Механизмите на ензимната катализа се определят от ролята на функционалните групи на активния център на ензима в химическата реакция на превръщане на субстрата в продукта. Има 2 основни механизма на ензимна катализа: киселинно-алкална катализа и ковалентна катализа.

1. Киселинно-алкална катализа

Концепцията за киселинно-алкална катализа обяснява ензимната активност чрез участието на киселинни групи (донори на протони) и/или основни групи (акцептори на протони) в химическа реакция. Киселинно-алкалната катализа е често срещано явление. Аминокиселинните остатъци, които изграждат активния център, имат функционални групи, които проявяват свойствата както на киселини, така и на основи.

Аминокиселините, включени в киселинно-алкалната катализа, включват основно Cys, Tyr, Ser, Lys, Glu, Asp и His. Радикалите на тези аминокиселини в протонирана форма са киселини (донори на протони), в депротонирана форма те са основи (акцептори на протони). Това свойство на функционалните групи на активното място прави ензимите уникални биологични катализатори, за разлика от небиологичните катализатори, които могат да проявяват киселинни или основни свойства. Ковалентната катализа се основава на атаката на нуклеофилни (отрицателно заредени) или електрофилни (положително заредени) групи на активния център на ензима от субстратни молекули с образуването на ковалентна връзка между субстрата и коензима или функционалната група на амино киселинен остатък (обикновено един) от активния център на ензима.

Действието на серинови протеази, като трипсин, химотрипсин и тромбин, е пример за механизма на ковалентна катализа, когато се образува ковалентна връзка между субстрата и сериновия аминокиселинен остатък на активния център на ензима.

25. Допълването се отнася до пространственото и химическо съответствие на взаимодействащите си молекули. Лигандът трябва да има способността да влиза и пространствено да съвпада с конформацията на активния център. Това съвпадение може да не е пълно, но поради конформационната лабилност на протеина, активният център е способен на малки промени и е „настроен” към лиганда. В допълнение, между функционалните групи на лиганда и аминокиселинните радикали, образуващи активния център, трябва да възникнат връзки, които задържат лиганда в активния център. Връзките между лиганда и активния център на протеина могат да бъдат или нековалентни (йонни, водородни, хидрофобни) или ковалентни.

Фактът, че ензимите имат висока специфичност, ни позволи да изложим хипотеза през 1890 г., според която активният център на ензима е комплементарен към субстрата, т.е. отговаря на него като „ключ към ключалка“. След взаимодействието на субстрата („ключ“) с активния център („ключалка“) настъпват химични трансформации на субстрата в продукта. Активният център се разглежда като стабилна, строго определена структура.

Субстратът, взаимодействайки с активния център на ензима, предизвиква промяна в неговата конформация, което води до образуването на ензимно-субстратен комплекс, благоприятен за химически модификации на субстрата. В същото време молекулата на субстрата също променя своята конформация, което осигурява по-висока ефективност на ензимната реакция. Тази „хипотеза за предизвикано съответствие“ впоследствие беше потвърдена експериментално.

26. Ензимите, които катализират една и съща химична реакция, но се различават по първичната протеинова структура, се наричат изоензими, или изоензими. Те катализират един и същ тип реакция с принципно идентичен механизъм, но се различават един от друг по кинетични параметри, условия на активиране и характеристики на връзката между апоензима и коензима. Характерът на появата на изоензимите е разнообразен, но най-често се дължи на различията в структурата на гените, кодиращи тези изоензими. Следователно изоензимите се различават по първичната структура на протеиновата молекула и съответно по физикохимичните свойства. Методите за определяне на изоензимите се основават на разликите във физикохимичните свойства. По своята структура изоензимите са предимно олигомерни протеини. Ензим лактат дехидрогеназа(LDH) катализира реакцията на обратимо окисление на лактат (млечна киселина) до пируват (пирогроздена киселина).

Състои се от 4 субединици от 2 вида: М и Н. Комбинацията от тези субединици е в основата на образуването на 5 изоформи на лактат дехидрогеназа. LDH 1 и LDH 2 са най-активни в сърдечния мускул и бъбреците, LDH4 и LDH5 - в скелетните мускули и черния дроб. Други тъкани съдържат различни форми на този ензим. LDH изоформите се различават по електрофоретична подвижност, което прави възможно определянето на тъканната идентичност на LDH изоформите.

Креатин киназата (СК) катализира образуването на креатин фосфат:

Молекулата КК е димер, състоящ се от два вида субединици: М и В. От тези субединици се образуват 3 изоензима - ВВ, МВ, ММ. Изоензимът BB се намира главно в мозъка, MM в скелетните мускули и MB в сърдечния мускул. KK изоформите имат различна електрофоретична мобилност. Активността на СК обикновено не трябва да надвишава 90 IU/l. Определянето на активността на CK в кръвната плазма има диагностична стойност при инфаркт на миокарда (има повишаване на нивото на изоформата на МВ). Количеството на изоформата на ММ може да се увеличи по време на травма и увреждане на скелетните мускули. Изоформата BB не може да проникне през кръвно-мозъчната бариера, поради което е практически неоткриваема в кръвта дори при инсулти и няма диагностична стойност.

27. ЕНЗИМНА КАТАЛИЗА (биокатализа), ускоряване на биохим. r-ции с участието на протеинови макромолекули т.нар ензими(ензими). F.k. - разнообразие катализа.

Уравнение на Михаелис-Ментен: - основното уравнение на кинетиката на ензима, описва зависимостта на скоростта на реакцията, катализирана от ензима, от концентрацията на субстрата и ензима. Най-простата кинетична схема, за която е валидно уравнението на Михаелис:

Уравнението изглежда така:

,

Където: - максимална скорост на реакция, равна на ; - константа на Михаелис, равна на концентрацията на субстрата, при която скоростта на реакцията е половината от максималната; - концентрация на субстрата.

Константа на Михаелис: Връзка между скоростните константи

също е константа ( K m).

