Ферменты, их свойства

 

 

 

 

Ðåôåðàò ïî áèîëîãèè 
íà òåìó: 
“Ôåðìåíòû”

Ìîñêâà 1996

 

Îãëàâëåíèå

 

1. Îáùèå ïîëîæåíèÿ

Ôåðìåíòû (îò ëàò. fermentum - áðîæåíèå, çàêâàñêà), ñïåöèôè÷åñêèå áåëêè, ïðèñóòñòâóþùèå âî âñåõ æèâûõ êëåòêàõ è èãðàþùèå ðîëü áèîëîãè÷åñêèõ êàòàëèçàòîðîâ. ×åðåç èõ ïîñðåäñòâî ðåàëèçóåòñÿ ãåíåòè÷åñêàÿ èíôîðìàöèÿ è îñóùåñòâëÿþòñÿ âñå ïðîöåññû îáìåíà âåùåñòâ è ýíåðãèè â æèâûõ îðãàíèçìàõ. Ôåðìåíòû áûâàþò ïðîñòûìè èëè ñëîæíûìè áåëêàìè, â ñîñòàâ êîòîðûõ íàðÿäó ñ áåëêîâûì êîìïîíåíòîì (àïîôåðìåíòîì) âõîäèò íåáåëêîâàÿ ÷àñòü - êîôåðìåíò. Ýôôåêòèâíîñòü äåéñòâèÿ ôåðìåíòîâ îïðåäåëÿåòñÿ çíà÷èòåëüíûì ñíèæåíèåì ýíåðãèè àêòèâàöèè êàòàëèçèðóåìîé ðåàêöèè â ðåçóëüòàòå îáðàçîâàíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ôåðìåíò-ñóáñòðàòíûõ êîìïëåêñîâ. Ïðèñîåäèíåíèå ñóáñòðàòîâ ïðîèñõîäèò â àêòèâíûõ öåíòðàõ, êîòîðûå îáëàäàþò ñõîäñòâîì òîëüêî ñ îïðåäåëåííûìè ñóáñòðàòàìè, ÷åì äîñòèãàåòñÿ âûñîêàÿ ñïåöèôè÷íîñòü (èçáèðàòåëüíîñòü) äåéñòâèÿ ôåðìåíòîâ. Îäíà èç îñîáåííîñòåé ôåðìåíòîâ - ñïîñîáíîñòü ê íàïðàâëåííîìó è ðåãóëèðóåìîìó äåéñòâèþ. Çà ñ÷¸ò ýòîãî êîíòðîëèðóåòñÿ ñîãëàñîâàííîñòü âñåõ çâåíüåâ îáìåíà âåùåñòâ. Ýòà ñïîñîáíîñòü îïðåäåëÿåòñÿ ïðîñòðàíñòâåííîñòü ñòðóêòóðíîé ìîëåêóëû ôåðìåíòîâ. Îíà ðåàëèçóåòñÿ ÷åðåç èçìåíåíèå ñêîðîñòè äåéñòâèÿ ôåðìåíòîâ è çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè ñîîòâåòñòâóþùèõ ñóáñòðàòîâ è êîôàêòîðîâ, ðH ñðåäû, òåìïåðàòóðû, à òàêæå îò ïðèñóòñòâèÿ ñïåöèôè÷åñêèõ àêòèâàòîðîâ è èíãèáèòîðîâ (íàïðèìåð, àäåíèëîâûõ íóêëåîòèäîâ, êàðáîíèëüíûõ, ñóëüôãèäðèëüíûõ ñîåäèíåíèé è äð.). Íåêîòîðûå ôåðìåíòû ïîìèìî àêòèâíûõ öåíòðîâ èìåþò äîïîëíèòåëüíûå, ò.í. àëëîñòåðè÷åñêèå ðåãóëÿòîðíûå öåíòðû. Áèîñèíòåç ôåðìåíòîâ íàõîäèòñÿ ïîä êîíòðîëåì ãåíîâ. Ðàçëè÷àþò êîíñòèòóòèâíûå ôåðìåíòû, ïîñòîÿííî ïðèñóòñòâóþùèå â êëåòêàõ, è èíäóöèðóåìûå ôåðìåíòû, áèîñèíòåç êîòîðûõ àêòèâèðóåòñÿ ïîä âëèÿíèåì ñîîòâåòñòâóþùèõ ñóáñòðàòîâ. Íåêîòîðûå ôóíêöèîíàëüíî âçàèìîñâÿçàííûå ôåðìåíòû îáðàçóþò â êëåòêå ñòðóêòóðíî îðãàíèçîâàííûå ïîëèôåðìåíòíûå êîìïëåêñû. Ìíîãèå ôåðìåíòû è ôåðìåíòíûå êîìïëåêñû ïðî÷íî ñâÿçàíû ñ ìåìáðàíàìè êëåòêè èëè å¸ îðãàíîèäîâ (ìèòîõîíäðèé, ëèçîñîì, ìèêðîñîì è ò.ä.)  è ó÷àñòâóþò â àêòèâíîì òðàíñïîðòå âåùåñòâ ÷åðåç ìåìáðàíû.

