Фермент - Лексикон хімії

Металоферменти містять іони металів як складові (наприклад, оксидоредуктази Fe 2+ і Fe 3+, оксидази Cu 2+, дегідрогенази Zn 2+, нітрогеназу Mo 2+ та α-амілазу Ca 2+) або викликані кооперативним впливом металу Іони, оптимізовані за своєю ефективністю (наприклад, Zn 2+ в ацилазах та Mg 2+ у гексокіназі та карбоксилазі).

Амінокислоти, що беруть участь в утворенні активного центру Е., часто знаходяться дуже далеко один від одного в первинній структурі, але знаходяться в безпосередній близькості завдяки просторовому згортанню поліпептидного ланцюга. Часто діючий центр Е., що належить до тієї ж групи, демонструє разючу відповідність. Тож містять z. B. тваринні серинові протеази трипсин, хімотрипсин, еластаза, тромбін і плазмін мають активний сериновий залишок в активному центрі, який оточений залишками аспарагінової кислоти та гістидину. Для таких споріднених Е. передбачається еволюція, починаючи із загального первинного ферменту.

Утворення Е., як правило, відбувається за принципами біосинтезу білка. Е., які постійно утворюються в клітині, називаються конститутивний Е. називається, Е., що утворюється лише за певних умов росту або коли потрібні, називаються адаптивний Е. В останньому розрізняють індуцибельна Е., які виникають у більших кількостях і з підвищеною активністю під впливом індуктора, субстрату відповідного ферменту або чужорідних молекул, напр. B. фармацевтичні препарати або пестициди, діючі речовини та репресивний Е., синтез яких може блокуватися певними речовинами, особливо кінцевими продуктами біосинтетичного ланцюга.

Механізм дії. У всіх ферментних реакціях специфічна міжмолекулярна взаємодія між ферментом (E) і субстратом (S) спочатку утворює фермент-субстратний комплекс (ES), який перегрупується в активований комплекс, змінюючи конформацію білкового компонента, а потім у комплекс фермент-продукт (EP) проходить. Продукт вивільняється з комплексу ЕР шляхом дисоціації, а фермент регресує. Часткові етапи реакції можна сформулювати так:

E + S

ІТ

EP

Р + Е.

Стрілки рівноваги вказують на те, що всі стадії реакції оборотні. Зворотні реакції особливо важливі, коли їх перетворення вільної енергії є лише низьким, наприклад Б. з переетерифікацією або трансамінацією. Змінюючи рівноважні концентрації, рівновага може бути зміщена в будь-яку сторону. Зрушення рівноваги відбувається, наприклад Б. також має місце, якщо продукт реакції реалізується швидше в наступній реакції, ніж він утворюється в першій. У Е., які ефективні лише у поєднанні з коферментом (С), це часто поглинає частину молекули (х), відколоту від субстрату (S 1 х), наприклад B. атоми водню в оксидоредуктазах, тоді він сам є коферментом (Cx), z. B. CH2, поглинається ферментом (E 2), який потім x, z. B. 2 H, переноситься на другу основу:

E 1 + S 1 H2 + C

[E 1 CÂ · S 1 H2]

E 1 + S 1 + CH2;

CH2 + E 2 + S 2

[E 2 Â · S 2 Â · CH2]

E 2 + C + S 2 H2.

Швидкість ферментативно каталізованої реакції залежить, зокрема, від високої концентрації субстрату в області активного центру, від оптимальної орбітальної орієнтації реагуючих молекул, а також від швидкої зміни конформації білкового компонента та швидкості розкладання комплексу ЕР. З даною кількістю ферменту швидкість реакції зростає зі збільшенням концентрації субстрату. На думку Michaelis і Menten, застосовується ферментна реакція з субстратом

в якій v0 - початкова швидкість, Vmax - максимальна швидкість, [S] - концентрація основи і КМ а Константа Майкеліса-Ментена маю на увазі. КМ - концентрація субстрату, при якій досягається половина максимальної швидкості реакції. Висота КЗначення М вказують на те, що Е. має лише низьку спорідненість до субстрату. На діаграмі швидкості субстрат Е., що характеризується рівнянням Майкеліса-Ментена, показує гіперболічну криву ферментної характеристики. Алостеричні Е. показують сигмовидний (S-подібний) хід характеристики. Тут ефекторне зв'язування призводить до дуже швидкої зміни тривимірної структури білка, завдяки чому конформаційні зміни, що виходять від однієї субодиниці, можуть переноситися на інші субодиниці молекули ферменту.

Ферменти. Рис.: Спрощене уявлення про розщеплення пептидного зв’язку хімотрипсином. R 1 і R 2 являють собою бічні ланцюги амінокислот 1 і 2.

Ферментні одиниці. Для визначення Ферментна активність У реакції, що каталізується певною кількістю ферменту, зменшення субстрату з часом або збільшення субстрату або збільшення продукту реакції зазвичай визначають спектроскопічно.

Відповідно до специфікацій Міжнародної ферментної комісії IUPAC, a Ферментна одиниця (1 U) кількість Е., яка за стандартних умов каталізує перетворення 1 мкмоль субстрату на хвилину. Каталітична установка катал, позначена як кат, була представлена ​​як новий міжнародний блок у 1972 році. 1 кат - величина активності ферменту, яка перетворює 1 моль субстрату в секунду. Мікрокатал (μkat), нанокатал (nkat) та пікокатал (pkat) були затверджені як субодиниці. Для перерахунку між одиницями застосовується наступне: 1 кат = 6Â · 10 7 U або 1 U = 16,67 нкат.

Автор a Викликається молекула ферменту або кількість молекул субстрату, перетворених за хвилину активним центром молекулярна активність (раніше Змінити номер) призначений. При обороті 36 мільйонів молекул субстрату на хвилину Е. карбоангідраза С демонструє особливо високу активність.

Видобуток. Е. можна отримати з тваринних, рослинних або мікробних відкладень. Для ізоляції від тканини тварини переважно лише певні органи, напр. Б. підшлункова залоза або нирки. Після гомогенізації матеріалу Е. екстрагують безпосередньо відповідними буферними розчинами або спочатку при низьких температурах органічним розчинником, наприклад B. ацетон, перероблений у сухий порошок. Овочевий Е., напр. В. папаїн виділяють із пресованих соків, які отримують з механічно подрібненого рослинного матеріалу. Концентрація та тонке очищення Е. відбувається в процесі осадження та адсорбції, а також ультрафільтрацією.

Ферментація мікроорганізмами та мутантами має першорядне значення для технічного виробництва Е. Виробництво відбувається періодично у ферментаторах ємністю до 100000 літрів; час бродіння становить 50-150 годин. Виділення є простим, якщо Е. виводиться позаклітинно з культуральним фільтратом, напр. B. з бактеріальними протеазами та амілазами, виробленими в масштабі 500 т/а. Більшість Е. утворюються всередині клітини, так що здебільшого стабільна клітинна стінка мікроорганізмів спочатку повинна бути механічно знищена, напр. B. в гомогенізаторі високого тиску або в кульових млинах.

Значення та використання. На практиці дедалі частіше використовуються переваги ферментного каталізу, що забезпечує реакції без побічних продуктів із високим виходом за м’яких умов. Технічними сферами застосування є насамперед миюча, харчова, напойна та фармацевтична промисловість (табл. 2). Значний прогрес у ферментній технології був досягнутий завдяки іммобілізації Е. (іммобілізовані ферменти).

Ферменти. Таблиця 2: Технічне використання ферментів (вибір).