ÑÂÎÉÑÒÂÀ ÔÅÐÌÅÍÒÎÂ
Áóäó÷è áåëêàìè, ôåðìåíòû îáëàäàþò âñåìè èõ
ñâîéñòâàìè. Âìåñòå ñ òåì áèîêàòàëèçàòîðû
õàðàêòåðèçóþòñÿ ðÿäîì ñïåöèôè÷åñêèõ êà÷åñòâ,
òîæå âûòåêàþùèõ èç èõ áåëêîâîé ïðèðîäû. Ýòè
êà÷åñòâà îòëè÷àþò ôåðìåíòû îò êàòàëèçàòîðîâ
îáû÷íîãî òèïà. Ñþäà îòíîñÿòñÿ òåðìîëàáèëüíîñòü
ôåðìåíòîâ, çàâèñèìîñòü èõ äåéñòâèÿ îò çíà÷åíèÿ
ðÍ ñðåäû, ñïåöèôè÷íîñòü è, íàêîíåö,
ïîäâåðæåííîñòü âëèÿíèþ àêòèâàòîðîâ è
èíãèáèòîðîâ.
Òåðìîëàáèëüíîñòü ôåðìåíòîâ îáúÿñíÿåòñÿ òåì,
÷òî òåìïåðàòóðà, ñ îäíîé ñòîðîíû, âîçäåéñòâóåò íà
áåëêîâóþ ÷àñòü ôåðìåíòà, ïðèâîäÿ ïðè ñëèøêîì
âûñîêèõ çíà÷åíèÿõ ê äåíàòóðàöèè áåëêà è ñíèæåíèþ
êàòàëèòè÷åñêîé ôóíêöèè, à ñ äðóãîé ñòîðîíû,
îêàçûâàåò âëèÿíèå íà ñêîðîñòü ðåàêöèè
îáðàçîâàíèÿ ôåðìåíò-ñóáñòðàòíîãî êîìïëåêñà è íà
âñå ïîñëåäóþùèå ýòàïû ïðåîáðàçîâàíèÿ ñóáñòðàòà,
÷òî âåäåò ê óñèëåíèþ êàòàëèçà.
Çàâèñèìîñòü êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè
ôåðìåíòà îò òåìïåðàòóðû âûðàæàåòñÿ òèïè÷íîé
êðèâîé. Äî íåêîòîðîãî çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû (â
ñðåäíåì äî 50 °Ñ) êàòàëèòè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü
ðàñòåò, ïðè÷åì íà êàæäûå 10 °Ñ ïðèìåðíî â 2 ðàçà
ïîâûøàåòñÿ ñêîðîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ ñóáñòðàòà. Â
òî æå âðåìÿ ïîñòåïåííî âîçðàñòàåò êîëè÷åñòâî
èíàêòèâèðîâàííîãî ôåðìåíòà çà ñ÷åò äåíàòóðàöèè
åãî áåëêîâîé ÷àñòè. Ïðè òåìïåðàòóðå âûøå 50 °Ñ
äåíàòóðàöèÿ ôåðìåíòíîãî áåëêà ðåçêî óñèëèâàåòñÿ
è, õîòÿ ñêîðîñòü ðåàêöèé ïðåîáðàçîâàíèÿ
ñóáñòðàòà ïðîäîëæàåò ðàñòè, àêòèâíîñòü ôåðìåíòà,
âûðàæàþùàÿñÿ êîëè÷åñòâîì ïðåâðàùåííîãî
ñóáñòðàòà, ïàäàåò.
Äåòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ðîñòà àêòèâíîñòè
ôåðìåíòîâ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû, ïðîâåäåííûå
â ïîñëåäíåå âðåìÿ, ïîêàçàëè áîëåå ñëîæíûé
õàðàêòåð ýòîé çàâèñèìîñòè, ÷åì óêàçàíî âûøå: âî
ìíîãèõ ñëó÷àÿõ îíà íå îòâå÷àåò ïðàâèëó óäâîåíèÿ
àêòèâíîñòè íà êàæäûå 10°Ñ â îñíîâíîì èç-çà
ïîñòåïåííî íàðàñòàþùèõ êîíôîðìàöèîííûõ
èçìåíåíèé â ìîëåêóëå ôåðìåíòà.
Òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé êàòàëèòè÷åñêàÿ
àêòèâíîñòü ôåðìåíòà ìàêñèìàëüíà, íàçûâàåòñÿ åãî
òåìïåðàòóðíûì îïòèìóìîì.
