јссоциаци€ Ёкосистема (сайт www.есоsystеmа.ru)








√Ћј¬Ќјя >>> –≈‘≈–ј“џ » —ѕ–ј¬ќ„Ќјя »Ќ‘ќ–ћј÷»я ќ ѕ–»–ќƒ≈

ќ  онференции исследовательских и проектных работ учащихс€ "ёные географы, краеведы и путешественники", посв€щенной 175-летию основани€ –√ќ: декабрь 2020 г
 онференци€ исследовательских и проектных работ учащихс€ ёные географы, краеведы и путешественники

√лавна€
English
Ѕиологический кружок ¬ќќѕ
  √остю кружка
  ѕланы кружка
  Ёкспедиции и выезды
  »сследовательска€ работа
  ѕрограмма "Parus"
  »стори€ кружка
   онтакты кружка
ѕолевой центр
  ‘отогалере€
  Ћетопись биостанции
  —татьи о биостанции
  »сследовательские работы
”чебные программы
  ѕолевые практикумы
  ћетодические семинары
  ¬ебинары
  »сследовательска€ работа
  ѕроектна€ де€тельность
  Ёкспедиции и лагер€
  Ёкологические тропы
  Ёкологические игры
  ѕубликации (статьи)
ћетодические материалы
  Ќагл€дные определители
   арманные определители
  ќпределительные таблицы
  Ёнциклопедии природы –оссии
   омпьютерные определители
  ћобильные определители
  ”чебные фильмы
  ћетодические пособи€
  ѕолевой практикум
ѕрирода –оссии
  ћинералы и горные породы
  ѕочвы
  √рибы
  Ћишайники
  ¬одоросли
  ћохообразные
  “рав€нистые растени€
  ƒеревь€ и кустарники
  ягоды и сочные плоды
  Ќасекомые-вредители
  ¬одные беспозвоночные
  ƒневные бабочки
  –ыбы
  јмфибии
  –ептилии
  ѕтицы, гнезда и голоса
  ћлекопитающие и следы
‘ото растений и животных
  —истематический каталог
  јлфавитный каталог
  √еографический каталог
  ѕоиск по названию
  √алере€
ѕриродные ландшафты мира
  ‘изическа€ географи€ –оссии
  ‘изическа€ географи€ мира
  ≈вропа
  јзи€
  јфрика
  —еверна€ јмерика
  ёжна€ јмерика
  јвстрали€ и Ќова€ «еланди€
  јнтарктика
–ефераты о природе
  √еографи€
  √еологи€ и почвоведение
  ћикологи€
  Ѕотаника
   ультурные растени€
  «оологи€ беспозвоночных
  «оологи€ позвоночных
  ¬одна€ экологи€
  ÷итологи€, анатоми€, медицина
  ќбща€ экологи€
  ќхрана природы
  «аповедники –оссии
  Ёкологическое образование
  Ёкологический словарь
  √еографический словарь
  ’удожественна€ литература
ћеждународные программы
  ќбща€ информаци€
  ѕолевые центры (¬еликобритани€)
  ћеждународные экспедиции (—Ўј)
   урс полевого образовани€ (—Ўј)
  ћеждународные контакты
»нтернет-магазин
   арманные определители
  ÷ветные таблицы
   омпьютерные определители
  Ёнциклопедии природы
  ћетодические пособи€
  ”чебные фильмы
   омплекты материалов
 онтакты
  √остева€ книга
  —сылки
  ѕартнеры
  Ќаши баннеры
   арта сайта

Ёкологический ÷ентр Ёкосистема на Facebook Ёкологический ÷ентр Ёкосистема ¬ онтакте

ётуб канал Ёкосистема YouTube EcosystemaRu

—качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из магазина Google Play / Play Market
—качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из AppStore / iTunes
¬идео-360 по экологии на нашем Youtube канале

≈сли ¬ам понравилс€ и пригодилс€ наш сайт - кликните по иконке "своей" социальной сети:

ѕриложение 'ћанок на птиц: птицы ≈вропы - песни, позывки, голоса птиц' дл€ смартфонов и планшетов јндроид / Android загрузить из Google Play / Play Market бесплатно

ќбъ€влени€:

«десь может быть бесплатно размещено ¬аше объ€вление о проводимом ¬сероссийском конкурсе, —лЄте, ќлимпиаде, любом другом важном меропри€тии, св€занном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. ѕодробнее >>>

ћы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. ѕодробнее >>>



яндекс.ћетрика



[ sp ] : ml об : { lf }

ѕожалуйста, ставьте гиперссылку на сайт www.ecosystema.ru если ¬ы копируете материалы с этой страницы!
¬о избежание недоразумений ознакомьтесь с правилами использовани€ и копировани€ материалов с сайта www.есоsystеmа.ru
ѕригодилась эта страница? ѕоделитесь ею в своих социальных сет€х:

‘≈–ћ≈Ќ“џ

ќглавление

1. ќбщие положени€
2. —войства ферментов
3. —троение ферментов
4. Ќоменклатура ферментов
5.  лассификаци€ ферментов и характеристика некоторых групп
6. Ћокализаци€ ферментов в клетке
7. ћетоды выделени€ и очистки ферментов
Ћитература

