ФЕРМЕНТЫ
Ферменты (от латинского fermentatio — брожение) можно определить как белки, которые благодаря своей способности к специфическому активированию молекул веществ, обладают каталитическими свойствами. Как всякое определение, это определение имеет ряд спорных моментов, например, под него не подходит такой каталитический белок, как цитохром С, так как является лишь переносчиком электронов.
Наука, изучающая ферменты, получила название энзимология (термин «энзим» ввел Кюне в1878 г.). Энзимология представляет важнейший раздел биохимии, т.к. сама жизнь представляет сложную совокупность химических реакций, катализируемых специфическими ферментами. Любые нарушения в функционировании ферментов в живой клетке могут повлечь серьезные изменения в организме.
Активация молекул субстрата в ходе ферментативной реакции происходит за счет образования специфического активированного комплекса фермент — субстрат, что сопровождается изменением энергии молекулы субстрата и способствует ее переходу в продукт.
Измерение скорости ферментативной реакции является важнейшим элементом методики исследования ферментов. Количество субстрата, прореагировавшего за определенный промежуток времени, может рассматриваться как показатель скорости реакции (при определенных условиях). При этом измеряют либо концентрацию расходующегося субстрата, либо образующегося продукта.
При работе с ферментами следует соблюдать ряд требований. Ферменты относительно неустойчивые соединения, нельзя допускать их инактивации. Общими требованиями является постоянство рН среды, температуры, соотношения концентраций фермента и субстрата.
Среди параметров, характеризующих свойства фермента, и определяемых экспериментальным путем следует выделить: структуру – аминокислотный состав, число пептидных цепей, наличие коферментов и т.д.; свойства –природа катализируемой реакции, субстратная специфичность, действие ингибиторов и активаторов; кинетические характеристики – удельная активность, диссоциация фермент-субстратного комплекса; термодинамические свойства – константы равновесия ферментативной реакции, величина свободной энергии, энтропии и энтальпии реакции, энергия активации комплекса фермент-субстрат, константа Михаэлиса; биологические свойства – значение фермента в обмене веществ, распространенность, внутриклеточная локализация, генетические мутации.
Наиболее общепринятым считают определение удельной активности фермента как «числа микромолей субстрата, превращаемых за 1 мин 1 мг фермента».
Особое значение имеет константа, характеризующая сродство фермента к субстрату. Зависимость скорости ферментативной реакции υ от концентрации субстрата S в подавляющем большинстве случаев описывается уравнением
υ =V S / S + КМ,
,где υ – скорость реакции при концентрации субстрата S, V — максимальная скорость реакции, достигаемая при концентрации субстрата, достаточно высокой для насыщения фермента, КМ – константа Михаэлиса.
В состав многих ферментов входят коферменты низкомолекулярные органические соединения, которые обусловливают активность ферментов и образуют с апоферментами диссоциирующие комплексы. Коферменты служат переносчиками химических групп, атомов водорода, электронов, в большинстве случаев представляют производные витаминов, например, пиридоксаль-5-фосфат, тиаминдифосфат, кофермент А.