Кроме водородных ионов, важную роль в ферментативных реакциях играют другие ионы, находящиеся в клетке. Катионы кальция (Са2+) и калия (К+) оказывают существенное влияние на процессы метаболизма, особенно в таких тканях, обладающих выраженной возбудимостью, как нервная и мышечная. Распространение нервного импульса, сокращение мышечного белка миозина, а также активность ферментов, освобождающих необходимую для этих процессов энергию, находятся под тщательным контролем благодаря воздействиям различных концентраций ионов.

Во многих случаях катионы (+) или анионы (—) принимают непосредственное участие в катализируемой ферментом реакции. О роли ионов металлов, присоединенных к ферментам в качестве простетических групп, уже упоминалось. В других случаях ионы, подобно субстратам, слабо или обратимо связываются с активными центрами фермента, что приводит к активации каталитического процесса. Катионы магния (Mg2+) часто именно таким образом участвуют в реакциях обмена веществ.

Иногда ионы играют центральную роль в реакции, будучи истинными субстратами. Участие бикарбонатных анионов в реакциях карбоксилирования, фосфатных анионов в реакциях фосфорилирования или катионов аммония (NH4) в реакциях аминирования и амидирования представляет примеры прямого вовлечения неорганических ионов в качестве субстратов в ход ферментативных реакций. Избыток или недостаток этих ионов приводит к тяжелым патологическим состояниям посредством воздействия на катализируемые ферментами реакции обмена веществ.

Кофакторы и коферменты

Для обозначения веществ, способствующих эффектам ферментов и субстратов, применяют общий термин кофактор. К числу облегчающих ферментативный катализ кофакторов относят, таким образом, ионы, которые выполняют роль активаторов, или простетические группы ферментов. Другую важную группу относящихся к этой категории веществ составляют коферменты. Эти вещества в противоположность неорганическим кофакторам относятся к сложным органическим веществам; их молекулы значительно меньше по размеру, чем молекулы ферментов, так что они могут свободно проникать сквозь мембраны; нагревание обычно не вызывает их инактивации.

Коферменты непосредственно участвуют в ферментативном катализе, функционируя в качестве переносчиков электронов, атомов или групп атомов.
В большинстве случаев часть структуры кофермента составляет тот или иной из витаминов — органических веществ, которые не синтезируются в организме человека и должны быть доставлены ему в составе пищевого рациона. В молекуле кофермента активным компонентом, соединяющимся с переносимой группой, служит именно этот структурный компонент (витамин). Остальная часть молекулы кофермента обеспечивает весьма специфическое связывание таких групп в активном центре фермента при строго определенной ориентации.

Это связывание может быть слабым и обратимым, подобно тому как это имело место в рассмотренных выше примерах связывания субстрата или некоторых ионных активаторов. В других случаях такое связывание может быть исключительно прочным и необратимым; кофермент при этом функционирует как составная часть активного центра фермента, т. е. как простетическая группа. Тяжелые болезни, возникающие у человека при недостатке витаминов в пище, служат непосредственным следствием нарушений обмена веществ в результате снижения концентрации коферментов специфических ферментативных реакций.

- Читать "Ингибиторы ферментов. Механизмы действия ингибиторов ферментов"