392.ферменты общая характеристика и роль в метаболических процессах

М И Н И СТ Е РСТ В О О Б РА ЗО В А Н И Я И Н А У К И РО ССИ Й СК О Й
Ф Е Д Е РА Ц И И
В оронежский государственный университет
Ф Е РМ Е Н Т Ы : О Б Щ А Я ХА РА К Т Е РИ СТ И К А И РО ЛЬ
В М Е Т А Б О ЛИ ЧЕ СК И Х ПРО Ц Е ССА Х
У ч ебно-м етодич ес к ое п ос обие
п о сп ец и аль н ост и 020201 (011600) – би ологи я
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

У тверж денонауч но-м етодич ес к им с оветом биолого-п оч венного
ф ак уль тета 16 с ентября2005 г., п роток ол N 6.
У ч ебно-м етодич ес к ое п ос обие п одготовленона к аф едре ф изиологии и
биохим ии рас тенийбиолого-п оч венногоф ак уль тета Воронеж с к ого
гос ударс твенногоуниверс итета.
Рек ом ендуетс я дляс тудентов 2 к урс а дневногообуч ения биолого-
п оч венногоф ак уль тета.
Дляс п ециаль нос ти 020201 (011600) –Биология
Разраб откаданного п особ ия частично п оддержанагрантом
CRDF Y1-B-10-01.

СО Д Е РЖ А Н И Е
Ф ерм енты ....................................................................................... 4
М етаболизм ..................................................................................... 34

Ф Е РМ Е Н Т Ы
Ф ерм енты – это биологич ес к ие м олек улы , обладающ ие к аталитич ес к ой
ак тивнос ть ю. В нас тоящ ее врем яизвес тноп рим ерно2000 различ ны х ф ерм ентов,
к атализирующ их с отни м ногос тадийны х хим ич ес к их реак ций, в ходе к оторы х
изм еняютс я биологич ес к ие м олек улы . Подавляющ ее боль ш инс тво ф ерм ентов
являютс я белк овы м и м олек улам и. Ис к люч ение с ос тавляет лиш ь доволь ноузк ая
груп п а рибозим ов – м олек ул РНК, уч ас твующ их в с п лайс инге (с озревании
м атрич нойРНК).
Ф ерм енты вы с ок ос п ециф ич ны к с воим с убс тратам (м олек улам , на к оторы е
воздейс твует ф ерм ент), ус к оряют с трогос п ециф ич ны е хим ич ес к ие реак ции без
образования п обоч ны х п родук тов. Ф ерм енты ф унк ционируют в разбавленны х
водны х рас творах п ри ф изиологич ес к их знач ениях тем п ературы и рН.
Для ф ерм ентативной ак тивнос ти белк ов важ ное знач ение им еет
с охранение их п ервич ной, вторич ной и третич ной с трук тур. М олек улярны е
м ас с ы ф ерм ентов, к ак и вс ех ос таль ны х белк ов, леж ат в п ределах от 12 000 до
1000 000, так ч тоих разм еры нам ногоп ревы ш ают разм еры их с убс тратов или
ф унк циональ ны х груп п , на к оторы е они дейс твуют. Нек оторы е ф ерм енты
с ос тоят толь к о из п олип еп тидны х цеп ей и не с одерж ат ник ак их других
хим ич ес к их груп п , к ром е тех, к оторы е входят в с ос тав ам инок ис лотны х
ос татк ов; к п одобны м ф ерм ентам относ итс я, нап рим ер, рибонук леаза из
п одж елудоч нойж елезы . Однак о для к аталитич ес к ойак тивнос ти м ногих ф ер-
м ентов необходим ещ е и доп олнитель ны йхим ич ес к ийк ом п онент - к оф ак тор.
Роль к оф ак торов м огут играть неорганич ес к ие вещ ес тва, нап рим ер ионы Fе2 +
,
М g2 +
или Mn2 +
, или с лож ны е органич ес к ие вещ ес тва, к оторы е в этом с луч ае
нос ят названия к оф ерм ентов. Для к аталитич ес к ойак тивнос ти ряда ф ерм ентов
требуетс я к ак к оф ерм ент, так и к ак ой-нибудь одинили даж е нес к оль к оионов
м еталлов. У одних ф ерм ентов к оф ерм енты или ионы м еталлов с вязы ваютс я с
белк ом врем еннои неп роч но, тогда к ак у других эти с вязи м огут бы ть п роч ны м и
и п ос тоянны м и; в п ос леднем с луч ае небелк овую ч ас ть ф ерм ента назы вают
п рос тетич ес к ой груп п ой. Вес ь к аталитич ес к и ак тивны й ф ерм ент вм ес те с
к оф ерм ентом или ионом м еталла нос ит название холоф ерм ента.
Ак тивнос ть ф ерм ентов изм еряют п ри оп тим аль ном знач ении рН, к ак ой-
либо оп ределенной, удобной в том или ином отнош ении тем п ературе (к ак
п равило, в интервале от 25 до38°С ) и п ри к онцентрации с убс трата, близк ойк
нас ы щ ающ ей. В этих ус ловиях нач аль ная с к орос ть реак ции обы ч но п ро-
п орциональ на к онцентрации ф ерм ента, п ок райнейм ере, в заданном диап азоне
к онцентрацийф ерм ента (Рис .).
С оглас но м еж дународном у с оглаш ению, за еди н и ц у акт и вн ост и фермен т а
п ри н и мает ся т акоеколи чест во фермен т а, кот ороекат али зи рует п ревращен и е
1 мкмоля субст рат а(1 мкмоль = 10~6
моля) в 1 ми н п ри 25°С в оп т и маль н ыхус-
лови ях дейст ви я фермен т а. У дель н ой акт и вн ост ь ю назы ваетс я ч ис лоединиц
ф ерм ентативнойак тивнос ти в рас ч ете на 1 м г белк а. У дель ная ак тивнос ть - это
м ера ч ис тоты ф ерм ентногоп реп арата: она возрас тает в п роцес с е оч ис тк и ф ер-
м ента и с тановитс я м ак с им аль нойи п ос тоянной, к огда ф ерм ент находитс я в ч и-
с том с ос тоянии.

Чи слом оборот ов ф ерм ента назы ваетс я ч ис ло м олек ул с убс трата,
п ретерп евающ их п ревращ ение в единицу врем ени в рас ч ете на одну м олек улу
ф ерм ента (или один к аталитич ес к ийцентр) в ус ловиях, к огда к онцентрация
ф ерм ента являетс я единс твенны м ф ак тором , лим итирующ им с к орос ть реак ции.
Карбоангидраза - важ ны йф ерм ент, п рис утс твующ ийв боль ш их к онцентрациях
в эритроцитах, - п редс тавляет с обойодиниз наиболее ак тивны х ф ерм ентов с
ч ис лом оборотов 36 000 000 в 1 м инв рас ч ете на одну м олек улу ф ерм ента.
Названия м ногих ф ерм ентов образуютс я п утем п рибавленияс уф ф ик с а
-аза к названию их с убс трата. Так , ф ерм ент, к атализирующ ий гидролиз
м оч евины , назы ваетс я уреазой (от англ. «urea»), а ф ерм ент, гидролизующ ий
аргинин, - арги н азой. Однак ом ногие ф ерм енты им еют названия, не с вязанны е с
названиям и их с убс тратов, нап рим ер п еп си н и т ри п си н . С луч аетс я так ж е, ч то
одини тот ж е ф ерм ент им еет, п ом ень ш ейм ере, два названия или ж е два разны х
ф ерм ента нос ят одно и то ж е название. Из-за этих и других затруднений
терм инологич ес к ого харак тера, а так ж е вс ледс твие вс е возрас тающ его ч ис ла
вновь отк ры ваем ы х ф ерм ентов бы ло п ринято м еж дународное с оглаш ение о
с оздании с ис тем атич ес к ой ном енк латуры и к лас с иф ик ации ф ерм ентов. В
с оответс твии с этой с ис тем ой вс е ф ерм енты в завис им ос ти от тип а
к атализируем ы х им и реак цийделятс яна ш ес ть ос новны х к лас с ов, к аж ды йизк о-
торы х вк люч ает ряд п одк лас с ов. Каж ды йф ерм ент им еет ч еты рехзнач ны й
к одовы й ном ер (ш иф р) и с ис тем атич ес к ое название, к оторое п озволяет
идентиф ицировать к атализируем ую этим ф ерм ентом реак цию (табл.).
К ЛА ССИ Ф И К А Ц И Я И ХА РА К Т Е РИ СТ И К А Ф Е РМ Е Н Т О В
1. О ксидоредуктазы. К к лас с у ок с идоредук таз относ ят ф ерм енты ,
к атализирующ ие реак ции ок ис ления-вос с тановления. Общ ая с хем а их м ож ет
бы ть п редс тавлена с ледующ им образом :
Ок ис ление п ротек ает к ак п роцес с отнятия атом ов Н (элек тронов) от с уб-
с трата, а вос с тановление - к ак п рис оединение атом ов Н (элек тронов) к ак цеп -
тору.
Х арак терной ос обеннос ть ю деятель нос ти ок с идоредук таз в ж ивой к летк е
являетс я их с п ос обнос ть образовы вать с ис тем ы (так назы ваем ы е цеп и
ок ис литель но-вос с тановитель ны х ф ерм ентов), в к оторы х ос ущ ес твляетс я
м ногос туп енч аты йп еренос атом ов водорода или элек тронов от п ервич ного
с убс трата к к онеч ном у ак цеп тору, к оторы м являетс я, к ак п равило,
к ис лород, так ч тов резуль тате образуетс я вода.
Те ок с идоредук тазы , к оторы е п еренос ят атом ы Н или элек троны
неп ос редс твенно на к ис лородны е атом ы , нос ят название аэробны х
дегидрогеназ или ок с идаз. В отлич ие от них ок с идоредук тазы , п еренос ящ ие
атом ы Н и элек троны от одногок ом п онента ок ис литель нойцеп и ф ерм ентов к

