BIOCHEMISTRY

THE CHEMICAL REACTIONS OF LIVING CELLS

David E. Metzler Iowa State University

Academic Press

New York San Francisco London

A SUBSIDIARY OF HARCOURT BRACE JOVANOVICH, PUBLISHERS

Д. Мецлер

БИОХИМИЯ

Химические реакции в живой клетке

том

2

Перевод с английского под редакцией

акад. А. Е. Браунштейна,

д-ра хим. наук Л. М. Гинодмана,

д-ра хим. иаук Е. С. Северина

Издательство «Мир»

УДК 577.1

Новейшее и наиболее современное руководство по биохимии, написанное известным американским ученым, работающим в области биохимии, молекулярной биологии и энзимологии. Отличительной чертой книги является рассмотрение материала в соответствии с химическими реакциями, происходящими в живой клетке, а ие традиционно — по основным классам соединений.

На русском изыке книга выходит в трех томах.

В первый том вошлн главы, посвященные общим вопросам, структуре биополимеров, энергетике и функциям клеточных мембран. В настоящем, втором, томе изложены основы ферментативного катализа, описаны пути синтеза и распада молекул в живых организмах. В третьем томе рассмотрены вопросы биохимической генетики, роста и дифференцировкн тканей, химического взаимодействия клеток, а также влияния внешних факторов на процессы обмена веществ.

Предназначена для биохимиков, молекулярных биологов, физиологов, генетиков, микробиологов, цитологов, фармакологов, химиков, медиков, для студентов, аспирантов и преподавателей биологических, химических н медицинских специальностей.

Редакция литературы по биологии

2001040000 М 21005—429 W 041(01)—80

Подп. изд. 1980

© 1977, Academic Press, Inc. Перевод на русский язык, «Мир», 1980

Глава 6

Ферменты: белковые катализаторы

клеток

Функциональный аппарат клеток состоит в основном из ферментов. Сотни ферментов удалось выделить из живых клеток, очистить и получить в кристаллическом виде. Многие другие обнаруживаются только по их каталитическому действию и в чистом в'иде пока не выделены. Большинство известных в настоящее время ферментов представляет собой растворимые глобулярные белки, однако каталитическими свойствами могут обладать и структурные белки клетки. Так, актин и миозин совместно катализируют гидролиз АТР (гл. 4, разд. Е). (Следует, однако, заметить, что пока неясно, как эта ферментативная реакция сопряжена с сокращением мышечных волокон.)

Свойствам ферментов — белковых катализаторов — посвящена обширная литература, и новичку в этой области (может даже в голову не прийти поставить ряд простых, но чрезвычайно важных вопросов. Как мы узнаем, что клетка «набита» ферментами? Как устанавливаем, что данный белок представляет собой фермент? Ответить на эти вопросы можно так: ферменты «опознают» только по их способности катализировать химические реакции. Поэтому для многих биохимиков одной из повседневных операций является определение каталитической активности ферментов. Выделить и получить в очищенном виде эти удивительные молекулы можно только при тщательном измерении скорости катализируемых ими реакций.

Ферментативная кинетика, занимающаяся количественным изучением реакций, катализируемых ферментами, представляет собой область науки, в которой математические методы нашли самое широкое применение; она имеет огромную практическую ценность для биохимика. Это самый важный метод установления механизма катализа, которым мы располагаем. Кинетические исследования позволяют определить сродство субстратов и ингибиторов к ферментам и специфичность их связывания, найти максимальную скорость процесса, катализируемого специфическим ферментом, а также решить многие другие задачи.

Ниже кратко изложены основные понятия ферментативной кинетики и приведены некоторые экспериментальные данные. Заметим, что главная цель кинетических исследований — найти уравнение скорости, которое связывает скорость реакции с экспериментально измеряемыми параметрами. Для более глубокого изучения этого вопроса читателю стоит ознакомиться с рядом специальных статей и книг, например работами [1—б]1*.

" Из недавно опубликованных книг можно рекомендовать следующие: Корниш-Боуден Э. Основы ферментативной кинетики. Пер. с англ, — М.: Мир, 1979; Бере-зин И. В., Мартинек К. Основы физической химии ферментативного катализа. — М.: Высшая школа, 1977; Roberts D. V. Enzyme kinetics, Cambridge University Press, Cambridge, 1977; Marmasse C. Enzyme kinetics, Gordon and Breach, New York, 1977; Ainswotrh S. Steady-state enzyme kinetics, Macmillan Press, London, 1977. — Прим. перев.

А. Основы ферментативной кинетики

Для того чтобы измерить скорость химической реакции, необходимо прежде всего «запустить» эту реакцию в определенное время (например, быстро смешав реагенты), а затем при строго фиксированных значениях температуры и рН (что очень важно) измерить концентрацию реагента или продукта через определенный промежуток (или промежутки) времени. Исследователи проявили чудеса изобретательности, создав огромное число разнообразных способов регистрации кинетических

РИС 6-1. Кинетическая кривая