1. ќЅў»≈ ѕќЋќ∆≈Ќ»я

‘ерменты (от лат. fermentum Ч брожение, закваска), специфические белки, присутствующие во всех живых клетках и играющие роль биологических катализаторов. „ерез их посредство реализуетс€ генетическа€ информаци€ и осуществл€ютс€ все процессы обмена веществ и энергии в живых организмах. ‘ерменты бывают простыми или сложными белками, в состав которых нар€ду с белковым компонентом (апоферментом) входит небелкова€ часть Ч кофермент. Ёффективность действи€ ферментов определ€етс€ значительным снижением энергии активации катализируемой реакции в результате образовани€ промежуточных фермент-субстратных комплексов. ѕрисоединение субстратов происходит в активных центрах, которые обладают сходством только с определенными субстратами, чем достигаетс€ высока€ специфичность (избирательность) действи€ ферментов. ќдна из особенностей ферментов Ч способность к направленному и регулируемому действию. «а счЄт этого контролируетс€ согласованность всех звеньев обмена веществ. Ёта способность определ€етс€ пространственность структурной молекулы ферментов. ќна реализуетс€ через изменение скорости действи€ ферментов и зависит от концентрации соответствующих субстратов и кофакторов, рH среды, температуры, а также от присутстви€ специфических активаторов и ингибиторов (например, адениловых нуклеотидов, карбонильных, сульфгидрильных соединений и др.). Ќекоторые ферменты помимо активных центров имеют дополнительные, т.н. аллостерические регул€торные центры. Ѕиосинтез ферментов находитс€ под контролем генов. –азличают конститутивные ферменты, посто€нно присутствующие в клетках, и индуцируемые ферменты, биосинтез которых активируетс€ под вли€нием соответствующих субстратов. Ќекоторые функционально взаимосв€занные ферменты образуют в клетке структурно организованные полиферментные комплексы. ћногие ферменты и ферментные комплексы прочно св€заны с мембранами клетки или еЄ органоидов (митохондрий, лизосом, микросом и т.д.) и участвуют в активном транспорте веществ через мембраны.

»звестно более 20000 различных ферментов, из которых многие выделены из живых клеток и получены в индивидуальном состо€нии. ѕервый кристаллический фермент (уреаза) выделен американским биохимиком ƒ. —амнером в 1926 г. ƒл€ р€да ферментов изучена последовательность аминокислот и вы€снено расположение полипептидных цепей в трЄхмерном пространстве. ¬ лабораторных услови€х осуществлен искусственный химический синтез фермента рибонуклеазы. ‘ерменты используют дл€ количественного определени€ и получени€ различных веществ, дл€ модификации молекул нуклеиновых кислот методами генной инженерии, диагностики и лечени€ р€да заболеваний, а также в р€де технологических процессов, примен€емых в лЄгкой, пищевой и фармацевтической промышленност€х.

2. —¬ќ…—“¬ј ‘≈–ћ≈Ќ“ќ¬

Ѕудучи белками, ферменты обладают всеми их свойствами. ¬месте с тем биокатализаторы характеризуютс€ р€дом специфических качеств, тоже вытекающих из их белковой природы. Ёти качества отличают ферменты от катализаторов обычного типа. —юда относ€тс€ термолабильность ферментов, зависимость их действи€ от значени€ рЌ среды, специфичность и, наконец, подверженность вли€нию активаторов и ингибиторов.

“ермолабильность ферментов объ€сн€етс€ тем, что температура, с одной стороны, воздействует на белковую часть фермента, привод€ при слишком высоких значени€х к денатурации белка и снижению каталитической функции, а с другой стороны, оказывает вли€ние на скорость реакции образовани€ фермент-субстратного комплекса и на все последующие этапы преобразовани€ субстрата, что ведет к усилению катализа.

«ависимость каталитической активности фермента от температуры выражаетс€ типичной кривой. ƒо некоторого значени€ температуры (в среднем до 50 ∞—) каталитическа€ активность растет, причем на каждые 10 ∞— примерно в 2 раза повышаетс€ скорость преобразовани€ субстрата. ¬ то же врем€ постепенно возрастает количество инактивированного фермента за счет денатурации его белковой части. ѕри температуре выше 50 ∞— денатураци€ ферментного белка резко усиливаетс€ и, хот€ скорость реакций преобразовани€ субстрата продолжает расти, активность фермента, выражающа€с€ количеством превращенного субстрата, падает.

ƒетальные исследовани€ роста активности ферментов с повышением температуры, проведенные в последнее врем€, показали более сложный характер этой зависимости, чем указано выше: во многих случа€х она не отвечает правилу удвоени€ активности на каждые 10∞— в основном из-за постепенно нарастающих конформационных изменений в молекуле фермента.

“емпература, при которой каталитическа€ активность фермента максимальна, называетс€ его температурным оптимумом.

“емпературный оптимум дл€ различных ферментов неодинаков. ¬ общем дл€ ферментов животного происхождени€ он лежит между 40 и 50∞—, а растительного Ч между 50 и 60∞—. ќднако есть ферменты с более высоким температурным оптимумом, например, у папаина (фермент растительного происхождени€, ускор€ющий гидролиз белка) оптимум находитс€ при 80∞—. ¬ то же врем€ у каталазы (фермент, ускор€ющий распад Ќ2O2 до Ќ2ќ и O2) оптимальна€ температура действи€ находитс€ между 0 и -10∞—, а при более высоких температурах происходит энергичное окисление фермента и его инактиваци€.

«ависимость активности фермента от значени€ рЌ среды была установлена свыше 50 лет назад. ƒл€ каждого фермента существует оптимальное значение рЌ среды, при котором он про€вл€ет максимальную активность. Ѕольшинство ферментов имеет максимальную активность в зоне рЌ поблизости от нейтральной точки. ¬ резко кислой или резко щелочной среде хорошо работают лишь некоторые ферменты.

ѕереход к большей или меньшей (по сравнению с оптимальной) концентрации водородных ионов сопровождаетс€ более или менее равномерным падением активности фермента.

