Биохимия и молекулярная биология - Белясова Н.А. 2002

Структура и функции клеточных компонентов
Белки. Особенности организации и функции ферментов
Специфичность ферментов

Одним из удивительных свойств ферментов является их высокая специ­фичность. Различают субстратную специфичность (способность связываться с определенным субстратом или их группой) и специфичность действия, или реакционную специфичность (способность катализировать реакции опреде­ленного типа).

Специфичность связывания субстрата у разных ферментов значительно варьирует — некоторые ферменты могут катализировать реакцию с участием только одного субстрата, тогда как другие — с несколькими химически род­ственными веществами. Например, формамидаза гидролизует только формамид, в то время как амидаза гидролизует любой алифатический амид. В таком случае говорят соответственно об узкой и широкой специфичности ферментов.

Ранее было принято объяснять субстратную специфичность ферментов теорией замка и ключа: к ферменту (замку) подходит лишь свой субстрат (ключ). Однако в настоящее время эта теория получила развитие в гипотезе Кошланда об индуцированном соответствии субстрата и фермента, кото­рая считается общепринятой. Согласно этой гипотезе, пространственное со­ответствие между структурами активного центра фермента и субстрата созда­ется в момент их взаимодействия друг с другом. При этом в молекуле фер­мента индуцируются небольшие конформационные изменения, в результате чего в каталитическом участке функционально активные группы ориентиру­ются наиболее благоприятным для протекания соответствующей реакции об­разом. В субстрате также возникают конформационные превращения (гово­рят о возникновении напряжения в субстрате), что делает его более реакци­онноспособным. Данная гипотеза объясняет тот факт, что молекулы, очень похожие по форме на истинный субстрат, могут связываться с ферментом, но не превращаются в продукт, т. е. действуют как ингибиторы.

Субстратная специфичность ферментов настолько выражена, что боль­шинство из них способно распознавать положение заместителей у аномерного атома углерода, связывая и катализируя превращения лишь одной из групп аномеров. Например, почечная оксидаза D-аминокислот катализирует окисление целого ряда D-аминокислот, но не действует на L-аминокислоты. Од­нако это правило не абсолютно, и существуют ферменты, катализирующие превращения обоих энантиомеров. Так, субстратами глутаминсинтетазы из мозга овцы служит как D-, так и L-глутаминовая кислота.

Специфичность действия ферментов также проявляется в высокой степе­ни и характеризует способность ферментов катализировать одну-единственную химическую реакцию или несколько реакций одного типа. Час­то превращения субстрата могут идти по нескольким путям, и в ходе неката­лизируемой реакции либо при участии неорганического катализатора пре­вращения органического вещества сопровождаются образованием множества побочных продуктов. Этого не происходит при ферментативном катализе, и продукт ферментативной реакции не содержит примесей.

Более того, некоторые ферменты обладают стереохимической специ­фичностью, т. е. способны различать в субстрате правую и левую стороны, а также распознавать пространственное положение атомов. Например, фермен­ты, расщепляющие а- и ß-метилглюкозиды, узнают эти пространственные изомеры и характеризуются специфичностью по отношению к ним. Алкогольдегидрогеназа, катализирующая окисление этанола, распознает и отщеп­ляет один из пары атомов в СН₂-группе этанола, а именно тот, который нахо­дится в положении про-R относительно прохирального центра: