Катіони металів, які активують деякі ферменти

(за T.T. Березовим і Б.Ф. Коровкіним)

Фермент	Катіон металу	Фермент	Катіон металу
Цитохроми	Fe2+	Амілаза	Са2+
Каталаза	Fe2+	Ліпаза	Ca2+
Пероксидаза	Fe2+	Карбоангідраза	Zn2+
Триптофаноксидаза	Fe2+	Лактатдегідрогеназа	Zn2+
Аскорбатоксидаза	Cu2+	Уриказа	Zn2+
Тирозиназа	Cu2+	Карбоксипептидаза	Zn2+
Фенолоксидаза	Cu2+	Пептидази	Mg2+
Ксантиноксидаза	Mo2+	Фосфатази	Mg2+
Нітратредуктаза	Mo2+	Фосфоглюкокіназа	Mg2+
Альдегідоксидаза	Mo2+	Фосфоглюкомутаза	Mn2+
Пептидази	Co2+	Холінестераза	Mn2+

Розрізняють оборотне і необоротне гальмування. Прикладом оборотного гальмування є дія антиферменту на фермент. Так, антипепсин, який інактивує, пепсин, в порожнині шлунку під впливом соляної кислоти стає неактивним, оскільки комплекс фермент-інгібітор в цих умовах дисоціює. Прикладом необоротного гальмування є дія ізопропіл-фторфосфату на ацетилхолінестеразу.

Розрізняють два типи активації і гальмування ферментів: алостеричне або просторове, і субстратне або конкурентне. За відсутності активатора між молекулою субстрата і молекулою ферменту немає тісного контакту і активність ферменту зведена до мінімуму (рис. 4, I). За наявності активатора він приєднується до молекули ферменту, змінюючи його конфігурацію так, що каталітичний центр зближується з субстратом і активність ферменту досягає максимальної величини (рис. 4, II). При алостеричному гальмуванні активний центр деформується і субстрат не може приєднатися до ферменту (рис. 4, III). При конкурентному гальмуванні місце субстрата в активному центрі займає аналог і фермент-субстратний комплекс не може виникнути (рис. 4, IV). Прикладом конкурентного гальмування є взаємодія СДГ з малоновою кислотою замість янтарної. Для витіснення конкурента слід збільшити концентрацію субстрата.

Рис. 4. Схема активації і гальмування дії ферменту: а – алостеричний центр ферменту; к – каталітичний центр ферменту; с – субстратний центр ферменту.

Висока каталітична здатність. Ферменти володіють високою каталітичною здатністю. Так, амілаза слини проявляє активність при розбавленні 1: 1000000, пероксидаза – при розбавленні 1: 5000000, пепсин – при розбавленні 1: 10000000. Молекула каталази за 1 с розщеплює 550000 молекул H₂O₂.

Одиниці вимірювання активності ферментів. Характерною особливістю дії ферментів є їх висока каталітична активність. Вона значно вища, ніж неорганічних каталізаторів. Наприклад, пероксид водню розщеплюється на воду і кисень завдяки дії іонів заліза. Ця реакція каталізується також залізовмісним ферментом – каталазою. При цьому каталаза в 100 млн. разів швидше розщеплює пероксид водню, ніж іони заліза. Високу каталітичну активність, порівняно з каталізаторами небіологічного походження, мають і інші ферменти.

Активність ферментів характеризується швидкістю хімічних реакцій, які вони каталізують. Якщо за певний час фермент каталізує значну кількість хімічних перетворень, то вважають, що він має високу каталітичну активність. Часто її визначають за кількістю субстрату, який перетворюється за одиницю часу, або за кількістю продуктів реакції, які утворюються за цей час. Активність ферментів визначають також, виходячи із залежності, яка при певних умовах існує між активністю ферменту і його концентрацією.

У 1961 р. Комісія по ферментах Міжнародного біохімічного союзу рекомендувала використовувати стандартну одиницю ферментів.

За одиницю (E) будь-якого ферменту приймається така його кількість, яка каталізує перетворення одного мікромоля субстрата за хвилину.

Активність ферментів виражають в одиницях, які називаються каталами (скорочено кат.). Катал – це каталітична активність, яка здійснює хімічне перетворення 1 моль субстрату за 1 с. Один катал характеризує досить високу ферментативну активність, яка майже не зустрічається при звичайних умовах. Тому активність ферментів виражають у частках каталу, наприклад у мілікаталах (мл-кат. – одна тисячна частка каталу), в мікрокаталах (мк-кат. – одна мільйонна частка каталу) і т.д. Наприклад, у досліджуваній пробі ферментативна активність становить 2 мк-кат., тобто в пробі міститься така кількість ферменту, яка може здійснити перетворення 2 мкмоль субстрату за 1 с.

У деяких випадках важливо знати не тільки, яка активність даного розчину, що містить фермент, а й яка ферментативна активність саме білка, що знаходиться в розчині. З цією метою в досліджуваному розчині визначають вміст білка і після цього роблять перерахунки, яка ферментативна активність одиниці маси білка, наприклад, 1 мг. Число одиниць ферменту, яке припадає на 1 мг білка ферментного препарату, називається питомою активністю. Чим ретельніше очищений фермент, тим вища його питома активність.

Користуючись одиницями активності ферментів, можна досить точно співставити активність різних препаратів одного і того самого ферменту. Однак, коли є потреба порівняти між собою активність різних ферментів, то використовують таку міру активності ферментів, як молекулярна активність, її раніше називали числом оборотів ферменту.

Молекулярна активність – це кількість молекул субстрату, яка перетворюється за одну хвилину однією молекулою ферменту. Для різних ферментів молекулярна активність також різна (табл. 3).

Із даних таблиці видно, що перше місце за активністю займає карбоангідраза, яка за 1 хв перетворює 36 млн молекул субстрату (вугільної кислоти). Це найактивніший (із усіх нині відомих) фермент.

Якщо фермент має простетичну групу або каталітичний центр, концентрація яких доступна вимірюванню, то його каталітичну дію можна виразити у величинах активності каталітичного центру, тобто, числом молекул субстрата, які перетворюються за 1 хв одним каталітичним центром.

Таблиця 3.

Молекулярна активність деяких ферментів (за В.Й. Розенгартом)

Фермент	Число молекул субстрату, що перетворюється однією молекулою ферменту за 1 хв
Карбоангідраза	36 000 000
Кетостероїдізомераза	17 100 000
Амілаза	1 100 000
Ацетилхолінестераза	3 000 000
b-Галактозидаза E. соlі	12 500
Фосфоглюкомутаза	1 240
Сукцинатдегідрогеназа	1 150

Оборотність дії ферментів. Ферменти здатні впливати на синтез субстрата і на його розпад. Так, пепсин при рН=0,5 – 2 розщеплює білки до поліпептидів, пептидів і амінокислот. При рН=5 – 6 з цих же амінокислот під впливом пепсину синтезуються білки. Значення оборотності дії ферментів велике. Воно дає можливість організму економно витрачати пластичні і енергетичні матеріали, клітинам і тканинам одержувати потрібні біологічні речовини залежно від потреб у певні періоди існування і функціонування. Так, в анаеробній фазі розщеплення вуглеводів глікоген або глюкоза розпадаються до молочної або піровиноградної кислот. Близько ⅔ цих кислот регенерується до глюкози і глікогену під впливом тих же ферментів, які здійснювали розпад.