Механизм действия ферментов

реагирующим молекулам. По Аррениусу, химическая реакция с точки зрения энергетики

процесса описывается уравнением:

где N — число активированных молекул; No — общее число реагирующих молекул, е — основание натуральных логарифмов; Eакт — дополнительное количество энергии, необходимое молекулам веществ для преодоления энергетического барьера реакции и вступления в нее; R — газовая постоянная; T — абсолютная температура.

взаимодействия, а в ряде случаев также ковалентные, координационные связи.
Информация

о природе связей между субстратом и связывающим участком активного центра фермента может быть получена методами ЭПР и ЯМР, а также методами УФ- и ИК-спектроскопии.

от ее пути имеет одинаковую величину стандартного изменения свободной энергии

(ΔG). Действуя на скорость реакции, ферменты не изменяют равновесия между прямой и обратной реакциями, как и не влияют на величину свободной энергии реакции; они лишь ускоряют наступление равновесия химической реакции.

ΔG = = –R•T•lnK,

где R – газовая постоянная; Т – абсолютная температура в Кельвинах; lnК – натуральный логарифм константы равновесия; ΔG – стандартное изменение свободной энергии, Дж/моль.

и ключа».


Между ферментом и субстратам существует соответствие молекулярных конфигураций,

подобное сходству конфигураций замка и ключа.

Эта яркая и наглядная картинка хорошо объясняет специфичность действия ферментов: в самом деле, к замку подходит только определённый ключ. Что считать «замком», а что «ключом» — неважно. Субстрат, связанный с ферментом, называют промежуточным фермент-субстратным комплексом.

стареет. Но, к сожалению, она объясняет не всё.


Почему комплекс

субстрата с ферментом распадается, ведь тогда соответствие конфигураций неизбежно нарушается.

Чтобы истолковать это, были предложены разные уточнения модели Фишера.

Эйлер выдвинул теорию деформации субстрата, названную «теорией дыбы».

Эйлер предположил,

что соответствие конфигураций между ферментом и субстратом неполное: для того чтобы присоединиться к ферменту, субстрат должен «растянуться».

Другими словами, «ключ» не железный, а скорее резиновый — он способен подстраиваться под «замок». При растягивании молекулы субстрата связь ослабевает, и облегчается её разрыв. Этой схеме отвечают реакции, происходящие с разрывом связей (например, отщепление остатка фосфорной кислоты от аденозинтрифосфата).


Однако остаётся непонятным, как работают ферменты, не рвущие, а образующие новые связи, допустим при удвоении ДНК.

рядом, причём в заданном положении друг относительно друга. Здесь работает

механизм «ключа и замка», вот только для одного «замка»-фермента одновременно требуется два «ключика»-субстрата.
Дальше происходит нечто прямо противоположное «теории дыбы». Связанные с ферментом, субстраты изменяют его пространственную структуру.

Под влиянием нового распределения зарядов и геометрических факторов гибкая белковая молекула фермента деформируется, ещё больше сближая реагенты, тем временем начинается каталитическая реакция. На самом деле абсолютно жестких молекул не бывает: свою форму меняют и фермент, и субстраты. При этом создается удобная для катализа конформация промежуточного фермент-субстратного комплекса, т.е. определенное взаимное расположение частей молекул, составляющих этот комплекс – теория индуцированного соотвествия

в химической реакции превращения субстрата в продукт.


Выделяют 2 основных

механизма ферментативного катализа:
кислотно-основной катализ
ковалентный катализ.

химической реакции кислотных групп (доноры протонов) и/или основных групп (акцепторы

протонов).

Кислотно-основной катализ - часто встречающееся явление.
Аминокислотные остатки, входящие в состав активного центра, имеют функциональные группы, проявляющие свойства как кислот, так и оснований.

тирозин,
серин,
лизин,
глутаминовая кислота,
аспарагиновая кислота,
гистидин.

Радикалы этих аминокислот

в протонированной форме - кислоты (доноры протона), в депротонированной - основания (акцепторы протона).
Благодаря этому свойству функциональных групп активного центра ферменты становятся уникальными биологическими катализаторами, в отличие от небиологических катализаторов, способных проявлять либо кислотные, либо основные свойства.

в качестве кофермента используется молекула NAD+, можно привести фермент алкогольдегидрогеназу

печени, катализирующую реакцию окисления спирта:

С2Н5ОН + NAD+ → СН3-СОН + NADH + H+

или электрофильных (положительно заряженных) групп активного центра фермента молекулами субстрата

с формированием ковалентной связи между субстратом и коферментом или функциональной группой аминокислотного остатка (как правило, одной) активного центра фермента.

пример механизма ковалентного катализа, когда ковалентная связь образуется между субстратом

и аминокислотным остатком серина активного центра фермента.

Термин "сериновые протеазы" связан с тем, что аминокислотный остаток серина входит в состав активного центра всех этих ферментов и участвует непосредственно в катализе.

связей при переваривании белков в двенадцатиперстной кишке.

Субстратами химотрипсина служат

пептиды, содержащие аминокислоты с ароматическими и циклическими гидрофобными радикалами (Фенилаланин, Тирозин, Триптофан), что указывает на участие гидрофобных сил в формировании фермент-субстратного комплекса.