другом у без п ередач и их на к ис лородны е атом ы назы вают анаэробны м и
дегидрогеназам и или редук тазам и.
Е с ли ф ерм ент к атализирует реак цию отнятия Н неп ос редс твенно от
ок ис ляем ого вещ ес тва (п ервич ного с убс трата), то его назы вают п ервич ной
дегидрогеназой. Е с ли ф ерм ент ус к оряет с нятие водородны х атом ов с о
вторич ногос убс трата, к оторы йп олуч ил атом ы Н п ри п ос редс тве п ервич ной
дегидрогеназы (вторич ны м с убс тратом м ож ет бы ть к оф ерм ент с ам ой
п ервич ной ок с идоредук тазы ), его назы вают вторич ной дегидрогеназой.
Другая ос обеннос ть ок с идоредук таз с ос тоит в том , ч то, будуч и двухк ом -
п онентны м и ф ерм ентам и с вес ь м а огранич енны м набором ак тивны х груп п
(к оф ерм ентов), они с п ос обны ус к орять боль ш ое ч ис ло с ам ы х разнообразны х
ок ис литель но-вос с тановитель ны х реак ций. Э то дос тигаетс я за с ч ет того, ч то
одини тот ж е к оф ерм ент с п ос обенс оединять с я с ом ногим и ап оф ерм ентам и,
образуя к аж ды йраз ок с идоредук тазу, с п ециф ич ную п оотнош ению к том у или
ином у с убс трату или ак цеп тору.
Е щ е одна, п ож алуй, главная ос обеннос ть ок с идоредук таз зак люч аетс я в
том , ч то они ус к оряют п ротек ание хим ич ес к их п роцес с ов, с вязанны х
с вы с вобож дением энергии. Пос ледняя ис п оль зуетс я к ак для обес п еч ения
с интетичес к ихп роцес с ов в организм е, так и длядругих нуж д.
В п риродны х объ ек тах обнаруж ено ок оло п ятис от индивидуаль ны х
ок с идоредук таз. Наиболее рас п рос транены ок с идоредук тазы , с одерж ащ ие в
к ачестве ак тивнойгруп п ы никотинам идадениндинуклеотид, илиНАД+
:
Более п оловины извес тны х в нас тоящ ее врем я ок с идоредук тазс одерж ат НАД+
в
к ачес тве к оф ерм ента. С оединяяс ь с тем или ины м с п ециф ичес к им белк ом и

образуя, так им образом , двухк ом п онентны й ф ерм ент, к оторы й с ок ращ енно
назы вают п иридинп ротеином , НАД+
резк о ус иливает с вою с п ос обнос ть
вос с танавливать с я п о ядру ник отинам ида. В результате п иридин-п ротеины
с п ос обны отним ать от с убс тратов (с п ирты , аль дегиды , дик арбоновы е и
к еток ис лоты , ам ины и др.) атом ы Н в виде гидрид-ионов (Н-
) и п ротонов (Н+
),
ок ис ляя, так им образом , ук азанны е с оединения. Вс е п иридинп ротеины являютс я
анаэробны м и дегидрогеназам и, т.е. не п ередают с няты е с с убс трата атом ы
водорода на к ис лород, а п ос ы лают их на ближ айш ий в ок ис литель ной цеп и
другойф ерм ент.
Рас с м отрим с троение и м еханизм дейс твия одного из п иридинп ротеинов -
алкогольдегидрогеназы из п ечени ж ивотны х. В п роцес с е отнятия атом ов Н от
с п ирта образуетс я тройной ап оф ерм ент-к оф ерм ент-с убс тратны й к ом п лек с ,
удерж иваем ы й Zn2
. Неп ос редс твенно к ник отинам идадениндинук леотиду от
м олек улы с п ирта п ереходит одинатом водорода в виде гидридногоиона (Н-
), т.е.
атом а водорода, нес ущ его доп олнительны й элек трон. Второй атом водорода,
отним аем ы й от м олек улы с п ирта, наоборот, теряет элек трон, п ревращ аяс ь в
п ротон (Н+
), и п ос туп ает в реак ционную с реду. Поэтом у уравнение реак ции
ок ис ленияс п ирта п ри уч ас тии НАД+
зап ис ы вают так :
В любом с луч ае НАД+
п олуч ает два элек трона за с ч ет п рис оединения
гидридногоиона.
Кром е НАД+
п иридинф ерм енты с одерж ат в к ач ес тве к оф ерм ента
ник отинам идадениндинук леотидф ос ф ат (НАДФ +
). Э тот к оф ерм ент являетс я
п роизводны м НАД+
, у к отороговодород ОН-груп п ы 2-гоуглеродногоатом а
рибозы аденозина зам ещ енна ос таток ф ос ф орнойк ис лоты .
НАДФ +
, с оединяяс ь с ос п ециф ич ес к им и белк ам и, образует боль ш ую груп п у
п иридинп ротеинов, харак теризующ уюс я с воим набором с убс тратов. М еханизм
ок ис ления п ри уч ас тии НАДФ +
в к ач ес тве к оф ерм ента аналогич ентак овом у
п ри п ос редс тве НАД+
. Более того, НАДН и НАДФ +
, равно к ак НАДФ Н и
НАД+
, п ри к аталитичес к ом уч ас тии с п ециаль ногоф ерм ента –трансгидрогеназы
- с п ос обны обм енивать с я атом ам и водорода и элек тронам и:
Партнером вос с тановленны х ф орм п иридинп ротеинов в ок с идоредук тазной
цеп и, к ак п равило, с луж ат ф лавоп ротеины (Ф П). Так им ф лавоп ротеином ,
нап рим ер, являетс я ф ерм ент, нес ущ ий в к ач ес тве ак тивной груп п ы
ф ос ф орилированны й витам ин В2. Ок ис ленная ф орм а этого ф лавоп ротеина
ок раш ена. Каж дая м олек ула ф ерм ента нес ет м олек улу риб офлавинфосфата

(или ф лавинм ононук леотида, Ф М Н), с п ос обного п риним ать и отдавать два
атом а Н п оатом ам N изоаллок с азиновогок оль ца:
Ок раш еннаяф орм а Бес цветная ф орм а
(ок ис ленная) (вос с тановленная)
Другим к оф ерм ентом в ф лавоп ротеинах являетс я
флавинадениндинуклеотид(Ф АД):
Ф лавинадениндинук леотид (Ф АД)
Ф М Н и Ф АД, с оединяяс ь с различ ны м и ап оф ерм ентам и, дают нач ало
п риблизитель но тридцати ф лавоп ротеинам , отлич ающ им с я различ ной
с п ециф ич нос ть ю п оотнош ению к с убс тратам .
Ос новная ф унк ция ф лавоп ротеинов - п еренос элек тронов (атом ов Н) от
вос с тановленны х п иридинп ротеинов к другим к ом п онентам ок ис литель но-
вос с тановитель ной цеп и, т.е. Ф П в боль ш инс тве с луч аев являютс я
вторич ны м и дегидрогеназам и. Однак онек оторы е ф лавоп ротеины , ос обеннос
Ф АД в к ач ес тве к оф ерм ента, м огут неп ос редс твенно с ним ать атом Н с
с убс трата.
Коф ерм ентам и ок с идоредук тазявляютс я так ж е хиноны. Так , с оединяяс ь c
белк ом , убихиноны образуют убихинонп ротеин, являющ ийс я важ нойс ос тавной
ч ас ть ю анс ам блейок с идоредук таз, п ри п ос редс тве к оторы х ос ущ ес твляетс я
п еренос атом ов Н и элек тронов.
У бихиноны являютс я п роизводны м и бензохинона и обладают бок овой
цеп ь ю, с ос тавленнойизболь ш огоч ис ла изоп реноидны х ос татк ов:
В рас тениях эту ф унк цию вы п олняет п охож ее на убихинон
с оединение - п ластохинон.
Ч ис лоизоп реноидны х ф рагм ентов в бок овойцеп и (и) к олеблетс я от 6 до
10. У с тановлено, ч то убихиноны п риним ают уч ас тие в ок ис литель но-
вос с тановитель ны х п роцес с ах в организм е, ос ущ ес твляя п ередач у атом ов Н:

Наиболее с лож ны й, но и с ам ы йрас п рос траненны йвариант ок ис литель но-
вос с тановитель ногоп роцес с а в к летк е с ос тоит в ок ис лении атом ов Н, с няты х с
с убс трата, п ри п ос редс тве цитохром ной систем ы.
Ц итохром ную с ис тем у образуют нес к оль к о ок с идоредук таз, им еющ их в
к ачес тве п рос тетич ес к их груп п ж елезоп орф ирины . Е щ е в 1915 г., двадцать ю
годам и ранее О. Варбурга, на возм ож ную роль ж елезос одерж ащ их белк ов в
биологич ес к ом ок ис лении обрат или вним ание А . Я . Данилевс к ийи Б.
П. С оловцов. С оединяяс ь с белк ам и различ ногос троения, ж елезоп орф ирины 4
тип ов (А, В, Си , D) дают нач алос ем ейс тву хром оп ротеинов, объ единяем ы х п од

общ им названием - цитохром ы. С ейчас извес тно нес к оль к о дес ятк ов
цитохром ов, и с п ис ок их неп реры вно п оп олняетс я. Каж ды йиндивидуаль ны й
цитохром обознач ают с троч нойлатинс к ойбук войа, b, с и d с с оответс твующ им
п орядк овы м индек с ом , нап рим ер blt b2, b3 и т.д., а к лас с цитохром а -
п роп ис ной латинс к ойбук войА, В, С или D. Принадлеж нос ть цитохром а к
оп ределенном у к лас с у оп ределяетс я с троением п рос тетич ес к ой груп п ы
(ж елезоп орф ирина), а ок онч атель ная индивидуаль нос ть - с троением
ап оф ерм ента (белк а). В п ос леднее врем я п редп оч итают, наряду с п орядк овы м
ном ером цитохром а, ук азы вать харак терную длину волны , п ри к оторой
отм ечаетс я п оглощ ение в видим ойчас ти с п ек тра (нап рим ер, цитохром b6 или
b563, найденны йв хлороп лас тах, и т. п .).
Первич ная с трук тура ряда цитохром ов вы яс нена: ок азалос ь , ч тоих видовая
с п ециф ич нос ть с вязана снеболь ш им и различ иям и в ч ередовании ам инок ис лот.
Э ти данны е п ринцип иаль новаж ны для п оним ания п рироды видовойи иной
с п ециф ич нос ти ф ерм ентов: видим о, она оп ределяетс я различ иям и, п реж де
вс его, в п ервич нойс трук т уре ап оф ерм ентов. Ц итохром ы bх, b2, bг и т.д.,
с одерж ащ ие одну и ту ж е п рос тетич ес к ую груп п у, отлич аютс я друг от друга
им енноп оэтом у п ризнак у.
Им енно п оэтом у цитохром ы образуют ц и т охромн ую си ст ем у,
п редс тавляющ ую с обой уп орядоч енное с оч етание в едином к ом п лек с е
различ ны х цитохром ов, нап рим ер b, с и а.
Ц итохром ная с ис тем а с п ос обна п риним ать элек троны , с няты е с атом ов Н
вос с тановленного убихинона. Она п ередает элек троны далее п о цеп и
цитохром ов и, нак онец, на к ис лородны й атом ; п ос ледний, с оединяяс ь с
ионизированны м и атом ам и Н, образует м олек улу Н2О.
В цеп и цитохром ов к аж ды й из индивидуаль ны х цитохром ов заним ает
с трого оп ределенное м ес то. Прос тейш ий вариант цитохром ной с ис тем ы
п риведенна с ледующ ейс хем е:
Как видно из с хем ы , п ередач а элек тронов в цитохром ной цеп и
ос ущ ес твляетс я за с ч ет изм енения валентнос ти атом а Fe п орф ириновогоядра.
Из вс ех цитохром ов толь к о цитохром а, а3 п ередает элек троны на к ис лород.
Поэтом у им енно он заверш ает цеп ь цитохром ов и нос ит название
цитохром оксидазы. Кром е атом ов Fe (в с ос таве гем а) цитохром а, а3
с одерж ит так ж е атом ы С и, с к оторы м и с вязы вают его ок ис литель ны е
с войс тва.

Так овы харак терны е ч ерты дейс твия нек оторы х важ нейш их ок с идоредук тази
ок ис литель но-вос с тановитель ны х с ис тем , обес п еч ивающ их п ревращ ение ряда
вещ ес тв в к летк е.
2. Т рансферазы. В этот к лас с входят ф ерм енты , ус к оряющ ие реак ции
п еренос а ф унк циональ ны х груп п и м олек улярны х ос татк ов от одного
с оединения к другом у. Э то один из наиболее обш ирны х к лас с ов: он
нас ч иты вает ок оло 500 индивидуаль ны х ф ерм ентов. В завис им ос ти от
харак тера п еренос им ы х груп п ировок различ ают ф ос ф отранс ф еразы ,
ам инотранс ф еразы , глик озилтранс ф еразы , ацилтранс ф еразы , транс ф еразы ,
п еренос ящ ие одноуглеродны е ос татк и (м етилтранс ф еразы ,
ф орм илтранс ф еразы ) и др.
Ф осфотрансферазы. С юда относ ятс я ф ерм енты , ус к оряющ ие реак цию
п еренос а ос татк а ф ос ф орной к ис лоты . Э та реак ция им еет ис к люч итель но
важ ное знач ение для ж изнедеятель нос ти организм а, обес п еч ивая п ревращ ение
ряда органич ес к их с оединенийв ф ос ф орны е эф иры , обладающ ие п овы ш енной
хим ич ес к ойак тивнос ть ю и более легк о вс туп ающ ие в п ос ледующ ие реак ции.
Перенос ф ос ф атны х груп п идет на с п иртовы е, к арбок с иль ны е, азотс одерж ащ ие,
ф ос ф орс одерж ащ ие и другие груп п ы тех или ины х органич ес к их с оединений. В
с оответс твии с этим с реди ф ос ф ортранс ф ераз различ ают нес к оль к о
п одп одк лас с ов.
Донором ф ос ф атны х ос татк ов являетс я в боль ш инс тве с луч аев
аденозинтриф ос ф орная к ис лота (АТФ ), новозм ож ны и другие их ис точ ник и. К
ф ос ф отранс ф еразам относ итс я, нап рим ер, гек с ок иназа - ф ерм ент, ус к оряющ ий
п еренос ос татк а ф ос ф орной к ис лоты от м олек улы АТФ к глюк озе (с этой
реак ции обы ч нонач инаетс я п реобразование глюк озы ):
Ос обое вним ание в п ос леднее врем я уделяют изуч ению ф ос ф отранс ф ераз,
обес п еч ивающ их п еренос ос татк а ф ос ф ата с АТФ на белк и, - п ротеинк иназам .

Они п еренос ят ф ос ф ат на радик алы сер, т ре, т и р, ли з и ги с ряда белк ов, в
резуль тате ч егорезк оизм еняетс я биологич ес к ая ак тивнос ть п ос ледних. Э то, в
с вою оч ередь , с к азы ваетс я на интенс ивнос ти п ротек ания хим ич ес к их п роцес с ов
в организм е, т. е. на регуляции обм ена вещ ес тв.
А м инотрансферазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют реак цию п ереам инирования
ам инок ис лот с к еток ис лотам и и оч ень важ ны для обес п еч ения биос интеза
ам инок ис лот. Ам инотранс ф еразы двухк ом п онентны : п рос тетич ес к ойгруп п ой
их вовс ех с луч аях являетс я п иридок с аль ф ос ф ат, к овалентноп рис оединенны й
к ап оф ерм енту ч ерез с вою аль дегидную груп п у и ионной с вязь ю - ч ерез
ос таток ф ос ф орнойк ис лоты :
М еханизм реак ции п ереам инирования с ейч ас хорош овы яс нен, а с ам а
реак ция отк ры та ещ е в 1937 г. А. Е . Браунш тейном и М . Г. Крицм ан.
На п ервой с тадии ф ерм ентативного к атализа п рос тетич ес к ая груп п а
ф ерм ента (для п рос тоты п ринято, ч то она с вободна, а не с оединена
аль дим инной с вязь ю с ап оф ерм ентом ч ерез ε-ам иногруп п у радик ала ли з)
взаим одейс твует с ам инок ис лотой, п одвергающ ейс я п ереам инированию.
Реак ция идет п оам иногруп п е ам инок ис лоты и аль дегиднойгруп п е ос татк а
п иридок с аль ф ос ф ата:

На второйс туп ени к атализа идет п реобразование с убс трата, вы раж ающ еес я
в данном с луч ае в таутом ернойп ерегруп п ировк е:
В резуль тате п ос ледующ его гидролиза ос вобож даютс я к еток ис лота и
ф ерм ент в виде п иридок с ам иноф ерм ента:
Далее м еж ду п иридок с ам иноф ерм ентом и другой к еток ис лотой вновь
возник ает ф ерм ент-с убс тратны йк ом п лек с :
С убс трат в нем с нова п одвергаетс я п реобразованию за с ч ет таутом ерного
п ревращ ения:

Получ енное с оединение гидролизируетс я, и возник ает новая
ам инок ис лота:
С ледователь но, в резуль тате с ерии реак ций, вк люч ающ их в с ебя
п оп ерем енное образование ф ерм ент-с убс тратны х к ом п лек с ов,
ас п арагиновая к ис лота п ереходит в щ авелевоук с ус ную, а α-к етоглутаровая
к ис лота п ереходит в глутам иновую.
Э товы раж аетс я с ледующ им с ум м арны м уравнением :
Глю козилтрансферазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют реак ции п еренос а
глик озиль ны х ос татк ов из м олек ул ф ос ф орны х эф иров или других с оединенийк
м олек улам м онос ахаридов, п олис ахаридов или ины х вещ ес тв, обес п еч ивая,
главны м образом , реак ции с интеза и рас п ада олиго- и п олис ахаридов в
ж ивотном и рас титель ном м ире.
В с луч ае п еренос а глик озиль ны х ос татк ов на Н3РО4 этот п роцес с назы вают
фосфоролизом , так к ак он ф орм аль но аналогич ен гидролизу, но вм ес то
элем ентов воды п о м ес ту разры ва к ис лородного м ос тик а п рис оединяютс я
водород и ф ос ф атная груп п а ф ос ф орнойк ис лоты
А цилтрансферазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют п еренос ацилов (ос татк ов
к арбоновы х к ис лот) на ам инок ис лоты , ам ины , с п ирты и другие с оединения.
У ниверс аль ны м ис точ ник ом ациль ны х груп п вовс ех этих реак циях являетс я
ацил-к оэнзим А, к оторы йс п олны м ос нованием м ож но рас с м атривать к ак
ак тивную груп п у ацилтранс ф ераз.

