XVIII. Кино 14 страница. При Ф. м. а. часто используют комбинацию (сопряжение) неск

При Ф. м. а. часто используют комбинацию (сопряжение) неск. ферментативных реакций. Напр., концентрация глюкозы может быть определена с помощью ферментов глюкозооксидазы (ГО) и пе-роксидазы (ПО). Под действием ГО глюкоза превращается в глюконовую к-ту, при этом образуется перекись водорода, к-рая, в свою очередь, под влиянием ПО может окислить введённый в раствор opmo-дианизидин (или толидин) и давать окраску. Измеряя интенсивность окраски раствора, можно рассчитать исходную концентрацию глюкозы (чувствительность метода 5 мкг в пробе). Этот способ применяется для быстрого определения глюкозы в моче у больных диабетом с помощью индикаторной бумажки, пропитанной указанными реактивами.

Разновидностью Ф. м. а. являются кинетические методы анализа, основанные на зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации анализируемых веществ (см. Ферментативный катализ), к-рыми могут быть субстраты, активаторы или ингибиторы ферментов. Зная характер этой зависимости, можно, измеряя скорость ферментативной реакции, рассчитать концентрацию анализируемого вещества. Напр., количественное определение фосфорорганич. инсектицидов, являющихся сильными ингибиторами, фермента холинэстеразы производится путём измерения активности этого фермента в отсутствии и в присутствии ингибитора. Чувствительность метода определения, напр. диэтил-пара-нитрофенил-фосфата, составляет 0, 015 мкг в пробе, ионов магния (по активирующему их влиянию на фермент, окисляющий изо-лимонную к-ту) - 0, 1 мкг.

Широкое распространение получили Ф. м. а., основанные на использовании ферментов, прочно связанных с твёрдыми носителями, к-рыми могут быть полимеры, неорганич. сорбенты, гели. Такие " твёрдые ферменты", помещённые на электрохимич. датчики (стеклянные, платиновые и др. электроды), представляют собой ферментные электроды, служащие инструментами для измерения скорости ферментной реакции в растворе анализируемого вещества. С помощью ферментных электродов определяют мочевину, аминокислоты, пенициллин, глюкозу и т. д. с чувствительностью 0, 1-0, 01 мкг в пробе.

Лит.: Березин И. В., Клесов А. А., Ферментные электроды, " Успехи химии", 1976, т. 45, в. 2; Methoden der enzymatische Analyse, Hrsg. H. U. Bergmeyer, 3 Aufl., Bd 1 - 2, Weinheira, 1974. В. А. Яковлев.

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ, биокатализ, ускорение химических реакций под влиянием ферментов. В основе жизнедеятельности лежат многочисленные хим. реакции расщепления питательных веществ, синтеза необходимых организму хим. соединений и трансформации их энергии в энергию физиол. процессов (работа мышц, почек, нервная деятельность и т. п.). Все эти реакции не могли бы происходить с необходимой для живых организмов скоростью, если бы в ходе эволюции не возникли механизмы их ускорения с помощью Ф. к.

Одно время считалось, что Ф. к. принципиально отличается от небиологического катализа, широко используемого в хим. произ-ве. Такое представление основывалось на трёх отличительных особенностях Ф. к.: исключительно высокой эффективности (увеличение скорости реакции в 10¹⁰-10¹³ раз) и специфичности, т.е. избирательности (способности каждого фермента катализировать превращение строго определённых биол. субстратов, иногда лишь единственного вещества, в единственном направлении), не достижимых в небиологическом катализе. Особенностью Ф. к. является также его регулируемость - способность биокатализатора - фермента - увеличивать или уменьшать свою активность в зависимости от потребностей организма. Однако исследование механизма Ф. к. показывает, что к нему применимы законы и принципы, на к-рых основаны обычные хим. реакции. Отличие реакций Ф. к. определяется сложностью структуры ферментов и хим. превращений, к-рые совершают вещества в ходе катализа.

Эффективность Ф. к. достигается в результате того, что хим. реакция разбивается на ряд энергетически более лёгких промежуточных реакций, в к-рых участвует фермент. Важнейшая для Ф. к. реакция - образование первичного фермент-субстратного комплекса даёт выигрыш энергии, достаточный для ускорения процесса в целом. Представления о необходимости образования такого комплекса следовали из изучения зависимости скорости ферментативной реакции (V) от концентрации фермента (Е) и субстрата (S), к-рая описывается уравнением Михаэлиса - Ментен:

[ris]

где k₃ и K_m - константы, характерные для каждой реакции.

