Абсолютна специфічність

Абсолютно специфічні ферменти прискорюють певний тип реакції одного єдиного субстрату. Так, аргіназа каталізує тільки реакцію гідролізу аргініну на орнітин і сечовину; сахараза - гідроліз сахарози на глюкозу і фруктозу.

Особливим видом абсолютної специфічності є стереоспецифічність, тобто спроможність прискорювати перетворення тільки одного стереоізомеру речовини.

Відносна Відносна специфічність

Ферменти, що володіють відносною специфічністю, прискорюють реакції, характерні для певних типів хімічних зв'язків у молекулах різноманітних речовин одного класу. Наприклад, стравоварильний фермент пепсин прискорює гідроліз пептидних зв'язків, утворених при участі циклічних амінокислот, у будь-яких білках; ліпаза - гідроліз складноефірних зв'язків гліцеридів, утворених будь-якими жирними кислотами.

По образному виразові, нерідко уживаному в біохімічній літературі, фермент підходить до субстрату, як ключ до замка. Це знамените правило було сформульовано Э. Фішером у 1894 р. виходячи з того, що специфічність дії ферменту визначається суворою відповідністю геометричної структури субстрату й активного центру ферменту.

У 50-е роки нашого сторіччя це статичне уявлення було замінено гіпотезою Д. Кошланда про індуковану відповідність субстрату і ферменту. Сутність її зводиться до того, що просторова відповідність структури субстрату й активного центру ферменту створюється в момент їхньої взаємодії один з одним, що може бути виражено формулою "рукавичка - рука". При цьому в субстраті вже деформуються деякі валентні зв'язки і він, таким чином, підготовлюється до подальшої каталітичної видозміни, а в молекулі ферменту відбуваються конформаційні перебудови. Гіпотеза Кошланда, заснована на допущенні гнучкості активного центру ферменту, задовільно пояснювала активування й інгібування дії ферментів і регуляцію їхньої активності при впливі різноманітних чинників. Зокрема, конформаційні перебудови у ферменті в процесі зміни його активності Кошланд порівнював із коливаннями павутиння, коли в неї потрапила здобич (субстрат), підкреслюючи цим крайню лабільність структури ферменту в процесі каталітичного акту:

В даний час гіпотеза Кошланда поступово витісняється гіпотезою топохімічної відповідності. Зберігаючи основні положення гіпотези взаємоіндукованого настроювання субстрату і ферменту, вона фіксує увагу на тому, що специфічність дії ферментів пояснюється в першу чергу впізнаванням тієї частини субстрату, що не змінюється при каталізі. Між цією частиною субстрату і субстратним центром ферменту виникають численні точкові гідрофобні взаємодії і водневі зв'язки.

Вплив різних факторів середовища на ферментативні процеси (температури, концентрації водневих іонів і ін.).

Будучи білками, ферменти мають усі їхні властивості. Водночас біокаталізатори характеризуються рядом специфічних якостей, що теж витікають із їхньої білкової природи. Ці якості відрізняють ферменти від каталізаторів звичайного типу. Сюди відносяться термолабільність ферментів, залежність їхньої дії від значення рН середовища, специфічність і, нарешті, вплив активаторів і інгібіторів.

Термолабільність ферментів пояснюється тим, що температура, з одного боку, впливає на білкову частину ферменту, приводячи при занадто високих значеннях до денатурації білку і зниження каталітичної функції, а з іншого боку, впливає на швидкість реакції утворення фермент-субстратного комплексу і на всі наступні етапи перетворення субстрату, що веде до посилення каталізу.

Залежність каталітичної активності ферменту від температури виражається типової кривої. До деякого значення температури (у середньому до 5О°С) каталітична активність росте, причому на кожні 10°С приблизно в 2 рази підвищується швидкість перетворення субстрату. У той же час поступово зростає кількість інактивованого ферменту за рахунок денатурації його білкової частини. При температурі вище 50°С денатурація ферментного білку різко посилюється і, хоча швидкість реакцій перетворення субстрату продовжує рости, активність ферменту, що виражається кількістю перетвореного субстрату, падає.

Детальні дослідження зростання активності ферментів із підвищенням температури, проведені останнім часом, показали більш складний характер цієї залежності, чим зазначено вище: у багатьох випадках вона не відповідає правилу подвоєння активності на кожні 10°С в основному через поступово наростаючіх конформаційні зміни в молекулі ферменту.

Температура, при котрій каталітична активність ферменту максимальна, називається його температурним оптимумом.

Температурний оптимум для різноманітних ферментів неоднаковий. У загальному для ферментів тваринного походження він лежить між 40 і 50°С, а рослинного - між 50 і 60°С. Проте є ферменти з більш високим температурним оптимумом, наприклад, у папаїну (фермент рослинного походження, що прискорює гідроліз білку) оптимум знаходиться при 8О°С. У той же час у каталази (фермент, що прискорює розпад Н₂О₂ до Н₂О й О₂) оптимальна температура дії знаходиться між 0 і -10°С, а при більш високих температурах відбувається енергійне окислювання ферменту і його інактивація.