Èçâåñòíî áîëåå 20000 ðàçëè÷íûõ ôåðìåíòîâ, èç êîòîðûõ ìíîãèå âûäåëåíû èç æèâûõ êëåòîê è ïîëó÷åíû â èíäèâèäóàëüíîì ñîñòîÿíèè. Ïåðâûé êðèñòàëëè÷åñêèé ôåðìåíò (óðåàçà) âûäåëåí àìåðèêàíñêèì áèîõèìèêîì Ä.Ñàìíåðîì â 1926 ã. Äëÿ ðÿäà ôåðìåíòîâ èçó÷åíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü àìèíîêèñëîò è âûÿñíåíî ðàñïîëîæåíèå ïîëèïåïòèäíûõ öåïåé â òð¸õìåðíîì ïðîñòðàíñòâå.  ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ îñóùåñòâëåí èñêóññòâåííûé õèìè÷åñêèé ñèíòåç ôåðìåíòà ðèáîíóêëåàçû. Ôåðìåíòû èñïîëüçóþò äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî îïðåäåëåíèÿ è ïîëó÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ âåùåñòâ, äëÿ ìîäèôèêàöèè ìîëåêóë íóêëåèíîâûõ êèñëîò ìåòîäàìè ãåííîé èíæåíåðèè, äèàãíîñòèêè è ëå÷åíèÿ ðÿäà çàáîëåâàíèé, à òàêæå â ðÿäå òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïðèìåíÿåìûõ â ë¸ãêîé, ïèùåâîé è ôàðìàöåâòè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòÿõ.

 

2. Ñâîéñòâà ôåðìåíòîâ

Áóäó÷è áåëêàìè, ôåðìåíòû îáëàäàþò âñåìè èõ ñâîéñòâàìè. Âìåñòå ñ òåì áèîêàòàëèçàòîðû õàðàêòåðèçóþòñÿ ðÿäîì ñïåöèôè÷åñêèõ êà÷åñòâ, òîæå âûòåêàþùèõ èç èõ áåëêîâîé ïðèðîäû. Ýòè êà÷åñòâà îòëè÷àþò ôåðìåíòû îò êàòàëèçàòîðîâ îáû÷íîãî òèïà. Ñþäà îòíîñÿòñÿ òåðìîëàáèëüíîñòü ôåðìåíòîâ, çàâèñèìîñòü èõ äåéñòâèÿ îò çíà÷åíèÿ ðÍ ñðåäû, ñïåöèôè÷íîñòü è, íàêîíåö, ïîäâåðæåííîñòü âëèÿíèþ àêòèâàòîðîâ è èíãèáèòîðîâ.

Òåðìîëàáèëüíîñòü ôåðìåíòîâ îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî òåìïåðàòóðà, ñ îäíîé ñòîðîíû, âîçäåéñòâóåò íà áåëêîâóþ ÷àñòü ôåðìåíòà, ïðèâîäÿ ïðè ñëèøêîì âûñîêèõ çíà÷åíèÿõ ê äåíàòóðàöèè áåëêà è ñíèæåíèþ êàòàëèòè÷åñêîé ôóíêöèè, à ñ äðóãîé ñòîðîíû, îêàçûâàåò âëèÿíèå íà ñêîðîñòü ðåàêöèè îáðàçîâàíèÿ ôåðìåíò-ñóáñòðàòíîãî êîìïëåêñà è íà âñå ïîñëåäóþùèå ýòàïû ïðåîáðàçîâàíèÿ ñóáñòðàòà, ÷òî âåäåò ê óñèëåíèþ êàòàëèçà.

