Особенности ферментов, обусловленные их белковой природой

Ферменты, как и все белки, обладают рядом свойств, характерных для высокомолекулярных соединений: амфотерностью (могут существовать в растворе в виде анионов, катионов и амфионов); электрофоретической подвижностью благодаря наличию в них положительных и отрицательных зарядов, а в изоэлектрической точке не обнаруживают подвижности в электрическом поле. Ферменты неспособны к диализу через полупроницаемые мембраны. При помощи диализа их растворы можно освободить от низкомолекулярных примесей. Как и белки, они легко осаждаются из водных растворов при низких температурах методами высаливания или осторожным добавлением ацетона, этанола и других веществ и при этом не теряют своих каталитических свойств.

Свойства ферментов. Зависимость активности ферментов от pН, температуры, концентрации субстратов

Каждый фермент имеет узкий диапазон значений рН, при котором активность его максимальна. Большинство ферментов проявляют максимальную активность в организме при значениях рН, близких к 7,0, т. е. в нейтральной среде. Однако отдельные ферменты проявляют высокую активность в сильно кислой среде, например пепсин (рН 2,0), сахараза (рН 4,5), или щелочной среде, например трипсин (рН 8,0), липаза (рН 9,0), аргиназа (рН 9,7). Влияние рН среды на активность ферментов связано с изменением степени ионизации их белковой молекулы под воздействием протонов Н+ или гидроксилов (ОН"), что в первую очередь влияет на структуру активного центра фермента. В организме человека в состоянии относительного покоя диапазон колебаний рН незначителен и ферменты «работают» в своих оптимальных режимах. При интенсивных физических нагрузках в мышцах накапливается молочная кислота, способная окислять среду и снижать активность многих ферментов.

При повышении температуры от 0 до 40 °C активность ферментов, как правило, повышается. Температурный коэффициент Q10 = 2, что указывает на повышение скорости ферментативной реакции в два раза при изменении температуры на 10 °C. Дальнейшее повышение температуры до 45−55 °С приводит к резкому снижению активности ферментов вследствие тепловой денатурации белка. Все ферменты имеют свою оптимальную температуру, при которой активность их максимальная (для многих ферментов оптимальной является температура 37−40 °С). Однако имеются и термостабильные ферменты, например миокиназа, активность которой сохраняется при нагревании до 100 °C. При понижении температуры активность ферментов снижается. Тем не менее необратимая денатурация их не происходит, так как в условиях оптимальных температур их активность восстанавливается (примером может служить зимняя спячка животных). Это свойство ферментов используется при замораживании продуктов, а также органов и генетического материала, используемых для трансплантации.

При увеличении количества субстрата начальная скорость возрастает. Когда фермент становится полностью насыщенным субстратом, т. е. происходит максимально возможное при данной концентрации фермента формирование фермент-субстратного комплекса, наблюдают наибольшую скорость образования продукта. Дальнейшее повышение концентрации субстрата не приводит к увеличению образования продукта, т. е. скорость реакции не возрастает. Данное состояние соответствует максимальной скорости реакции Vmax.