Оптимальні значення рН для деяких ферментів

(зa T.T. Березовим і Б.Ф. Коровкіним)

Фермент	рН	Фермент	рН
Пепсин	1,5 – 2,5	Каталаза	6,8 – 7,0
Катепсин В	4,5 – 5,0	Уреаза	7,0 – 7,2
Амілаза із солоду	4,9 – 5,2	Панкреатична ліпаза	7,0 – 8,5
Сахароза кишкова	5,8 – 6,2	Трипсин	7,5 – 8,5
Амілаза слини	6,8 – 7,0	Аргіназа	9,5 – 10,0

Рис. 3. Залежність активності ферментів від рН середовища

Ступінь їх іонізації залежить від рН середовища. Більш того, рН середовища впливає на ступінь іонізації субстратів, фермент-субстратного комплексу і продуктів реакції, структуру молекули ферменту. Все це разом і визначає каталітичну здатність ферменту в тій або іншій реакції. Прикладом може бути фермент РНК-аза, яка розщеплює молекулу РНК на мононуклеотиди. Молекула РНК-ази, особливо її активний центр, містить високий відсоток лізину. Аміногрупа, розміщена в e-положенні, зазвичай вільна і визначає активність ферменту. Її іонізація можлива в кислому середовищі, тому і оптимальне значення рН для РНК-ази буде дорівнювати 5,4 – 5,6. У лужному середовищі фермент не активний, оскільки іонізація аміногрупи в цих умовах неможлива.

Специфічність дії ферментів. Кожний фермент діє на певний субстрат або групу речовин, схожих за своєю будовою. Специфічність дії ферментів пояснюється подібністю просторових конфігурацій активного центру ферменту і субстрату, їх хімічною спорідненістю, що призводить до утворення фермент-субстратного комплексу і здійснення каталітичного процесу. Без специфічності ферментів був би неможливий впорядкований ланцюг реакцій обміну речовин.

Розрізняють індивідуальну (абсолютну і стереохімічну) і групову (абсолютну і відносну) специфічність ферментів. Ферменти, які каталізують лише одну реакцію і діють на один точно визначений субстрат, мають абсолютну індивідуальну специфічність. Абсолютною специфічністю володіє уреаза, яка розщеплює сечовину на аміак і вуглекислий газ:

Довгий час вважали, що сечовина є єдиним субстратом уреази. Однак зовсім недавно було доведено, що кристалічна уреаза може діяти також на окремі сполуки – похідні сечовини, зокрема на оксисечовину. Правда реакція гідролізу оксисечовини відбувається у 100 разів повільніше:

Стереохімічна абсолютна специфічність ферментів проявляється тоді, коли вони діють на оптично активні сполуки, або сполуки, для яких характерна цис- і транс-ізомерія. Прикладом стереохімічної специфічності є фумаратгідратаза. Вона каталізує приєднання води до фумарової кислоти, але не впливає на цис- ізомер – малеїнову кислоту:

Групова абсолютна специфічність характерна для ферментів, які діють на різні субстрати, що мають однаковий тип зв’язку. Прикладом абсолютної групової специфічності може бути дія пепсину на різні білки (прості і складні) тваринного, рослинного і мікробного походження. До ферментів з груповою специфічністю належать також естерази, які каталізують гідролітичне розщеплення зв’язку складноефірного типу:

Відносну групову специфічність проявляють лужна і кисла фосфатази, які каталізують гідроліз моноефірів ортофосфорної кислоти. Зустрічається подвійна специфічність, наприклад, ксантиноксидаза, яка специфічно окислює пуринові основи і неспецифічно – альдегіди. Іноді подвійна специфічність позначається на механізмі реакції між субстратом і ферментом. Так, ізоцитратдегідрогеназа залежно від умов викликає або декарбоксилування, або окислення ізоцитрата.

Активатори і інгібітори ферментів. На активність ферментів впливає багато речовин. Деякі з них підвищують активність ферментів, інші – гальмують. Перші речовини називають активаторами, другі – інгібіторами, або паралізаторами. Нерідко одні і ті ж речовини для одних ферментів можуть бути активаторами, для інших – інгібіторами. Так, соляна кислота є активатором для пепсину і інгібітором для амілази слини. Активність ферменту зменшується у міру збільшення концентрації продуктів, що утворюються в результаті хімічних реакцій та каталізуються даним ферментом.

Розрізняють специфічні і неспецифічні активатори і інгібітори. Прикладом специфічного активатора для пепсину є соляна кислота, для трипсину – ентеропептидаза. Під їх впливом від молекули попередника (пепсиногена і трипсиногена) відщеплюється пептид, відкривається активний центр і формується молекула ферменту. Пептиди, що відщепилися, можна розглядати як специфічні інгібітори. До типових специфічних активаторів слід віднести жовчні кислоти, що активують ліпазу. Типовими специфічними інгібіторами є антиферменти – антипепсин, антитрипсин та ін. Багато лікарських речовин відносяться до специфічних інгібіторів, оскільки вони, з’єднуючись з ферментами мікроорганізмів, блокують їх (білий стрептоцид і ферменти стрептокока).

До неспецифічних активаторів відносяться різні неорганічні катіони (табл. 2), рідше – аніони: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, СІ^– та ін. Вплив катіонів на ферменти більш специфічний, ніж аніонів. Деякі іони для одних ферментів є активаторами, для інших – інгібіторами (наприклад, Ca²⁺ – активатор для лужної фосфатази і інгібітор для гліцил-лейцин-дипептидази). В активації або гальмуванні ферменту може брати участь один або декілька видів іонів.