¬ли€ние концентрации водородных ионов на каталитическую активность ферментов состоит в воздействии ее на активный центр. ѕри разных значени€х рЌ в реакционной среде активный центр может быть слабее или сильнее ионизирован, больше или меньше экранирован соседними с ним фрагментами полипептидной цепи белковой части фермента и т.п.  роме того, рЌ среды вли€ет на степень ионизации субстрата, фермент-субстратного комплекса и продуктов реакции, оказывает большое вли€ние на состо€ние фермента, определ€€ соотношение в нем катионных и анионных центров, что сказываетс€ на третичной структуре белковой молекулы. ѕоследнее обсто€тельство заслуживает особого внимани€, так как определенна€ третична€ структура белка-фермента необходима дл€ образовани€ фермент-субстратного комплекса.

—пецифичность Ч одно из наиболее выдающихс€ качеств ферментов. Ёго свойство их было открыто еще в прошлом столетии, когда было сделано наблюдение, что очень близкие по структуре вещества Ч пространственные изомеры (a Ч и b-метилглюкозиды) расщепл€ютс€ по эфирной св€зи двум€ совершенно разными ферментами.

“аким образом, ферменты могут различать химические соединени€, отличающиес€ друг от друга очень незначительными детал€ми строени€, такими, например, как пространственное расположение метоксильного радикала и атома водорода при 1-м углеродном атоме молекулы метилглюкозида.

ѕо образному выражению, нередко употребл€емому в биохимической литературе, фермент подходит к субстрату, как ключ к замку. Ёто знаменитое правило было сформулировано Ё. ‘ишером в 1894 г. исход€ из того, что специфичность действи€ фермента предопредел€етс€ строгим соответствием геометрической структуры субстрата и активного центра фермента.

¬ 50-е годы нашего столети€ это статическое представление было заменено гипотезой ƒ.  ошланда об индуцированном соответствии субстрата и фермента. —ущность ее сводитс€ к тому, что пространственное соответствие структуры субстрата и активного центра фермента создаетс€ в момент их взаимодействи€ друг с другом, что может быть выр€жено формулой Уперчатка Ч рукаФ. ѕри этом в субстрате уже деформируютс€ некоторые валентные св€зи и он, таким образом, подготавливаетс€ к дальнейшему каталитическому видоизменению, а в молекуле фермента происход€т конформационные перестройки. √ипотеза  ошланда, основанна€ на допущении гибкости активного центра фермента, удовлетворительно объ€сн€ла активирование и ингибирование действи€ ферментов и регул€цию их активности при воздействии различных факторов. ¬ частности, конформационные перестройки в ферменте в процессе изменени€ его активности  ошланд сравнивал с колебани€ми паутины, когда в нее попала добыча (субстрат), подчеркива€ этим крайнюю лабильность структуры фермента в процессе каталитического акта.

¬ насто€щее врем€ гипотеза  ошланда постепенно вытесн€етс€ гипотезой топохимического соответстви€. —охран€€ основные положени€ гипотезы взаимоиндуцированной настройки субстрата и фермента, она фиксирует внимание на том, что специфичность действи€ ферментов объ€сн€етс€ в первую очередь узнаванием той части субстрата, котора€ не измен€етс€ при катализе. ћежду этой частью субстрата и субстратным центром фермента возникают многочисленные точечные гидрофобные взаимодействи€ и водородные св€зи.

3. —“–ќ≈Ќ»≈ ‘≈–ћ≈Ќ“ќ¬

ѕо строению ферменты могут быть однокомпонентными, простыми белками, и двухкомпонентными, сложными белками. ¬о втором случае в составе фермента обнаруживаетс€ добавочна€ группа небелковой природы.

¬ разное врем€ возникли различные наименовани€ белковой части и добавочной группы в двухкомпонентных ферментах.

’имическа€ природа важнейших коферментов была вы€снена в 30-е годы нашего столети€ благодар€ трудам ќ. ¬арбурга, –.  уна, ѕ.  аррера и др. ќказалось, что роль коферментов в двухкомпонентных ферментах играют большинство витаминов (≈,  , Q, ¬1, ¬2, ¬6 ¬12, —, Ќ и др.) или соединений, построенных с участием витаминов (коэнзим ј, Ќјƒ+ и т. п.).  роме того, функцию коферментов выполн€ют такие соединени€, как ЌS-глутатион, многочисленна€ группа нуклеотидов и их производных, фосфорные эфиры некоторых моносахаридов и р€д других веществ.

’арактерной особенностью двухкомпонентных ферментов €вл€етс€ то, что ни белкова€ часть, ни добавочна€ группа в отдельности не обладают заметной каталитической активностью. “олько их комплекс про€вл€ет ферментативные свойства. ѕри этом белок резко повышает каталитическую активность добавочной группы, присущую ей в свободном состо€нии в очень малой степени; добавочна€ же группа стабилизирует белковую часть и делает ее менее у€звимой к денатурирующим агентам. “аким образом, хот€ непосредственным исполнителем каталитической функции €вл€етс€ простетическа€ группа, образующа€ каталитический центр, ее действие немыслимо без участи€ полипептидных фрагментов белковой части фермента. Ѕолее того, в апоферменте есть участок, характеризующийс€ специфической структурой, избирательно св€зывающий кофермент. Ёто так называемый кофермент св€зывающий домен; его структура у различных апоферментов, соедин€ющихс€ с одним и тем же коферментом, очень сходна. “аковы, например, пространственные структуры нуклеотидсв€зывающих доменов р€да дегидрогеназ.