28. „инхибиране на ензимната активност" - намаляване на каталитичната активност в присъствието на определени вещества - инхибитори. Инхибиторите трябва да включват вещества, които причиняват намаляване на ензимната активност. Обратими инхибиторисе свързват с ензима със слаби нековалентни връзки и при определени условия лесно се отделят от ензима. Има обратими инхибитори състезателни и несъстезателни. Към конкурентно потисканевключват обратимо намаляване на скоростта на ензимна реакция, причинена от инхибитор, който се свързва с активното място на ензима и предотвратява образуването на ензим-субстратен комплекс. Този тип инхибиране се наблюдава, когато инхибиторът е структурен аналог на субстрата, което води до конкуренция между молекулите на субстрата и инхибитора за място в активния център на ензима. Несъстезателеннаречено инхибиране на ензимна реакция, при която инхибиторът взаимодейства с ензима на място, различно от активното място. Неконкурентните инхибитори не са структурни аналози на субстрата. Необратимо инхибираненаблюдавани в случай на образуване на ковалентни стабилни връзки между молекулата на инхибитора и ензима. Най-често активният център на ензима е модифициран.В резултат на това ензимът не може да изпълнява каталитична функция. Необратимите инхибитори включват йони на тежки метали, като живак (Hg 2+), сребро (Ag +) и арсен (As 3+). Вещества, които блокират определени групи от активния център на ензимите - специфиченИ. Диизопропил флуорофосфат (DFP). Йодният ацетат и р-хлормеркурибензоатът лесно реагират с SH групите на цистеиновите остатъци в протеините. Тези инхибитори са класифицирани като неспецифични.При несъстезателенПри инхибирането инхибиторът се свързва само с ензимно-субстратния комплекс, а не със свободния ензим.

Размер К И= [E]. [I]/, която е константата на дисоциация на комплекса ензим-инхибитор, се нарича константа на инхибиране.

Кватернерните амониеви основи инхибират ацетилхолинестеразата, която катализира хидролизата на ацетилхолин в холин и оцетна киселина.

Вещества, наречени антиметаболити.Тези съединения, като структурни аналози на естествени субстрати, причиняват конкурентно инхибиране на ензими, от една страна, и, от друга, могат да бъдат използвани от същите ензими като псевдосубстрати. Сулфонамидни лекарства (аналози на пара-аминобензоената киселина), използвани за лечение на инфекциозни заболявания.

Пример за лекарство, чието действие се основава на необратимо ензимно инхибиране, е лекарството аспирин.

Инхибиране на ензима циклооксигеназа, който катализира образуването на простагландини от арахидонова киселина.

29. Регулирането на скоростта на ензимните реакции се извършва на 3 независими нива:

1. промяна на броя на ензимните молекули;

1. наличие на субстратни и коензимни молекули;
2. промяна в каталитичната активност на ензимната молекула.

1. Броят на ензимните молекули в една клетка се определя от съотношението на 2 процеса - синтез и разграждане на ензимната белтъчна молекула.

2. Колкото по-висока е концентрацията на първоначалния субстрат, толкова по-висока е скоростта на метаболитния път. Друг параметър, ограничаващ хода на метаболитния път, е наличието регенерирани коензими. Най-важната роля в промяната на скоростта на метаболитните пътища е регулирането на каталитичната активност на един или повече ключови ензими на даден метаболитен път. Това е високоефективен и бърз начин за регулиране на метаболизма. Основните начини за регулиране на ензимната активност са: алостерична регулация; регулиране чрез протеин-протеинови взаимодействия; регулиране чрез фосфорилиране/дефосфорилиране на ензимната молекула; регулиране чрез частична (ограничена) протеолиза.

Повишаването на температурата до определени граници влияе върху скоростта на ензимите

реакция, подобна на ефекта на температурата върху всяка химична реакция. С повишаването на температурата движението на молекулите се ускорява, което води до увеличаване на вероятността от взаимодействие между реагентите. В допълнение, температурата може да увеличи енергията на реагиращите молекули, което също ускорява реакцията. Въпреки това, скоростта на химическа реакция, катализирана от ензими, има свой собствен температурен оптимум, превишаването на което е придружено от намаляване на ензимната активност

За повечето човешки ензими оптималната температура е 37-38 °C.

Активността на ензимите зависи от рН на разтвора, в който протича ензимната реакция. За всеки ензим има стойност на pH, при която се наблюдава максималната му активност. Отклонението от оптималната стойност на pH води до намаляване на ензимната активност.

Ефектът на рН върху активността на ензима е свързан с йонизирането на функционални групи от аминокиселинни остатъци на даден протеин, които осигуряват оптималната конформация на активния център на ензима. Когато pH се промени от оптималните стойности, йонизацията на функционалните групи на протеиновата молекула се променя. Повечето от ензимите в човешкото тяло имат оптимално pH, близко до неутрално, съвпадащо с физиологичната стойност на pH

30. Алостериченензимите са ензими, чиято активност се регулира не само от броя на субстратните молекули, но и от други вещества, т.нар. ефектори. Ефекторите, включени в алостеричната регулация, са клетъчни метаболити, често от самия път, който регулират.

Алостеричните ензими играят важна роля в метаболизма, тъй като реагират изключително бързо на най-малките промени във вътрешното състояние на клетката. Те са от голямо значение в следните ситуации: по време на анаболни процеси, по време на катаболни процеси, за координиране на анаболни и катаболни пътища. ATP и ADP са алостерични ефектори, които действат като антагонисти; за координиране на паралелни и взаимосвързани метаболитни пътища (например синтеза на пуринови и пиримидинови нуклеотиди, използвани за синтеза на нуклеинови киселини).

Нарича се ефектор, който причинява намаляване (инхибиране) на ензимната активност отрицателенефектор или инхибитор. Нарича се ефектор, който предизвиква повишаване (активиране) на ензимната активност положителенефектор или активатор. Различни метаболити често служат като алостерични ефектори.

Характеристики на структурата и функционирането на алостеричните ензими:обикновено това са олигомерни протеини, състоящи се от няколко протомера или имащи доменна структура; имат алостеричен център, пространствено отдалечен от каталитично активния център; ефекторите се прикрепят към ензима нековалентно в алостерични (регулаторни) центрове; алостеричните центрове, подобно на каталитичните , може да проявява различна специфичност по отношение на лигандите: може да бъде абсолютна и групова. протомерът, върху който е разположен алостеричният център, е регулаторен протомер.Алостеричните ензими имат свойството кооперативност; алостеричните ензими катализират ключови реакции в този метаболитен път.

крайният продукт може да действа като алостеричен инхибитор на ензима, който най-често катализира началния етап на този метаболитен път:

В централните метаболитни пътища прекурсорите могат да бъдат активатори на ключови ензими в метаболитния път.

Последователността на събитията в ензимната катализа може да бъде описана със следната диаграма. Първо се образува субстратно-ензимен комплекс. В този случай настъпва промяна в конформациите на ензимната молекула и молекулата на субстрата, като последната е фиксирана в активния център в напрегната конфигурация. Така се образува активираният комплекс, или преходно състояние, е високоенергийна междинна структура, която е енергийно по-малко стабилна от изходните съединения и продукти. Най-важен принос за общия каталитичен ефект има процесът на стабилизиране на преходното състояние - взаимодействието между аминокиселинните остатъци на протеина и субстрата, който е в напрегната конфигурация. Разликата между стойностите на свободната енергия за първоначалните реагенти и преходното състояние съответства на свободната енергия на активиране (ΔG #). Скоростта на реакция зависи от стойността (ΔG #): колкото по-малка е тя, толкова по-голяма е скоростта на реакцията и обратно. По същество DG представлява „енергийна бариера“, която трябва да бъде преодоляна, за да настъпи реакция. Стабилизирането на преходното състояние понижава тази „бариера“ или енергия на активиране. На следващия етап протича самата химична реакция, след което получените продукти се освобождават от комплекса ензим-продукт.