Çàâèñèìîñòü êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè ôåðìåíòà îò òåìïåðàòóðû âûðàæàåòñÿ òèïè÷íîé êðèâîé. Äî íåêîòîðîãî çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû (â ñðåäíåì äî 5ΰÑ) êàòàëèòè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü ðàñòåò, ïðè÷åì íà êàæäûå 10°Ñ ïðèìåðíî â 2 ðàçà ïîâûøàåòñÿ ñêîðîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ ñóáñòðàòà.  òî æå âðåìÿ ïîñòåïåííî âîçðàñòàåò êîëè÷åñòâî èíàêòèâèðîâàííîãî ôåðìåíòà çà ñ÷åò äåíàòóðàöèè åãî áåëêîâîé ÷àñòè. Ïðè òåìïåðàòóðå âûøå 50°Ñ äåíàòóðàöèÿ ôåðìåíòíîãî áåëêà ðåçêî óñèëèâàåòñÿ è, õîòÿ ñêîðîñòü ðåàêöèé ïðåîáðàçîâàíèÿ ñóáñòðàòà ïðîäîëæàåò ðàñòè, àêòèâíîñòü ôåðìåíòà, âûðàæàþùàÿñÿ êîëè÷åñòâîì ïðåâðàùåííîãî ñóáñòðàòà, ïàäàåò.

Äåòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ðîñòà àêòèâíîñòè ôåðìåíòîâ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû, ïðîâåäåííûå â ïîñëåäíåå âðåìÿ, ïîêàçàëè áîëåå ñëîæíûé õàðàêòåð ýòîé çàâèñèìîñòè, ÷åì óêàçàíî âûøå: âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ îíà íå îòâå÷àåò ïðàâèëó óäâîåíèÿ àêòèâíîñòè íà êàæäûå 10°Ñ â îñíîâíîì èç-çà ïîñòåïåííî íàðàñòàþùèõ êîíôîðìàöèîííûõ èçìåíåíèé â ìîëåêóëå ôåðìåíòà.

Òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé êàòàëèòè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü ôåðìåíòà ìàêñèìàëüíà, íàçûâàåòñÿ åãî òåìïåðàòóðíûì îïòèìóìîì.

Òåìïåðàòóðíûé îïòèìóì äëÿ ðàçëè÷íûõ ôåðìåíòîâ íåîäèíàêîâ.  îáùåì äëÿ ôåðìåíòîâ æèâîòíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ îí ëåæèò ìåæäó 40 è 50°Ñ, à ðàñòèòåëüíîãî - ìåæäó 50 è 60°Ñ. Îäíàêî åñòü ôåðìåíòû ñ áîëåå âûñîêèì òåìïåðàòóðíûì îïòèìóìîì, íàïðèìåð, ó ïàïàèíà (ôåðìåíò ðàñòèòåëüíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ, óñêîðÿþùèé ãèäðîëèç áåëêà) îïòèìóì íàõîäèòñÿ ïðè 8ΰÑ.  òî æå âðåìÿ ó êàòàëàçû (ôåðìåíò, óñêîðÿþùèé ðàñïàä Í2Î2 äî Í2Î è Î2) îïòèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà äåéñòâèÿ íàõîäèòñÿ ìåæäó 0 è -10°Ñ, à ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîèñõîäèò ýíåðãè÷íîå îêèñëåíèå ôåðìåíòà è åãî èíàêòèâàöèÿ.

Çàâèñèìîñòü àêòèâíîñòè ôåðìåíòà îò çíà÷åíèÿ ðÍ ñðåäû áûëà óñòàíîâëåíà ñâûøå 50 ëåò íàçàä. Äëÿ êàæäîãî ôåðìåíòà ñóùåñòâóåò îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå ðÍ ñðåäû, ïðè êîòîðîì îí ïðîÿâëÿåò ìàêñèìàëüíóþ àêòèâíîñòü. Áîëüøèíñòâî ôåðìåíòîâ èìååò ìàêñèìàëüíóþ àêòèâíîñòü â çîíå ðÍ ïîáëèçîñòè îò íåéòðàëüíîé òî÷êè.  ðåçêî êèñëîé èëè ðåçêî ùåëî÷íîé ñðåäå õîðîøî ðàáîòàþò ëèøü íåêîòîðûå ôåðìåíòû.