»наче обстоит дело у однокомпонентных ферментов, не имеющих добавочной группы, котора€ могла бы входить в непосредственный контакт с преобразуемым соединением. Ёту функцию выполн€ет часть белковой молекулы, называема€ каталитическим центром. ѕредполагают, что каталитический центр однокомпонентного фермента представл€ет собой уникальное сочетание нескольких аминокислотных остатков, располагающихс€ в определенной части белковой молекулы.

„аще всего в каталитических центрах однокомпонентных ферментов встречаютс€ остатки сер, гис, три, арг, цис, асп, глу и тир. –адикалы перечисленных аминокислот выполн€ют здесь ту же функцию, что и кофермент в составе двухкомпонентного фермента.

јминокислотные остатки, образующие каталитический центр однокомпонентного фермента, расположены в различных точках единой полипептидной цепи. ѕоэтому каталитический центр возникает в тот момент, когда белкова€ молекула приобретает присущую ей третичную структуру. —ледовательно, изменение третичной структуры фермента под вли€нием тех или иных факторов может привести к деформации каталитического центра и изменению ферментативной активности.

 роме каталитического центра, образованного сочетанием аминокислотных радикалов или присоединением кофермента, у ферментов различают еще два центра: субстратный и аллостерический.

ѕод субстратным центром понимают участок молекулы фермента, ответственный за присоединение вещества (субстрата), подвергающегос€ ферментативному превращению. „асто этот участок называют У€корной площадкойФ фермента, где, как судно на €корь, становитс€ субстрат. ¬о многих случа€х прикрепление субстрата к ферменту идет за счет взаимодействи€ с e-аминогрулпой радикала лиз, расположенного в субстратном центре. Ёту же роль может выполн€ть —ќќЌ-группа глу, а также ЌS-группа цис. ќднако работы последних лет показали, что гораздо большее значение здесь имеют силы гидрофобных взаимодействий и во-дородные св€зи, возникающие между радикалами аминокислотных остатков субстратного центра фермента и соответствующими группировками в молекуле субстрата.

ѕон€тие о каталитическом и субстратном центре не следует абсолютизировать. ¬ реальных ферментах субстратный центр может совпадать (или перекрыватьс€) с каталитическим центром. Ѕолее того, каталитический центр может окончательно формироватьс€ в момент присоединени€ субстрата. ѕоэтому часто говор€т об активном центре фермента, представл€ющем сочетание первого и второго. јктивный центр у ферментов располагаетс€ на две щели при двухъ€дерной структуре, например у лизоцима и рибонуклеазы, или на дне глубокой впадины, как у химотрипсиногена.

јллостерический центр представл€ет собой участок молекулы фермента, в результате присоединени€ к которому определенного низкомолекул€рного (а иногда Ч и высокомолекул€рного) вещества измен€етс€ третична€ структура белковой молекулы. ¬следствие этого измен€етс€ конфигураци€ активного центра, сопровождающа€с€ либо увеличением, либо снижением каталитической активности фермента. Ёто €вление лежит в основе так называемой аллостерической регул€ции каталитической активности ферментов.

«начени€ молекул€рных масс ферментов колеблютс€ в широких пределах: от нескольких тыс€ч до нескольких миллионов. ¬ природе насчитываетс€ несколько дес€тков ферментов, обладающих сравнительно небольшими молекулами (до 50 тыс.). ќднако большинство ферментов представлено белками более высокой молекул€рной массы, построенными из субъединиц. “ак, каталаза (ћ=25200) содержит в молекуле шесть протомеров с ћ=42000 каждый. ћолекула фермента, ускор€ющего реакцию синтеза рибонуклеиновых кислот (–Ќ -полимераза, ћ = 400000), состоит из 6 неравных субъединиц. ѕолна€ молекула глутаматдегидрогеназы, ускор€ющей процесс окислени€ глутаминовой кислоты (ћ=336000), построена из 6 субъединиц с ћ=56000.

—пособы компоновки протомеров в мультимеры разнообразны.  райне важно, что достроенный из субъединиц фермент про€вл€ет максимальную каталитическую активность именно в виде мультимера: диссоциаци€ на протомеры резко снижает активность фермента. Ќе все ферменты-мультимеры построены исключительно из каталитически активных протомеров. Ќар€ду с каталитическими в их составе отмечены регул€торные субъединицы, как, например, у аспартаткарбамилтрансферазы.

—реди ферментов-мультимеров безусловно преобладают димеры и тетрамеры (их несколько сотен), в меньшей мере распространены гексамеры и октамеры (несколько дес€тков) и необыкновенно редко встречаютс€ тримеры и пентамеры.

ћолекулы ферментов-мультимеров в р€де случаев составлены из субъединиц двух типов, обозначаемых условно как субъединицы типа ј и ¬. ќни сходны друг с другом, но отличаютс€ по некоторым детал€м первичной и третичной структур. ¬ зависимости от соотношени€ протомеров типа ј и ¬ в мультимере последний может существовать в виде нескольких изомеров, которые называют изозимами.

¬ насто€щее врем€ интерес к изозимам резко повысилс€. ќказалось, что кроме генетически детерминированных изозимов существует больша€ группа ферментов, обладающа€ множественными формами, возникающими в результате их посттрансл€ционной модификации. ћножественные формы ферментов и изозимы в частности используютс€ сейчас дл€ диагностики болезней в медицине, прогнозировани€ продуктивности животных подбора родительских пар при скрещивании дл€ обеспечени€ максимального гетерозиса в потомстве и т. п.

