одного

транс ф ераза

вещ ес тва к другом у.

Гидролазы

Реак ции гидролиза,

AB + H2O =

Л ип аза,

ам илаза,

п ри

к оторы х

из

AOH + BH

п еп тидаза

с убс трата образуют-

с я два п родук та.

Л иазы

Негидролитич ес к ое

O

Ф ум араза,

п рис оединение

к

R-C-C

=

аль долаза,

с убс трат у

или

OH

изоцитратлиаза,

отщ еп ление от него

H

п ируватдек арбок -

груп п ы

атом ов. При

R-C

+

с илаза

этом м огут

разры -

O

вать с я с вязи C-C,

CO2

C-N, C-O или C-S

Изом еразы

Внутрим олек уляр-

AB = BA

Триозоф ос ф атизо-

ная п ерес тройк а

м ераза,

ф ос ф оглюк ом утаза

Л игазы

С оединение

двух

X + Y + АТФ =

Пируват-

м олек ул

в

XY + АДФ

+ Ф н

к арбок с илаза

резуль тате

образования

новы х

с вязейС -О, C-S,

C-N

или

C-C,

с оп ряж енного

с

рас п адом АТФ .

*Даны тривиаль ны е названия ф ерм ентов.

Ацетил-КоА с луж ит к оф ерм ентом в реак циях транс ацилирования,

п оэтом у

дейс твие

ф ерм ентов этих двух груп п

- лигаз и ацилтранс ф ераз - в ж ивы х

с ис тем ах

тес но

увязано друг

с

другом . Аналогич ная

взаим озавис им ос ть

харак терна и для м ногих других ф ерм ентов.

М еханизм

дей ствия ферм ентов

У с к орение

любой хим ич ес к ой реак ции дос тигаетс я за с ч ет

увелич ения

доли м олек ул,

обладающ их дос таточ нойвнутреннейэнергиейдля дос тиж ения

п ереходного с ос тояния.

Одним

из м еханизм ов п овы ш ения с к орос ти реак ции

являетс я увелич ение тем п ературы .

Как п равило,

п овы ш ение тем п ературы на

10оС вы зы вает ус к орение хим ич ес к ойреак ции п риблизитель нов два раза.

Второйп уть ус к орения хим ич ес к ойреак ции -

добавление к атализатора.

Катализаторы

ус к оряют

хим ич ес к ие

реак ции,

находя

«обходны е

п ути»,

п озволяющ ие м олек улам

п реодолевать

ак тивационны йбарь ер на более низк ом

энергетич ес к ом

уровне.

Ф ерм енты ,

так

ж е к ак

и

другие к атализаторы ,

с оединяютс я с ос воим и с убс тратам и в ходе к аталитич ес к огоцик ла.

Ф ерм ент-к атализатор (обознач им

егобук войЕ ) на п ром еж уточ нойс тадии

реак ции взаим одейс твует с реагентом

А с

образованием

новогок ом п лек с а или

с оединения Е А,

п ереходном у с ос тоянию

к оторого с оответс твует

знач итель но

более низк ая

энергия ак тивации

п о с равнению

с

п ереходны м

с ос тоянием

З атем к ом п лек с

ф ерм ент-с убс трат (Е А) рас п адаетс я

на п родук т Р и

с вободны йк атализатор, к оторы йм ож ет оп ять

с оединить с я с

другойм олек улой

А и п овторить вес ь

цик л. Им енно так им

образом к атализаторы с ниж ают

энергию ак тивации хим ич ес к ой реак ции; в

их п рис утс твии гораздо более

лизируем ы х им и реак цийв 108

-1020 раз. Нап рим ер, уреаза ус к оряет

гидролиз

м оч евины в 1014 раз п ри рН 8 и 20° С . Как

ж е

удаетс я ф ерм ентам

п роявлять

так ую необы ч айно

вы с ок ую

к аталитич ес к ую

ак тивнос ть в с толь м ягк их

ус ловиях?

С ущ ес твуют

ч еты ре ос новны х ф ак тора,

оп ределяющ их с п ос обнос ть

ф ерм ентов ус к орять хим ич ес к ие реак ции.

Сбли ж ен и е

и

ори ен т ац и я. Ф ерм ент

с п ос обен с вязы вать

м олек улу

п равиль но ориентированной п о отнош ению к

ней.

В резуль тате

вероятнос ть

того,

ч то

к ом п лек с

Е S

дос тигнет

п ереходного

с ос тояния,

с иль но

увелич иваетс я.

Нап ряж ен и е

и

деформ ац и я:

и н дуц и рован н ое соот вет ст ви е.

Прис оединение

с убс трата

м ож ет

вы зы вать

к онф орм ационны е

изм енения в

м олек уле

ф ерм ента,

к оторы е п риводят к

нап ряж ению с трук т уры

ак тивного

центра, а

так ж е

нес к оль к о деф орм ируют

с вязанны й с убс трат,

облегч ая тем

с ам ы м

дос тиж ение к ом п лек с ом Е А п ереходногос ос тояния.