Òåìïåðàòóðíûé îïòèìóì äëÿ ðàçëè÷íûõ ôåðìåíòîâ
íåîäèíàêîâ. Â îáùåì äëÿ ôåðìåíòîâ æèâîòíîãî
ïðîèñõîæäåíèÿ îí ëåæèò ìåæäó 40 è 50°Ñ, à
ðàñòèòåëüíîãî — ìåæäó 50 è 60°Ñ. Îäíàêî åñòü
ôåðìåíòû ñ áîëåå âûñîêèì òåìïåðàòóðíûì
îïòèìóìîì, íàïðèìåð, ó ïàïàèíà (ôåðìåíò
ðàñòèòåëüíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ, óñêîðÿþùèé
ãèäðîëèç áåëêà) îïòèìóì íàõîäèòñÿ ïðè 80°Ñ. Â òî æå
âðåìÿ ó êàòàëàçû (ôåðìåíò, óñêîðÿþùèé ðàñïàä Í2O2
äî Í2Î è O2) îïòèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà
äåéñòâèÿ íàõîäèòñÿ ìåæäó 0 è -10°Ñ, à ïðè áîëåå
âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîèñõîäèò ýíåðãè÷íîå
îêèñëåíèå ôåðìåíòà è åãî èíàêòèâàöèÿ.
Çàâèñèìîñòü àêòèâíîñòè ôåðìåíòà îò çíà÷åíèÿ ðÍ
ñðåäû áûëà óñòàíîâëåíà ñâûøå 50 ëåò íàçàä. Äëÿ
êàæäîãî ôåðìåíòà ñóùåñòâóåò îïòèìàëüíîå
çíà÷åíèå ðÍ ñðåäû, ïðè êîòîðîì îí ïðîÿâëÿåò
ìàêñèìàëüíóþ àêòèâíîñòü. Áîëüøèíñòâî ôåðìåíòîâ
èìååò ìàêñèìàëüíóþ àêòèâíîñòü â çîíå ðÍ
ïîáëèçîñòè îò íåéòðàëüíîé òî÷êè.  ðåçêî êèñëîé
èëè ðåçêî ùåëî÷íîé ñðåäå õîðîøî ðàáîòàþò ëèøü
íåêîòîðûå ôåðìåíòû.
Ïåðåõîä ê áîëüøåé èëè ìåíüøåé (ïî ñðàâíåíèþ ñ
îïòèìàëüíîé) êîíöåíòðàöèè âîäîðîäíûõ èîíîâ
ñîïðîâîæäàåòñÿ áîëåå èëè ìåíåå ðàâíîìåðíûì
ïàäåíèåì àêòèâíîñòè ôåðìåíòà.
Âëèÿíèå êîíöåíòðàöèè âîäîðîäíûõ èîíîâ íà
êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü ôåðìåíòîâ ñîñòîèò â
âîçäåéñòâèè åå íà àêòèâíûé öåíòð. Ïðè ðàçíûõ
çíà÷åíèÿõ ðÍ â ðåàêöèîííîé ñðåäå àêòèâíûé öåíòð
ìîæåò áûòü ñëàáåå èëè ñèëüíåå èîíèçèðîâàí,
áîëüøå èëè ìåíüøå ýêðàíèðîâàí ñîñåäíèìè ñ íèì
ôðàãìåíòàìè ïîëèïåïòèäíîé öåïè áåëêîâîé ÷àñòè
ôåðìåíòà è ò.ï. Êðîìå òîãî, ðÍ ñðåäû âëèÿåò íà
ñòåïåíü èîíèçàöèè ñóáñòðàòà,
ôåðìåíò-ñóáñòðàòíîãî êîìïëåêñà è ïðîäóêòîâ
ðåàêöèè, îêàçûâàåò áîëüøîå âëèÿíèå íà ñîñòîÿíèå
ôåðìåíòà, îïðåäåëÿÿ ñîîòíîøåíèå â íåì êàòèîííûõ
è àíèîííûõ öåíòðîâ, ÷òî ñêàçûâàåòñÿ íà òðåòè÷íîé
ñòðóêòóðå áåëêîâîé ìîëåêóëû. Ïîñëåäíåå
îáñòîÿòåëüñòâî çàñëóæèâàåò îñîáîãî âíèìàíèÿ,
òàê êàê îïðåäåëåííàÿ òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà
áåëêà-ôåðìåíòà íåîáõîäèìà äëÿ îáðàçîâàíèÿ
ôåðìåíò-ñóáñòðàòíîãî êîìïëåêñà.
Ñïåöèôè÷íîñòü — îäíî èç íàèáîëåå âûäàþùèõñÿ
êà÷åñòâ ôåðìåíòîâ. Ýãî ñâîéñòâî èõ áûëî îòêðûòî
åùå â ïðîøëîì ñòîëåòèè, êîãäà áûëî ñäåëàíî
íàáëþäåíèå, ÷òî î÷åíü áëèçêèå ïî ñòðóêòóðå
âåùåñòâà — ïðîñòðàíñòâåííûå èçîìåðû (a — è
b-ìåòèëãëþêîçèäû) ðàñùåïëÿþòñÿ ïî ýôèðíîé ñâÿçè
äâóìÿ ñîâåðøåííî ðàçíûìè ôåðìåíòàìè.