Ч ащ е вс егоп еренос у в биологич ес к их объ ек тах п одвергаетс я ацил
ук с ус нойк ис лоты — ацетил
Коэнзим А, с оединяяс ь с ацетиль ны м ос татк ом , к оторы йзаним ает м ес то
водорода в его HS-груп п е, образует ацетил-к оэнзим А. Пос леднийс луж ит
к оф ак тором в с оответс твующ ей реак ции п еренос а. Одним из п рим еров
реак ции транс ацилирования являетс я с интезацетилхолина:
Важ ное знач ение с реди транс ф ераз им еют ф ерм енты , ус к оряющ ие
п еренос одноуглеродны х ф рагм ентов (м етиль ны х, ок с им етиль ны х,
ф орм иль ны х и т. п .), а так ж е нук леотидилтранс ф еразы , к атализирующ ие
п еренос нук леотидны х ос татк ов в п роцес с е с интеза нук леиновы х к ис лот.
3. Гидролазы. Кк лас с у гидролаз относ ят ф ерм енты , ус к оряющ ие реак ции
рас щ еп ления (а иногда и с интеза) органич ес к их с оединенийп ри уч ас тии воды . В
завис им ос ти от харак тера с убс трата, п одвергающ егос я гидролизу, гидролазы
делят на ряд п одк лас с ов, с реди к оторы х наиболее важ ны с ледующ ие:
1) эс теразы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза с лож ны х эф иров;
2) глик озидазы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза глик озидов, в том чис ле
углеводов;
3) п еп тид-гидролазы , ус к оряющ ие реак ции гидролиза (а в ос обы х
с луч аях и с интеза) белк ов, п еп тидов и других с оединений, с одерж ащ их
п еп тидны е с вязи;
4) гидролазы , дейс твующ ие на С — N-с вязи, отличающ иес яот п еп тидны х
(нап рим ер, ам идазы и т. п .).
Вс егов с ос таве гидролазнас ч иты вают п оч ти 500 ф ерм ентов.
Эстеразы. Э ти ф ерм енты к атализируют реак ции гидролиза с лож ны х эф иров
с п иртов с органич ес к им и и неорганич ес к им и к ис лотам и. Важ нейш им и
п одп одк лас с ам и эс тераз являютс я гидролазы эф иров к арбоновы х к ис лот и
ф ос ф атазы . В к ач ес тве п редс тавителя п ервого п одп одк лас с а рас с м отрим
лип азу. Л ип аза ус к оряет гидролиз внеш них, т. е. α-с лож ноэф ирны х, с вязейв
м олек улах триацилглицеринов (ж иров):

М еханизм дейс твия ряда эс тераздеталь ноизуч ен.
Ф ос ф атазы к атализируют гидролиз ф ос ф орны х эф иров. Ос обенно ш ирок о
рас п рос транены ф ос ф атазы , дейс твующ ие на с лож ны е эф иры ф ос ф орной
к ис лоты и углеводов, нап рим ер глюк озо-1-ф ос ф атаза:
Дейс твие ф ос ф атаз п роявляетс я в ш ирок ом с п ек тре рН от 3 до 9.
Боль ш инс тво из них обладает ш ирок ой с убс тратной с п ециф ич нос ть ю.
Ос обенно важ ны для регуляции п роцес с ов ж изнедеятель нос ти
п ротеинф ос ф атазы , обес п еч ивающ ие отщ еп ление ф ос ф ата от
ф ос ф орилированны х белк ов, вс ледс твие ч егоизм еняетс я их биологич ес к ая, в
ч ас тнос ти, ф ерм ентативная ак тивнос ть .
Гликозидазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют реак цию гидролиза глик озидов.
В завис им ос ти от того, на к ак ойп рос транс твенны йизом ер (α или β) дейс твует
ф ерм ент, егоотнос ят к α- или β-глик озидазам . Так им образом , глик озидазы
обладают ярк о вы раж енной п рос транс твенной с п ециф ич нос ть ю. Кром е
глик озидов, с одерж ащ их в к ач ес тве аглик онов ос татк и одноатом ны х с п иртов,
с убс тратам и, на к оторы е рас п рос траняетс я дейс твие тех или ины х глик озидаз,
являютс я олиго- и п олис ахариды . Из дейс твующ их на олигос ахариды глик о-
зидаз уп ом янем м аль тазу (α-глик озидаза) и с ахаразу (β-глик озидаза). Они
ус к оряют с оответс твенногидролизм аль тозы и с ахарозы :

Из глик озидаз, дейс твующ их на п олис ахариды , наиболее извес тны
ам илазы . В п рироде с ущ ес твует нес к оль к о видов ам илаз, ус к оряющ их
реак ции гидролиза глик озидны х с вязейв м олек уле к рахм ала с образованием
глюк озы , м аль тозы или олигос ахаридов.
Гидролиз других п риродны х п олиглик озидов так ж е ус к оряетс я
с оответс твующ им и глик озидазам и. Нек оторы е глик озидазы к атализируют
так ж е реак ции п еренос а глик озиль ны х ос татк ов, т.е. являютс я
транс глик озидазам и.
Пеп тид-гидролазы. Ф ерм енты этого п одк лас с а ус к оряют гидролиз
п еп тидны х с вязейв белк ах и п еп тидах, а п ри оп ределенны х ус ловиях так ж е и
образование п еп тидны х с вязей, хотя этот п уть с интеза белк а не являетс я
ф изиологич ес к им . Х им изм п роцес с а гидролиза белк ов и п еп тидов п ри уч ас тии
п еп тидгидролазм ож новы разить с ледующ ейс хем ой:
С реди п еп тид-гидролаз различ ают п ротеиназы или п еп тидил-
п еп тидогидролазы , к атализирующ ие гидролиз неболь ш ого ч ис ла внутренних
п еп тидны х с вязей в белк овой м олек уле, в резуль тате ч его п ос ледняя
рас п адаетс я до п еп тидов. Они являютс я, с ледователь но, эндоп еп тидазам и. В
отлич ие от этого п еп тид-гидролазы , назы ваем ы е п еп тидазам и, обес п еч ивают
отщ еп ление от п еп тидной цеп и с вободны х ам инок ис лот, будуч и
эк зоп еп тидазам и.
Протеиназы в завис им ос ти от м еханизм а их дейс твия на внутренние
п еп тидны е с вязи в белк овойм олек уле делят на 4 п одп одк лас с а: 1) с ериновы е
п ротеиназы , нес ущ ие в ак тивном центре радик алы сери ги с, обес п еч ивающ ие

