Основы биохимии - Филиппович Ю. Б. 1999

Ферменты
Локализация ферментов в клетке

Одним из принципиальных отличий ферментов от катализаторов неби­ологического происхождения является кооперативный характер их действия. На уровне одиночной молекулы фермента кооперативный принцип реализует­ся в тонком взаимодействии субстратного, активного и аллостерического центров. Однако гораздо большее значение имеет кооперативное осуществле­ние реакций на уровне ансамблей ферментов. Именно благодаря наличию систем ферментов—в виде мультиэизимных комплексов или еще более слож­ных образований — метаболонов, обеспечивающих каталитические превраще­ния всех участников единого метаболического цикла—в клетках с большой скоростью осуществляются многостадийные процессы как распада, так и син­теза органических молекул. Ферментативный катализ в многостадийных реак­циях идет без выделения промежуточных продуктов: только возникнув, они тут же подвергаются дальнейшим преобразованиям.

Это возможно лишь потому, что в клеточном содержимом ферменты распределены не хаотически, а строго упорядоченно. С современной точки зрения клетка представляется высокоорганизованной системой (см. рис. 3), в отдельных частях которой осуществляются строго определенные биохими­ческие процессы. В соответствии с приуроченностью их к определенным субклеточным частицам или отсекам (компартментам) клетки в них локализо­ваны те или иные индивидуальные ферменты, мультиэнзимные комплексы, полифункциональные ферменты или сложнейшие метаболоны.

Приведем несколько характерных примеров. Разнообразные гидролизы и лиазы сосредоточены преимущественно в лизосомах. Внутри этих сравнительно небольших (несколько нанометров в диаметре) пузырьков, отграниченных мембраной от гиалоплазмы клетки, протекают процессы деструкции различных органических соединений до тех простейших структурных единиц, из которых они построены. Сложные ансамбли окислительно-восстановительных ферментов, такие, например, как цитохромная система, находятся в митохондриях. В этих же субклеточных частицах локализован набор ферментов цикла дикарбоновых и трикарбоновых кислот (см. гл. VIII). Ферменты активирования аминокислот распределены в гиалоплазме, но они же есть и в ядре. В гиалоплазме присутству­ют многочисленные метаболоны гликолиза, структурно объединенные с таковы­ми пентозофосфатного цикла, что обеспечивает взаимопереключение дихотоми­ческого и апотомического путей распада углеводов (см. гл. VIII). В то же время ферменты, ускоряющие перенос аминокислотных остатков на растущий конец полипептидной цепи и катализирующие некоторые другие реакции в процессе биосинтеза белка, сосредоточены в рибосомальном аппарате клетки. Нуклеотидилтрансферазы, ускоряющие реакцию переноса нуклеотидных остатков при новообразовании нуклеиновых кислот, локализованы в основном в ядерном аппарате клетки. Таким образом, системы ферментов, сосредоточенные в тех или иных структурах, участвуют в осуществлении отдельных циклов реакций. Будучи тонко координированы друг с другом, эти отдельные циклы реакций обеспечива­ют жизнедеятельность клеток, органов, тканей и организма в целом.