К принципу Ферма: действительный путь света соответствует экстремальному времени распространения.

Эта зависимость, установленная экспериментально для мн. ферментативных реакций, может быть теоретически выведена, если превращение субстрата в продукт реакции (Р) происходит по механизму образования и распада комплекса между ферментом и субстратом - ES- комплекса:
[ris]

где k₁, k_-1 и k₊₂ - константы, характеризующие скорость указанных стрелками стадий процесса, причём соотношение (k_-1 + k₊₂)/k₊₁ = К_т. Если в реакции участвует не один, а неск. (вбольшинстве случаев два) субстратов и ES-комплекс образует продукты реакции не в одну, а в неск. стадий, зависимость выражается более сложными уравнениями, однако и они могут быть выведены лишь на основе представления о первичном образовании ES-комплексов. Для мн. ферментов получены прямые доказательства образования ES-комп-лексов. Так, спектральными методами доказано образование комплексов с участием дегидрогеназ и пероксидаз; выделены в кристаллич. состоянии комплексы оксидазы D-аминокислот с D-аланином, карбоксипептидазы А с глицил-L-тирозином. В ряде случаев установлено пространственное строение ES-комплексов методом рентгеноструктурного анализа.

Высокая специфичность Ф. к. объясняется строгим геом. и электронным соответствием структуры субстрата структуре активного центра фермента, на к-ром субстрат сорбируется и далее претерпевает хим. превращения. Допускается, что соответствие (комплементар-ность) геом. и электронного строения активного центра и реагирующих с ним участков молекулы субстрата (субстратов) достигается в момент сближения субстрата с активным центром (гипотеза индуцированного соответствия Д. Э. Кош-ленда, США). Активный центр фермента, представляющий собой ансамбль химически активных группировок (функциональных групп аминокислот), формируется из остатков аминокислот, нередко расположенных далеко друг от друга в полипептидной цепи, но сближенных в пространстве в результате глобулярной структуры белка. Часто в построении активных центров участвуют низкомолекулярные вещества (ионы металлов, орга-нич. кофакторы). В молекуле а-химо-трипсина, катализирующего гидролиз белков и полипептидов и имеющего цепь длиной в 246 аминокислотных остатков, активный центр образован остатками се-рина (порядковый номер остатка в цепи 195), гистидина (№ 57), изолейцина (№ 16) и аспарагиновой к-ты (№ 102 и № 194). Активный центр рибонуклеазы, катализирующей расщепление РНК и построенной из 124 аминокислот, образован остатками лизина (№ 7 и № 41), аргинина (№ 39) и гистидина (№ 12 н № 119). Активные центры мн. ферментов функционируют с участием низкомолекулярных веществ - кофакторов Ф. к. К ним относятся производные витаминов, коферменты, а также ионы нек-рых металлов (Na, К, Са, Mg, Zn, Fe, Си, Со, Mo и др.).

Общая теория Ф. к. не разработана, однако результаты исследования механизма действия ферментов позволяют качественно, а в отд. случаях и количественно объяснить высокую активность Ф. к. Её главные причины: 1) сближение реагентов при сорбции их в активном центре, этот фактор эквивалентен повышению концентрации реагирующих веществ; 2) специфич. ориентация сорбированного в активном центре субстрата, благоприятная для взаимодействия с ка-талитич. участком активного центра; 3) образование хим. связей между субстратом и каталитич. участком активного центра, направляющее реакцию по энергетически наиболее лёгкому пути; 4) осуществление всех осн. хим. превращений субстрата " внутримолекулярное - в составе фермент-субстратного комплекса; 5) исключительная гибкость молекулы фермента, позволяющая активному центру принимать на каждой стадии превращения фермент-субстратного комплекса строение, способствующее достижению максимальной скорости данной стадии реакции. Каждая предшествующая стадия подготавливает наилучшие условия для последующей. Ориентировочная оценка суммарного эффекта всех перечисленных факторов Ф. к. позволяет теоретически предсказать возможное ускорение реакции в 10¹⁰-10¹³ раз, что во мн. случаях совпадает с найденной экспериментально величиной.

