I.2. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ

В общем виде механизм ферментативной реакции, как для простых, так и для сложных ферментов можно представить следующей схемой:

_{I II III IV}

E + S ↔ ES ↔ EZ ↔ EP ↔ E + P,

где Е – фермент, S – субстрат, Z – промежуточный комплекс, Р – продукт.

I стадия – образование фермент-субстратного комплекса ES, протекает очень быстро. На этой стадии происходит узнавание ферментом «своего субстрата» и обеспечение высокой специфичности фермента. Существует несколько гипотез их взаимодействия.

В 1894 г. Фишер предложил модель «ключ-замок», т.е. субстрат подходит к ферменту как ключ к замку. Согласно этой модели у фермента имеется окончательно сформированный активный центр еще задолго до взаимодействия с субстратом. Специфичность действия фермента предопределяется строгим соответствием пространственной структуры субстрата и АЦ фермента. Эта модель объясняла абсолютную специфичность фермента и не могла объяснить относительную.

В 1965 г. Кошланд предложил модель «индуцированного соответствия». Согласно этой модели пространственное соответствие структуры субстрата и АЦ фермента создается в момент их взаимодействия, поэтому эту модель еще называют «рука-перчатка». При этом в субстрате деформируются некоторые валентные связи и он подготавливается к дальнейшему каталитическому взаимодействию, а в молекуле фермента происходят конформационные перестройки, которые Кошланд сравнивал с колебаниями паутины, в которую попала добыча (субстрат), подчеркивая этим лабильность структуры фермента в процессе катализа.

В настоящее время гипотеза Кошланда постепенно вытесняется моделью топохимического соответствия. Согласно этой модели конформационные изменения претерпевает каталитический участок АЦ фермента, а субстратный центр не изменяется в ходе катализа, это объясняет высокую специфичность действия фермента. Между субстратом и субстратным центром фермента возникают многочисленные точечные гидрофобные взаимодействия и водородные связи.

II стадия – преобразование фермент-субстратного комплекса в более активный промежуточный комплекс. При этом субстрат под действием присоединенного к нему фермента претерпевает изменение, делающее его более доступным для соответствующей химической реакции, в результате образуется промежуточный комплекс с меньшей энергией активации и происходит резкое увеличение скорости реакции.

Причины снижения энергии активации:

1) Фермент передает часть своей энергии субстрату в ходе взаимной подгонки конформации. Субстрат в ходе взаимодействия с АЦ фермента деформируется, что облегчает разрыв его связей.

2) Уменьшается энергетический барьер реакции за счет протекания одной или нескольких промежуточных стадий, каждая из которых имеет низкий энергетический барьер.

III стадия – протекание самой химической реакции.

IV стадия – освобождение продуктов реакции из АЦ фермента, восстановление исходной структуры фермента.

Таким образом, в механизме ферментативного катализа ведущую роль играют промежуточные фермент-субстратные комплексы, образование которых приводит к снижению энергии активации и обеспечивает высокую специфичность и скорость процесса в целом.

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 271; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!