Механизм действия ферментов

После установления химической природы фермента были подтверждены представления Михаэлиса и Ментен о том, что при энзиматическом катализе фермент соединяется с субстратом, образуя нестойкий промежуточный фермент-субстратный комплекс, который в конце реакции распадается с освобождением фермента и продукта реакции.

Даниель Косиленд педложил теорию «индуцированного» соответствия, то есть субстрат навязывает активному центру свою форму, а активный центр в свою очередь подгоняет форму субстрта под свою собственную.

В 1913 году был выдвинут математический вариант ферментативного катализа, согласно которому этот процесс многостадиен.

Таким образом, фермент взаимодействует с субстратом согласно этим трём теориям:

1-й этап: происходит ориентация субстрата относительно субстратного центра фермента и его постепенное «причаливание» к «якорной» площадке.

2-й этап: жёсткая фиксация на «якорной» площадке и подгонка структур активного центра к структурам субстрата.

3-й этап: непосредственный катализ.

 

E

S -------- P + Q

0) S + E =====ES ===== E + P

подстадии 1) E + S =====ES

2)ES =====ES* (новая модификация субстрата)

3) ES*=====ES**

4) ES**======ES***

5) ES***=====EP

6) EP======E + P

Эта теория промежуточных соединений, согласно которой после образования ЕS-комплекса продолжает насыщаться субстратом до тех пор, пока субстрат не превратится в продукт, после чего происходит отщепление Е от образовавшегося из S продукта (Р).

В реакциях анаболизма А + В ----- АВ фермент иожет соединяться как с одним, так и с другим субстратом, или с обоими субстратами:

 

ЕА

Е ЕАВ -----Е + АВ

ЕВ

В реакциях катаболизма: АВ -------- А + В

1) АВ + Е ------- АВЕ

2) АВЕ ------- А + ВЕ АВ + Е ------ А + В + Е

3) ВЕ ------- В + Е

В образовании фермент –субстратного комплекса учавствуют водородные связи, электростатические и гидрофобные взаимодействия, а также в ряде случаев ковалентные и координационные связи.

Следует отметить, что для каталитической активности фермента существенное значение имеет пространственная структура активного центра, в которой жёсткие участки а -спиралей чередуются гибкими, эластичными линейными отрядами, которые обеспечивают динамичность, пластичность, способность изменяться под действием субстрата, что и лежит в основе теории «индуцированного» соответствия. Причём для каталитического процесса существенное значение имеет не только пространственная комплементарность между ферментом и субстратом, но и наличие электростатического соответствия, обусловленного спариванием противоположно заряженных групп субстрата и активного центра фермента. С термодинамической точки зрения ферменты ускоряют химические реакции за счёт энергии активации.

Энергия активации – энергия, необходимая для перевода всех молекул моля вещества в активное состояние при данной температуре, то есть энергия, которая необходима молекуле, чтобы преодолеть энергетический барьер. Фермент снижает энергию активации путём увеличения числа активированных молекул, которые становятся реакционноспособными на более низком энергетическом уровне, то есть снижается и энергетический барьер.

Кривая, характеризующая ход неферментативных

реакций.

 

 

Кривая, характеризующая ход ферментативных

реакций.