ос ущ ес твление к аталитич ес к ого ак та; п редс тавителям и их являютс я
хим отрип с ин и трип с ин, вы деляем ы е п одж елудоч ной ж елезой, с убтилизин,
п родуцируем ы йбак териям и, и др.; 2) тиоловы е (цис теиновы е) п ротеиназы ,
им еющ ие в ак тивном центре ос таток ц и с; к их ч ис лу п ринадлеж ат п ап аиниз
латек с а ды нногодерева Carica papaya, ф ицинизлатек с а ф ик ус а, бром елаиниз
с ок а с твола ананас а, к атеп с инВ - внутрик леточ ны йф ерм ент п озвоноч ны х и
др.; 3) к ис лы е (к арбок с иль ны е) п ротеиназы , им еющ ие оп тим ум рН ниж е 5 и
с одерж ащ ие радик алы дик арбоновы х ам инок ис лот в ак тивном центре; с юда
относ ятс я п еп с ин, вы деляем ы й с лизис той ж елудк а, к атеп с ин D,
харак теризующ ийс я внутрик леточ нойлок ализацией, и ряд к ис лы х п ротеиназ,
п родуцируем ы х разнообразны м и м ик роорганизм ам и; 4) м еталлоп ротеиназы ,
к аталитич ес к ое дейс твие к оторы х завис ит от п рис утс твия ионов м еталлов
(С а2+
, Zn2+
) в ак тивном центре; п рим ерам и их м огут с луж ить к оллагеназа и
ряд п ротеиназ м ик робногоп роис хож дения (терм олизин, к ом п онент п роназы и
др.).
Пеп с ин, трип с ини хим отрип с инвы деляютс я ж елезис ты м и к летк ам и в виде
неак тивны х п роф ерм ентов - зим огенов: п еп с иногена, трип с иногена и
хим отрип с иногена, так к ак их ак тивны е центры блок ированы ф рагм ентам и
п олип еп тиднойцеп и, п ос ле гидролитич ес к ого отщ еп ления к оторы х ф ерм ент
п риобрет ает ак тивнос ть . Э то явление вп ервы е бы ло от к ры т о в
лаборат ории И. П. Павлова.
Оч ень важ нойос обеннос ть ю п ротеиназ являетс я вы бороч ны й(с елек тивны й)
харак тер их дейс твия на п еп тидны е с вязи в белк овойм олек уле. Так , п еп с ин
избиратель ноус к оряет гидролиз п еп тидны х с вязей, образованны х фен и лей;
трип с ин- арг и ли з; хим отрип с ин- аром атич ес к им и ам инок ис лотам и; п ап аин
- арг, ли з и фен и т. д. В резуль тате индивидуаль ны йбелок п од дейс твием
оп ределенной п еп тидил-п еп тидогидролазы рас щ еп ляетс я вс егда на с трого
огранич енное ч ис ло п еп тидов. Э тонаходит п рак тич ес к ое ис п оль зование п ри
оп ределении п ервич ной с трук туры белк ов и им еет огром ное знач ение для
регуляции обм ена вещ ес тв, так к ак м ногие п родук ты с елек тивногогидролиза
белк ов обладают вы с оч айш ей биологич ес к ой ак тивнос ть ю: им енно этим
п утем изп роф ерм ентов возник ают ф ерм енты , изп редш ес твенник ов горм онов
— горм оны и т. п . Прич ина избиратель ногодейс твия п еп тидп еп тидогидролаз
зак люч аетс я в том , ч то радик ал ам инок ис лоты , п о с ос едс тву с к оторой
гидролизуетс я п еп тидная с вязь , с луж ит для образования ф ерм ент-с убс тратного
к ом п лек с а.
Пеп тид-гидролазы , к атализирующ ие гидролиз п еп тидов до с вободны х
ам инок ис лот, м огут отщ еп лять п ос ледние от п еп тида, нач иная либо с
ам инок ис лоты , обладающ ей с вободной NH2-rpyп п у, либо с ам инок ис лоты ,
им еющ ей с вободную С ООН-груп п у. В п ервом с луч ае их назы вают
ам иноп еп тидазам и, вовтором - к арбок с ип еп тидазам и.

Точ к и п рилож ения дейс твия п ротеолитич ес к их ф ерм ентов на п еп тидны е
с вязи в белк овойм олек уле
Нек оторы е ам ино- и к арбок с ип еп тидазы обладают с п ециф ич нос ть ю
дейс твия, т.е. отщ еп ляют с трого оп ределенны е N- или С -к онцевы е
ам инок ис лоты . Третий п одп одк лас с п еп тидаз п редс тавлен
ди п еп т и дги дролазами , ди п еп т и дазами . Их извес тно ок оло дес яти. Они
заверш ают гидролиз белк а. Недавноиз с ос тава п еп тидаз вы ч лененоещ е два
п одп одк лас с а: дип еп тидил-п еп тидгидролазы , отщ еп ляющ ие от N-к онца
п олип еп тида дип еп тид, и п еп тидилдип еп тид-гидролазы , отщ еп ляющ ие
дип еп тид с С -к онца.
А м идазы. Э ти ф ерм енты ус к оряют гидролиз ам идов к ис лот. Из них
важ ную роль в биохим ич ес к их п роцес с ах в организм е играют уреаза,
ас п арагиназа и глутам иназа.
У реаза бы ла одним из п ервы х белк ов-ф ерм ентов, п олуч енны м в
к рис таллич ес к ом с ос тоянии (Д. С ам нер, 1926). У реаза ус к оряет гидролиз
м оч евины доNH3 и С О2.
Асп арагин аза и глут амин аза ус к оряют гидролиз ам идов дик арбоновы х ам ино-
к ис лот - ас п арагиновойи глутам иновой, нап рим ер:

Кгидролазам , дейс твующ им на С — N-с вязи, отлич ающ иес я от п еп тидны х,
к ром е ам идазотнос ятс я ф ерм енты , к атализирующ ие гидролизС — N-с вязейв
линейны х ам идинах. К их ч ис лу п ринадлеж ит аргиназа. При п ос редс тве
аргиназы ам инок ис лота аргинингидролизуетс я на орнитини м оч евину:
Э та реак ция ш ирок о п редс тавлена в п рироде, являяс ь зак лючитель ной
с тадией биос интеза м оч евины - одного из к онеч ны х п родук тов рас п ада
азотс одерж ащ их вещ ес тв.
4. Лиазы. К к лас с у лиаз относ ятс я ф ерм енты , ус к оряющ ие
негидролитич ес к ие реак ции рас п ада органич ес к их с оединенийп ос вязям С —
С ; С — N; С — О и т. д. При этом зам ы к аютс я двойны е с вязи и вы деляютс я
так ие п рос тейш ие п родук ты , к ак С О2, Н2О, NH3 и т. п . Нек оторы е из этих
реак ций обратим ы , и с оответс твующ ие ф ерм енты в п одходящ их ус ловиях
к атализируют реак ции не толь к о рас п ада, но и с интеза. Так им образом ,
название этого к лас с а ф ерм ентов не вс егда с оответс твует с одерж анию тех
п роцес с ов, к оторы е им и ус к оряютс я.
Одной из важ нейш их груп п ф ерм ентов этого к лас с а являютс я углерод-
углерод-лиазы (С — С -лиазы ). С реди них ос обое знач ение им еют
к арбок с илиазы (дек арбок с илазы ) и аль дегид-лиазы .
В п рироде ш ирок о рас п рос транены дек арбок с илазы к еток ис лот и
ам инок ис лот, к атализирующ ие реак ции п ос ледующ им с хем ам :

Э ти ф ерм енты двухк ом п оненты , п рос тетич ес к им и груп п ам и их во м ногих
с луч аях являютс я ф ос ф орны е эф иры водорас творим ы х витам инов: тиам ина и
п иридок с аля.
М еханизм реак ции дек арбок с илирования ам инок ис лот с п ом ощ ь ю
к арбок с илиазы с п иридок с аль ф ос ф атом в к ач ес тве к оф ерм ента оч ень близок к
том у, к оторы й дейс твует п ри п ереам инировании ам инок ис лот. З дес ь тож е
возник ает ш иф ф ово ос нование, в к отором элек тронная п лотнос ть у α-
углеродного атом а ам инок ис лоты резк о ос лаблена. Вс ледс твие этого с иль но
ос лабляетс я с вязь этого углеродного атом а с к арбок с иль ной груп п ой, и
п ос ледняя легк оотщ еп ляетс я.
Х арак терны м п редс тавителем аль дегид-лиаз являетс я аль долаза,
к атализирующ ая обратим ую реак цию рас щ еп ления ф рук тозо-1,6-диф ос ф ата до
ф ос ф отриоз:
Э та реак ция заним ает централь ное м ес то в п реобразовании углеводов.
Аналогич ноаль долазе дейс твуют другие аль дегид-лиазы .
Другую важ ную груп п у лиаз с ос тавляют углерод- к ис лород лиазы
(гидролиазы ), ус к оряющ ие реак ции гидратирования и дегидратирования

органич ес к их с оединений. В к ач ес тве п редс тавителя гидролиаз п риведем
фум аратгидратазу:
Реак ции гидратирования и дегидратирования п ос тоянноидут п ри рас п аде и
с интезе углеводов и вы с ш их ж ирны х к ис лот, п оэтом у гидратазы играют
боль ш ую роль в ж изнедеятель нос ти организм ов.
5. И зом еразы. Ф ерм енты , относ ящ иес я к этом у нем ногоч ис ленном у (ок оло
90 индивидуаль ны х ф ерм ентов) к лас с у, ус к оряют геом етрич ес к ие или
с трук турны е изм енения в п ределах одной м олек улы . Э ти изм енения м огут
с ос тоять вовнутрим олек улярном п еренос е водорода, ф ос ф атны х и ациль ны х
груп п , в изм енении п рос транс твенногорас п олож ения атом ны х груп п ировок , в
п ерем ещ ении двойны х с вязейи т. п .
Важ нейш им и изом еразам и являютс я триозоф ос ф атизом ераза,
ф ос ф оглицерат-ф ос ф ом утаза, аль дозом утаротаза и изоп ентенил-
п ироф ос ф атизом ераза.
Триозоф ос ф атизом ераза ус к оряет п еренос атом ов Н в п роцес с е п ревращ ения3-
ф ос ф оглицериновогоаль дегида в ф ос ф одиок с иацетони обратно:
Превращ ение, вероятно, идет ч ерез общ ую эндиоль ную ф орм у.
Ф ос ф оглицерат-ф ос ф ом утаза обес п еч ивает дос таточ ную с к орос ть п ревращ ения
2-ф ос ф оглицериновойк ис лоты в 3-ф ос ф оглицериновую к ис лоту и обратно:

Оба п роцес с а им еют гром адное знач ение в органич ес к ом м ире, так
к ак п редс тавляют важ нейш ие с тадии рас п ада и с интеза углеводов.
М утаротаза являетс я п редс тавителем с тереоизом ераз, она ус к оряет
реак цию п ревращ ения a-D-глюк оп иранозы в β-D-глюк оп иранозу:
Ф ерм енты этого тип а (с тереоизом еразы ) обес п еч ивают, в ч ас тнос ти,
взаим оп ревращ ения м ногих п рос транс твенны х изом еров м онос ахаридов, и
этот п уть являетс я иногда единс твенны м для с интеза нек оторы х из них в
п рироде. Кс тереоизом еразам относ ятс я так ж е цис -транс изом еразы , нап рим ер
ретинол-изом ераза, п ереводящ ая транс -ретинол в цис -ретинол.
6. Лигазы (синтетазы). Х арак терны е ч ерты дейс твия ф ерм ентов этогок лас с а
вы явлены с овс ем недавно в с вязи с о знач итель ны м и ус п ехам и в изуч ении
м еханизм а с интеза ж иров, белк ов и углеводов. Ок азалос ь , ч тос тары е п ред-
с тавления об образовании этих с оединений, с оглас нок оторы м они возник ают
п ри обращ ении реак цийгидролиза, не с оответс твуют дейс твитель нос ти. Пути
их с интеза п ринцип иаль ноины е.
Главная их ос обеннос ть - с оп ряж еннос ть с интеза с рас п адом вещ ес тв,
с п ос обны х п ос тавлять энергию для ос ущ ес твления биос интетич ес к ого
п роцес с а. Одним из так их п риродны х с оединенийявляетс я АТФ . При отры ве
от ее м олек улы в п рис утс твии лигаз одного или двух к онцевы х ос татк ов
ф ос ф орнойк ис лоты вы деляетс я боль ш ое к олич ес тво энергии, ис п оль зуем ой
для ак тивирования реагирующ их вещ ес тв. Л игазы ж е к аталитич ес к и ус к оряют
с интез органич ес к их с оединений из ак тивированны х за с ч ет рас п ада АТФ

ис ходны х п родук тов. Так им образом , к лигазам относ ятс я ф ерм енты ,
к атализирующ ие с оединение друг с другом двух м олек ул, с оп ряж енное с
гидролизом п ироф ос ф атной с вязи в м олек уле АТФ или иного
нук леозидтриф ос ф ата.
М еханизм дейс твия лигаз изуч ен ещ е недос таточ но, но, нес ом ненно, он
вес ь м а с лож ен. В ряде с луч аев док азано, ч тоодноиз уч ас твующ их в ос новной
реак ции вещ ес тв с нач ала дает п ром еж уточ ное с оединение с ф рагм ентом
рас п адающ ейс я м олек улы АТФ , а вс лед за этим ук азанны йп ром еж уточ ны й
п родук т взаим одейс твует с овторы м п артнером ос новнойхим ич ес к ойреак ции
с образованием к онеч ногоп родук та.
В к ач ес тве п рим ера дейс твия лигазы м ож ноп ривес ти с интез п антотеновой
к ис лоты изα, γ-диок с и-β, β-дим етилм ас лянойк ис лоты и β-аланина:
Пантотенатсинтетаза, к ак с ледует из п риведенногоуравнения, относ итс я
к груп п е лигаз, ус к оряющ их реак ции с интеза С — N-с вязей. Э та груп п а лигаз
нас ч иты вает ок оло 40 п редс тавителей. В нас тоящ ее врем я изуч ено более 75
различ ны х лигаз, обес п еч ивающ их важ нейш ие с интетич ес к ие п роцес с ы в
ж ивотнойи рас титель нойк летк ах.
Кром е ус к орения реак ций с интеза С — N-с вязей, в ч ас тнос ти п еп тидны х,
лигазы к атализируют образование с вязейС — С , С — О и С — S. Кгруп п е лигаз,
образующ их С — С -с вязи, относ ятс я карб оксилазы. Они обес п еч ивают
к арбок с илирование ряда с оединений, в резуль тате ч егоп роис ходит удлинение
углеродны х цеп ей. Одной из важ нейш их к арбок с илаз являетс я
п ируваткарб оксилаза, ус к оряющ ая реак цию образования щ авелевоук с ус ной
к ис лоты изп ировинограднойк ис лоты и ок с ида углерода (IV):

Э та реак ция им еет ис к люч итель ное знач ение в обм ене вещ ес тв, обес п еч ивая
взаим ос вязь обм ена углеводов и белк ов и ак цеп тирование С О2.
Л игазам , к атализирующ им с интез С — О-с вязей, п ринадлеж ит важ нейш ая
роль в биос интезе белк ов, так к ак они ус к оряют реак ции ак тивирования
ам инок ис лот п еред вс туп лением п ос ледних в п еп тидную с вязь . Одной из
п рос тейш их реак цийэтоготип а являетс я образование ам иноациладенилатов. С
ам иноациладенилатов ам инок ис лоты п ередаютс я на тРНК, образуя
ам иноацил-тРНК, ис п оль зуем ы е неп ос редс твенноп ри с интезе п олип еп тидов.
Л игазы , к ром е того, ос ущ ес твляют ус к орение реак цийобразования С — S-
с вязей, являяс ь ацил-к оэнзим А-с интетазам и. В к ач ес тве п рим ера дейс твия
ацил-к оэнзим А-с интетазы м ож ноп ривес ти образование ацетил-к оэнзим а А
изук с ус нойк ис лоты и к оэнзим а А, п ротек ающ ее с оп ряж енос рас п адом АТФ :

Таблица
Клас с иф ик ация ф ерм ентов
Груп п а Катализируем ая
реак ция
Тип ич ная
реак ция
Прим еры
ф ерм ентов*
Ок с идоредук -
тазы
Перенос атом ов Н и
О или элек тронов от
одного вещ ес тва к
другом у (NAD+
,
NADP+
, FAD, O2).
AH + B =
A + BH
A + O = AO
М алатдегидрогена-
за, глюк озо-6-
ф ос ф ат-
дегидрогеназа
С ук цинатдегидро-
геназа
Ц итохром ок с идаза
Транс ф еразы Перенос
оп ределенной
груп п ы атом ов –
м етиль ной,
ациль ной, ф ос ф ат-
ной или ам ино-
груп п ы – от одного
вещ ес тва к другом у.
AB + C = A + BC Глициндек ар-
бок с илаза
Ацилк арнитинтранс
-ф ераза
Гек с ок иназа
Ас п артатам ино-
транс ф ераза
Гидролазы Реак ции гидролиза,
п ри к оторы х из
с убс трата образуют-
с я два п родук та.
AB + H2O =
AOH + BH
Л ип аза, ам илаза,
п еп тидаза
Л иазы Негидролитич ес к ое
п рис оединение к
с убс трату или
отщ еп ление от него
груп п ы атом ов. При
этом м огут разры -
вать с яс вязи C-C,
C-N, C-O или C-S
O
R-C-C =
OH
H
R-C +
O
CO2
Ф ум араза,
аль долаза,
изоцитратлиаза,
п ируватдек арбок -
с илаза
Изом еразы Внутрим олек уляр-
наяп ерес тройк а
AB = BA Триозоф ос ф атизо-
м ераза,
ф ос ф оглюк ом утаза
Л игазы С оединение двух
м олек ул в
резуль тате
образования новы х
с вязейС -О, C-S,
C-N или C-C,
с оп ряж енного с
рас п адом АТФ .
X + Y + АТФ =
XY + АДФ + Ф н
Пируват-
к арбок с илаза
*Даны тривиаль ны е названия ф ерм ентов.

Ацетил-КоА с луж ит к оф ерм ентом в реак циях транс ацилирования, п оэтом у
дейс твие ф ерм ентов этих двух груп п - лигаз и ацилтранс ф ераз - в ж ивы х
с ис тем ах тес но увязано друг с другом . Аналогич ная взаим озавис им ос ть
харак терна и для м ногих других ф ерм ентов.
М еханизм дей ствия ферм ентов
У с к орение любойхим ич ес к ойреак ции дос тигаетс я за с ч ет увелич ения
доли м олек ул, обладающ их дос таточ нойвнутреннейэнергиейдля дос тиж ения
п ереходного с ос тояния. Одним из м еханизм ов п овы ш ения с к орос ти реак ции
являетс я увелич ение тем п ературы . Как п равило, п овы ш ение тем п ературы на
10о
С вы зы вает ус к орение хим ич ес к ойреак ции п риблизитель нов два раза.
Второйп уть ус к орения хим ич ес к ойреак ции - добавление к атализатора.
Катализаторы ус к оряют хим ич ес к ие реак ции, находя «обходны е п ути»,
п озволяющ ие м олек улам п реодолевать ак тивационны йбарь ер на более низк ом
энергетич ес к ом уровне. Ф ерм енты , так ж е к ак и другие к атализаторы ,
с оединяютс яс ос воим и с убс тратам и в ходе к аталитич ес к огоцик ла.
Ф ерм ент-к атализатор (обознач им егобук войЕ ) на п ром еж уточ нойс тадии
реак ции взаим одейс твует с реагентом А с образованием новогок ом п лек с а или
с оединения Е А, п ереходном у с ос тоянию к оторого с оответс твует знач итель но
более низк ая энергия ак тивации п о с равнению с п ереходны м с ос тоянием
реагента в нек атализируем ойреак ции.
Рис унок 2. Изм енение с вободнойэнергии с ис тем ы п ри п ротек ании
хим ич ес к ойреак ции в п рис утс твии и отс утс твии к атализатора