«начение пространственной организации ферментов особенно €рко вы€вл€етс€ при изучении строени€ так называемых мультиэнзимов, т.е. ферментов, обладающих способностью ускор€ть одновременно несколько химических реакций и осуществл€ть сложные превращени€ субстрата. ѕримером может служить мультиэнзим, ускор€ющий реакцию окислительного декарбоксилировани€ пировиноградной кислоты. Ётот многоферментный комплекс с ћ=4500000 состоит из трех видов ферментов. ѕервый из них (E1) ускор€ет реакцию декарбоксилировани€ пировиноградной кислоты. ¬ состав комплекса входит 12 димерных молекул этого фермента ( =19200). ¬торой и третий ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные процессы при окислении пировиноградной кислоты, сосредоточены внутри мультиэнзимного комплекса. ќдин из них (≈3) представлен шестью димерными молекулами (ћ=112 000), другой (≈2) Ч 24 протомерами (ћ=70000).

¬ тех случа€х, когда мультиэнзимный комплекс обслуживает единый, многоступенчатый процесс биохимических превращений, его называют метаболоном (от слова метаболизм Ч обмен веществ). “аковы метаболоны гликолиза, биосинтеза р€да аминокислот, цикла дикарбоновых и трикарбоновых кислот и др.

¬ результате слаженного во времени и пространстве действи€ всех трех видов вход€щих в его состав ферментов мультиэнзим с огромной скоростью осуществл€ет превращение пировиноградной кислоты. »менно в кооперативном характере каталитического процесса и кроетс€ главное отличие биокатализаторов от катализаторов неорганической природы, именно поэтому интенсивность биокатализа в дес€тки, сотни и тыс€чи раз превосходит мощность действи€ неорганических катализаторов.

—равнительно недавно вы€влена еще одна своеобразна€ черта в строении ферментов: некоторые из них €вл€ютс€ полифункциональными, т.е. обладают несколькими энзиматическими активност€ми, но всего лишь одной полипептидной цепью. ƒело в том, что эта едина€ цепь при формировании третичной структуры образует несколько функционально и стерически обособленных глобул€рных участков Ч доменов, каждый из которых характеризуетс€ своей каталитической активностью.

ѕри изучении мультиэнзимных комплексов и полифункциональных ферментов удалось пон€ть наиболее важную особенность ферментативного катализа, а именно Ч эстафетную передачу промежуточных продуктов реакции от одного компонента каталитической системы к другому без их высвобождени€.

4. Ќќћ≈Ќ Ћј“”–ј ‘≈–ћ≈Ќ“ќ¬

‘ерментологи€ очень долго не располагала строго научной номенклатурой ферментов. Ќаименовани€ ферментам давали по случайным признакам (тривиальна€ номенклатура), по названию субстрата (рациональна€), по химическому составу фермента, наконец, по типу катализируемой реакции и характеру субстрата.

ѕримерами тривиальной номенклатуры могут служить названи€ таких ферментов, как пепсин (от греч. пепсис Ч пищеварение), трипсин (от греч. трипсис Ч разжижаю) и папаин (от названи€ дынного дерева Carica papaja, из сока которого он выделен). ѕо действию все эти ферменты €вл€ютс€ протеолитическими, т. е. ускор€ют гидролиз протеинов (белков). ’арактерное название была дано группе окрашенных внутриклеточных ферментов, ускор€ющих окислительно-восстановительные реакции в клетке, Ч цитохромы (от лат. citos Ч клетка и chroma Ч цвет).

Ќаибольшее распространение получила рациональна€ номенклатура, согласно которой название фермента составл€етс€ из названи€ субстрата характерного окончани€ Ч аза. ќна была предложена более столети€ тому назад, в 1883 г. Ё. ƒюкло Ч учеником Ћ. ѕастера. “ак, фермент, ускор€ющий реакцию гидролиза крахмала, получил название амилаза (от греч. амилон Ч крахмал), гидролиза жиров Ч липаза (от греч. липос Ч жир), белков (протеинов) Ч протеаза, мочевины Ч уреаза (от греч. уреа Ч мочевина) и т.п.

 огда методами аналитической химии были достигнуты известные успехи в расшифровке химической природы простетических групп, возникла нова€ номенклатура ферментов. »х стали именовать по названию простетической группы, например, геминфермент (простетическа€ группа Ч гем), пиридоксальфермент (простетическа€ группа Ч пиридоксаль) и т.п.

«атем в названии фермента стали указывать как на характер субстрата, так и на тип катализируемой реакции.   примеру, фермент, отнимающий водород от молекулы €нтарной кислоты, называют сукцинатдегидрогеназой, подчеркива€ этим одновременно и химическую природу субстрата, и отн€тие атомов водорода в процессе ферментативного действи€.

¬ 1961 г. ћеждународна€ комисси€ по номенклатуре ферментов представила V ћеждународному биологическому конгрессу проект номенклатуры, построенный на строго научных принципах. ѕроект был утвержден конгрессом, и нова€ номенклатура прочно вошла в ферментологию. —огласно этой (ћосковской) номенклатуре название ферментов составл€ют из химического названи€ субстрата и названи€ той реакции, котора€ осуществл€етс€ ферментом. ≈сли химическа€ реакци€, ускор€ема€ ферментом, сопровождаетс€ переносом группировки атомов от субстрата к акцептору, название фермента включает также химическое наименование акцептора.

Ќапример, пиридоксальфермент, катализируюший реакцию переаминировани€ между L-аланином и a-кетоглутаровой кислотой, называетс€ L-аланин: 2-оксоглутарат аминотрансфераза. ¬ этом названии отмечены сразу три особенности: 1) субстратом €вл€етс€ L-аланин; 2) акцептором служит 2-окcоглутарова€ кислота; «) от субстрата к акцептору передаетс€ аминогруппа.