Механизмы регуляции активности Ф. к. связаны с особенностями белковой структуры ферментов. Глобулярное строение ферментов, поддерживаемое относительно слабыми хим. связями между отд. участками полипептидной цепи, легко нарушается при изменении кислотности среды, темп-ры, концентрации солей в клетках и т. п. Поскольку для Ф. к. необходима строго заданная структура фермента, все эти факторы оказывают воздействие на его активность. Каждый фермент максимально активен при определённой темп-ре, рН среды и т. п. Изменение условий среды в обе стороны от оптимума снижает активность Ф. к.; нередко она саморегулируется продуктом реакции. Для обратимых процессов, когда фермент катализирует прямую и обратную реакции, скорость прямой реакции (активность Ф. к.) уменьшается при образовании избытка продукта реакции.

Важную роль в Ф. к. играет т. н. аллостерическая регуляция активности ферментов. В живой клетке совершается множество последовательных хим. реакций, катализируемых соответствующими ферментами E₁, Е₂ и т. п.

[ris]

Обнаружены многочисленные реакции, когда образующийся в избытке против физиологически необходимых количеств продукт Р способен снижать активность первого фермента E₁ и тем самым уменьшать скорость всей цепи реакций. Такой механизм наз. регуляцией по принципу обратной связи. При этом регулятор Р (в общем случае носит наименование эффектор) воздействует на спец. регуля-торный центр фермента E₁, расположенный вдали от активного центра. Однако вследствие подвижности структуры белковой молекулы фермента в целом реакция с регуляторным центром приводит к изменению строения и свойств активного центра. Такой участок получил, по предложению Ф. Жакоба и Ж. Моно, наименование аллостерического центра, а сами ферменты типа E₁ наз. аллостерическими ферментами. В качестве аллостерич. эффекторов часто выступают нуклеотиды (напр., адениловая к-та, аденозинтрифосфат и т. п.) и аминокислоты (в реакциях биосинтеза др. аминокислот).

К аллостерич. относят также механизмы регуляции действия фермента, содержащего неск. активных центров, при к-рых связывание субстрата в активном центре вызывает изменение (уменьшение или увеличение) активности фермента. Аллостерич. свойствами обладают ферменты, построенные из неск. (чётного числа) молекул, каждая из к-рых имеет активный и регуляторный центры. Воздействие эффектора на регуляторный центр одной из молекул вызывает общее (кооперативное) изменение строения в др. молекулах и активности фермента в целом. Возможны также регуляторные механизмы, при к-рых воздействие эффектора на аллостерич. фермент приводит к изменению степени ассоциации составляющих его субъединиц, что также сопровождается изменением общей активности фермента. Такого рода механизмы играют важную роль в регуляции сложной системы хим. реакций (обмена веществ) в живом организме.

Лит.: " Журнал Всес. химического об-ва им. Д. И. Менделеева", 1971, т. 16, № 4; Дженкс В. П., Катализ в химии и энзимологии, пер. с англ., М., 1972; Структура и функции активных центров ферментов. Сб., посвященный 70-летию со дня рождения А. Е. Браунштейна, М., 1974. В. А. Яковлев.

ФЕРМЕНТЁР, аппарат для глубинного выращивания (культивирования) микроорганизмов в питат. среде в условиях стерильности, интенсивного перемешивания, непрерывного продувания стерильным воздухом и постоянной темп-ры. Ф. представляет собой герметичный цилинд-рич. сосуд - корпус, снабжённый барбо-тером для подачи стерильного воздуха и мешалкой с электроприводом. Внутри Ф. вдоль его корпуса и перпендикулярно к нему закрепляют узкие металлич. полосы - отбойники для повышения эффективности перемешивания. Объём Ф., предназначенных для лабораторных исследований, чаще до 30 л, для полузаводских экспериментов - 0, 05-5 м³, промышленного использования - 50-100 м³. Лабораторные ф. могут изготовляться из термостойкого стекла (их стерилизуют в автоклавах), Ф. больших размеров - из нержавеющей стали (они имеют паровую рубашку для стерилизации и поддержания темп-ры). Ф., как правило, оборудуются устройствами для измерения и регулирования темп-ры, кол-ва продуваемого воздуха и давления внутри Ф. В случае необходимости Ф. дополнительно снабжается устройствами для измерения и регулирования рН среды, концентрации растворённого кислорода в культуральной жидкости, углекислого газа в выходящем воздухе, сигнализатором уровня пены и приспособлениями для механич. или хим. пеногашения. При непрерывном процессе культивирования микроорганизмов Ф. дополнительно оборудуются стерилизуемыми резервуарами для хранения компонентов питат. среды и насосами для их непрерывной подачи в Ф. Используют Ф. в пром-сти при микробиологическом синтезе антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот, нуклеотидов, белково-витаминных концентратов и т. д., в науч. исследованиях в области микробиологии, биохимии и др. родств. дисциплин.