Има няколко причини за високата каталитична активност на ензимите, които намаляват енергийната бариера пред реакцията.

1. Ензимът може да свърже молекули на реагиращи субстрати по такъв начин, че техните реактивни групи да бъдат разположени близо една до друга и от каталитичните групи на ензима (ефект сближаване).

2. С образуването на субстратно-ензимен комплекс се постига фиксация на субстрата и неговата оптимална ориентация за разкъсване и образуване на химични връзки (ефект ориентация).

3. Свързването на субстрата води до отстраняване на неговата хидратна обвивка (съществува върху вещества, разтворени във вода).

4. Ефект на индуцираното съответствие между субстрат и ензим.

5. Стабилизиране на преходното състояние.

6. Някои групи в ензимната молекула могат да осигурят киселинно-алкална катализа(пренос на протони в субстрата) и нуклеофилна катализа(образуване на ковалентни връзки със субстрата, което води до образуване на структури, които са по-реактивни от субстрата).

Един пример за киселинно-алкална катализа е хидролизата на гликозидни връзки в муреиновата молекула от лизозим. Лизозиме ензим, присъстващ в клетките на различни животни и растения: в слъзната течност, слюнката, пилешкия протеин, млякото. Лизозимът от кокоши яйца има молекулно тегло 14 600 Da, състои се от една полипептидна верига (129 аминокиселинни остатъка) и има 4 дисулфидни моста, което осигурява висока стабилност на ензима. Рентгеновият структурен анализ на молекулата на лизозима показа, че тя се състои от два домена, образуващи „пролука“, в която се намира активният център. По протежение на тази „пролука“ хексозахаридът се свързва и ензимът има собствено място за свързване на всеки от шестте захарни пръстена на муреин (A, B, C, D, E и F) (фиг. 6.4).

Муреиновата молекула се задържа в активния център на лизозима главно поради водородни връзки и хидрофобни взаимодействия. В непосредствена близост до мястото на хидролиза на гликозидната връзка има 2 аминокиселинни остатъка на активния център: глутаминова киселина, заемаща 35-та позиция в полипептида, и аспарагинова киселина, 52-ра позиция в полипептида (фиг. 6.5) .

Страничните вериги на тези остатъци са разположени на противоположните повърхности на "цепнатината" в непосредствена близост до атакуваната гликозидна връзка - на разстояние приблизително 0,3 nm. Глутаматният остатък е в неполярна среда и не е йонизиран, а аспартатният остатък е в полярна среда; неговата карбоксилна група е депротонирана и участва като акцептор на водород в сложна мрежа от водородни връзки.

Процесът на хидролиза се извършва по следния начин. Протонираната карбоксилна група на Glu-35 остатъка осигурява своя протон към гликозидния кислороден атом, което води до разкъсване на връзката между този кислороден атом и С1 атома на захарния пръстен, разположен в място D (етап на общата киселинна катализа ). В резултат на това се образува продукт, който включва захарните пръстени, разположени в области E и F, които могат да бъдат освободени от комплекса с ензима. Конформацията на захарния пръстен, разположен в област D, е изкривена, приемайки конформацията полу-столове, в който пет от шестте атома, образуващи захарния пръстен, лежат практически в една и съща равнина. Тази структура съответства на конформацията на преходното състояние. В този случай атомът С1 се оказва положително зареден и междинният продукт се нарича карбониев йон (карбокатион). Свободната енергия на преходното състояние намалява поради стабилизирането на карбониевия йон от депротонираната карбоксилна група на остатъка Asp-52 (фиг. 6.5).

На следващия етап водна молекула влиза в реакцията и замества дизахаридния остатък, дифундиращ от областта на активния център. Протонът на водната молекула отива към Glu-35, а хидроксилният йон (OH -) към C 1 атома на карбониевия йон (етап на обща основна катализа). В резултат на това вторият фрагмент от разцепения полизахарид се превръща в реакционен продукт (конформация на стола) и напуска областта на активния център, а ензимът се връща в първоначалното си състояние и е готов да извърши следващата реакция на разцепване на дизахарид (фиг. 6.5) .

Механизмът на действие на ензимите може да се разглежда от две позиции: от гледна точка на промените в енергията на химичните реакции и от гледна точка на събитията в активния център.

А. Енергийни промени по време на химични реакции

Всички химични реакции протичат в съответствие с два основни закона на термодинамиката: закона за запазване на енергията и закона за ентропията. Съгласно тези закони общата енергия на химическата система и нейната среда остава постоянна, докато химическата система има тенденция да намалява реда (увеличава ентропията). За да се разбере енергията на химичната реакция, не е достатъчно да се знае енергийният баланс на реагентите, влизащи и излизащи от реакцията; необходимо е да се вземат предвид енергийните промени по време на процеса на дадена химична реакция и ролята на ензимите в динамиката на този процес. Помислете за реакцията на разлагане на въглеродната киселина:

H2CO3 → H20 + CO2.

Въглеродната киселина е слаба; реакцията на нейното разлагане ще протече при нормални условия, ако молекулите на въглеродната киселина имат енергия, надвишаваща определено ниво, наречено енергия на активиране Ea (фиг. 2-10).

Енергията на активиране е допълнителното количество кинетична енергия, необходимо на молекулите на веществото да реагират.

Когато се достигне тази енергийна бариера, настъпват промени в молекулата, причиняващи преразпределение на химичните връзки и образуването на нови съединения. Твърди се, че молекулите, притежаващи Ea, са в преходно състояние. Разликата в енергията между първоначалния реагент H2CO3 и крайните съединения H2O и CO2 се нарича промяна на свободната енергия на реакцията DG. Молекулите H2O и CO2 са по-стабилни вещества от H2CO3, т.е. имат по-малко енергия и практически не реагират при нормални условия. Освободената в резултат на тази реакция енергия се разсейва под формата на топлина в околната среда.