Ïåðåõîä ê áîëüøåé èëè ìåíüøåé (ïî ñðàâíåíèþ ñ îïòèìàëüíîé) êîíöåíòðàöèè âîäîðîäíûõ èîíîâ ñîïðîâîæäàåòñÿ áîëåå èëè ìåíåå ðàâíîìåðíûì ïàäåíèåì àêòèâíîñòè ôåðìåíòà.

Âëèÿíèå êîíöåíòðàöèè âîäîðîäíûõ èîíîâ íà êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü ôåðìåíòîâ ñîñòîèò â âîçäåéñòâèè åå íà àêòèâíûé öåíòð. Ïðè ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ ðÍ â ðåàêöèîííîé ñðåäå àêòèâíûé öåíòð ìîæåò áûòü ñëàáåå èëè ñèëüíåå èîíèçèðîâàí, áîëüøå èëè ìåíüøå ýêðàíèðîâàí ñîñåäíèìè ñ íèì ôðàãìåíòàìè ïîëèïåïòèäíîé öåïè áåëêîâîé ÷àñòè ôåðìåíòà è ò.ï. Êðîìå òîãî, ðÍ ñðåäû âëèÿåò íà ñòåïåíü èîíèçàöèè ñóáñòðàòà, ôåðìåíò-ñóáñòðàòíîãî êîìïëåêñà è ïðîäóêòîâ ðåàêöèè, îêàçûâàåò áîëüøîå âëèÿíèå íà ñîñòîÿíèå ôåðìåíòà, îïðåäåëÿÿ ñîîòíîøåíèå â íåì êàòèîííûõ è àíèîííûõ öåíòðîâ, ÷òî ñêàçûâàåòñÿ íà òðåòè÷íîé ñòðóêòóðå áåëêîâîé ìîëåêóëû. Ïîñëåäíåå îáñòîÿòåëüñòâî çàñëóæèâàåò îñîáîãî âíèìàíèÿ, òàê êàê îïðåäåëåííàÿ òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêà-ôåðìåíòà íåîáõîäèìà äëÿ îáðàçîâàíèÿ ôåðìåíò-ñóáñòðàòíîãî êîìïëåêñà.

Ñïåöèôè÷íîñòü - îäíî èç íàèáîëåå âûäàþùèõñÿ êà÷åñòâ ôåðìåíòîâ. Ýãî ñâîéñòâî èõ áûëî îòêðûòî åùå â ïðîøëîì ñòîëåòèè, êîãäà áûëî ñäåëàíî íàáëþäåíèå, ÷òî î÷åíü áëèçêèå ïî ñòðóêòóðå âåùåñòâà - ïðîñòðàíñòâåííûå èçîìåðû (a- è b-ìåòèëãëþêîçèäû) ðàñùåïëÿþòñÿ ïî ýôèðíîé ñâÿçè äâóìÿ ñîâåðøåííî ðàçíûìè ôåðìåíòàìè.

Òàêèì îáðàçîì, ôåðìåíòû ìîãóò ðàçëè÷àòü õèìè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, îòëè÷àþùèåñÿ äðóã îò äðóãà î÷åíü íåçíà÷èòåëüíûìè äåòàëÿìè ñòðîåíèÿ, òàêèìè, íàïðèìåð, êàê ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå ìåòîêñèëüíîãî ðàäèêàëà è àòîìà âîäîðîäà ïðè 1-ì óãëåðîäíîì àòîìå ìîëåêóëû ìåòèëãëþêîçèäà.

Ïî îáðàçíîìó âûðàæåíèþ, íåðåäêî óïîòðåáëÿåìîìó â áèîõèìè÷åñêîé ëèòåðàòóðå, ôåðìåíò ïîäõîäèò ê ñóáñòðàòó, êàê êëþ÷ ê çàìêó. Ýòî çíàìåíèòîå ïðàâèëî áûëî ñôîðìóëèðîâàíî Ý. Ôèøåðîì â 1894 ã. èñõîäÿ èç òîãî, ÷òî ñïåöèôè÷íîñòü äåéñòâèÿ ôåðìåíòà ïðåäîïðåäåëÿåòñÿ ñòðîãèì ñîîòâåòñòâèåì ãåîìåòðè÷åñêîé ñòðóêòóðû ñóáñòðàòà è àêòèâíîãî öåíòðà ôåðìåíòà.

