реферат скачать
 
Главная | Карта сайта
реферат скачать
РАЗДЕЛЫ

реферат скачать
ПАРТНЕРЫ

реферат скачать
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

реферат скачать
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Ферменты

несколькими энзиматическими активностями, но всего лишь одной полипептидной

цепью. Дело в том, что эта единая цепь при формировании третичной структуры

образует несколько функционально и стерически обособленных глобулярных

участков - доменов, каждый из которых характеризуется своей каталитической

активностью.

При изучении мультиэнзимных комплексов и полифункциональных ферментов

удалось понять наиболее важную особенность ферментативного катализа, а

именно - эстафетную передачу промежуточных продуктов реакции от одного

компонента каталитической системы к другому без их высвобождения.

4. Номенклатура ферментов

Ферментология очень долго не располагала строго научной номенклатурой

ферментов. Наименования ферментам давали по случайным признакам

(тривиальная номенклатура), по названию субстрата (рациональная), по

химическому составу фермента, наконец, по типу катализируемой реакции и

характеру субстрата.

Примерами тривиальной номенклатуры могут служить названия таких

ферментов, как пепсин (от греч. пепсис - пищеварение), трипсин (от греч.

трипсис - разжижаю) и папаин (от названия дынного дерева Carica papaja, из

сока которого он выделен). По действию все эти ферменты являются

протеолитическими, т. е. ускоряют гидролиз протеинов (белков). Характерное

название была дано группе окрашенных внутриклеточных ферментов, ускоряющих

окислительно-восстановительные реакции в клетке, - цитохромы (от лат. citos

- клетка и chroma - цвет).

Наибольшее распространение получила рациональная номенклатура,

согласно которой название фермента составляется из названия субстрата

характерного окончания -аза. Она была предложена более столетия тому назад,

в 1883 г. Э. Дюкло - учеником Л. Пастера. Так, фермент, ускоряющий реакцию

гидролиза крахмала, получил название амилаза (от греч. амилон - крахмал),

гидролиза жиров - липаза (от греч. липос - жир), белков (протеинов) -

протеаза, мочевины - уреаза (от греч. уреа - мочевина) и т. п.

Когда методами аналитической химии были достигнуты известные успехи в

расшифровке химической природы простетических групп, возникла новая

номенклатура ферментов. Их стали именовать по названию простетической

группы, например, геминфермент (простетическая группа - гем), пиридоксаль-

фермент (простетическая группа - пиридоксаль) и т.п.

Затем в названии фермента стали указывать как на характер субстрата,

так и на тип катализируемой реакции. К примеру, фермент, отнимающий водород

от молекулы янтарной кислоты, называют сукцинатдегидрогеназой, подчеркивая

этим одновременно и химическую природу субстрата, и отнятие атомов водорода

в процессе ферментативного действия:

- 2Н

НООС ѕ СH2 ѕ СН2 ѕ CООН ѕѕѕѕѕ® НООС ѕ СН = СН ѕ СООН

Янтарная кислота Дегидрирование

В 1961 г. Международная комиссия по номенклатуре ферментов представила

V Международному биологическому конгрессу проект номенклатуры, построенный

на строго научных принципах. Проект был утвержден конгрессом, и новая

номенклатура прочно вошла в ферментологию. Согласно этой (Московской)

номенклатуре название ферментов составляют из химического названия

субстрата и названия той реакции, которая осуществляется ферментом. Если

химическая реакция, ускоряемая ферментом, сопровождается переносом

группировки атомов от субстрата к акцептору, название фермента включает

также химическое наименование акцептора.

Например, пиридоксальфермент, катализируюший реакцию переаминирования

между L-аланином и a-кетоглутаровой кислотой, называется L-аланин: 2-

оксоглутарат аминотрансфераза. В этом названии отмечены сразу три

особенности: 1) субстратом является L-аланин; 2) акцептором служит 2-

окcоглутаровая кислота; З) от субстрата к акцептору передается аминогруппа.

Названия ферментов по научной номенклатуре неизмеримо выигрывают в

точности, но становятся в ряде случаев гораздо сложнее старых, тривиальных.

Так, уреаза (тривиальное название), ускоряющая реакцию гидролиза - мочевины

на оксид углерода (IV) и аммиак, по научной номенклатуре именуется карбамид

- амидогидролазой:

Н2N ѕ СО ѕ NН2 + Н2О ѕѕѕѕѕ® 2NН3 + СО2

В этом названии дано точное химическое наименование субстрата и

указано, что фермент катализирует реакцию гидролиза амидогруппы. Трегалаза,

ускоряющая реакцию гидролиза трегалозы, называется трегалоза-1-глюко-

гидролазой.

В связи со значительным усложнением научных названий в новой

номенклатуре допускается сохранение наряду с новыми старых тривиальных,

рабочих названий ферментов. Международной комиссией был составлен детальный

список всех известных в то время ферментов, существенно дополненный в 1972

г. при пересмотре как классификации, так и номенклатуры некоторых

ферментов, где рядом с новым научным названием каждого фермента приведено

старое, а также указан химизм катализируемой ферментом реакции и в

некоторых случаях природа фермента. Таким образом, исключается возможность

путаницы в наименовании ферментов. В 1964 г. список включал 874 фермента; в

последующее время он был существенно дополнен и возрос до 1770 ферментов в

1972 г. и до 2003 ферментов в 1979 г.

Каждому ферменту в указанном списке присвоен индивидуальный номер

(шифр). Например, шифр уреазы выражается цифрами 3.5.1.5. Это означает, что

уреаза относится к 3-му классу (первая цифра) ферментов, все представители

которого катализируют реакции гидролиза. Вторая цифра (5) говорит о том,

что уреаза принадлежит к 5-му подклассу этого класса, куда зачислены все

ферменты, ускоряющие гидролиз С - N-связей, не являющихся пептидными.

Третья цифра шифра (1) указывает на принадлежность уреазы к подподклассу 5-

го подкласса, члены которого ускоряют гидролиз линейных амидов, а последняя

цифра (5) - порядковый номер уреазы в этом подподклассе.

Упоминавшаяся ранее лактатдегидрогенеза имеет шифр 1.1.1.27, т. е.

относится к 1-му классу ферментов (оксидоредуктазы), к 1-му подклассу

(оксидоредуктазы, действующие на СН - ОН-группировки в качестве доноров

атомов водорода), к 1-му подподклассу (акцептором атомов водорода служит

никотинамидадениндинуклеотид) и занимает 27-е место в перечне ферментов

упомянутого подподкласса. Таким образом, шифр абсолютно точно указывает

место фермента в общем списке. В настоящее время принято в научных

публикациях при первом упоминании фермента указывать в скобках его шифр.

5. Классификация ферментов

и характеристика некоторых групп

По первой в истории изучения ферментов классификации их делили на две

группы: гидролазы, ускоряющие гидролитические реакции, и десмолазы,

ускоряющие реакции негидролитического распада. Затем была сделана попытка

разбить ферменты на классы по числу субстратов, участвующих в реакции. В

соответствии с этим ферменты классифицировали на три группы. 1.

Катализирующие превращения двух субстратов одновременно в обоих

направлениях: А+В)С+D. 2. Ускоряющие превращения двух субстратов в прямой

реакции и одного в обратной: А+В)С. 3. Обеспечивающие каталитическое

видоизменение одного субстрата как в прямой, так и в обратной реакции: А)В.

Одновременно развивалось направление, где в основу классификации

ферментов был положен тип реакции, подвергающейся каталитическому

воздействию. Наряду с ферментами, ускоряющими реакции гидролиза

(гидролазы), были изучены ферменты, участвующие в реакциях переноса атомов

и атомных групп (феразы), в изомеризации (изомеразы), расщеплении (лиазы),

различных синтезах (синтетазы) и т. д. Это направление в классификации

ферментов оказалось наиболее плодотворным, так как объединяло ферменты в

группы не по надуманным, формальным признакам, а по типу важнейших

биохимических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности любого

организма. По этому принципу все ферменты делят на 6 классов.

1. Оксидоредуктазы - ускоряют реакции окисления - восстановления. 2.

Трансферазы - ускоряют реакции переноса функциональных групп и молекулярных

остатков. 3. Гидролазы - ускоряют реакции гидролитического распада. 4.

Лиазы - ускоряют негидролитическое отщепление от субстратов определенных

групп атомов с образованием двойной связи (или присоединяют группы атомов

по двойной связи). 5. Изомеразы - ускоряют пространственные или структурные

перестройки в пределах одной молекулы. 6. Лигазы - ускоряют реакции

синтеза, сопряженные с распадом богатых энергией связей. Эти классы и

положены в основу новой научной классификации ферментов.

К классу оксидоредуктаз относят ферменты, катализирующие реакции

окисления - восстановления. Окисление протекает как процесс отнятия атомов

Н (электронов) от субстрата, а восстановление - как присоединение атомов Н

(электронов) к акцептору.

