Специфичность действия ферментов.

Ферменты имеют разную специфичность и по отношению к субстратам. По степени специфичности ферменты делятся на следующие основные виды, упоминаемые в порядке снижения специфичности.

1. Стереохимическая субстратная специфичность – фермент катализирует превращение только одного из возможных стереоизомеров субстрата. Это крайний случай специфичности. Например, фумаратгидратаза катализирует превращение только фумаровой кислоты (присоединения к ней молекулы воды), но не ее стереоизомеров – малеиновой кислоты.

2. Абсолютная субстратная специфичность – фермент катализирует превращение только одного субстрата. Например, уреаза катализирует превращение только мочевины.

3. Абсолютная групповая субстратная специфичность – фермент катализирует превращение сходной группы субстратов. Например, алкогольдегидрогеназа катализирует превращение не только этанола, но и других алифатических спиртов, хотя и с разной скоростью.

4. Относительная групповая субстратная специфичность – фермент специфически действует не на группу молекул субстрата, а на отдельные связи определенной группы субстратов. Например, пищеварительные ферменты – пепсин, трипсин – специфичны по отношению к пептидным связям, образованным определенными аминокислотами в разных белках.

5. Относительная субстратная специфичность – фермент катализирует превращение субстратов, принадлежащих к разным группам химических соединений. Например, фермент цитохром Р₄₅₀ участвует в гидроксилировании разных соединений (около 7000 наименований). Это наименее специфичная ферментная система, участвующая в превращении природных веществ, лекарств и ядов.

Ингибирование ферментов.

Ингибиторы представляют большой интерес для ронимания механизма ферментативного катализа. Применение различных веществ, связывающих функциональные группы контактного и каталитического участков активного центра фермента, может прояснить значение тех или иных групп, участвующих в катализе.

Ингибиторы характеризуются прежде всего таким общим признаком, как прочность связывания с ферментом. По этому признаку ингибиторы делятся на 2 группы: обратимые и необратимые. Отнести ингибитор к одной из двух групп позволяет критерий восстановления активности фермента после диализа. Необратимые ингибиторы прочно связываются с ферментом, и после этих процедур активность фермента не восстанавливается. Наоборот, комплекс фермент – обратимый ингибитор непрочен и быстро диссоциирует. Активность фермента при этом восстанавливается.

По механизму действия ингибиторы ферментов делятся на следующие основные типы: 1) конкурентные; 2) неконкурентные; 3) бесконкурентные; 4) субстратные; 5) аллостерические.

Конкурентным ингибированием называется торможение ферментативной реакции, вызванное связыванием с активным центром фермента ингибитора, сходного по структуре с субстратом и препятствующего образованию фермент-субстратного комплекса. При конкурентном торможении ингибитор и субстрат, будучи сходными по строению, конкурируют за активный центр фермента. С активным центром связывается то соединение, молекул которого больше. С ферментом связан либо субстрат, либо ингибитор.

Неконкурентным ингибированием ферментов называется торможение, связанное с влиянием ингибитора на каталитическое превращение, но не на связывание субстрата с ферментом. Неконкурентный ингибитор или связывается непосредственно с каталитическими группами активного центра фермента, или, связываясь с ферментом вне активного центра, изменяет конформацию активного центра таким образом, что затрагивает структуру каталитического участка, мешая взаимодействию с ним субстрата. Поскольку неконкурентный ингибитор не влияет на связывание субстрата, то в отличие от конкурентного ингибирования наблюдается образование тройного комплекса.

Неконкурентными ингибиторами являются, например, цианиды, которые прочно соединяются с трехвалентным железом, входящим в каталитический участок геминового фермента – цитохромоксидазы. Блокада этого фермента выключает дыхательную цепь, и клетка погибает. К неконкурентным ингибиторам ферментов относятся ионы тяжелых металлов и их органические соединения. Поэтому ионы тяжелых металлов ртути, свинца, кадмия, мышьяка и других очень токсичны. Они блокируют, например, SH- группы, входящие в каталитический участок фермента. Комплекс фермент- ингибитор способен присоединять субстрат, но дальнейшего превращения субстрата не происходит, так как каталитические группы заблокированы. Снять действие неконкурентного ингибитора избытком субстрата (как действие конкурентного) нельзя, а можно лишь веществами, связывающими ингибитор. Эти вещества называют реактиваторами.

Бесконкурентным ингибированием называется торможение ферментативной реакции, вызванное присоединением ингибитора только к комплексу фермент – субстрат. Бесконкурентный ингибитор не соединяется с ферментом в отсутствие субстрата. Более того, ингибитор облегчает присоединение субстрата, а затем, связываясь сам, ингибирует фермент. Это более редкий пример ингибирования, чем рассмотренные выше.

Субстратным ингибированием называется торможение ферментативной реакции, вызванное избытком субстрата. Такое ингибирование происходит вследствие образования фермент-субстратного комплекса, не способного подвергаться каталитическим превращениям.