Колкото повече молекули имат енергия, надвишаваща нивото Ea, толкова по-висока е скоростта на химичната реакция. Можете да увеличите скоростта на химическа реакция чрез нагряване. Това увеличава енергията на реагиращите молекули. Високите температури обаче са разрушителни за живите организми, така че ензимите се използват в клетките за ускоряване на химичните реакции. Ензимите осигуряват висока скорост на реакции при оптимални условия, съществуващи в клетката, като понижават нивото на Ea. По този начин ензимите намаляват височината на енергийната бариера, в резултат на което броят на реактивните молекули се увеличава и следователно скоростта на реакцията се увеличава.

В механизма на ензимната катализа решаващо значение има образуването на нестабилни междинни съединения - ензимно-субстратния комплекс ES, който претърпява трансформация в нестабилен преходен комплекс EP, който почти моментално се разпада на свободен ензим и реакционния продукт.

Така биологичните катализатори (ензими) не променят свободната енергия.

Ензимът, изпълняващ функцията на катализатор за химическа реакция, се подчинява на общите закони на катализата и има всички свойства, характерни за небиологичните катализатори, но също така има отличителни свойства, свързани със структурните характеристики на ензимите.

Приликата между ензимите и небиологичните катализатори е, че:

Ензимите катализират енергийно възможни реакции;

· енергията на химическата система остава постоянна;

·по време на катализа посоката на реакцията не се променя;

Ензимите не се изразходват по време на реакцията.

Разликите между ензимите и небиологичните катализатори са, че:

· скоростта на ензимните реакции е по-висока от реакциите, катализирани от непротеинови катализатори;

Ензимите са силно специфични;

· ензимната реакция протича в клетката, т.е. при температура 37 °C, постоянно атмосферно налягане и физиологично pH;

Скоростта на ензимната реакция може да се регулира.

Механизми на действие на ензима

Най-общо казано, всичко се свежда до взаимното взаимодействие на ензима и субстрата. В този случай функционалните групи на субстрата взаимодействат със съответните им функционални групи на ензима. Наличието на субстратна специфичност се обяснява с две хипотези:

1. Теорията на Фишер(модел на „твърда матрица“, „заключване на ключ“) - активният център на ензима стриктно съответства на конфигурацията на субстрата и не се променя, когато е прикрепен. Този модел обяснява добре абсолютната специфичност, но не и груповата специфичност.

2. През 1958 г. Даниел Кошланд предлага модификация на модела „ключ-заключване“. Ензимите обикновено не са твърди, а гъвкави молекули. Активното място на ензима може да промени конформацията след свързване със субстрат. Страничните групи на аминокиселините на активния център заемат позиция, която позволява на ензима да изпълнява своята каталитична функция. В някои случаи молекулата на субстрата също променя конформацията след свързване в активния център. За разлика от модела ключ-заключване, моделът на индуцираното прилягане обяснява не само спецификата на ензимите, но и стабилизирането на преходното състояние. Този модел се нарича "ръка ръкавица".

Кинетика на ензимните реакции. Зависимост на скоростта на ензимните реакции от температурата, pH на околната среда, ензимните концентрации и субстрата. Концепцията за оптимално pH и температура, физиологично и клинично диагностично значение. Определяне на константата на Михаелис и нейното клинично и диагностично значение.

Кинетиката на ензимната реакция (т.е. зависимостта на скоростта на реакцията от нейните условия) се определя основно свойства на катализатора.

Ензимната кинетика изучава моделите на влияние на химическата природа на реагиращите вещества (ензими, субстрати) и условията на тяхното взаимодействие (концентрация, рН, температура, наличие на активатори или инхибитори) върху скоростта на ензимните реакции. Основната цел на изучаването на кинетиката на ензимните реакции е да се получи информация, която може да помогне за изясняване на молекулярния механизъм на действие на ензима.

Зависимост на скоростта на ензимната реакция от количеството на ензимите:

Когато ензимната реакция се провежда при условия на излишък от субстрат, скоростта на реакцията ще зависи от концентрацията на ензима. Графичната зависимост на такава реакция има формата на права линия.Количеството на ензима обаче често е невъзможно да се определи в абсолютно изражение, така че на практика те използват условни стойности, характеризиращи активността на ензима: една международна единица активност (IU) съответства на количеството ензим, което катализира превръщането на 1 µmol субстрат за 1 минута при оптимални условия за ензимната реакция. Оптималните условия са индивидуални за всеки ензим и зависят от температурата на околната среда, pH на разтвора, отсъствието на активатори и инхибитори.

Ориз. Зависимост на натрупването на продукта (А) и загубата на субстрат (В) от времето (продължителността) на реакцията. Скоростта на ензимната реакция се определя от промяната в концентрацията на продукта или субстрата за единица време.

Периодът на ензимната реакция се характеризира с нелинейно натрупване на продукт (или загуба на субстрат) в зависимост от времето на реакцията.

единица ензимна активност: 1 катал (kat), съответстващ на количеството катализатор, което превръща 1 мол субстрат за 1 s. Броят на катализите се определя по формулата:

Международната единица за ензимна активност ME е свързана с катала чрез следните равенства:

1 cat = 1 mol S/c = 60 mol S/min = 60x10 6 µmol/min = 6x10 7 ME,

1 ME = 1 µmol/min = 1/60 µmol/s = 1/60 µkat = 16,67 nkat.

В медицинската практика за оценка на ензимната активност често се използват международни единици за активност - ME. За да се оцени броят на ензимните молекули сред другите протеини на дадена тъкан, се определя специфичната активност (sp. ac.) на ензима, числено равна на броя на единиците ензимна активност (pME) в тъканната проба, разделена на масата (mg) от протеина в тази тъкан:

Специфичната активност се използва за преценка на пречистването на ензима: колкото по-малко са чуждите протеини, толкова по-висока е специфичната активност.

Зависимост на скоростта на ензимната реакция от температурата на средата

Повишаването на температурата до определени граници влияе на скоростта на ензимната реакция, подобно на ефекта на температурата върху всяка химична реакция. С повишаването на температурата движението на молекулите се ускорява, което води до увеличаване на вероятността от взаимодействие между реагентите. В допълнение, температурата може да увеличи енергията на реагиращите молекули, което също ускорява реакцията. Въпреки това, скоростта на химическа реакция, катализирана от ензими, има свой температурен оптимум, чийто излишък е придружен от намаляване на ензимната активност в резултат на термична денатурация на протеиновата молекула.

За повечето човешки ензими оптималната температура е 37-38 °C. В природата обаче съществуват и термостабилни ензими. Например, Taq полимераза, изолирана от микроорганизми, живеещи в горещи извори, не се инактивира, когато температурата се повиши до 95 °C. Този ензим се използва в научната и практическата медицина за молекулярна диагностика на заболявания чрез метода на полимеразна верижна реакция (PCR).

Ориз. Зависимост на скоростта на ензимната реакция (V) от температурата.