Ќазвани€ ферментов по научной номенклатуре неизмеримо выигрывают в точности, но станов€тс€ в р€де случаев гораздо сложнее старых, тривиальных. “ак, уреаза (тривиальное название), ускор€юща€ реакцию гидролиза Ч мочевины на оксид углерода (IV) и аммиак, по научной номенклатуре именуетс€ карбамид Ч амидогидролазой.

¬ этом названии дано точное химическое наименование субстрата и указано, что фермент катализирует реакцию гидролиза амидогруппы. “регалаза, ускор€юща€ реакцию гидролиза трегалозы, называетс€ трегалоза-1-глюко-гидролазой.

¬ св€зи со значительным усложнением научных названий в новой номенклатуре допускаетс€ сохранение нар€ду с новыми старых тривиальных, рабочих названий ферментов. ћеждународной комиссией был составлен детальный список всех известных в то врем€ ферментов, существенно дополненный в 1972 г. при пересмотре как классификации, так и номенклатуры некоторых ферментов, где р€дом с новым научным названием каждого фермента приведено старое, а также указан химизм катализируемой ферментом реакции и в некоторых случа€х природа фермента. “аким образом, исключаетс€ возможность путаницы в наименовании ферментов. ¬ 1964 г. список включал 874 фермента; в последующее врем€ он был существенно дополнен и возрос до 1770 ферментов в 1972 г. и до 2003 ферментов в 1979 г.

 аждому ферменту в указанном списке присвоен индивидуальный номер (шифр). Ќапример, шифр уреазы выражаетс€ цифрами 3.5.1.5. Ёто означает, что уреаза относитс€ к 3-му классу (перва€ цифра) ферментов, все представители которого катализируют реакции гидролиза. ¬тора€ цифра (5) говорит о том, что уреаза принадлежит к 5-му подклассу этого класса, куда зачислены все ферменты, ускор€ющие гидролиз —-N-св€зей, не €вл€ющихс€ пептидными. “реть€ цифра шифра (1) указывает на принадлежность уреазы к подподклассу 5-го подкласса, члены которого ускор€ют гидролиз линейных амидов, а последн€€ цифра (5) Ч пор€дковый номер уреазы в этом подподклассе.

”поминавша€с€ ранее лактатдегидрогенеза имеет шифр 1.1.1.27, т. е. относитс€ к 1-му классу ферментов (оксидоредуктазы), к 1-му подклассу (оксидоредуктазы, действующие на —Ќ Ч ќЌ-группировки в качестве доноров атомов водорода), к 1-му подподклассу (акцептором атомов водорода служит никотинамида-дениндинуклеотид) и занимает 27-е место в перечне ферментов упом€нутого подподкласса. “аким образом, шифр абсолютно точно указывает место фермента в общем списке. ¬ насто€щее врем€ прин€то в научных публикаци€х при первом упоминании фермента указывать в скобках его шифр.

5.  Ћј——»‘» ј÷»я ‘≈–ћ≈Ќ“ќ¬ » ’ј–ј “≈–»—“» ј Ќ≈ ќ“ќ–џ’ √–”ѕѕ

ѕо первой в истории изучени€ ферментов классификации их делили на две группы: гидролазы, ускор€ющие гидролитические реакции, и десмолазы, ускор€ющие реакции негидролитического распада. «атем была сделана попытка разбить ферменты на классы по числу субстратов, участвующих в реакции. ¬ соответствии с этим ферменты классифицировали на три группы. 1.  атализирующие превращени€ двух субстратов одновременно в обоих направлени€х: ј+¬) —+D. 2. ”скор€ющие превращени€ двух субстратов в пр€мой реакции и одного в обратной: ј+¬) —. 3. ќбеспечивающие каталитическое видоизменение одного субстрата как в пр€мой, так и в обратной реакции: ј) ¬.

ќдновременно развивалось направление, где в основу классификации ферментов был положен тип реакции, подвергающейс€ каталитическому воздейсвию. Ќар€ду с ферментами, ускор€ющими реакции гидролиза (гидролазы), были изучены ферменты, участвующие в реакци€х переноса атомов и атомных групп (феразы), в изомеризации (изомеразы), расщеплении (лиазы), различных синтезах (синтетазы) и т. д. Ёто направление в классификации ферментов оказалось наибо-лее плодотворным, так как объедин€ло ферменты в группы не по надуманным, формальным признакам, а по типу важнейших биохимических процессов, лежащих в основе жизнеде€тельности любого организма. ѕо этому принципу все ферменты дел€т на 6 классов.

1. ќксидоредуктазы Ч ускор€ют реакции окислени€ Ч восстановлени€.
2. “рансферазы Ч ускор€ют реакции переноса функциональных групп и молекул€рных остатков.
3. √идролазы Ч ускор€ют реакции гидролитического распада.
4. Ћиазы Ч ускор€ют негидролитическое отщепление от субстратов определенных групп атомов с образованием двойной св€зи (или присоедин€ют группы атомов по двойной св€зи).
5. »зомеразы Ч ускор€ют пространственные или структурные перестройки в пределах одной молекулы. 6. Ћигазы Ч ускор€ют реакции синтеза, сопр€женные с распадом богатых энергией св€зей.

Ёти классы и положены в основу новой научной классификации ферментов.

  классу оксидоредуктаз относ€т ферменты, катализирующие реакции окислени€ Ч восстановлени€. ќкисление протекает как процесс отн€ти€ атомов Ќ (электронов) от субстрата, а восстановление Ч как присоединение атомов Ќ (электронов) к акцептору.

¬ класс трансфераз вход€т ферменты, ускор€ющие реакции переноса функциональных групп и молекул€рных остатков от одного соединени€ к другому. Ёто один из наиболее обширных классов: он насчитывает около 500 индивидуальных ферментов. ¬ зависимости от характера переносимых группировок различают фосфотрансферазы, аминотрансферазы, гликозилтрансферазы, ацилтрансферазы, трансферазы, перенос€щие одноуглеродные остатки (метилтрансферазы, формил-трансферазы), и др. Ќапример, амидазы ускор€ют гидролиз амидов кислот. »з них важную роль в биохимических процессах в организме играют уреаза, аспарагиназа и глутаминаза.

”реаза была одним из первых белков-ферментов, полученным в кристаллическом состо€нии. Ёто однокомпонентный фермент (ћ=480000), молекула его глобул€рна и состоит из 8 равных субъединиц. ”реаза ускор€ет гидролиз мочевины до NЌ3 и —O2.

’арактерные черты действи€ ферментов класса лигаз (синтетаз) вы€влены совсем недавно в св€зи со значительными успехами в изучении механизма синтеза жиров, белков и углеводов: ќказалось, что старые представлени€ об образовании этих соединений, согласно которым они возникают при обращении реакций гидролиза, не соответствуют действительности. ѕути их синтеза принципиально иные.

√лавна€ их особенность Ч сопр€женность синтеза с распадом веществ, способных поставл€ть энергию дл€ осуществлени€ биосинтетического процесса. ќдним из таких природных соединений €вл€етс€ ј“‘. ѕри отрыве от ее молекулы в присутствии лигаз одного или двух концевых остатков фосфорной кислоты выдел€етс€ большое количество энергии, используемой дл€ активировани€ реагирующих веществ. Ћигазы же каталитически ускор€ют синтез органических соединений из активированных за счет распада ј“‘ исходных продуктов. “аким образом, к лигазам относ€тс€ ферменты, катализирующие соединение друг с другом двух молекул, сопр€женное с гидролизом пирофосфатной св€зи в молекуле ј“‘ или иного нуклеозидтрифосфата.

ћеханизм действи€ лигаз изучен еще недостаточно, но, несомненно, он весьма сложен. ¬ р€де случаев доказано, что одно из участвующих в основной реакции веществ сначала дает промежуточное соединение с фрагментом распадающейс€ молекулы ј“‘, а вслед за этим указанный промежуточный продукт взаимодействует со вторым партнером основной химической реакции с образованием конечного продукта.

6. Ћќ јЋ»«ј÷»я ‘≈–ћ≈Ќ“ќ¬ ¬  Ћ≈“ ≈

ќдним из принципиальных отличий ферментов от катализаторов небиологического происхождени€ €вл€етс€ кооперативный характер их действи€. Ќа уровне одиночной молекулы фермента кооперативный принцип реализуетс€ в тонком взаимодействии субстратного, активного и аллостерического центров. ќднако гораздо большее значение имеет кооперативное осуществление реакций на уровне ансамблей ферментов. »менно благодар€ наличию систем ферментов Ч в виде мультиэнзимных комплексов или еще более сложных образований Ч метаболонов, обеспечивающих каталитические превращени€ всех участников единого метаболического цикла Ч в клетках с большой скоростью осуществл€ютс€ многостадийные процессы как распада, так и синтеза органических молекул. ‘ерментативный катализ в многостадийных реакци€х идет без выделени€ промежуточных продуктов: только возникнув, они тут же подвергаютс€ дальнейшим преобразовани€м.

Ёто возможно лишь потому, что в клеточном содержимом ферменты распределены не хаотически, а строго упор€доченно. — современной точки зрени€ клетка представл€етс€ высокоорганизованной системой, в отдельных част€х которой осуществл€ютс€ строго определенные биохимические процессы. ¬ соответствии с приуроченностью их к определенным субклеточным частицам или отсекам (компартментам) клетки в них локализованы те или иные индивидуальные ферменты, мультиэнзимные комплексы, полифункциональные ферменты или сложнейшие метаболоны.

–азнообразные гидролазы и лиазы сосредоточены преимущественно в лизосомах. ¬нутри этих сравнительно небольших (несколько нанометров в диаметре) пузырьков, ограниченных мембраной от гиалоплазмы клетки, протекают процессы деструкции различных органических соединений до тех простейших структурных единиц, из которых они построены. —ложные ансамбли окислительно-восстановительных ферментов, такие, например, как цитохромна€ система, наход€тс€ в митохондри€х. ¬ этих же субклеточных частицах локализован набор ферментов цикла дикарбоновых и трикарбоновых кислот. ‘ерменты активировани€ аминокислот распределены в гиалоплазме, но они же есть и в €дре. ¬ гиалоплазме присутствуют многочисленные метаболоны гликолиза, структурно объединенные с таковыми пентозофосфатного цикла, что обеспечивает взаимопереключение дихотомического и апотомического путей распада углеводов. ¬ то же врем€ ферменты, ускор€ющие перенос аминокислотных остатков на растущий конец полипептидной цепи и катализирующие некоторые другие реакции в процессе биосинтеза белка, сосредоточены в рибосомальном аппарате клетки. Ќуклеотидилтрансферазы, ускор€ющие реакцию переноса нуклеотидных остатков при новообразовании нуклеиновых кислот, локализованы в основном в €дерном аппарате клетки. “аким образом, системы ферментов, сосредоточенные в тех или иных структурах, участвуют в осуществлении отдельных циклов реакций. Ѕудучи тонко координированы друг с другом, эти отдельные циклы реакций обеспечивают жизнеде€тельность клеток, органов, тканей и организма в целом.