 50-å ãîäû íàøåãî ñòîëåòèÿ ýòî ñòàòè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå áûëî çàìåíåíî ãèïîòåçîé Ä. Êîøëàíäà îá èíäóöèðîâàííîì ñîîòâåòñòâèè ñóáñòðàòà è ôåðìåíòà. Ñóùíîñòü åå ñâîäèòñÿ ê òîìó, ÷òî ïðîñòðàíñòâåííîå ñîîòâåòñòâèå ñòðóêòóðû ñóáñòðàòà è àêòèâíîãî öåíòðà ôåðìåíòà ñîçäàåòñÿ â ìîìåíò èõ âçàèìîäåéñòâèÿ äðóã ñ äðóãîì, ÷òî ìîæåò áûòü âûðÿæåíî ôîðìóëîé “ïåð÷àòêà - ðóêà”. Ïðè ýòîì â ñóáñòðàòå óæå äåôîðìèðóþòñÿ íåêîòîðûå âàëåíòíûå ñâÿçè è îí, òàêèì îáðàçîì, ïîäãîòàâëèâàåòñÿ ê äàëüíåéøåìó êàòàëèòè÷åñêîìó âèäîèçìåíåíèþ, à â ìîëåêóëå ôåðìåíòà ïðîèñõîäÿò êîíôîðìàöèîííûå ïåðåñòðîéêè. Ãèïîòåçà Êîøëàíäà, îñíîâàííàÿ íà äîïóùåíèè ãèáêîñòè àêòèâíîãî öåíòðà ôåðìåíòà, óäîâëåòâîðèòåëüíî îáúÿñíÿëà àêòèâèðîâàíèå è èíãèáèðîâàíèå äåéñòâèÿ ôåðìåíòîâ è ðåãóëÿöèþ èõ àêòèâíîñòè ïðè âîçäåéñòâèè ðàçëè÷íûõ ôàêòîðîâ.  ÷àñòíîñòè, êîíôîðìàöèîííûå ïåðåñòðîéêè â ôåðìåíòå â ïðîöåññå èçìåíåíèÿ åãî àêòèâíîñòè Êîøëàíä ñðàâíèâàë ñ êîëåáàíèÿìè ïàóòèíû, êîãäà â íåå ïîïàëà äîáû÷à (ñóáñòðàò), ïîä÷åðêèâàÿ ýòèì êðàéíþþ ëàáèëüíîñòü ñòðóêòóðû ôåðìåíòà â ïðîöåññå êàòàëèòè÷åñêîãî àêòà.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ ãèïîòåçà Êîøëàíäà ïîñòåïåííî âûòåñíÿåòñÿ ãèïîòåçîé òîïîõèìè÷åñêîãî ñîîòâåòñòâèÿ. Ñîõðàíÿÿ îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ ãèïîòåçû âçàèìîèíäóöèðîâàííîé íàñòðîéêè ñóáñòðàòà è ôåðìåíòà, îíà ôèêñèðóåò âíèìàíèå íà òîì, ÷òî ñïåöèôè÷íîñòü äåéñòâèÿ ôåðìåíòîâ îáúÿñíÿåòñÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü óçíàâàíèåì òîé ÷àñòè ñóáñòðàòà, êîòîðàÿ íå èçìåíÿåòñÿ ïðè êàòàëèçå. Ìåæäó ýòîé ÷àñòüþ ñóáñòðàòà è ñóáñòðàòíûì öåíòðîì ôåðìåíòà âîçíèêàþò ìíîãî÷èñëåííûå òî÷å÷íûå ãèäðîôîáíûå âçàèìîäåéñòâèÿ è âîäîðîäíûå ñâÿçè.

