Краткий обзор курса «Молекулярная биология», страница 13

В качестве примера рассмотрим протеолитические ферменты. Они  катализируют реакцию гидролиза пептидной связи. Многие протеолитические ферменты катализируют иную, но сходную реакцию: гидролиз эфирной связи. Они сильно различаются по  степени субстратной специфичности. Так субтилизин расщепляет пептидную связь вне зависимости от природы прилежащего к ней радикала, однако трипсин расщепляет только пептидные связи, образованные карбоксильными группами лизина и аргинина. Тромбин, участвующий в свертывании крови обладает еще более высокой специфичностью, он разрывает только пептидные связи, образованные карбоксильной группой аргинина и аминогруппой глицина. Другим примером специфичного энзима может служить ДНК – полимераза I. Этот фермент синтезирует ДНК, соединяя четыре типа нуклеотидов. Последовательность нуклеотидов в одной цепи определяется последовательностью нуклеотидов в другой (матричной) цепи ДНК. ДНК –  полимераза I обладает поразительной точностью в выполнении этих манипуляций. В синтезированной ДНК вероятность ошибки составляет 1 раз в 1000 000.

Некоторые ферменты синтезируются в виде неактивных предшественников и переходят в активное состояние в физиологически соответствующем месте и времени. Примером регуляции такого типа могут служить пищеварительные ферменты. Трипсиноген, например, синтезируется в поджелудочной железе, а активируется в тонком кишечнике, в двенадцатиперстной кишке, где в результате расщепления пептидной связи под действием фермента энтеропептидазы образуется активная форма – трипсин. Этот фермент разрывает пептидную связь между лизином и аргинином, группа СО может принадлежать как аргинину, так и лизину. Подобный ему фермент пепсин расщепляет связи между ароматическими аминокислотами (с N - конца) и другими кислотами. Такой же тип регуляции многократно используется в последовательности ферментативных реакций, ведущих к свертыванию крови. Каталитически неактивные предшественники протеолитических ферментов называются проферментами или зимогенами. Еще один способ регуляции деятельности ферментов – это соединение их с дополнительной химической группой – это так называемый способ ковалентной модификации, например, путем присоединения фосфорильной группы к определенным остаткам серина регулируется деятельность ферментов, синтезирующих и расщепляющих гликоген. Такая модификация легко разрушается гидролизом. Присоединение и отщепление модифицирующих групп так же осуществляется ферментами.

Следующий тип регуляции действует в случае многих метаболических последовательностей, ведущих к синтезу небольших молекул. Например, аминокислот. При этом фермент, катализирующий первый этап воздействия ингибируется конечным продуктом. Этот механизм называется механизмом ингибирования по принципу обратной связи или принципом ретроингибирования. Примером такой регуляции может служить синтез изолейцина из треонина у бактерий. Специфичность многих ферментов находится под физиологическим контролем, например, синтез лактозы в молочной железе. Лакто-синтаза – фермент, катализирующий синтез лактозы, состоит из двух субъединиц – каталитической и модифицирующей. Каталитическая субъединица не способна к синтезу, она катализирует присоединения галактозы к белку, содержащему ковалентную углеводную цепь. Модифицирующая единица меняет специфичность каталитической субъединицы таким образом, что последняя начинает присоединять галактозу уже к глюкозе, образуя лактозу.

Важно помнить, что ферменты не сдвигают равновесия реакций, но осуществляют трансформацию разных видов энергии (например при фотосинтезе энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей).

Почти каждый фермент работает в присутствии ко-фактора. Ко-факторы – это органические соединения небелковой природы. Соединяясь с апоферментом (белковой частью) они образуют каталитически активные комплексы. Многие из коферментов – производные витаминов, в основном группы В, РР и другие, а так же ионы магния, железа, цинка и марганца. Эти вещества не участвуют в реакции, но выходят из нее в измененном состоянии.