Зависимост на скоростта на ензимната реакция от pH на средата

За всеки ензим има стойност на pH, при която се наблюдава максималната му активност. Отклонението от оптималната стойност на pH води до намаляване на ензимната активност.

Ефектът на рН върху активността на ензима е свързан с йонизирането на функционални групи от аминокиселинни остатъци на даден протеин, които осигуряват оптималната конформация на активния център на ензима. Когато pH се промени от оптималните стойности, йонизацията на функционалните групи на протеиновата молекула се променя. Например, когато средата се подкисли, свободните аминогрупи (NH 3 +) се протонират, а когато настъпи алкализиране, протонът се отстранява от карбоксилните групи (COO -). Това води до промяна в конформацията на ензимната молекула и конформацията на активния център; следователно, прикрепването на субстрата, кофакторите и коензимите към активния център е нарушено. В допълнение, рН на средата може да повлияе на степента на йонизация или пространствената организация на субстрата, което също влияе на афинитета на субстрата към активното място. При значително отклонение от оптималната стойност на рН може да настъпи денатурация на протеиновата молекула с пълна загуба на ензимна активност.

Оптималната стойност на pH е различна за различните ензими. Ензимите, които работят при киселинни условия на околната среда (например пепсин в стомаха или лизозомни ензими), придобиват конформация, която гарантира, че ензимът работи при киселинни стойности на pH. Повечето ензими в човешкото тяло обаче имат оптимално pH, близко до неутрално, съвпадащо с физиологичната стойност на pH.

Зависимост на скоростта на ензимната реакция от количеството на субстрата

Ако концентрацията на ензимите се остави постоянна, променяйки само количеството на субстрата, тогава графиката на скоростта на ензимната реакция се описва с хипербола.

С увеличаване на количеството на субстрата началната скорост се увеличава. Когато ензимът стане напълно наситен със субстрат, т.е. максималното възможно образуване на ензим-субстратен комплекс се получава при дадена концентрация на ензим и се наблюдава най-високата скорост на образуване на продукта. По-нататъшното увеличаване на концентрацията на субстрата не води до увеличаване на образуването на продукта, т.е. скоростта на реакцията не се увеличава. Това състояние съответства на максималната скорост на реакция Vmax.

По този начин концентрацията на ензима е ограничаващият фактор при образуването на продукта. Това наблюдение е в основата на ензимната кинетика, разработена от учените L. Michaelis и M. Menten през 1913 г.

Ензимният процес може да се изрази със следното уравнение:

където k 1 е константата на скоростта на образуване на ензим-субстратния комплекс; k -1 е константата на скоростта на обратната реакция, разграждането на ензим-субстратния комплекс; k 2 е константата на скоростта на образуване на реакционния продукт.

Следното съотношение на скоростните константи (k -1 + k 2)/k 1 се нарича константа на Михаелис и се обозначава като Km.

Скоростта на реакцията е пропорционална на концентрацията на комплекса ензим-субстрат ES, а скоростта на образуване на ES зависи от концентрацията на субстрата и концентрацията на свободния ензим. Концентрацията на ES се влияе от скоростта на образуване и разпадане на ES.

Най-високата скорост на реакция се наблюдава, когато всички ензимни молекули са в комплекс със субстрата, т.е. в ензим-субстратния комплекс ES, т.е. [E] = .

Зависимостта на скоростта на ензимната реакция от концентрацията на субстрата се изразява със следното уравнение

V max [S]

K m + [S]

Това уравнение се нарича уравнение на Михаелис-Ментен.

В случай, когато скоростта на реакцията е половината от максималната, K m = [S] Следователно, константата на Михаелис е числено равна на концентрацията на субстрата, при която се постига половината от максималната скорост.

Уравнението на Михаелис-Ментен е основното уравнение на ензимната кинетика, описващо зависимостта на скоростта на ензимната реакция от концентрацията на субстрата.

Ако концентрацията на субстрата е значително по-голяма от K m (S >> K m), тогава увеличаването на концентрацията на субстрата с K m няма практически никакъв ефект върху сумата (K m + S) и може да се счита за равна на субстрата концентрация. Следователно скоростта на реакция става равна на максималната скорост: V = V max. При тези условия реакцията има нулев ред, т.е. не зависи от концентрацията на субстрата. Можем да заключим, че V max е постоянна стойност за дадена концентрация на ензим, независимо от концентрацията на субстрата.

Ако концентрацията на субстрата е значително по-малка от Km (S<< K m), то сумма (K m + S) примерно равна К m , следовательно, V = V max [S]/K m , т.е. в данном случае скорость реакции прямо пропорциональна концентрации субстрата (реакция имеет первый порядок).

Ориз. Зависимост на скоростта на реакцията (V) от концентрацията на субстрата S.

Vmax и Km са кинетичните характеристики на ефективността на ензима.

· V max характеризира каталитичната активност на ензима и има размерността на скоростта на ензимната реакция mol/l, т.е. определя максималната възможност за образуване на продукт при дадена концентрация на ензим и при условия на излишен субстрат. K m характеризира афинитета на даден ензим към даден субстрат и е постоянна стойност, която не зависи от концентрацията на ензима. По-малкото

· Km, колкото по-голям е афинитетът на ензима към даден субстрат, толкова по-висока е началната скорост на реакцията и обратно, колкото по-голям е Km, толкова по-малка е началната скорост на реакция, толкова по-нисък е афинитетът на ензима към субстрата.

За да възникне реакция, реагиращите молекули трябва да влязат в контакт една с друга. Въпреки това, не всеки сблъсък на молекули е придружен от тяхното взаимодействие; реакцията се случва само ако молекулите имат достатъчен запас от кинетична енергия. Наборът от молекули на всяко вещество е статистически набор от молекули с различни кинетични енергии. Енергията, необходима за постигане на активирано (преходно) състояние, или излишната енергия в сравнение със средната енергия на молекулите при дадена температура, която те трябва да притежават, за да реагират, се нарича енергия на активиране (Ea). В случай на ензимни реакции, енергийната бариера се намалява поради образуването на комплекс ензим-субстрат и колкото по-ниска е енергията на активиране, толкова по-бързо протичат реакциите, тъй като молекулите с по-малко енергия могат да взаимодействат.

при ензимни и неензимни реакции, за постигане на преходно състояние, молекулите на изходните вещества се активират, придобиват по-висок енергиен резерв, едва след това те могат да претърпят трансформация в реакционни продукти, но (Ea) в случай на ензимна реакцията е по-ниска.

По този начин високите скорости на ензимните реакции в крайна сметка са резултат от намаляване на енергията на активиране на катализираните реакции. Именно защото биологичните катализатори намаляват енергията на активиране, ензимните реакции протичат с високи скорости при относително ниски температури.