3. Ñòðîåíèå ôåðìåíòîâ

Ïî ñòðîåíèþ ôåðìåíòû ìîãóò áûòü îäíîêîìïîíåíòíûìè, ïðîñòûìè áåëêàìè, è äâóõêîìïîíåíòíûìè, ñëîæíûìè áåëêàìè. Âî âòîðîì ñëó÷àå â ñîñòàâå ôåðìåíòà îáíàðóæèâàåòñÿ äîáàâî÷íàÿ ãðóïïà íåáåëêîâîé ïðèðîäû.

 ðàçíîå âðåìÿ âîçíèêëè ðàçëè÷íûå íàèìåíîâàíèÿ áåëêîâîé ÷àñòè è äîáàâî÷íîé ãðóïïû â äâóõêîìïîíåíòíûõ ôåðìåíòàõ. Âñå îíè äî ñèõ ïîð óïîòðåáëÿþòñÿ â ëèòåðàòóðå, íàïðèìåð:

Ôåðìåíò â öåëîì  Áåëêîâàÿ ÷àñòü   Äîáàâî÷íàÿ ãðóïïà

Ñèìïëåêñ  Ôåðîí (íîñèòåëü)   Àãîí (àêòèâíàÿ ãðóïïà)

Õîëîôåðìåíò Àïîôåðìåíò  Êîôåðìåíò

Äîáàâî÷íóþ ãðóïïó, ïðî÷íî ñâÿçàííóþ, íå îòäåëÿåìóþ îò áåëêîâîé ÷àñòè, íàçûâàþò ïðîñòåòè÷åñêîé ãðóïïîé; â îòëè÷èå îò ýòîãî äîáàâî÷íóþ ãðóïïó, ëåãêî îòäåëÿþùóþñÿ îò àïîôåðìåíòà è ñïîñîáíóþ ê ñàìîñòîÿòåëüíîìó ñóùåñòâîâàíèþ, îáû÷íî èìåíóþò êîôåðìåíòîì.

Õèìè÷åñêàÿ ïðèðîäà âàæíåéøèõ êîôåðìåíòîâ áûëà âûÿñíåíà â 30-å ãîäû íàøåãî ñòîëåòèÿ áëàãîäàðÿ òðóäàì Î. Âàðáóðãà, Ð. Êóíà, Ï. Êàððåðà è äð. Îêàçàëîñü, ÷òî ðîëü êîôåðìåíòîâ â äâóõêîìïîíåíòíûõ ôåðìåíòàõ èãðàþò áîëüøèíñòâî âèòàìèíîâ (Å, Ê, Q, Â1, Â2, Â6 Â12, Ñ, Í è äð.) èëè ñîåäèíåíèé, ïîñòðîåííûõ ñ ó÷àñòèåì âèòàìèíîâ (êîýíçèì À, ÍÀÄ+ è ò. ï.). Êðîìå òîãî, ôóíêöèþ êîôåðìåíòîâ âûïîëíÿþò òàêèå ñîåäèíåíèÿ, êàê ÍS-ãëóòàòèîí, ìíîãî÷èñëåííàÿ ãðóïïà íóêëåîòèäîâ è èõ ïðîèçâîäíûõ, ôîñôîðíûå ýôèðû íåêîòîðûõ ìîíîñàõàðèäîâ è ðÿä äðóãèõ âåùåñòâ.

Õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ äâóõêîìïîíåíòíûõ ôåðìåíòîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî íè áåëêîâàÿ ÷àñòü, íè äîáàâî÷íàÿ ãðóïïà â îòäåëüíîñòè íå îáëàäàþò çàìåòíîé êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ. Òîëüêî èõ êîìïëåêñ ïðîÿâëÿåò ôåðìåíòàòèâíûå ñâîéñòâà. Ïðè ýòîì áåëîê ðåçêî ïîâûøàåò êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü äîáàâî÷íîé ãðóïïû, ïðèñóùóþ åé â ñâîáîäíîì ñîñòîÿíèè â î÷åíü ìàëîé ñòåïåíè; äîáàâî÷íàÿ æå ãðóïïà ñòàáèëèçèðóåò áåëêîâóþ ÷àñòü è äåëàåò åå ìåíåå óÿçâèìîé ê äåíàòóðèðóþùèì àãåíòàì. Òàêèì îáðàçîì, õîòÿ íåïîñðåäñòâåííûì èñïîëíèòåëåì êàòàëèòè÷åñêîé ôóíêöèè ÿâëÿåòñÿ ïðîñòåòè÷åñêàÿ ãðóïïà, îáðàçóþùàÿ êàòàëèòè÷åñêèé öåíòð, åå äåéñòâèå íåìûñëèìî áåç ó÷àñòèÿ ïîëèïåïòèäíûõ ôðàãìåíòîâ áåëêîâîé ÷àñòè ôåðìåíòà. Áîëåå òîãî, â àïîôåðìåíòå åñòü ó÷àñòîê, õàðàêòåðèçóþùèéñÿ ñïåöèôè÷åñêîé ñòðóêòóðîé, èçáèðàòåëüíî ñâÿçûâàþùèé êîôåðìåíò. Ýòî òàê íàçûâàåìûé êîôåðìåíò ñâÿçûâàþùèé äîìåí; åãî ñòðóêòóðà ó ðàçëè÷íûõ àïîôåðìåíòîâ, ñîåäèíÿþùèõñÿ ñ îäíèì è òåì æå êîôåðìåíòîì, î÷åíü ñõîäíà. Òàêîâû, íàïðèìåð, ïðîñòðàíñòâåííûå ñòðóêòóðû íóêëåîòèäñâÿçûâàþùèõ äîìåíîâ ðÿäà äåãèäðîãåíàç.

Èíà÷å îáñòîèò äåëî ó îäíîêîìïîíåíòíûõ ôåðìåíòîâ, íå èìåþùèõ äîáàâî÷íîé ãðóïïû, êîòîðàÿ ìîãëà áû âõîäèòü â íåïîñðåäñòâåííûé êîíòàêò ñ ïðåîáðàçóåìûì ñîåäèíåíèåì. Ýòó ôóíêöèþ âûïîëíÿåò ÷àñòü áåëêîâîé ìîëåêóëû, íàçûâàåìàÿ êàòàëèòè÷åñêèì öåíòðîì. Ïðåäïîëàãàþò, ÷òî êàòàëèòè÷åñêèé öåíòð îäíîêîìïîíåíòíîãî ôåðìåíòà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé óíèêàëüíîå ñî÷åòàíèå íåñêîëüêèõ àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ, ðàñïîëàãàþùèõñÿ â îïðåäåëåííîé ÷àñòè áåëêîâîé ìîëåêóëû.

×àùå âñåãî â êàòàëèòè÷åñêèõ öåíòðàõ îäíîêîìïîíåíòíûõ ôåðìåíòîâ âñòðå÷àþòñÿ îñòàòêè ñåð, ãèñ, òðè, àðã, öèñ, àñï, ãëó è òèð. Ðàäèêàëû ïåðå÷èñëåííûõ àìèíîêèñëîò âûïîëíÿþò çäåñü òó æå ôóíêöèþ, ÷òî è êîôåðìåíò â ñîñòàâå äâóõêîìïîíåíòíîãî ôåðìåíòà.

Àìèíîêèñëîòíûå îñòàòêè, îáðàçóþùèå êàòàëèòè÷åñêèé öåíòð îäíîêîìïîíåíòíîãî ôåðìåíòà, ðàñïîëîæåíû â ðàçëè÷íûõ òî÷êàõ åäèíîé ïîëèïåïòèäíîé öåïè. Ïîýòîìó êàòàëèòè÷åñêèé öåíòð âîçíèêàåò â òîò ìîìåíò, êîãäà áåëêîâàÿ ìîëåêóëà ïðèîáðåòàåò ïðèñóùóþ åé òðåòè÷íóþ ñòðóêòóðó. Ñëåäîâàòåëüíî, èçìåíåíèå òðåòè÷íîé ñòðóêòóðû ôåðìåíòà ïîä âëèÿíèåì òåõ èëè èíûõ ôàêòîðîâ ìîæåò ïðèâåñòè ê äåôîðìàöèè êàòàëèòè÷åñêîãî öåíòðà è èçìåíåíèþ ôåðìåíòàòèâíîé àêòèâíîñòè.

Êðîìå êàòàëèòè÷åñêîãî öåíòðà, îáðàçîâàííîãî ñî÷åòàíèåì àìèíîêèñëîòíûõ ðàäèêàëîâ èëè ïðèñîåäèíåíèåì êîôåðìåíòà, ó ôåðìåíòîâ ðàçëè÷àþò åùå äâà öåíòðà: ñóáñòðàòíûé è àëëîñòåðè÷åñêèé.