В класс трансфераз входят ферменты, ускоряющие реакции переноса

функциональных групп и молекулярных остатков от одного соединения к

другому. Это один из наиболее обширных классов: он насчитывает около 500

индивидуальных ферментов. В зависимости от характера переносимых

группировок различают фосфотрансферазы, аминотрансферазы,

гликозилтрансферазы, ацилтрансферазы, трансферазы, переносящие

одноуглеродные остатки (метилтрансферазы, формилтрансферазы), и др.

Например, амидазы ускоряют гидролиз амидов кислот. Из них важную роль в

биохимических процессах в организме играют уреаза, аспарагиназа и

глутаминаза.

Уреаза была одним из первых белков-ферментов, полученным в

кристаллическом состоянии. Это однокомпонентный фермент (М=480000),

молекула его глобулярна и состоит из 8 равных субъединиц. Уреаза ускоряет

гидролиз мочевины до NН3 и СО2.

Характерные черты действия ферментов класса лигаз (синтетаз) выявлены

совсем недавно в связи со значительными успехами в изучении механизма

синтеза жиров, белков и углеводов: Оказалось, что старые представления об

образовании этих соединений, согласно которым они возникают при обращении

реакций гидролиза, не соответствуют действительности. Пути их синтеза

принципиально иные.

Главная их особенность - сопряженность синтеза с распадом веществ,

способных поставлять энергию для осуществления биосинтетического процесса.

Одним из таких природных соединений является АТФ. При отрыве от ее молекулы

в присутствии лигаз одного или двух концевых остатков фосфорной кислоты

выделяется большое количество энергии, используемой для активирования

реагирующих веществ. Лигазы же каталитически ускоряют синтез органических

соединений из активированных за счет распада АТФ исходных продуктов.

Таким образом, к лигазам относятся ферменты, катализирующие соединение друг

с другом двух молекул, сопряженное с гидролизом пирофосфатной связи в

молекуле АТФ или иного нуклеозидтрифосфата.

Механизм действия лигаз изучен еще недостаточно, но, несомненно, он

весьма сложен. В ряде случаев доказано, что одно из участвующих в основной

реакции веществ сначала дает промежуточное соединение с фрагментом

распадающейся молекулы АТФ, а вслед за этим указанный промежуточный продукт

взаимодействует со вторым партнером основной химической реакции с

образованием конечного продукта.

6. Локализация ферментов в клетке

Одним из принципиальных отличий ферментов от катализаторов

небиологического происхождения является кооперативный характер их действия.

На уровне одиночной молекулы фермента кооперативный принцип реализуется в

тонком взаимодействии субстратного, активного и аллостерического центров.

Однако гораздо большее значение имеет кооперативное осуществление реакций

на уровне ансамблей ферментов. Именно благодаря наличию систем ферментов -

в виде мультиэнзимных комплексов или еще более сложных образований -

метаболонов, обеспечивающих каталитические превращения всех участников

единого метаболического цикла - в клетках с большой скоростью

осуществляются многостадийные процессы как распада, так и синтеза

органических молекул. Ферментативный катализ в многостадийных реакциях идет

без выделения промежуточных продуктов: только возникнув, они тут же

подвергаются дальнейшим преобразованиям.

Это возможно лишь потому, что в клеточном содержимом ферменты

распределены не хаотически, а строго упорядоченно. С современной точки

зрения клетка представляется высокоорганизованной системой, в отдельных

частях которой осуществляются строго определенные биохимические процессы. В

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.

Разнообразные гидролазы и лиазы сосредоточены преимущественно в

лизосомах. Внутри 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. Сложные ансамбли

окислительно-восстановительных ферментов, такие, например, как цитохромная

система, находятся в митохондриях. В этих же субклеточных частицах

локализован набор ферментов цикла дикарбоновых и трикарбоновых кислот.

Ферменты активирования аминокислот распределены в гиалоплазме, но они же

есть и в ядре. В гиалоплазме присутствуют многочисленные метаболоны

гликолиза, структурно объединенные с таковыми пентозофосфатного цикла, что

обеспечивает взаимопереключение дихотомического и апотомического путей

распада углеводов. В то же время ферменты, ускоряющие перенос

аминокислотных остатков на растущий конец полипептидной цепи и

катализирующие некоторые другие реакции в процессе биосинтеза белка,

сосредоточены в рибосомальном аппарате клетки. Нуклеотидилтрансферазы,

ускоряющие реакцию переноса нуклеотидных остатков при новообразовании

нуклеиновых кислот, локализованы в основном в ядерном аппарате клетки.

Таким образом, системы ферментов, сосредоточенные в тех или иных

структурах, участвуют в осуществлении отдельных циклов реакций. Будучи

тонко координированы друг с другом, эти отдельные циклы реакций

обеспечивают жизнедеятельность клеток, органов, тканей и организма в целом.

7. Методы выделения и очистки ферментов

Долгое время вполне обоснованно считали, что все ферменты - тела

белковой природы. Однако в начале 80-х годов была неожиданно открыта

способность низкомолекулярных рибонуклеиновых кислот ускорять реакцию

превращения предшественников РНК в функционально значимый продукт, т. е.

возникло представление о полирибонуклеотидной природе некоторых ферментов,

названных рибозимами.

Хотя уже осуществлен лабораторный синтез ряда ферментов -

рибонуклеазы, лизоцима, ферредоксина и цитохрома с, трудно ожидать, что

синтетическое получение ферментов получит широкое распространение в

ближайшие десятилетия ввиду его сложности и дороговизны, поэтому

единственный реальный в настоящее время способ получения ферментов - это

выделение их из биологических объектов.

Выделяют ферменты так же, как и другие белки, хотя есть приемы,

применяемые преимущественно для ферментов. Из них можно отметить экстракцию

глицерином, в котором сохраняются нативные свойства ферментов, а также

метод ацетоновых порошков, состоящий в осаждении и быстром обезвоживании

при температуре не выше -10°С тканей или вытяжек из них, содержащих

ферменты. К их числу относится также получение ферментов путем адсорбции с

последующей элюцией (снятием) с адсорбента. Этот метод был введен в химию

ферментов А. Я. Данилевским и дал мощный толчок развитию ферментологии.

Сейчас адсорбционный метод выделения и очистки ферментов разработан

детально. Наряду с ним широко применяют метод ионообменной хроматографии,

метод молекулярных сит, электрофорез и особенно изоэлектрофокусирование.

Одна из модификаций адсорбционного метода - афинная хроматография, где

адсорбентом служит вещество, с которым фермент взаимодействует

избирательно. В результате лишь один этот фермент задерживается на колонке,

а все сопутствующие ему выходят с током проявителя. Изменяя характер

проявителя, исследуемый фермент элюирует с колонки. Этим методом достигают

очистки фермента в несколько тысяч раз, применяя всего лишь одноэтажную

(аффинная сорбция - элюция) схему выделения.

Для успешного выделения ферментов из клеточного содержимого необходимо

очень тонкое измельчение исходного материала, вплоть до разрушения

субклеточных структур: лизосом, митохондрий, ядер и др., которые несут в

своем составе многие индивидуальные ферменты. Особое внимание при выделении

ферментов уделяют проведению всех операций в условиях, исключающих

денатурацию белка, так как она всегда связана с потерей ферментативной

активности. Этому способствует проведение операций в присутствии защитных

добавок, в частности HS-содержащих соединений (цистеина, глутатиона,

меркаптоэтанола, цистеамина, дитиотреитола и др.):

HS ѕ CH2 ѕ СН2 ѕ NН HSѕCH2ѕCH(ОН) ѕ СН (ОН) ѕ СH2 ѕ SH

Цистеамин Дитиотреитол

Очень важно поддерживать на всех этапах выделения ферментов низкую

температуру, так как некоторые из них даже при -80°С теряют активность.

Для оценки гомогенности ферментного препарата прибегают к обычным

методам белковой химии. Переломным моментом в усовершенствовании методов

получения высокоочищенных, гомогенных препаратов ферментов было открытие

способности их кристаллизоваться, осуществленное впервые в 1906 г. А. Д.

Розенфельдом (им была получена в виде кристаллов оксидаза из корней редьки)

и приобретшее с 1926 г. широкую известность после работы Д. Самнера по

получению кристаллической уреазы из бобов канавалии. Нередко о степени

чистоты ферментного препарата судят по его биологической активности; если

активность при дальнейшей очистке не возрастает, препарат можно считать

гомогенным. Из 2003 включенных в список ферментов более 1500 выделено и в

той или иной мере очищено, третья часть их закристаллизована, у нескольких

сотен выяснена первичная, а у нескольких десятков - третичная структура.

Литература

1. Власова З.А. Биология. Справочник школьника. М., Всероссийское

слово, 1995 г.

2. Хомченко Г.Л. Химия для поступающих в ВУЗы. Учебное пособие. М.,

Высшая школа, 1993 г.

3. Биологический энциклопедический словарь. Под ред. Гилярова М.С. М.,

Советская энциклопедия, 1987 г.

Страницы: 1, 2


реферат скачать
НОВОСТИ реферат скачать
реферат скачать
ВХОД реферат скачать
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

реферат скачать    
реферат скачать
ТЕГИ реферат скачать

Рефераты бесплатно, курсовые, дипломы, научные работы, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.