Лит.: Уэбб Ф., Биохимическая технология и микробиологический синтез, пер. с англ., М., 1969; Производство антибиотиков, М., 1970. М. А. Гильзин.

" ФЕРМЕНТНАЯ И СПИРТОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ", научно-технич. и производств. журнал, орган Мин-ва пищ. пром-сти СССР и центр. правления научно-технич. об-ва пищ. пром-сти. Периодичность 8 номеров в год. Издаётся в Москве с 1924; назв. менялось (в частности, с 1953 по 1963 назывался " Спиртовая промышленность"). Освещает достижения науки и техники в спиртовой, пиво-безалкогольной, ликёро-водочной, ферментной и ацетонобутиловой пром-сти, опыт передовых предприятий. Тираж (1975) 4600 экз.

ФЕРМЕНТНЫЕ ПРЕПАРАТЫ, лекарственные средства, содержащие ферменты; оказывают направл. влияние на обмен веществ. Ф. п. получают из продуктов животного происхождения, растений и микроорганизмов. Желудочный сок, пепсин, панкреатин и др. Ф. п. и ферменты применяют при желудочно-кишечных заболеваниях с нарушением функций желез органов пищеварения. Широкое применение в мед. практике нашли Ф. п. протеолитич. действия (см. Протеолитические ферменты), получаемые из поджелудочной железы кр. рог. скота (напр., химотрипсин). Они расщепляют пептидные связи в белках и пептидах. Трипсин при местном воздействии разрушает некротизированные ткани и фибринозные образования, разжижает вязкие секреты, экссудат, сгустки крови, при внутримышечном введении оказывает противовоспалит. действие. Применяют трипсин в виде ингаляций или внутримышечно для облегчения удаления секрета и экссудата при бронхитах, бронхоэктатической болезни; при лечении тромбофлебита, остеомиелита, гайморита, иридоциклита и др. заболеваний; местно - при лечении ожогов, пролежней, гнойных ран. Дезоксирибонук-леаза уменьшает вязкость гноя, задерживает развитие вирусов герпеса, аденовирусов; применяют при герпетических и аденовирусных заболеваниях глаз, абсцессах лёгких, поражен-иях верх. дыхательных путей. Препарат лидаза, содержащий фермент гиалуронидазу, вызывает увеличение проницаемости тканей и облегчает движение жидкостей в межтканевых пространствах; применяют при контрактурах суставов, рубцах после ожогов и операций, гематомах и др. Для лечения тромбоэмболии, тромбофлебитов, инфаркта миокарда применяют фибринолизин, растворяющий свежие тромбы. Пенициллиназа, получаемая из культуры Bacillus cereus, инактивирует препараты пенициллина, в связи с чем применяется при аллергич. реакциях, вызванных этими препаратами.

В мед. практике применяют также препараты с антиферментной активностью: антихолинэстеразные средства (угнетают холинэстеразу), нек-рые антидепрессивные средства (угнетают моно-аминоксидазу); в качестве мочегонных - ингибиторы карбоангидразы (напр., диа-карб); при острых панкреатитах - ингибиторы протеолитич. ферментов (напр., трасилол).

Лит.: Капланский С. Я., Применение ферментных препаратов в терапии различных заболеваний, в кн.: Актуальные вопросы современной биохимии, т. 2, М., 1962; Машковский М. Д., Лекарственные средства, 7 изд., ч. 2, М., 1972.

В. В. Чурюканов.

