Специфичность ферментов условно подразделяется на несколько видов:
1. Относительной специфичностью обладают ферменты, которые действуют на соединения, имеющие определенный тип связи. Например, протеиназы гидролизуют все соединения, имеющие в своем составе пептидную связь -СО-NH-, эстеразы расщепляют эфирную связь -О- и т. д. Ферменты, обладающие относительной специфичностью, являются ферментами широкого спектра действия.
2. Групповая специфичность характерна для ферментов, которые действуют на субстраты, имеющие одинаковый тип связи и одну из функциональных группировок. К их числу относятся:
фосфомоноэстеразы, гидролизующие субстраты следующей структуры:
Для их действия обязательным условием является наличие эфирной связи (-О-) и остатка фосфорной кислоты
холинэстеразы, в субстратах которых имеются определенные группировки (эфирная связь и остаток холина):
3. Абсолютная специфичность характеризует ферменты, действующие только на один субстрат с вполне определенной структурой. Например: аргиназа расщепляет аргинин на орнитин и мочевину по следующей схеме:
К ферментам, обладающим абсолютной специфичностью, относятся также уреаза, анетилхолинкгераза и др.
Следует выделить в отдельный вид специфичности и стереохимическую, при которой фермент будет действовать только на определенный сгереоиюмер субстрата.
Каталитическая активность
Ферменты обладают высокой каталитической активностью, которая зависит от ряда факторов. К ним относятся температура, рН среды, концентрации фермента и субстрата, наличие веществ, активирующих и тормозящих их действие, и т. д.
Зависимость активности фермента и, следовательно, скорости реакции от температуры и рН среды отмечена ранее (см. Свойства ферментов).
Между концентрацией фермента и скоростью катализируемой реакции при прочих равных условиях имеется прямая пропорциональность. Так, например, при увеличении в 2 раза концентрации фермента скорость реакции также возрастет вдвое.
Влияние концентрации субстрата на скорость действия фермента определяется концентрацией образующегося фермент-субстратного комплекса. Максимальная скорость реакции достигается тогда, когда концентрация субстрата будет достаточна, чтобы связать все количество фермента в фермент-субстратный комплекс.
Активаторы и ингибиторы ферментов
Каталитическая функция ферментов зависит от влияния различных веществ, одни из которых повышают скорость реакций, и активность ферментов возрастает, а другие — ее затормаживают, т. е. ингибируют.
Первые из них нЖываются активаторами ферментов. Например, ионы хлора активируют амилазу слюны, ионы водорода — пепсин, ионы цинка — карбангидразу. Желчные кислоты являются активаторами для кишечной липазы и т. д. Наряду с процессом активации ферментов существует и процесс самоактивации (аутоактивации). Так, в желудке вырабатывается неактивный фермент пепсиноген. Он является предшественником (проферментом) пепсина. Активация пепсиногена заключается в том, что уже имеющийся в желудке активный фермент — пепсин действует на пепсиноген и отщепляет от его молекулы полипептид с молекулярным весом 7000. Оставшаяся часть молекулы пепсиногена приобретает определенную форму, характерную для активного фермента — пепсина. Аналогичным путем происходит активирование и некоторых других ферментов (например, трипсина).
Вещества, способные угнетать действие ферментов, называются парализаторами, или ингибиторами (I). Механизм действия ингибиторов в общем виде заключается в том, что ингибитор вступает в соединение с ферментом, образуя неактивный фермент-ингибиторный комплекс (EI) вместо активного фермент-субстратного (ES), что приводит к блокированию фермента. Торможение активности ферментов ингибиторами может быть обратимым и необратимым. В последнем случае ингибитор, являясь денатурирующим агентом, приводит к полному изменению структуры фермента, его инактивации. К таким ингибиторам относятся сильные кислоты и щелочи, спирт, цианистые соли и т. д.
Рис. 40. Схема действия конкурентного ингибитора (объяснение в тексте)
Различают также конкурентное и неконкурентное ингибирование. Конкурентное торможение возможно в том случае, когда ингибитор имеет структуру, близкую структуре субстрата, т. е. является его структурным аналогом. В основе этого вида торможения лежит конкуренция между субстратом и ингибитором за обладание ферментом. В результате этого ингибитор обратимо взаимодействует с тем участком в молекуле фермента, с которым. обычно соединяется субстрат (рис. 40). Из рисунка видно, что между молекулами фермента и субстрата имеется структурное соответствие, которое обеспечивает образование активного фермент-субстратного комплекса. Последний затем расщепляется с образованием продуктов реакции, а фермент выделяется в неизмененном виде. В случае конкурентного торможения ингибитор (структурный аналог субстрата) присоединяется к ферменту в том же участке, что и субстрат, в результате чего субстрат уже не может соединиться с ферментом. Конкурентное ингибирование обратимо и зависит от концентрации ингибитора и субстрата. Если концентрация ингибитора (I) выше, чем субстрата (S), т. е. [I]>[S], образуется фермент-ингибиторный комплекс Е + S + I → EI + S и расщепления субстрата не произойдет. Но в случае избытка субстрата — [S]>[I], последний вытеснит ингибитор из фермент-ингибиторного комплекса и образуется фермент-субстратный комплекс с последующим распадом субстрата на продукты реакции: