ая расщепление на дн- и олпгосахарпдпые блоки крахмала и гликогена. В желудочном соке содержится пепсин — протеаза, расщепляющая белки па большие фрагменты, преимущественно по остаткам фенплалапппа и лейцина. Отличительной особенностью этого фермента является способность функционировать в кислом среде, характерной для желудочного сока (рН 1-3). Поджелудочная железа продуцирует широкий спектр пищеварительных ферментов, многие из которых уже упоминались в тексте,— это рпбопуклеаза, дезокспрпбопуклеазн, трипсин, хпмот-рипсин, эластаза. Выделяются также ?-ам плаза, завершающая Гидролиз полимерных Сахаров, липазы и фосфолипазы, катачпзпрующпс гидролиз сложноэфнр-ных связей в жирах и фосфолнпидах с освобождением жирных кислот. В последнем процессе важную роль играют желчные кислоты, поставляемые в кпшемпы" тракт печенью через желчный и поток — гликохо.чемая (77) и тятппппиаи С 7 ,S).

которые, будучи эффективными детергентами, эмульгируют жиры и облегчают действие на них липаз. Окончательная деградация до мономеров проходит под действием ферментов, выделяемых стенками двенадцатиперстной и тонкой кишок. В их числе сахараза (/З-фруктофураиозидаза) и мальтаза (a-D-глюкозида-За), расщепляющие днеахариды сахарозу и мальтозу до мономеров, фосфомоио-зстераза ( .кислая фосфатаза), превращающая нуклеотиды в нуклеозпды, пепти-дазы, завершающие превращение белков в аминокислоты.

Переваривание биополимеров происходит не только в желудочно-кишечном тракте, но и внутри эукариотических клеток в специальных оргаиеллах, отделенных от остальных отделов цитоплазмы специальной мембраной, — лизосо.шах. Для этих органелл характерно наличие ферментов, имеющих оптимум рН в слабокислой среде. Таким образом, собственные биополимеры клетки как бы дважды застрахованы от разрушения гндролазамп лнзосом — наличием мембраны, непроницаемой для гпдролаз, и неспособностью лизосомиых гпдролаз функционировать при нейтральном рН, характерном для цитоплазмы.

Следует отметить, что гпдролазы, катализирующие гидролиз биополимеров, имеют огромное значение не только для отдельных живых организмов, но и для биосферы в целом. Если бы эти процессы не осуществлялись в большом масштабе, то за исторически короткий срок исчерпались бы все ресурсы биогенных элементов и они оказались бы омертвленными в виде биополимеров погибших организмов.

Гидролиз полимеров, помимо его значения для реутилизации важнейших мономеров, играет в живой природе еще по крайней мере две важные роли. Во-первых, это уничтожение внутри клетки биополимеров, которые, выполнив свою функцию, становятся ненужными па последующем этапе жизнедеятельности. Известно, например, что у прокариот время жизни отдельных молекул мРНК, как правило, невелико — выполнив свою функцию в производстве необходимых клетке белков, они гидролпзуются до мономеров и повторно используются для создания новых молекул мРНК, необходимых для следующего этапа жизни клеток. Во-вторых, это осуществление так называемого процессиша белков и рибонуклеиновых кислот. Многие белки и РНК синтезируются не в зрелом виде, а в виде предшественников, содержащих дополнительные фрагменты полппуклеотид-Hbix или полипептндных цепей. Эти фрагменты удаляются с помощью специальных гидролаз, и такая обработка 'Предшественников с образованием зрелых моле-кУл называется процесспигом.

Например, многие белки, которые должны выводиться за пределы производящей их клетки,— иммуноглобулины, гормоны и др.— снабжены специальными сигнальными последооателыюстл.ии аминокислот на ?-копце первичной полмпеп-

тидной цепи в виде 15—20 остатков с резким преобладанием гидрофобных аминокислот. Такие белки называют пробелками. После прохождения синтезированной полипептидной цепи через мембрану сигнальные последовательности отщепляются с помощью специальных связанных с мембранами протеаз. Кроме того, многие белки синтезируются в виде функционально неактивных предшественников — пробелков. Это может иметь двоякое значение. Во-первых, это позволяет включить их функцию не сразу, а по достижении ими определенной мишени. Например, трипсин, который синтезируется поджелудочной железой в виде неактивного mpuncunoiena, активируется в кишечнике при действии специальной кишечной протеазы — энтеропептидазы, которая катализирует отщепление с ?-конца гекса-пептида. Во-вторых, это существенно для сворачивания белка в глобулу с определенной пространственной структурой. Например, инсулин синтезируется в виде препроинсулина, который после отщепления сигнальной последовательности дает предшественник проинсулин (см. рис. 31). Проппсулпп способен самопроизвольно принять пространственную структуру, обеспечивающую взаимное сближение нужных пар остатков цистенпа и образование необходимых дпеульфпдных мостиков. После этого из него выщепляется значительный фрагмент — С-пептид, в результате чего образуется инсулин, состоящий из двух цепей, соединенных дисульфидными мостиками (см. рис. 3).