Намаляването на енергията на активиране по време на ензимната катализа има известна връзка с многоетапния характер на тези реакции. Те не протичат на един етап, а стъпаловидно, чрез няколко междинни реакции. В този случай бариерата за активиране на реакцията е разделена на няколко по-ниски бариери за всяка междинна реакция, които са по-лесни за преодоляване от реагиращите молекули, отколкото една голяма бариера.

Ензимната катализа има характеристики както на хомогенна, така и на хетерогенна катализа, възникваща на границата между две фази. В каталитичното действие на ензимите могат да се разграничат 3 етапа: 1) прикрепване на субстратна молекула (S) към ензима (E), 2) трансформация на субстрата, 3) отделяне на крайните реакционни продукти (P) от ензим. Най-простата схема на ензимна реакция е написана по следния начин.

E + S ⇆ ES → E + P

Най-бърз е обикновено първият етап от реакцията, най-бавен е вторият. На 1-вия етап на реакцията се образува ензимно-субстратен комплекс (ЈS, FSK), в резултат на което се променя структурата и свойствата на субстратната молекула и се образуват нейните преходни форми. Това е основната предпоставка за ускоряване на процеса на превръщането му в катализирана реакция.

Образуването на FSC създава предпоставки за висока каталитична активност. Установено е, че при образуването на FSC молекулите на ензима и субстрата не само се сближават, но и се ориентират една спрямо друга по определен начин. Между структурата на субстрата и активния център на ензима, в допълнение към пространственото съответствие, има и топохимично съответствие, което осигурява взаимодействието на групите за разпознаване на ензима (зона на свързване) и групите за разпознаване на субстрата. Свързването на ензима и субстрата обикновено е многоточково и колкото по-висока е специфичността на ензима, толкова повече са точките на разпознаване.

Важен фактор, който има известен принос за увеличаването на скоростта на ензимните реакции, е увеличаването на времето за контакт на реагиращите молекули с няколко порядъка в резултат на многоточково свързване на субстрата (ите) от ензима. Времето, през което продължава контактът на молекулите по време на сблъсък в случай на чисто химическа реакция, е приблизително равно на периода на топлинни вибрации на молекулите (10 13 -10 12 s). През това време химическата реакция не винаги има време да се случи.

При оптимално свързване на субстрата с ензима се образува продуктивен ензим-субстратен комплекс, т.е. комплекс, който чрез серия от междинни етапи произвежда продукта(ите) на реакцията. Тези процеси протичат на втория етап от ензимната реакция. Бързото протичане на ензимната реакция се улеснява от факта, че по време на взаимодействието на субстрата с ензима се предизвиква напрежение в скъсаните връзки в субстрата (деформация или дестабилизация), т.е. скъсаните връзки стават по-малко стабилни, отколкото в свободен субстрат.

Увеличаването на скоростта на реакцията под въздействието на ензими също се дължи на по-голямата хидрофобност на средата на активния център в сравнение с околния разтвор; в такава среда се наблюдава десолватация на заредения субстрат, което води до дестабилизиране на връзката, която се разрушава .

Важна особеност на ензимните реакции е, че трансформацията на субстрата протича като полифункционална катализа. Полифункционалността се осигурява от разнообразието от аминокиселинни остатъци на протеиновата част на ензима и групи от кофактори в активния център; трансформиращата химическа връзка на субстрата е засегната едновременно или в резултат на поредица от последователни атаки от няколко групи от ензима. В резултат на това се получава поляризация на трансформиращата връзка и след това нейното разкъсване.

Много групи в активните центрове на ензимите функционират като генерализирани киселини или основи, действайки върху субстрата, активирайки го и по този начин увеличавайки скоростта на катализа. Обобщените киселини, според Brønsted, са всякакви донори на протони, а основите са акцептори на протони. Общата киселинно-алкална катализа е особено ефективна. Дава увеличение на скоростта с 10-100 пъти. Страничните радикали на аминокиселините като глутамин, аспарган, хистидин, лизин, тирозин и др., функционират в активния център като генерализирани киселинно-алкални катализатори.В протонирана форма те са киселинни катализатори, в непротонирана форма те са основни.

Нуклеофилните групи на ензимите претърпяват реакции на нуклеофилно заместване, което води до образуването на ковалентни междинни продукти - ковалентна катализа. Нуклеофилната група замества заместената група и се образува ковалентен междинен продукт; той е нестабилен и лесно се разпада на реакционни продукти. Имидазоловата група на хистидина е силен нуклеофил, така че химичната модификация на хистидина в активния център води до инактивиране на ензимите. Нуклеофилните групи също включват OH групата серин и SH групата цистеин. Примери за електрофилни групи са метални йони, например Zn 2+

Една от функциите, които металите изпълняват в ензимите е, че те действат като електрофилни агенти. По този начин, в активния център на карбоксипептидаза А, съдържащ Zn 2+ йон, последният е електрофилен агент, който изтегля електрони от пептидната връзка на субстрата, улеснявайки неговата хидролиза.

3.5. Видове ензимни реакции.Въз основа на броя на участниците ензимните реакции се разделят на едносубстратни и двусубстратни реакции. Реакциите с голям брой субстрати са доста редки. Най-често срещаният тип ензимна реакция е двусубстратна реакция с образуването на два продукта: A + B ⇆ C + D. Приблизително 60% от всички известни реакции, особено реакциите на групов трансфер, принадлежат към този тип.

Реакциите с един субстрат - реакции с един продукт са редки; примери за тях са реакциите на изомеризация, по-специално глюкозо-1-фосфат ⇆ глюкозо-6-фосфат. Въпреки това, много реакции са близки до реакциите с един субстрат по своите свойства. Това се наблюдава в случаите, когато концентрацията само на един от двата субстрата варира. Например, хидролитичните реакции могат да се разглеждат като едносубстратни, тъй като концентрацията на втория субстрат - вода - може да се счита за постоянна, по време на реакцията тя намалява незначително.

Реакциите с единичен субстрат са по същество едномолекулни химични реакции (A-P). Повечето от тях принадлежат към реакции от 1-ви ред, тъй като скоростта на реакцията е пропорционална на концентрацията само на един реагент.Редът на реакцията се определя от естеството на нейната зависимост от концентрацията на субстрата. Скоростта на мономолекулна реакция може да не зависи от концентрацията на субстрата (ако е в излишък), тогава редът на реакцията ще бъде нула (V=ko, където k 0 е константата на скоростта на реакцията от нулев ред).