ФЕРМЕНТНЫЕ ЯДЫ, вещества различной хим. природы, специфически подавляющие активность определённого фермента или группы родств. ферментов. По существу Ф. я. представляют собой ингибиторы ферментов, к-рые даже в очень низких концентрациях угнетают жизненно важные физиол. функции организма. Мн. ядовитые вещества, т. н. " нервные яды" (люизит), " дыхательные яды" (цианиды, H₂S), пестициды (ядохимикаты) оказывают отравляющее действие в результате ингибирования отд. ферментов (напр., холинэстеразы у членистоногих). Изучение влияния Ф. я. на изолированные ферменты или ферментные системы позволяет целенаправленно искать эффективные противоядия к определённым отравляющим веществам или новые пестициды для борьбы с вредными насекомыми, клещами и т. д. и сорняками. Иногда термин " Ф. я." применяют для обозначения ферментов, входящих в состав ядов змей, пчёл, скорпионов и др. и разрушающих клетки крови или др. тканей человека и животных.

ФЕРМЕНТОПАТИИ, энзимопатии, заболевания, обусловленные врождённым дефектом обмена веществ вследствие ферментных нарушений; относятся к группе наследственных заболеваний. В основе Ф. лежат различные виды нарушений (полное отсутствие фермента, снижение его активности, отсутствие или неправильный синтез кофермента и др.), последствия к-рых в виде определённых аномалий обмена в-в и определяют в каждом случае специфику клинич. картины Ф. Напр., аномалии углеводного обмена могут проявляться в виде сахарного диабета, галактоземии; жирового обмена - в виде болезней Тей-Сакса, Нимана-Пи-ка; аминокислотного обмена - в виде алкаптонурии, альбинизма и т. п. Известно ок. 500 видов Ф. Многие из них отличаются полиморфизмом и т. н. гетерогенностью, к-рая заключается в том, что аномалии различных генов, регулирующих взаимодействие ферментов, могут иметь идентичные проявления, т. к. ферменты, контролирующие разные биохим. реакции, нередко дают одинаковый конечный результат метаболизма. Большинство Ф. передаётся по аутосомно-рецессивному типу наследования. Нек-рые Ф. могут быть выявлены с помощью экспресс-методов в первые дни жизни ребёнка, напр. фенилкетонурия. Во многих случаях ранняя диагностика Ф. позволяет нормализовать обмен веществ с помощью специально подобранной диеты, введения в организм недостающего вещества (заместительная терапия), гормонов или удаления избытка продуктов метаболизма, нарушающего обмен веществ. Перспективен также метод внутриутробной диагностики (изучение культивируемых клеток околоплодной жидкости, реже - прямое исследование её). В профилактике Ф. возрастает роль медико-генетической консультации (см. также " Молекулярные болезни", Молекулярная генетика).

Лит.: Бадалян Л. О., Таболин В. А., Вельтищев Ю. Е., Наследственные болезни у детей, М., 1971; Xаррис Г., Основы биохимической генетики человека, пер. с англ., М., 1973; Но well R. R., Moore Ch. M., Prenatal diagnosis in the prevention of genetic disease, " Texas medicine", 1974, v. 70, № 5, p. 77 - 84.

ФЕРМЕНТЫ (от лат. fermentum - закваска), энзимы, специфические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Почти все био-химич. реакции, протекающие в любом организме и в своём закономерном сочетании составляющие его обмен веществ, катализируются соответствующими Ф. Направляя и регулируя обмен веществ, Ф. играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности.

Как всякие катализаторы, Ф. снижают энергию активации, необходимую для осуществления той или иной хим. реакции, направляя её обходным путём- через промежуточные реакции, к-рые требуют значительно меньшей энергии активации. Так, реакция АБ-> А + Б в присутствии Ф. идёт след. образом: АБ + Ф-> АБФ и далее АБФ-> БФ + А и БФ-> Б + Ф. Напр., для осуществления реакции гидролиза дисахарида сахарозы, в результате к-рого образуются глюкоза и фруктоза, без участия катализатора требуется 32 000 кал (1 кал = = 4, 19 дж) на моль сахарозы. Если же реакция катализируется Ф. р-фруктофу-ранозидазой, то необходимая энергия активации составляет всего 9400 кал. Подобное понижение энергии активации под влиянием Ф.- следствие перераспределения электронных плотностей и нек-рой деформации молекул субстрата, происходящей при образовании промежуточного соединения - фермент-субстратного комплекса (АБФ). Эта деформация, ослабляя внутримолекулярные связи, приводит к понижению необходимой энергии активации и, следовательно, ускоряет течение реакции (см. Катализ, Ферментативный катализ).