При

этом

возник ает так

назы ваем ое

и н дуц и рован н ое соот вет ст ви е

ф ерм ента с убс трат у. Так им

образом ,

неболь ш ие изм енения третич нойили ч ет-

вертич нойс трук т уры

относ итель но к руп нойм олек улы ф ерм ента м огут играть

роль м еханич ес к огоры ч ага для м олек улы

с убс трата. Возм ож но,

ч тоим енноп о

этойп рич ине ф ерм енты п редс тавляют с обойбелк и и,

с ледователь но, п ос воим

разм ерам знач итель ноп ревос ходят м олек улы боль ш инс тва с убс тратов.

О бщ и й ки слот н о-осн овн ый кат али з. В ак тивном

центре ф ерм ента м огут

груп п ы общ его тип а п редс тавляют с обой м ощ ны е

к атализаторы

м ногих

органич ес к их реак ций, п ротек ающ их в водны х с ис тем ах.

Ковален т н ый кат али з.

Нек оторы е ф ерм енты

реагируют с о

с воим и

с убс тратам и, образуя оч ень

нес табиль ны е, к овалентно с вязанны е ф ерм ент-

п родук ты

реак ции,

п рич ем

знач итель но бы с трее,

ч ем

в с луч ае

нек атализируем ы х реак ций.

Переч ис ленны е

вы ш е ч еты ре ф ак тора, п о-видим ом у,

внос ят

различ ны й

вк лад в ус к орение хим ич ес к их реак цийф ерм ентам и разны х тип ов,

однак о ни

для одного ф ерм ента п ок а не извес тно точ ного м еханизм а,

обес п еч ивающ его

ус к орение тойили инойс п ециф ич ес к ойдля негореак ции.

А ллостерическиеферм енты

Как

и вс е ф ерм енты ,

аллос терич ес к ие

ф ерм енты

им еют к аталитич ес к ий

центр, в

к отором

п роис ходит с вязы вание

с убс трата

и п ревращ ение

его в

п родук т,

но у аллос терич ес к их ф ерм ентов ес ть ,

п о м ень ш ейм ере,

ещ е

один

регуляторны й,

или

аллос терич ес к ий, центр

для

с вязы вания регулирующ его

м етаболита,

назы ваем ого

эф ф ек тором

или

м одулятором

(рис .

1).

с убс трат у.

Во-вторы х, м олек улы аллос терич ес к их ф ерм ентов обы ч но нам ного

к руп нее и

более с лож но ус троены п о с равнению с м олек улам и п рос ты х ф ер-

бы ли вп ервы е обнаруж ены .

Когда

с п ециф ич ес к ий ингибирующ ий, или отрицатель ны й,

м одулятор

с вязы ваетс я

с аллос терич ес к им центром , ч то п роис ходит п ри

п овы ш ении

с овс ем неак тивную ф орм у, т.е. «вы к люч аетс я».

Когда ж е к онцентрация

м одулятора в к летк е с ниж аетс я, ингибитор п ок идает

аллос терич ес к ийцентр и

руютс я м олек улам и м одулятора. В этом

с луч ае ф унк цию ак тивирующ его, или

п олож итель ного,

м одулятора

вы п олняет

не к онеч ны й п родук т данной цеп и

ф ерм ентативны х

реак ций, а

к ак ой-то другой м етаболит, к оторы й с луж ит

м олек улярны м с игналом , означ ающ им , ч тоф ерм ент долж ен«п ос п еш ить ». Ч ас то

в роли ак тивирующ его м одулятора

так ого тип а вы с туп ает с ам а м олек ула

с убс трата. Аллос терич ес к ие ф ерм енты

этогок лас с а, назы ваем ы е гом отроп ны м и

(так к ак м одулятором и с убс тратом с луж ит однои тож е с оединение), им еют два

нередк о вы п олняют двойную ф унк цию, дейс твуя и к ак

к аталитич ес к ие,

и к ак

регуляторны е

центры . Аллос терич ес к ие

ф ерм енты

этого тип а

реагируют на

с итуации, п ри к оторы х с убс трат

нак ап ливаетс я в избы точ ны х к олич ес твах и

долж енбы ть удаленв ходе п ос ледующ их реак ций.

Так им

образом ,

им еютс я

аллос терич ес к ие

ф ерм енты

двух

тип ов.

Ф ерм енты

п ервоготип а ингибируютс я с воим и м одуляторам и, к оторы е обы ч но

п о с воем у

хим ич ес к ом у с троению отлич аютс я от

с убс трата

(п оэтом у эти

ф ерм енты

назы ваютс я

гетеротроп ны м и). Нек оторы е

аллос терич ес к ие

ф ерм енты

п одверж ены

влиянию

двух и

более м одуляторов,

к оторы е

м огут

ок азы вать

на ф ерм ент

п ротивоп олож ное

дейс твие,

т.е.

один м одулятор (или