Реакциите от първи ред също ще включват бимолекулни (двусубстратни) реакции. Това се случва, когато концентрацията на един от субстратите е много висока в сравнение с концентрацията на другия, както в случая на реакции на хидролиза. Повечето бимолекулни реакции са реакции от 2-ри ред, тъй като тяхната скорост е пропорционална на концентрацията на двата реагента или, по-рядко, на квадрата на концентрацията на субстрата.

3.6. Множество молекулни форми на ензими и изоензими.

Множество молекулни форми на ензими (MMEF) се разбират като група от ензими, които изпълняват идентична каталитична функция в един биологичен вид, но се различават по структура и редица физикохимични свойства. За разделяне на MMFF най-често се използват различни варианти на метода на електрофореза, последвани от специфично идентифициране на зони, които имат еднаква ензимна активност. В електроферограмите зоните на активност на MMFF са обозначени с арабски цифри в ред на намаляване на анодната подвижност.

Всички MMFF са разделени на шест класа.

1. Генетично независими протеини. Това са ензими, синтезирани върху различни гени. В многоклетъчните организми те често се характеризират с различна вътреклетъчна, тъканна локализация: например пируват киназа, енолаза, фруктозо дифосфат алдолаза в мускулни и чернодробни тъкани, малат дехидрогеназа и редица аминотрансферази в митохондриите и цитозола.

2. Хетерополимери(хибриди) на две или повече полипептидни вериги, свързани нековалентно. Примери за молекулни форми на ензими от този клас са LDH, алкохол дехидрогеназа и креатинкиназа.

3. Генетични варианти(алелозими). Алелозимите се намират в организми, които са хетерозиготни за гените, кодиращи този ензим. Този клас включва мутантни форми на ензими. Това е много голям клас молекулярни форми на ензими, включително, например, глюкозо-6-фосфат - човешка дехидрогеназа, аденозин деаминаза и много други.

4. Конюгирани или производни протеини. Този клас MMFF включва форми на ензими, образувани в резултат на ковалентното добавяне или отстраняване на специфични групи към (от) протеин. Такива модификации обикновено са придружени от промени в ензимната активност и някои физикохимични свойства на ензима. Модификацията може да се състои от фосфорилиране - дефосфорилиране (гликоген фосфорилаза, гликоген синтаза, фруктозо дифосфатаза), аденилиране - деаденилиране (глутамин синтетаза от E. coli), окисление на сулфхидрилни групи (ксантин оксидаза, липоил дехидрогеназа), гликозилиране (вариации в броя на въглехидратните остатъци са показани за β-глюкуронидаза от говежди черен дроб, глюкозооксидаза от Penicilliumvitale, ДНКаза и РНКаза от говежди панкреас), амидиране на аспаргин и глутаминови остатъци (открита е различна степен на амидиране в алкалната протеаза от Streptomyces rectus), разцепване на пептидни връзки от протеази (алдолаза).

5. Олигомери с единична субединица. Ако ензимът има кватернерна структура, могат да възникнат различни молекулни форми поради комбинирането на различен брой идентични полипептидни вериги в кватернерната структура. Така β-глюкозидазата е активна под формата на моно-, ди-, тетра- и октамер. Различни степени на олигомерност като причина за появата на MMFF са идентифицирани за глутамат дехидрогеназа, холинестераза и редица други ензими.

6. Конформационно различни форми(конформатори). Конформерите са протеини, които се различават по конформация с една и съща аминокиселинна последователност. Разликите в пространствената структура на протеина, свързани с броя на заредените групи на повърхността на молекулата, водят до неравномерна електрофоретична подвижност. Клас 6 също ще включва всички алостерично модифицирани ензими.

Така че терминът MMFF може да се използва като най-общ за група от ензими, които се намират в един биологичен вид и имат същата специфичност на действие. Трябва да се използва независимо от причината за появата им. Терминът изоензим или изоензим е приложим само за онези MMFF, чиято поява е свързана с генетично обусловени различия в първичната структура (класове 1-3), а не с тези, които се дължат на други причини със същата първична структура (4-6 клас).

Денатурация, причини и симптоми, приложение в медицината.

Протеините са чувствителни към външни влияния. Нарушаването на пространствената структура на протеините се нарича денатурация. В този случай протеинът губи всичките си биологични и физикохимични свойства. Денатурацията е придружена от разкъсване на връзки, които стабилизират "естествената" структура на протеина. Както беше отбелязано по-горе, слабото взаимодействие играе основна роля в стабилизирането на структурата на протеините, така че денатурацията може да бъде причинена от различни фактори: нагряване, облъчване, механично разклащане, охлаждане, химическо излагане. По време на денатурацията, като правило, разтворимостта на протеините също се нарушава, тъй като нарушението на структурата води до появата на повърхността на голям брой хидрофобни групи, обикновено скрити в центъра на протеиновата молекула.

Първичната структура на протеина не се променя по време на денатурацията, което позволи да се покаже възможността за възстановяване на функциите и структурата на денатуриран протеин, въпреки че в повечето случаи денатурацията е необратим процес. В лабораторната практика денатурацията се използва за депротеинизиране на биологични течности. Факторите, които причиняват денатурация, се наричат ​​денатуриращи агенти. Те включват:

1. Нагряване и високоенергийно облъчване (ултравиолетово, рентгеново, неутронно и др.). Основава се на възбуждане на атомни вибрации, придружени от разкъсване на връзки.

2. Действие на киселини и основи; промяна на дисоциацията на групите, намаляване на броя на йонните връзки.

3. Йони на тежки метали. Те образуват сложни съединения с протеинови групи, което е придружено от разкъсване на слаби взаимодействия.

4. Редуциращи агенти – предизвикват разкъсването на дисулфидните мостове.

5. Урея, гуанидиниев хлорид – образуват нови водородни връзки и разкъсват стари. Феноменът на денатурация може да се използва и за качествен анализ на наличието на протеини в разтвори. За да направите това, използвайте проба с кипене на тестваната течност, след като е подкиселена. Получената мътност се дължи на денатурация на протеина. Често се използва и утаяване с органични киселини: сулфосалицилова или трихлороцетна.

Кратка история на ензимологията.

Присъждането на Нобеловата награда на Дж. Съмнър, Дж. Нортроп и Стенли през 1946 г. бележи края на дълъг период от развитие на ензимологията - науката за ензимите. Началото на тази наука датира от зората на историята на развитието на човечеството, което използва в живота си редица технологични ензимни процеси: печене на хляб, винопроизводство, обработка на животински кожи и др. Необходимостта от подобряване на тези процеси стана тласък за тяхното задълбочено проучване. Първите научни описания на ензимните процеси включват описанието на храносмилането при животните.При провеждането на експериментите си Рене Антоан Реомюр (1683-1757) изхожда от предположението на Фокнър, че хищните птици повръщат остатъците от несмляна храна. Реомюр построил малка телена капсула, в която поставил парче месо и го дал на мишелов да го кълве. След 24 часа птицата изплю тази капсула. В него остана омекнало парче храна, което обаче не се развали. „Този ​​процес може да бъде само резултат от действието на някакъв вид разтворител“, заключи Реомюр. Лазаро Спаланцани (1729-1799), професор по естествена история в университета в Падуа, съобщава за подобни експерименти. Той обаче не разглежда храносмилането като процес на ферментация по простата причина, че не се образуват газови мехурчета.

По-късно процесът на ферментация е изследван по-подробно от един от основоположниците на съвременната химия Антоан Лоран Лавоазие (1743-1794). Докато изучава алкохолната ферментация, която се случва по време на производството на вино, той открива, че глюкозата се превръща в алкохол и въглероден диоксид,

До началото на 19в. Преобладаващото общо мнение беше, че ферментацията е химическа промяна, предизвикана от определени специализирани форми на органичен материал, а именно „ензими“. През 1814 г. руският учен (немец по произход) академик на Санкт Петербургската академия на науките Константин Готлиб Сигизмунд Кирхоф (1764-1833) показва, че образуването на захар от нишесте в покълнали зърнени култури се дължи на химичен процес, а не на поява на кълнове. През 1810 г. Ю. Гей-Люсак изолира основните крайни продукти от дейността на дрождите - алкохол и въглероден диоксид. J. Berzelius, един от основателите на теорията за химическата катализа и автор на самия термин "катализа" през 1835 г., потвърждава тези данни, като отбелязва, че диастазата (екстракт от малц) катализира хидролизата на нишестето по-ефективно от минералната сярна киселина . Важна роля в развитието на ензимологията играе спорът между Ю. Либих и известния микробиолог Л. Пастьор, който смята, че процесите на ферментация могат да възникнат само в цяла жива клетка. J. Liebig, напротив, вярваше, че биологичните процеси се причиняват от действието на химикали, които по-късно бяха наречени ензими. Терминът ензим (на гръцки en - в, zyme - дрожди) е предложен през 1878 г. от Фридрих Вилхелм Кюне, за да се подчертае, че процесът протича в дрождите, за разлика от самата мая, която катализира процеса на ферментация. Въпреки това през 1897 г. Е. Бюхнер получава безклетъчен екстракт от дрожди, способен да произвежда етанол и потвърждава мнението на Либих.

Опитите да се обясни едно от важните свойства на ензимите, специфичността, накараха през 1894 г. немския химик и биохимик Е. Фишер да предложи модел на взаимодействие между ензима и субстрата, наречен „ключ-заключване” - геометрична комплементарност на формите на субстрата (ключ) и ензима (ключалка). През 1926 г. J. Sumner, след почти 9 години изследвания, доказва протеиновата природа на ензима уреаза. През същите години J. Northrop и M. Kunitz посочиха пряка връзка между активността на кристалния пепсин, трипсин и количеството протеин в изследваните проби, като по този начин предоставиха значителни доказателства за протеиновата природа на ензимите, въпреки че окончателното доказателства са получени след определяне на първичната структура и изкуствен синтез на редица ензими. Основните идеи за ензимите са получени още през втората половина на ХХ век. През 1963 г. е изследвана аминокиселинната последователност на РНКаза от панкреаса. През 1965 г. е показана пространствената структура на лизозима. През следващите години бяха пречистени хиляди ензими и бяха получени много нови данни за механизмите на действие на ензимите, тяхната пространствена структура и регулирането на реакциите, катализирани от ензими. Каталитична активност е открита в РНК (рибозими). Получават се антитела с ензимна активност - абзими. Тази глава въвежда накратко съвременните идеи за структурата, механизма на действие и медицинските аспекти на ензимологията.

Характеристики на ензимната катализа.

1. Белтъчна природа на катализатора

2. Изключително висока ефективност. Ефективността на биологичната катализа надвишава ефективността на неорганичната катализа с 10 9 - 10 12

3. Изключително висока специфичност:

а) абсолютен, когато ензимът работи само със своя субстрат (фумараза с транс-изомери на фумарова киселина, а не с цис-изомери);

б) групови - специфични за тясна група сродни субстрати (стомашно-чревни ензими).

4. Работи при меки условия (t=37, pH 7.0, определен осмоларитет и солев състав).

5. Многостепенна регулация: регулиране на активността на ниво условия на околната среда, на ниво метаболизъм, на генетично ниво, тъканно, клетъчно, с помощта на хормони и медиатори, както и с помощта на субстрати и продукти на реакцията, която те катализират.

6. Кооперативност: ензимите са способни да организират асоциации - продуктът на 1-ви ензим е субстрат за 2-ри; продуктът на 2-ри е субстрат за 3-ти и т.н.

В допълнение, ензимите са адаптивни, т.е. могат да променят своята активност и да образуват нови асоциации.

7. Способен да катализира както права, така и обратна реакция. Посоката на реакцията за много ензими се определя от съотношението на действащите маси.

8. Катализата е строго планирана, т.е. протича на етапи.

Специфика на ензимното действие.

Високата специфичност на ензимите се дължи на конформационната и електростатична комплементарност между молекулите на субстрата и ензима и уникалната структура на активния център на ензима, която осигурява „разпознаване“, висок афинитет и селективност за възникването на един конкретен реакция.

В зависимост от механизма на действие се разграничават ензими с относителна или групова специфичност и с абсолютна специфичност.

За действието на някои хидролитични ензими най-голямо значение има видът на химичната връзка в молекулата на субстрата. Например пепсинът разгражда протеини от животински и растителен произход, въпреки че те могат да се различават по химична структура, състав и физиологични свойства. Пепсинът обаче не разгражда въглехидратите и мазнините. Това се обяснява с факта, че мястото на действие на пепсина е пептидната връзка. За действието на липазата такова място е естерната връзка на мазнините.

Тоест тези ензими имат относителна специфичност.

Абсолютна специфичност на действието се нарича способността на ензима да катализира трансформацията само на един субстрат и всякакви промени в структурата на субстрата го правят недостъпен за действието на ензима. Например: аргиназа, която разгражда аргинина; уреаза, която катализира разграждането на уреята.

Има доказателства за съществуването на стереохимична специфичност поради съществуването на оптично изомерни L- и D-форми или геометрични (цис- и транс-) изомери

По този начин са известни оксидази L и D a/k.

Ако някое съединение съществува под формата на цис- и транс-изомери, тогава за всяка от тези форми има свой собствен ензим. Например фумаразата катализира превръщането само на фумарова киселина (транс), но не действа върху цис изомера, малеиновата киселина.