История изучения ферментов. В 1814 рус. химик К. Г. С. Кирхгоф открыл ферментативное действие водных вытяжек из проросшего ячменя, расщеплявших крахмал до сахара. Можно считать, что эти работы положили начало энзимологии (ферментологии) как самостоятельному разделу биол. химии. В 1833 франц. химиками А. Пайеном и Ж. Персо впервые был выделен из солода препарат фермента амилазы, что способствовало развитию препаративной химии Ф. В сер. 19 в. разгорелась дискуссия о природе брожения между Л. Постером, с одной стороны, и Ю. Либихом, П. Э. М. Бертло и К. Бернаром - с другой. Опираясь на свои классич. работы, Пастер развивал представление о том, что брожение вызывается лишь живыми микроорганизмами и что процесс брожения неразрывно связан с их жизнедеятельностью. Либих и его сторонники, отстаивая хим. природу брожения, считали, что оно является следствием образования в клетках микроорганизмов растворимых Ф., подобных выделяемой из солода амилазе. Однако все попытки выделить из разрушенных дрожжевых клеток растворимый Ф., способный вызвать брожение, не удавались. Дискуссия Либиха и Па-стера о природе брожения была разрешена в 1897 Э. Бухнером, к-рый, растирая дрожжи с инфузорной землёй, выделил из них бесклеточный растворимый ферментный препарат (названный им зимазой), вызывавший спиртовое брожение. Открытие Бухнера утвердило материалистич. понимание природы брожений и имело большое значение для дальнейшего развития как энзимологии, так и всей биохимии.

В нач. 20 в. Р. Вильштеттер с сотрудниками стал широко применять для выделения и очистки Ф. метод адсорбции (впервые предложен А. Я. Данилевским для разделения Ф. поджелудочной железы). Работы Вильштеттера, имевшие большое значение для характеристики свойств отдельных Ф., привели вместе с тем к принципиально неправильному выводу, что Ф. не принадлежат ни к одному из известных классов органич. соединений. Выдающимся успехом в выяснении хим. природы Ф. были исследования амер. биохимиков Дж. Самнера, выделившего в 1926 в кристаллич. виде Ф. уреазу из семян канавалии, и Дж. Нортропа, получившего в 1930 кристаллы протеолитического Ф. пепсина. Работы Самнера и Нортропа указали путь получения высокоочищенных кристаллич. препаратов Ф. и вместе с тем неопровержимо доказали белковую природу Ф.

С сер. 20 в. благодаря развитию методов физ.-хим. анализа (гл. обр. хроматографии) и методов белковой химии расшифрована первичная структура мн. Ф. Так, работами амер. биохимиков С. Мура, У. Стайна и К. Анфинсена показано, что Ф. рибонуклеаза из поджелудочной железы быка представляет собой полипе-птидную цепочку, состоящую из 124 аминокислотных остатков, соединённых в 4 местах дисульфидными связями.

С помощью рентгеноструктурного анализа расшифрована вторичная и третичная структура ряда Ф. Так, методом рентгеноструктурного анализа англ. учёный Д. Филлипс в 1965 установил трёхмерную структуру Ф. лизоцима. Показано, что мн. Ф. обладают также четвертичной структурой, т. е. их молекула состоит из неск. идентичных или различных по составу и структуре белковых субъединиц (см. Биополимеры).

Общая характеристика ферментов. Все Ф. разделяются на две большие группы: однокомпонентные, состоящие исключительно из белка, и двухкомпонентные, состоящие из белка, наз. апоферментом, и небелковой части, нач. простетической группой. Апофермент двухкомпонентных Ф. наз. также белковым носителем, а простетическую группу - активной группой. Благодаря работам О. Вар-бурга, А. Теорелля, Ф. Линена, Ф. Лип-мана и Л. Лелуара установлено, что про-стетические группы мн. Ф. представляют собой производные витаминов или нук-леотидов. Т. о. была открыта важнейшая функциональная связь между Ф., витаминами и нуклеотидами, являющимися строительными " кирпичиками" нуклеиновых к-т.