Òàêèì îáðàçîì, ôåðìåíòû ìîãóò ðàçëè÷àòü
õèìè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, îòëè÷àþùèåñÿ äðóã îò
äðóãà î÷åíü íåçíà÷èòåëüíûìè äåòàëÿìè ñòðîåíèÿ,
òàêèìè, íàïðèìåð, êàê ïðîñòðàíñòâåííîå
ðàñïîëîæåíèå ìåòîêñèëüíîãî ðàäèêàëà è àòîìà
âîäîðîäà ïðè 1-ì óãëåðîäíîì àòîìå ìîëåêóëû
ìåòèëãëþêîçèäà.
Ïî îáðàçíîìó âûðàæåíèþ, íåðåäêî óïîòðåáëÿåìîìó
â áèîõèìè÷åñêîé ëèòåðàòóðå, ôåðìåíò ïîäõîäèò ê
ñóáñòðàòó, êàê êëþ÷ ê çàìêó. Ýòî çíàìåíèòîå
ïðàâèëî áûëî ñôîðìóëèðîâàíî Ý. Ôèøåðîì â 1894 ã.
èñõîäÿ èç òîãî, ÷òî ñïåöèôè÷íîñòü äåéñòâèÿ
ôåðìåíòà ïðåäîïðåäåëÿåòñÿ ñòðîãèì
ñîîòâåòñòâèåì ãåîìåòðè÷åñêîé ñòðóêòóðû
ñóáñòðàòà è àêòèâíîãî öåíòðà ôåðìåíòà.
 50-å ãîäû íàøåãî ñòîëåòèÿ ýòî ñòàòè÷åñêîå
ïðåäñòàâëåíèå áûëî çàìåíåíî ãèïîòåçîé Ä.
Êîøëàíäà îá èíäóöèðîâàííîì ñîîòâåòñòâèè
ñóáñòðàòà è ôåðìåíòà. Ñóùíîñòü åå ñâîäèòñÿ ê
òîìó, ÷òî ïðîñòðàíñòâåííîå ñîîòâåòñòâèå
ñòðóêòóðû ñóáñòðàòà è àêòèâíîãî öåíòðà ôåðìåíòà
ñîçäàåòñÿ â ìîìåíò èõ âçàèìîäåéñòâèÿ äðóã ñ
äðóãîì, ÷òî ìîæåò áûòü âûðÿæåíî ôîðìóëîé
“ïåð÷àòêà — ðóêà”. Ïðè ýòîì â ñóáñòðàòå óæå
äåôîðìèðóþòñÿ íåêîòîðûå âàëåíòíûå ñâÿçè è îí,
òàêèì îáðàçîì, ïîäãîòàâëèâàåòñÿ ê äàëüíåéøåìó
êàòàëèòè÷åñêîìó âèäîèçìåíåíèþ, à â ìîëåêóëå
ôåðìåíòà ïðîèñõîäÿò êîíôîðìàöèîííûå
ïåðåñòðîéêè. Ãèïîòåçà Êîøëàíäà, îñíîâàííàÿ íà
äîïóùåíèè ãèáêîñòè àêòèâíîãî öåíòðà ôåðìåíòà,
óäîâëåòâîðèòåëüíî îáúÿñíÿëà àêòèâèðîâàíèå è
èíãèáèðîâàíèå äåéñòâèÿ ôåðìåíòîâ è ðåãóëÿöèþ èõ
àêòèâíîñòè ïðè âîçäåéñòâèè ðàçëè÷íûõ ôàêòîðîâ. Â
÷àñòíîñòè, êîíôîðìàöèîííûå ïåðåñòðîéêè â
ôåðìåíòå â ïðîöåññå èçìåíåíèÿ åãî àêòèâíîñòè
Êîøëàíä ñðàâíèâàë ñ êîëåáàíèÿìè ïàóòèíû, êîãäà â
íåå ïîïàëà äîáû÷à (ñóáñòðàò), ïîä÷åðêèâàÿ ýòèì
êðàéíþþ ëàáèëüíîñòü ñòðóêòóðû ôåðìåíòà â
ïðîöåññå êàòàëèòè÷åñêîãî àêòà.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ãèïîòåçà Êîøëàíäà ïîñòåïåííî
âûòåñíÿåòñÿ ãèïîòåçîé òîïîõèìè÷åñêîãî
ñîîòâåòñòâèÿ. Ñîõðàíÿÿ îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ
ãèïîòåçû âçàèìîèíäóöèðîâàííîé íàñòðîéêè
ñóáñòðàòà è ôåðìåíòà, îíà ôèêñèðóåò âíèìàíèå íà
òîì, ÷òî ñïåöèôè÷íîñòü äåéñòâèÿ ôåðìåíòîâ
îáúÿñíÿåòñÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü óçíàâàíèåì òîé
÷àñòè ñóáñòðàòà, êîòîðàÿ íå èçìåíÿåòñÿ ïðè
êàòàëèçå. Ìåæäó ýòîé ÷àñòüþ ñóáñòðàòà è
ñóáñòðàòíûì öåíòðîì ôåðìåíòà âîçíèêàþò
ìíîãî÷èñëåííûå òî÷å÷íûå ãèäðîôîáíûå
âçàèìîäåéñòâèÿ è âîäîðîäíûå ñâÿçè.
|
