Специфічність ферментів - студопедія
Ферменти мають високу специфічність дії. Тобто вибірково діяти на субстрат і визначати шлях його перетворення. Це властивість істотно відрізняє їх від неорганічних каталізаторів. Так, мелкоізмельчённие платина і паладій можуть каталізувати відновлення (за участю молекулярного водню) десятки тисяч хімічних сполук різної структури. Висока специфічність ферментів обумовлена конформаційної і електростатичного комплементарностью між молекулами субстрату і ферменту і унікальною структурною організацією активного центру, що забезпечують «впізнавання» високу спорідненість і вибірковість протікання однієї будь-якої реакції з тисяч інших хімічних реакцій, що протікають одночасно в живих клітинах.
Залежно від механізму дії розрізняють ферменти з відносною (або груповий) і абсолютною специфічністю. Так, для дії ферментів з групової специфічністю найбільше значення має тип хімічного зв'язку в молекулі субстрату. Наприклад, пепсин в однаковій мірі розщеплює білки тваринного і рослинного походження, незважаючи на те, що ці білки істотно відрізняються один від одного як за хімічною будовою і амінокислотним складом, так і за фізико-хімічними властивостями. Однак пепсин не розщеплюється ні вуглеводи, ні жири. Пояснюється це тим, що точкою прикладання, місцем дії пепсину є пептидний зв'язок:
Для дії ліпази, що каталізує гідроліз жирів на гліцерин і жирні кислоти, таким місцем є складноефірний зв'язок. Відносної специфічністю наділені деякі внутрішньоклітинні ферменти, наприклад, гексокіназа, що каталізує за участю АТФ фосфорилювання майже всіх гексоз, хоча одночасно в клітинах є і специфічні для кожної гексози ферменти, які виконують таку ж фосфорилювання.
При абсолютній специфічності фермент каталізує перетворення тільки єдиного субстрату. Будь-які зміни в структурі субстрату роблять його недоступним для дії цього ферменту. Є експериментальні докази існування так званої стереохимической специфічності, обумовленої існуванням оптично ізомерних L- і D- форм або геометричних (цис- і транс-) ізомерів хімічних речовин. Так, відомі оксидази L- і D- амінокислот, хоча в природних білках виявлені тільки L-амінокислоти. Кожен з видів оксидаз діє тільки на свій специфічний стереоізомер:
L-амінокислота # 945; - кетокислот + NH3 + H2 O
D-амінокислота # 945; -кетокислот + NH3 + H2 O
Наочним прикладом стереохимической специфічності є бактеріальна аспартатдекарбоксілаза, що каталізує відщеплення CО тільки від L-аланін. Якщо будь-яка з'єднання існує в формі цис- і транс-ізомерів з різним розташуванням груп атомів навколо подвійного зв'язку, то, як правило, тільки один з цих ізомерів може служити в якості субстрату для дії ферменту. Наприклад, фумарази каталізує перетворення тільки фумаровой кислоти (транс-ізомери), але не діє на малеїнову кислоту (цис-ізомер):
Фумарова кислота Малеїнова кислота
Специфічність дії ферментів намагався пояснити Е. Фішер. Згідно з його гіпотезою «фермент підходить до субстрату як ключ до замка», при цьому топографія активного центру не тільки високо впорядкована, а й жорстко закріплена. Активний центр ферменту відповідає топографії одного- єдиного субстрату, тому він може зазнати впливу активного центру. Гіпотеза «ключа і замка» цілком задовільно пояснює абсолютну специфічність, проте пояснити групову специфічність по цій гіпотезі важко.
Теорія індукованої відповідності (теорія Кошланда) усуває цю суперечність. Суть теорії в тому, що просторове відповідність структури субстрату і активного центру ферменту створюється в момент їх взаємодії один з одним. Залежно від конформаційної рухливості активного центру фермент здатний взаємодіяти або з небагатьма, або з різними субстратами. Фермент і субстрат в процесі освіти фермент-субстратного комплексу як би підлаштовуються один до одного (як рукавичка до руки).
Теорія хімічного відповідності, зберігаючи основні положення теорії Кошланда, фіксує увагу на тому, що специфічність дії ферментів пояснюється впізнавання ферментом тієї частини субстрату, яка при каталізі не змінюється. Між цією частиною субстрату і субстратним центром виникають взаємодії і тільки тоді, коли збіг це досить повно, може утворитися фермент-субстратної комплекс і початися процес каталізу.