7. ћ≈“ќƒџ ¬џƒ≈Ћ≈Ќ»я » ќ„»—“ » ‘≈–ћ≈Ќ“ќ¬

ƒолгое врем€ вполне обоснованно считали, что все ферменты Ч тела белковой природы. ќднако в начале 80-х годов была неожиданно открыта способность низкомолекул€рных рибонуклеиновых кислот ускор€ть реакцию превращени€ предшественников –Ќ  в функционально значимый продукт, т. е. возникло представление о полирибонуклеотидной природе некоторых ферментов, названных рибозимами.

’от€ уже осуществлен лабораторный синтез р€да ферментов Ч рибонуклеазы, лизоцима, ферредоксина и цитохрома с, трудно ожидать, что синтетическое получение ферментов получит широкое распространение в ближайшие дес€тилети€ ввиду его сложности и дороговизны, поэтому единственный реальный в насто€щее врем€ способ получени€ ферментов Ч это выделение их из биологиче-ских объектов.

¬ыдел€ют ферменты так же, как и другие белки, хот€ есть приемы, примен€емые преимущественно дл€ ферментов. »з них можно отметить экстракцию глицерином, в котором сохран€ютс€ нативные свойства ферментов, а также метод ацетоновых порошков, состо€щий в осаждении и быстром обезвоживании при температуре не выше Ч 10∞— тканей или выт€жек из них, содержащих ферменты.   их числу относитс€ также получение ферментов путем адсорбции с последующей элюцией (сн€тием) с адсорбента. Ётот метод был введен в химию ферментов ј. я. ƒанилевским и дал мощный толчок развитию ферментологии. —ейчас адсорбционный метод выделени€ и очистки ферментов разработан детально. Ќар€ду с ним широко примен€ют метод ионообменной хроматографии, метод молекул€рных сит, электрофорез и особенно изоэлектрофокусирование. ќдна из модификаций адсорбционного метода Ч афинна€ хроматографи€, где адсорбентом служит вещество, с которым фермент взаимодействует избирательно. ¬ результате лишь один этот фермент задерживаетс€ на колонке, а все сопутствующие ему выход€т с током про€вител€. »змен€€ характер про€вител€, исследуемый фермент элюирует с колонки. Ётим методом достигают очистки фермента в несколько тыс€ч раз, примен€€ всего лишь одноэтажную (аффинна€ сорбци€ Ч элюци€) схему выделени€.

ƒл€ успешного выделени€ ферментов из клеточного содержимого необходимо очень тонкое измельчение исходного материала, вплоть до разрушени€ субклеточных структур: лизосом, митохондрий, €дер и др., которые несут в своем составе многие индивидуальные ферменты. ќсобое внимание при выделении ферментов удел€ют проведению всех операций в услови€х, исключающих денатурацию белка, так как она всегда св€зана с потерей ферментативной активности. Ётому способствует проведение операций в присутствии защитных добавок, в частности HS-содержащих соединений (цистеина, глутатиона, меркаптоэтанола, цистеамина, дитиотреитола и др.

ќчень важно поддерживать на всех этапах выделени€ ферментов низкую температуру, так как некоторые из них даже при Ч 80∞— тер€ют активность.

ƒл€ оценки гомогенности ферментного препарата прибегают к обычным методам белковой химии. ѕереломным моментом в усовершенствовании методов получени€ высокоочищенных, гомогенных препаратов ферментов было открытие способности их кристаллизоватьс€, осуществленное впервые в 1906 г. ј. ƒ. –озенфельдом (им была получена в виде кристаллов оксидаза из корней редьки) и приобретшее с 1926 г. широкую известность после работы ƒ. —амнера по получению кристаллической уреазы из бобов канавалии. Ќередко о степени чистоты ферментного препарата суд€т по его биологической активности; если активность при дальнейшей очистке не возрастает, препарат можно считать гомогенным. »з 2003 включенных в список ферментов более 1500 выделено и в той или иной мере очищено, треть€ часть их закристаллизована, у нескольких сотен вы€снена первична€, а у нескольких дес€тков Ч третична€ структура.

Ћ»“≈–ј“”–ј

1. ¬ласова «.ј. Ѕиологи€. —правочник школьника. ћ., ¬сероссийское сло-во, 1995 г.

2. ’омченко √.Ћ. ’ими€ дл€ поступающих в ¬”«ы. ”чебное пособие. ћ., ¬ысша€ школа, 1993 г.

3. Ѕиологический энциклопедический словарь. ѕод ред. √ил€рова ћ.—. ћ., —оветска€ энциклопеди€, 1987 г.

«агрузить приложени€ из магазина Google Play / Play Market

«агрузить приложени€ из AppStore / iTunes


Ёкологический ÷ентр Ёкосистема на Facebook Ёкологический ÷ентр Ёкосистема ¬ онтакте ётуб канал Ёкосистема YouTube EcosystemaRu —качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из магазина Google Play / Play Market —качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из AppStore / iTunes
ѕанорамный фильм по экологии (VR-360) на нашем Youtube канале


ѕоделитьс€/Share:
ќбращение с посетител€м сайта



: ml : [ stl ]
ѕорекомендуйте нас в "своих" социальных сет€х:
- share this page with your friends!


Ёкологический ÷ентр Ёкосистема на Facebook Ёкологический ÷ентр Ёкосистема ¬ онтакте ётуб канал Ёкосистема YouTube EcosystemaRu —качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из магазина Google Play / Play Market —качать приложени€ Ёкосистемы Ёко√ид из AppStore / iTunes
ѕанорамный фильм по экологии (VR-360) на нашем Youtube канале


© Ёкологический центр "Ёкосистема"Щ, ј.—. Ѕоголюбов / © Field Ecology Center "Ecosystem"Щ, Alexander Bogolyubov, 2001-2020