Механизм действия и особенности ферментативного катализа

По образному выражению, нередко употребляемому в биохимической литературе,фермент подходит к субстрату, как ключ к замку. Это знаменитое правило было сформулировано Э. Фишером в 1894 г. исходя из того, что специфичность действия фермента предопределяется строгим соответствием геометрической структуры субстрата и активного центра фермента.

В 50-е годы нашего столетия это статическое представление было заменено гипотезой Д. Кошланда об индуцированном соответствии субстрата и фермента. Сущность ее сводится к тому, что пространственное соответствие структуры субстрата и активного центра фермента создается в момент их взаимодействия друг с другом, что может быть выражено формулой “перчатка - рука”. При этом в субстрате уже деформируются некоторые валентные связи и он, таким образом, подготавливается к дальнейшему каталитическому видоизменению, а в молекуле фермента происходят конформационные перестройки.

В настоящее время гипотеза Кошланда получила дальнейшее развитие в гипотезу топохимического соответствия. Согласно этой гипотезе, специфичность действия ферментов объясняется в первую очередь узнаванием той части субстрата, которая не изменяется при катализе. Между этой частью субстрата и субстратным центром фермента возникают многочисленные точечные гидрофобные взаимодействия и водородные связи.

Любая ферментативная реакция протекает через ряд промежуточных стадий. Различают три основных этапа ферментативного катализа:

1 этап. На этом этапе происходит взаимодействие адсорбционного центра фермента с молекулой субстрата. Субстраты ориентируются таким образом, что приобретают оптимальное положение для образованияпереходного состояния. Связывание субстрата в активном центре приводит к удалению гидратной оболочки субстрата. В результате удаления молекул водыв активном центре фермента во время катализа создаются совершенно другие условия, чем в растворе. Между субстратом и адсорбционным центром фермента возникают слабые типы связей и образуется фермент-субстратный комплекс. Этот этап является легко обратимым, потому что здесь участвуют только слабые типы связей.

2 этап. Химические превращения молекулы субстрата в составе фермент-субстратного комплекса с образованием комплекса фермент с химически преобразованным субстратом. На этом этапе разрываются одни ковалентные связи и возникают новые. Еще одним важным фактором является стабилизация переходного состояниявследствие взаимодействия между аминокислотными остатками в активном центре и субстратом. Этот этап протекает значительно медленнее, чем 1-й и 3-й этапы. Именно скорость второго этапа определяет скорость всей ферментативной реакции в целом.

3 этап. Десорбция готового продукта из его комплекса с ферментом. В результате образования продукта, комплементарность снижается (или исчезает), а после диссоциации продукта фермент возвращается в исходное состояние. Третий этап необратим, за исключением обратимых ферментативных реакций.

Дата добавления: 2014-01-13