Ïîä ñóáñòðàòíûì öåíòðîì ïîíèìàþò ó÷àñòîê ìîëåêóëû ôåðìåíòà, îòâåòñòâåííûé çà ïðèñîåäèíåíèå âåùåñòâà (ñóáñòðàòà), ïîäâåðãàþùåãîñÿ ôåðìåíòàòèâíîìó ïðåâðàùåíèþ. ×àñòî ýòîò ó÷àñòîê íàçûâàþò “ÿêîðíîé ïëîùàäêîé” ôåðìåíòà, ãäå, êàê ñóäíî íà ÿêîðü, ñòàíîâèòñÿ ñóáñòðàò. Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ïðèêðåïëåíèå ñóáñòðàòà ê ôåðìåíòó èäåò çà ñ÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ñ e-àìèíîãðóëïîé ðàäèêàëà ëèç, ðàñïîëîæåííîãî â ñóáñòðàòíîì öåíòðå. Ýòó æå ðîëü ìîæåò âûïîëíÿòü ÑÎÎÍ-ãðóïïà ãëó, à òàêæå ÍS-ãðóïïà öèñ. Îäíàêî ðàáîòû ïîñëåäíèõ ëåò ïîêàçàëè, ÷òî ãîðàçäî áîëüøåå çíà÷åíèå çäåñü èìåþò ñèëû ãèäðîôîáíûõ âçàèìîäåéñòâèé è âîäîðîäíûå ñâÿçè, âîçíèêàþùèå ìåæäó ðàäèêàëàìè àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ ñóáñòðàòíîãî öåíòðà ôåðìåíòà è ñîîòâåòñòâóþùèìè ãðóïïèðîâêàìè â ìîëåêóëå ñóáñòðàòà.

Ïîíÿòèå î êàòàëèòè÷åñêîì è ñóáñòðàòíîì öåíòðå íå ñëåäóåò àáñîëþòèçèðîâàòü.  ðåàëüíûõ ôåðìåíòàõ ñóáñòðàòíûé öåíòð ìîæåò ñîâïàäàòü (èëè ïåðåêðûâàòüñÿ) ñ êàòàëèòè÷åñêèì öåíòðîì. Áîëåå òîãî, êàòàëèòè÷åñêèé öåíòð ìîæåò îêîí÷àòåëüíî ôîðìèðîâàòüñÿ â ìîìåíò ïðèñîåäèíåíèÿ ñóáñòðàòà. Ïîýòîìó ÷àñòî ãîâîðÿò îá àêòèâíîì öåíòðå ôåðìåíòà, ïðåäñòàâëÿþùåì ñî÷åòàíèå ïåðâîãî è âòîðîãî. Àêòèâíûé öåíòð ó ôåðìåíòîâ ðàñïîëàãàåòñÿ íà äâå ùåëè ïðè äâóõúÿäåðíîé ñòðóêòóðå, íàïðèìåð ó ëèçîöèìà è ðèáîíóêëåàçû, èëè íà äíå ãëóáîêîé âïàäèíû, êàê ó õèìîòðèïñèíîãåíà.

Àëëîñòåðè÷åñêèé öåíòð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ó÷àñòîê ìîëåêóëû ôåðìåíòà, â ðåçóëüòàòå ïðèñîåäèíåíèÿ ê êîòîðîìó îïðåäåëåííîãî íèçêîìîëåêóëÿðíîãî (à èíîãäà - è âûñîêîìîëåêóëÿðíîãî) âåùåñòâà èçìåíÿåòñÿ òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêîâîé ìîëåêóëû. Âñëåäñòâèå ýòîãî èçìåíÿåòñÿ êîíôèãóðàöèÿ àêòèâíîãî öåíòðà, ñîïðîâîæäàþùàÿñÿ ëèáî óâåëè÷åíèåì, ëèáî ñíèæåíèåì êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè ôåðìåíòà. Ýòî ÿâëåíèå ëåæèò â îñíîâå òàê íàçûâàåìîé àëëîñòåðè÷åñêîé ðåãóëÿöèè êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè ôåðìåíòîâ.