Важное физиологическое значение имеют системы протеаз (каскады), обеспечивающие такие процессы, как свертывание крови, регуляция кровяного давления, расщепление чужеродных антигенов после их связывания с антителом (система комплемента). В качестве примера можно привести систему ренин — ангио-тензин. Собственно ангиотензин, или ангпотепзпп II, — октапептпд, обладающий способностью повышать кровяное давление, имеет строение

Asp-Arg-Va 1—Туг—Не—? i s-Pro-Plie

Он синтезируется в печени в виде 14-звеппого предшественника — апгиотензи-ногена:

Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-llisH'ro-Plie-llis-Leu-Leu-Val-Tyr-.Ser

Под действием фермента репина' предшественник гпдролизуется по связи Leu—Leu, что приводит к образованию малоактивного декапептпда — апгпотензи-на I. Затем при действии специального фермента — дипептидилкарбоксипептида-эы — происходит отщепление С-концевого дппептпда, что приводит к образованию апгиотепзина II. И наконец, чтобы выключить действие апгиотепзппа, и крови существует специальная гидролаза — пролинкарбоксинептидаза, которая специфично катализирует гидролитическое отщепление С-копцевоп аминокислоты, если она расположена после остатка пролина. С помощью лого фермента происходит отщепление от апгиотепзппа II С-копцевого фопплалапппа, что приводит к инактивации (в связи с направленностью его биологического действия на ангиотензин этот фермент называют также апгпотензппазой).

Наряду с изложенным выше гидролазы выполняют широкий спектр других биологических функции. Некоторые примеры уже приводились — это ацетилхо-линэстераза, гпдролизующая избыточный ацетилхолпи посте передачи с его помощью возбуждения в синапсе, и зависимая от ионов натрия и калия алено-

зинтрифосфатаза, катализирующая гидролиз АТФ, сопряженный с переносом ионов калия и натрия через мембрану. Многие примеры будут приведены в ходе дальнейшего изложения курса.

4.4. ЛИАЗЫ

ферменты четвертого класса, лиази, катализируют в одном направлении негидролитическое расщепление субстрата с образованием кратной связи или, реже, цикла, а в другом направлении — присоединение по кратной связи. Примером фермента этого класса может служить упоминавшаяся в § 1.1 карбоангидраза, катализирующая реакцию

НОНСОО- + И* ^ С02 + 1Ь0 (IV.27) При разрыве связи С~0 возникает вторая кратная связь и образуется молекула С02.

Лиазы классифицируются по типу разрываемой связи. Подкласс 4.1 образуют С—С-лиазы, подкласс 4.2 — С-О-лпазы, подкласс 4.3 — С-?-лиазы и т- Д. Систематическое название фермента складывается из названия расщепляемого субстрата, названия отщепляемого фрагмента и слова <лиаза>. Например, карбоангидразу рассматривают как фермент, способствующий отщеплению воды, и систематическое название фермента — карбонат гидролназа.

Большой подподкласс С-С-лназ составляют ферменты, катализирующие отщепление С02 от карболовых кислот. Например, при спиртовом брожении ппру-ват, образующийся при окислительной деструкции глюкозы, декарбоксилируется по реакции

СНзСОСОО- +1Г » С1[3СП0 + С0> (IV.28)

Эта реакция предшествует заключительной стадии спиртового брожения — восстановлению ацетальдегпда до этанола (см. § 6.1). Ферменты рассматриваемого подподкласса обычно называют оскарбоксилазами. Превращение (IV.28) катализируется в соответствии с этим пир у о am декарбоксилазой. Попутно следует отметить, что этот фермент содержит в качестве кофактора тиамиппирофосфат и, следовательно, па первом этапе нпруват декарбоксплаза функционирует аналогично нпруват дегидрогеназе. Однако па последней стадии происходит гидролиз «активного альдегида» (67 а) с освобождением ацетальдегпда и регенерацией активной формы тиампнппрофосфата:

СН3 СН3 =С С ? 2 -f./С== с с н 2

~СН2-М\СЦ-- ~Ch2~N^c S + снэсн0 С-29!

S-СНз

но

Существует довольно большая группа ферментов, катализирующих декарбок-силирование ?-амннокислот с образованием соответствующих аминов:

RCHCOO" RCHjNHt + со,

??3

(Ш. 30)

По этому пути образуются многие важные физиологически активные соединения. Например, при декарбоксилировании L-глутаминовой кислоты под действием глутамат декйрбоксилазы образуется f-аминомасляная кислота — важный ней-ромедиатор, функционирующий в первую очередь в мозге. 7-Аминобутират действует на специальные рецепторы, находящиеся на, мембране нейрона, воспринимающего сигнал через синапс (постсинаптическая мембрана), причем результатом взаимодействия с этими рецепторами является увеличение проницаемости постси-наптической мембраны для ионов калия. Поскольку нормальная передача возбуждения через синапс приводит к открытию каналов для ионов натрия, в результате которого и возникает- потенциал действия (см. § 2.1), то 7-аминобутират, организующий встречный поток ионов калия через постсинаптическую мембрану, противодействует передаче сигнала, т. е. является нейромедиатором, тормозящим передачу нервного возбуждения. Другой фермент этой же группы — декарбокси-лаза ароматических аминокислот — участвует в декарбоксилировании 3,4-диок-сифенилананина, продукта гидроксилирования тирозина, что приводит к образованию 3,4-диоксифенилэтиламина, промежуточного соединения в системе гормона