Изучение - механизм - действие - фермент
Cтраница 1
Изучение механизма действия ферментов как с целью выявления общих принципов ферментативного катализа, так и для установления деталей механизмов отдельных конкретных ферментативных реакции остается одной, из центральных задач теоретической биохимии. Наряду с огромным мировоззренческим значением эта задача приобретает большую практическую значимость, поскольку открывает перспективу сознательного конструирования более совершенных молекул ферментов и апоферментов. [1]
Для изучения механизма действия ферментов интенсивно использовались модифицированные нуклеотиды, у которых атом кислорода фосфорного остатка был заменен на серу, азот или атом углерода. [2]
 |
Схема влияния температуры на скорость ферментативной реакции. [3] |
Для изучения механизма действия ферментов большое значение имеет исследование влияния температуры на скорость реакции при отсутствии тепловой инактивации. Это влияние, разумеется, по существу не отличается от влияния температуры на любые другие химические реакции и, следовательно, подход к количественной характеристике этого явления основывается на классических принципах термодинамики и кинетики. Однако использование таких принципов применительно к ферментативным реакциям оказывается гораздо более сложной задачей, вследствие сложности механизмов ферментативных реакций. [4]
Приведенные данные заставляют думать, что исследования субстратной специфичности можно гораздо шире использовать для изучения механизма действия ферментов. Несколько примеров использования различных вариантов субстратов приведены во второй части книги. [5]
Эксперименты по фиксации интермедиатов являются, таким образом, весьма мощным приемом в работе по изучению механизмов действия ферментов, и борогидрид был использован в ряде случаев для регистрации таких интермедиатов. Мы не можем, однако, ожидать, что неспецифичный реагент обычно будет способен вмешиваться в химию процессов фермент-субстратного комплекса. [6]
Получены полинуклеотиды и нуклеозидтрифосфаты, содержащие фосфамидные связи [87], но они не нашли применения для изучения механизма действия ферментов из-за лабильности связи Р - N в мягких кислотных условиях. [7]
Внутримолекулярный общий кислотный катализ удобно проиллюстрировать на примере гидролиза ацеталей ( 11), образованных из салициловой кислоты и альдегидов, в качестве которых могут выступать простые соединения типа формальдегида и бензальде-гида или альдегидные формы углеводов. Реакции последних ( 12) представляют особый интерес в связи с изучением механизма действия ферментов, гидролизующих гликозиды [24, 32] ( см. разд. [8]
Иначе говоря, реакции, катализируемые лизоцимом, приводят к лизису ( растворению) определенных бактериальных клеток. Поэтому изучение механизмов действия фермента, топографии его активного центра и кинетических особенностей реакций лизоцима целесообразно начать с описания структуры его специфического субстрата - пептидогликана ( гликопептида или муреина) бактериальной клеточной стенки. Сравнительно недавно постановка вопроса в таком виде звучала буквально фантастически, поскольку химическая структура гигантских макромолекул, образующих скелет клеточной стенки, была совершенно неизвестна. Однако благодаря работам большой группы исследователей, в первую очередь Солтона, Строминджера, Гуйсен, за последние 15 - 20 лет ситуация значительно изменилась, и к настоящему времени многие важные особенности структуры бактериальных клеточных стенок достаточно хорошо изучены. [9]
Этот вопрос тесно связан с изучением механизма действия ферментов. Мы уже указывали, что ферментативная активность и подавление ферментов ( ядами) являются, по сути дела, двумя сторонами одной и той же медали. Однако до тех пор, пока эти вопросы не будут досконально исследованы, весьма рискованно ( и трудно) играть на избирательном подавлении ферментативной активности. [10]
Исследовательской работой, в той или иной мере связанной с проблемами биологического катализа, в настоящее время занята огромная армия исследователей - биологов, химиков и физиков. Формирование энзимологии в самостоятельную, весьма обширную отрасль знания происходило в последние несколько десятилетий. Роль биокатализаторов в обмене веществ и их исключительные свойства оправдывают те усилия, которые затрачиваются сейчас на изучение механизма действия ферментов, на выяснение их структуры и ее связи с функциональными особенностями. [11]
Ферменты обладают еще двумя свойствами, несомненно связанными с их белковой природой - необычайно высокой активностью и очень строгой субстратной специфичностью; этими свойствами не обладает ни один из всех других известных нам катализаторов. Основные усилия исследователей направлены сейчас именно к тому, чтобы полностью изучить и в конечном итоге полностью понять эти две особенности ферментативного катализа. Хотя энзимологи часто обращали внимание на эти особенности, столь же часто они отмечали, что до сих пор не удалось найти полного химического объяснения этих двух особенностей ни для одного фермента. Тем не менее надо сказать, что к настоящему времени в изучении механизма действия ферментов достигнуты существенные успехи. По-видимому, мы располагаем сейчас достаточно точными аналитическими методами, чтобы в ближайшем будущем полностью выяснить механизм действия хотя бы некоторых ферментов. [12]
Вместе с тем учение о ферментах имеет свою, по меньшей мере, полуторавековую историю. За это время не только сложились представления о ферментативных процессах как разновидности каталитических, не только был решен вопрос о химической природе биокатализаторов, но и были достигнуты большие успехи в изучении отдельных свойств и функций ферментов, а также вызываемых ими превращений. Особенно важными были достижения в изучении механизма действия ферментов, первые шаги в познании которого были сделаны еще до того, как были окончательно решены два упомянутых выше основных вопроса. [13]
При изучении механизмов реакций в химии широко применяется кинетический метод. Разумеется, здесь пока еще больше нерешенных проблем, чем законченных теорий. В соответствии с этим настоящая книга имеет две задачи - осветить в сравнительно сжатой форме теоретические основы кинетики ферментативного катализа и проанализировать возможности и пути практического использования кинетического метода в изучении механизма действия ферментов. [14]
Страницы: 1