Примером двухкомпонентного Ф. является пируватдекарбоксилаза, катализирующая расщепление пировиноградной кислоты на двуокись углерода и уксусный альдегид: СНзСОСООН-> -> СН₃СНО + СО₂. Про-стетич. группа пируват-декарбоксилазы (тиа-минпирофосфат) образована молекулой тиами-на (витамина B₁) и двумя остатками фосфорной кислоты. Про-стетические группы ряда важных окислительно-восстановительных Ф. -дегидро-геназ содержат производное амида никотиновой к-ты (ниацина), или же рибофлавина (витамина В₂); в состав простетич. группы т. н. пиридоксалевых ферментов, катализирующих перенос аминогрупп (-NH₂) и декарбоксилирование и ряд др. превращений аминокислот, входит пиридоксальфосфат - производное витамина Be; активная группа Ф., катализирующих перенос остатков различных органич. к-т (напр., ацетила СН₃СО-), включает витамин пантотеновую кислоту. К двухкомпонентным, Ф. относятся также важные окислительные Ф.- каталаза (катализирует реакцию разложения перекиси водорода на воду и кислород) и пероксидаза (окисляет перекисями различные соединения, напр. полифенолы с образованием соответствующего хинона и воды). Каталитич. действие этих Ф. может быть воспроизведено с помощью ионов трёхвалентного железа. Эти ионы обладают, однако, очень малой каталитич. активностью, к-рая может быть усилена, если атом железа входит в состав гема. Хотя гем обладает уже значит. каталазным действием, его каталитич. активность всё же в неск. миллионов раз меньше активности каталазы, в к-рой гем в качестве простетич. группы этого Ф. связан со специфич. белком. Гем обладает также слабым пероксидазным действием, однако это действие проявляется в полной мере только после соединения гема со специфич. белком в целостный Ф. пероксидазу. Т. о., соединение простетич. группы с белком приводит к резкому возрастанию её каталитич. активности. Вместе с тем от природы белка зависит не только каталитич. активность, но и специфичность действия Ф. Прочность связи простетич. группы и апофермента различна у разных Ф. У некоторых Ф., напр. у дегидрогеназ, катализирующих окисление различных субстратов путём отщепления водорода, эта связь является непрочной. Такие Ф. легко диссоциируют (напр., при диализе) и распадаются на простетич. группу и апофермент. Простетические группы, легко отделяющиеся от белковой части Ф., наз. коферментами.

Многие Ф. содержат металлы, без которых Ф. не активен. Эти металлы наз. кофакторами. Так, пероксидаза и каталаза содержат железо, аскор-бинатоксидаза, катализирующая окисление аскорбиновой кислоты, - медь, алкогольдегидрогеназа, окисляющая спирты в соответствующие альдегиды, - цинк.

Специфичность и механизм действия ферментов. Действие Ф., в отличие от неорганич. катализаторов, строго специфично и зависит от строения субстрата, на к-рый Ф. действует. Прекрасным примером такой зависимости служит катализируемая аргиназой реакция гидро-литич. расщепления аминокислоты аргинина на орнитин и мочевину:

Первичная структура (последовательность аминокислотных остатков) фермента рибонуклеазы из поджелудочной железы быка. Чёрным обозначены 4 дисульфидных мостика, скрепляющих полипептидную цепь фермента.

Однако аргиназа не расщепляет метилового эфира аргинина:

[ris]

Дипептид, состоящий из остатков двух молекул аргинина, под действием аргиназы даёт лишь половину теоретич. кол-ва мочевины. Очевидно, что, хотя расщепление аргинина происходит в месте, весьма отдалённом от карбоксильной (СООН) группы (показано пунктиром), необходимым условием действия аргиназы является её соединение с карбоксильной группой аргинина. Поэтому замещение водорода в карбоксильной группе на метальный остаток или же связывание карбоксильной группы со второй молекулой аргинина оказывают резкое влияние на действие аргиназы. Примеры специфичности действия Ф. могут быть приведены при рассмотрении их стереохи-мич. специфичности, т. е. действия Ф. на стереоизомеры (см. Изомерия). Так, Ф., окисляющий природные L-амино-кислоты, не действует на D-изомеры этих же аминокислот; Ф. дипептидаза, гидролизирующий дипептиды, состоящие из остатков L-аминокислот, не действует на такие же дипептиды, состоящие из остатков D-аминокислот. Специфичность действия Ф. послужила нем. учёному Э. Фишеру основанием для сравнения субстрата и Ф., к-рый катализирует его превращение, с замком и соответствующим ему ключом. Стереохим. специфичность Ф. теснейшим образом связана с одной из осн. особенностей живых организмов - их способностью к синтезу оптически активных органических соединений.