Химия и биология белков - Ф. Гауровитц 1953

Белки с ферментативными свойствами
Функции белков в качестве ферментов и апоферментов

В задачу настоящей книги не входит дать полный обзор всех ферментов или подробно осветить механизм катализа и кинетику ферментативных реакций. Вопрос о ферментах затрагивается здесь только потому, что все ферменты представляют собой белковые вещества. Это положение было окончательно признано только недавно. В течение долгого времени считалось, что ферменты лишь адсорбированы на белках. Вилльштеттер и его сотрудники долго и безуспешно пытались отделить ферменты от белков. Позднее Самнер [1] и Нортроп [2] показали, что уреаза и пепсин (два типичных фермента) представляют собой истинные белки; им удалось получить оба упомянутых фермента в кристаллическом виде и доказать, что их ферментативная активность неотделима от белкового вещества. С тех пор и многие другие ферменты были получены в кристаллическом виде, причем все они также оказались белками [3].

Ферменты могут быть определены как макромолекулярные катализаторы биологического происхождения. В этом определении нет указаний на белковую природу ферментов, и, действительно, можно допустить, что тот или иной фермент, не выделенный в чистом виде, окажется веществом небелковой природы. До сих пор, однако, подобные ферменты не были обнаружены, поэтому мы вправе определить ферменты также и как каталитически активные белки.

Уже давно известно, что некоторые ферменты имеют каталитически активные простетические группы. Активность этих ферментов, однако, также зависит от их белковых компонентов; об этом свидетельствует резкое падение их ферментативной активности при нагревании или под действием других факторов, ведущих к денатурации белка. Некоторые ферменты (например, рибонуклеаза) относительно устойчивы к нагреванию. Это обусловлено тем, что их белковый компонент лишь с трудом подвергается денатурации [4]. Поскольку большинство глобулярных белков легко денатурируется, термостабильность рибонуклеази и некоторых других подобных ферментов указывает на то, что структура их белков более устойчива и жестка, чем структура обычных глобулярных белков. Иногда очень трудно решить, денатурирован белок или нет. Известно, что большинство белков при денатурации переходит в нерастворимую форму. Однако нерастворимость не всегда может служить признаком денатурации, так как денатурированный белок нередко удерживается в растворе присутствующими в этом растворе другими нативными белками, защитными коллоидами (например, желатиной) или некоторыми органическими анионами. С другой стороны, добавляя этиловый спирт, можно перевести некоторые белки в нерастворимое состояние без ущерба для их ферментативной активности; так, например, уреаза после обработки спиртом становится необратимо нерастворимой, но сохраняет свою ферментативную активность [5]. Подобным же образом образование мономолекулярних пленок не отражается на ферментативной активности протеолитических ферментов [6], уреазы [7] и сахаразы [8]. Очевидно, активные группы этих ферментов не изменяются при образовании белком пленок на поверхности воды. Поскольку ферменты сами являются белками, естественно, что их ферментативная активность должна снижаться при действии на них протеолитических ферментов [9, 10]. Ферментативную активность сохраняет в этом случае только непереваренная часть фермента.

По мнению некоторых исследователей угнетающее действие на ферменты монохлоруксусной кислоты или других галоидных производных уксусной кислоты свидетельствует о том, что каталитические функции этих ферментов связаны с сульфгидрильными группами белкового компонента, так как сульфгидрильные группы реагируют, как известно, с галоидными производными уксусной кислоты. Необходимо, однако, отметить, что с теми же производными уксусной кислоты реагируют, помимо сульфгидрильных групп, также аминогруппы, а возможно, и гидроксильные группы [11]. Поэтому на основании этих опытов нельзя сделать каких-либо определенных выводов относительно природы групп, обладающих каталитической активностью.