З атем к ом п лек с ф ерм ент-с убс трат (Е А) рас п адаетс я на п родук т Р и
с вободны йк атализатор, к оторы йм ож ет оп ять с оединить с я с другойм олек улой
А и п овторить вес ь цик л. Им енно так им образом к атализаторы с ниж ают
энергию ак тивации хим ич ес к ой реак ции; в их п рис утс твии гораздо более
знач итель ная доля м олек ул даннойп оп уляции вс туп ает в реак цию в единицу
врем ени. Ф ерм енты , так ж е к ак и другие к атализаторы , с оединяютс я с ос воим и
с убс тратам и в ходе к аталитич ес к огоцик ла. Ф ерм енты п овы ш ают с к орос ти к ата-
лизируем ы х им и реак цийв 108
-1020
раз. Нап рим ер, уреаза ус к оряет гидролиз
м оч евины в 1014
раз п ри рН 8 и 20°С . Как ж е удаетс я ф ерм ентам п роявлять
так ую необы ч айно вы с ок ую к аталитич ес к ую ак тивнос ть в с толь м ягк их
ус ловиях?
С ущ ес твуют ч еты ре ос новны х ф ак тора, оп ределяющ их с п ос обнос ть
ф ерм ентов ус к орять хим ич ес к ие реак ции.
Сбли ж ен и е и ори ен т ац и я. Ф ерм ент с п ос обен с вязы вать м олек улу
с убс трата так им образом , ч тоатак уем ая ф ерм ентом с вязь ок азы ваетс я не толь к о
рас п олож еннойв неп ос редс твеннойблизос ти от к аталитич ес к ойгруп п ы , нои
п равиль но ориентированнойп о отнош ению к ней. В резуль тате вероятнос ть
того, ч то к ом п лек с Е S дос тигнет п ереходного с ос тояния, с иль но
увелич иваетс я.
Нап ряж ен и е и деформац и я: и н дуц и рован н ое соот вет ст ви е.
Прис оединение с убс трата м ож ет вы зы вать к онф орм ационны е изм енения в
м олек уле ф ерм ента, к оторы е п риводят к нап ряж ению с трук туры ак тивного
центра, а так ж е нес к оль к о деф орм ируют с вязанны й с убс трат, облегч ая тем
с ам ы м дос тиж ение к ом п лек с ом Е А п ереходногос ос тояния.
При этом возник ает так назы ваем ое и н дуц и рован н ое соот вет ст ви е
ф ерм ента с убс трату. Так им образом , неболь ш ие изм енения третич нойили ч ет-
вертич нойс трук туры относ итель нок руп нойм олек улы ф ерм ента м огут играть
роль м еханич ес к огоры ч ага для м олек улы с убс трата. Возм ож но, ч тоим енноп о
этойп рич ине ф ерм енты п редс тавляют с обойбелк и и, с ледователь но, п ос воим
разм ерам знач итель ноп ревос ходят м олек улы боль ш инс тва с убс тратов.
О бщи й ки слот н о-осн овн ый кат али з. В ак тивном центре ф ерм ента м огут
находить с я груп п ы с п ециф ич ес к их ам инок ис лотны х ос татк ов, к оторы е являютс я
хорош им и донорам и или ак цеп торам и п ротонов. Так ие к ис лотны е или ос новны е
груп п ы общ его тип а п редс тавляют с обой м ощ ны е к атализаторы м ногих
органич ес к их реак ций, п ротек ающ их в водны х с ис тем ах.
Ковален т н ый кат али з. Нек оторы е ф ерм енты реагируют с о с воим и
с убс тратам и, образуя оч ень нес табиль ны е, к овалентно с вязанны е ф ерм ент-
с убс тратны е к ом п лек с ы , из к оторы х в ходе п ос ледующ ейреак ции образуютс я
п родук ты реак ции, п рич ем знач итель но бы с трее, ч ем в с луч ае
нек атализируем ы х реак ций.
Переч ис ленны е вы ш е ч еты ре ф ак тора, п о-видим ом у, внос ят различ ны й
вк лад в ус к орение хим ич ес к их реак цийф ерм ентам и разны х тип ов, однак они
для одного ф ерм ента п ок а не извес тно точ ного м еханизм а, обес п еч ивающ его
ус к орение тойили инойс п ециф ич ес к ойдля негореак ции.

А ллостерическиеферм енты
Как и вс е ф ерм енты , аллос терич ес к ие ф ерм енты им еют к аталитич ес к ий
центр, в к отором п роис ходит с вязы вание с убс трата и п ревращ ение его в
п родук т, но у аллос терич ес к их ф ерм ентов ес ть , п о м ень ш ейм ере, ещ е один
регуляторны й, или аллос терич ес к ий, центр для с вязы вания регулирующ его
м етаболита, назы ваем ого эф ф ек тором или м одулятором (рис . 1).
Аллос терич ес к ийцентр с п ециф ич енп оотнош ению к с воем у м одулятору анало-
гич но том у, к ак к аталитич ес к ийцентр с п ециф ич ен п о отнош ению к с воем у
с убс трату. Во-вторы х, м олек улы аллос терич ес к их ф ерм ентов обы ч но нам ного
к руп нее и более с лож но ус троены п ос равнению с м олек улам и п рос ты х ф ер-
м ентов. Боль ш инс твоиз них с ос тоит из двух или более п олип еп тидны х цеп ей,
или с убъ единиц. И нак онец, в-треть их, к инетик а реак ций, к атализируем ы х
аллос терич ес к им и ф ерм ентам и, обы ч но знач итель но отк лоняетс я от к лас с ич е-
с к огоуравнения М ихаэлис а-М ентен. Э тоодиниз п ризнак ов, п ок отором у они
бы ли вп ервы е обнаруж ены .
Когда с п ециф ич ес к ий ингибирующ ий, или отрицатель ны й, м одулятор
с вязы ваетс я с аллос терич ес к им центром , ч то п роис ходит п ри п овы ш ении
к онцентрации м одулятора в к летк е, ф ерм ент п ереходит в м енее ак тивную или
с овс ем неак тивную ф орм у, т.е. «вы к люч аетс я». Когда ж е к онцентрация
м одулятора в к летк е с ниж аетс я, ингибитор п ок идает аллос терич ес к ийцентр и
ф ерм ент вновь «вк люч аетс я», т.е. п ереходит в ак тивную ф орм у.
С ущ ес твуют, однак о, и так ие аллос терич ес к ие ф ерм енты , к оторы е ак тиви-
руютс я м олек улам и м одулятора. В этом с луч ае ф унк цию ак тивирующ его, или
п олож итель ного, м одулятора вы п олняет не к онеч ны й п родук т данной цеп и
ф ерм ентативны х реак ций, а к ак ой-то другой м етаболит, к оторы й с луж ит
м олек улярны м с игналом , означ ающ им , ч тоф ерм ент долж ен«п ос п еш ить ». Ч ас то
в роли ак тивирующ его м одулятора так ого тип а вы с туп ает с ам а м олек ула
с убс трата. Аллос терич ес к ие ф ерм енты этогок лас с а, назы ваем ы е гом отроп ны м и
(так к ак м одулятором и с убс тратом с луж ит однои тож е с оединение), им еют два
или боль ш ее ч ис лоцентров с вязы вания для с убс трата. Э ти центры с вязы вания
нередк о вы п олняют двойную ф унк цию, дейс твуя и к ак к аталитич ес к ие, и к ак
регуляторны е центры . Аллос терич ес к ие ф ерм енты этого тип а реагируют на
с итуации, п ри к оторы х с убс трат нак ап ливаетс я в избы точ ны х к олич ес твах и
долж енбы ть удаленв ходе п ос ледующ их реак ций.
Так им образом , им еютс я аллос терич ес к ие ф ерм енты двух тип ов.
Ф ерм енты п ервоготип а ингибируютс я с воим и м одуляторам и, к оторы е обы ч но
п о с воем у хим ич ес к ом у с троению отлич аютс я от с убс трата (п оэтом у эти
ф ерм енты назы ваютс я гетеротроп ны м и). Нек оторы е аллос терич ес к ие
ф ерм енты п одверж ены влиянию двух и более м одуляторов, к оторы е м огут
ок азы вать на ф ерм ент п ротивоп олож ное дейс твие, т.е. один м одулятор (или
боль ш ее их ч ис ло) ак тивирует ф ерм ент, а другой(или другие) - ингибирует его.

Т естовыезадания для сам оконтроля п о тем е«Ф ерм енты»
1. Ф ерм ентативнойак тивнос ть ю обладают:
1. Толь к обелк и
2. Толь к онук леиновы е к ис лоты
3. Л ип иды
4. Белк и и РНК
5. Глик оп ротеины .
2. Коф ак тором назы ваетс я:
1. Ап обелок + п рос тетич ес к ая груп п а
2. Полип еп тиднаяцеп ь
3. Ап оф ерм ент + к оф ерм ент
4. Коф ерм ент + п рос тетич ес к ая груп п а
5. Ионы м еталлов.
3. При к ак ом знач ение рН с оответс твует рН оп тим ум у боль ш инс твоф ерм ентов:
1. 1.5-2.5
2. 5-6
3. 7-8
4. 10-11
5. 0-7.
4. Конс танта М ихаэлис а равняетс я:
1. Концентрации ф ерм ента, п ри к оторойс к орос ть реак ции м ак с им аль на
2. Концентрации с убс трата, п ри к оторойс к орос ть реак ции м ак с им аль на
3. Концентрации с убс трата, п ри к оторойс к орос ть реак ции м иним аль на
4. Концентрации с убс трата, п ри к оторойс к орос ть реак ции равна п оловине
м ак с им аль ной
5. Концентрации ф ерм ента, п ри к оторойс к орос ть реак ции равна п оловине
м ак с им аль ной.
5. При нек онк урентном ингибировании:
1. Ингибитор с вязы ваетс яс к оф ерм ентом
2. Ингибитор с вязы ваетс яс ак тивны м центром
3. Ингибитор с вязы ваетс яс белк овойм олек улойне в ак тивном центре
4. Ингибитор с вязы ваетс яс с убс тратом
5. Ингибитор с вязы ваетс яс п ром еж уточ ны м п родук том .
6. У равнение М ихаэлис а-М ентеноп ис ы вает:
1. З авис им ос ть обратнойс к орос ти от обратнойк онцентрации с убс трата
2. Поведение аллос терич ес к их ф ерм ентов
3. З авис им ос ть с к орос ти ф ерм ента от к онцентрации с убс трата
4. З авис им ос ть ак тивнос ти ф ерм ентов от тем п ературы
5. З авис им ос ть ак тивнос ти ф ерм ентов от рН.
7. Ф ерм енты , к атализирующ ие п рис оединение м олек ул п одвойнойс вязи
относ ятс як к лас с у:
1. Ок с идоредук тазы
2. Транс ф еразы
3. Гидролазы

4. Л иазы
5. Изом еразы .
8. Л ак татдегидрогеназа относ итс як :
1. Ок с идоредук тазам
2. Транс ф еразам
3. Гидролазам
4. Л иазам
5. Изом еразам .
9. Оп ределите, к к ак ом у к лас с у относ итс я даннаяф ерм ентативная реак ция
C2H5OH + NAD+
= CH3CHO + NADH + H+
:
1. Ок с идоредук тазы
2. Транс ф еразы
3. Гидролазы
4. Л иазы
5. Изом еразы .
10. Аллос терич ес к ие ф ерм енты :
1. С ос тоят изоднойс убъ единицы
2. С ос тоят изнес к оль к их с убъ единиц
3. М еняют к онф орм ацию п ри взаим одейс твии с с убс тратом
4. М еняют к онф орм ацию п ри взаим одейс твии с м ем бранны м п отенциалом
5.Х арак теризуютс я К0.5
11. Ковалентнойм одиф ик ациейназы ваетс ярегуляцияс к орос ти реак ции за с ч ет
того, ч то:
1. С убс трат к овалентнос вязы ваетс яс п родук том
2. Проис ходит ф ос ф орилирование с убс трата
3. Прос ходит ф ос ф орилирование ф ерм ента
4. Ф ерм ент к овалентнос вязы ваетс яс к ак ой-либоф унк циональ нойгруп п ой
5. Катализп ротек ает с образованием к овалентны х с вязей.
12. Дайте название ф ерм енту, к атализирующ ем у реак цию
С ук цинат + FAD = ф ум арат + FADH2

Рис.1.

М Е Т А Б О ЛИ ЗМ
М етаболизм – с овок уп нос ть биохим ич ес к их п роцес с ов, п ротек ающ их в
ж ивом организм е. Протек ание м етаболич ес к их п роцес с ов обес п еч иваетс я
налич ием в к летк е с лож нойс ис тем ы ф ерм ентов, а так ж е к леточ нойм ем браны ,
огранич ивающ ейее с одерж им ое от внеш нейс реды .
К атаб олизм ианаб олизм
Катаболизм – ф аза м етаболизм а, на к оторойп роис ходит рас п ад м олек ул,
п ос туп ающ их с п ищ ейили зап ас енны х ж ивы м организм ом донеорганич ес к их
вещ ес тв (H2O, CO2, NH4). В ходе к атаболич ес к их п роцес с ов вы с вободивш аяс я
п ри ок ис лении энергия зап ас аетс я в ф орм е АТР, NAD(P)H и м ем бранного
п отенциала.
Анаболизм –с интез биологич ес к их м ак ром олек ул из низк ом олек улярны х
п редш ес твенник ов. Для п ротек ания анаболизм а требуетс я п ос тоянны йп риток
энергии.
Ф ункцииА Т Р, NAD(P)H, ∆µH+
Белк и Белк и
У глеводы У глеводы
Ж иры Ж иры , ДНК, РНК
А Т Р, NAD(P)H, ∆µH+
H2O, CO2, NH4 Ам инок ис лоты ,
М онос ахариды
Ж ирны е к ис лоты
Азотис ты е ос нования
АТР, NAD(P)H, ∆µH+
в к летк е вы п олняют роль с вязующ егозвена м еж ду
п ос туп ающ ей в организм энергией (с вет, рас п ад органич ес к их вещ ес тв) и
энергетич ес к им и п отребнос тям и к летк и. Протек ание к атаболич ес к их реак ций
обес п еч ивает ак к ум уляцию энергии в виде АТР, NADPH и ∆µH+
. АТР и NADPH
ис п оль зуютс я на биос интетич ес к ие реак ции, а ∆µH+
п реим ущ ес твенно
обес п еч ивает п роцес с ы ак тивного транс п орта ч ерез м ем брану, терм огенез,
с интез АТР. Ос новны м и органоидам и, отвеч ающ им и за п ротек ание
к атаболич ес к их п роцес ов, являютс ям итохондрии, цитоп лазм а и лизос ом ы .

О б щ ая схем акатаб олических п роцессов
Белк и У глеводы Ж иры
Ам инок ис лоты Гек с озы , п ентозы Глицерин, ж ирны е к ис лоты
Глюк оза
Пируват
Ацетил-С оА
Ц ТКЦ
NADH Э ТЦ
H2O CO2
Гликолиз – основной п уть окисления углеводов
Глик олиз–универс аль ны йп роцес с ок ис ленияглюк озы - извес тенп оч ти у вс ех
ж ивы х организм ов. У эук ариот п ротек ает в цитозоле. Глик олизобес п еч ивает
ок ис ление С 6-м олек улы глюк озы додвух С 3 м олек ул п ирувата (в аэробны х
ус ловиях) или лак тата (в анаэробны х ус ловиях) с образованием 2 м олек ул АТР.
С ос тоит из2-х ос новны х с тадий:
- на п ервой с тадии п роис ходит ак тивация с убс тратов за с ч ет
ф ос ф орилирования (затрач иваетс я 2 АТР), вк люч ение в данны й п роцес с
других с ахаров, рас п ад на две С 3 м олек улы (глицераль дегид-3-ф ос ф ат и
дигидрок с иацетонф ос ф ат).
- На втором этап е п роис ходит ок ис ление глицераль дегид-3-ф ос ф ата до
п ирувата (в аэробны х ус ловиях) или до лак тата (п ри анаэробиозе) с
образованием 4-х м олек ул АТР.
Ц Т К

Глюк оза
гек с ок иназа
Глюк озо-6-ф ос ф ат
ф ос ф оглюк оизом ераза
Ф рук тозо-6-ф ос ф ат
ф ос ф оф рук ток иназа
Ф рук тозо-1,6-бис ф ос ф ат
аль долаза
Глицераль дегид-3- ф ос ф ат Дигидрок с иацетонф ос ф ат
триозоф ос ф атизом ераза
NAD+
+Pi
NADH глицераль дегид-3-ф ос ф атдегидрогеназа
1,3-диф ос ф оглицерат
АДР ф ос ф оглицератк иназа
АТР
3-ф ос ф оглицерат
ф ос ф оглицератм утаза
2-ф ос ф оглицерат
енолаза
ф ос ф оенолп ируват
АДР п ируватк иназа
АТР
п ируват
Путиокисления м оно- ип олисахаридов
Галактоза Гликоген К рахм ал М анноза
UDP-галак тоза м аннозо-6-ф ос ф ат
Глюк озо-1-ф ос ф ат
UDP-глюк оза ф ос ф оглюк ом утаза
Глюк озо-6-ф ос ф ат Глюк оза С ахароза
ф ос ф оглюк оизом ераза
Ф рук тозо-6-ф ос ф ат Ф рук тоза
ф ос ф оф рук ток иназа
Ф рук тозо-1,6-бис ф ос ф ат
Путим етаб олизм ап ирувата
А наэроб иоз (недостатоккислорода)
Пируват + NADH = лак тат + NAD+
(лакт ат деги дроген аза) –
м олоч нок ис лое брож ение
п и руват декарбокси лаза алкоголь деги дроген аза
Пируват - Ацеталь дегид - Э танол – с п иртовое
брож ение

392.ферменты общая характеристика и роль в метаболических процессах

392.ферменты общая характеристика и роль в метаболических процессах

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Ähnlich wie 392.ферменты общая характеристика и роль в метаболических процессах

Ähnlich wie 392.ферменты общая характеристика и роль в метаболических процессах (20)

Mehr von ivanov15548

Mehr von ivanov15548 (20)

392.ферменты общая характеристика и роль в метаболических процессах