10. Механизм действия ферментов. Образование фермент-субстратных комплексов. Активные центры ферментов, их химическая структура. Роль конфармационных изменений фермента и субстрата при катализе.

Принято выделять сегодня две стороны проблемы. 1. Термодинамический аспект 2. Структурно – кинетический. Термодинамический аспект. Каждая молекула любого вещества обладает определенным уровнем внутренней энергии. Этой энергии недостаточно для того, чтобы вещество вступало в реакцию с другими веществами. В то же время достаточно поднять уровень внутренней энергии до определенного предела, как вещество начинает взаимодействовать со своим окружением, т.е. реагировать с ним. Минимальный уровень внутренней энергии необходимый для перехода молекулы вещества в реакционно-способное состояние явл.- энергетическим барьером реакции. По количеству энергии кот. необходимо сообщить молекуле для перехода ее в реакционное состояние получило назв. - энергии активации. Чем больше эн. актив., тем медленнее пройдет реакция. С увеличением энергии активации вероятность перехода молекул субстрата в реакционно-способное состояние резко снижается. Величину энергии активации можно уменьшить двумя приемами. 1. Увеличение среднего уровня внутренней энергии путем повышения температуры. 2. Попытка снизить энергетический барьер реакции. Снижение его возможно только путем снижения изменение структуры субстрата. Ферменты ускоряют ход химической реакции, снижая энергетический барьер реакции. Однако тем самым уменьшают энергию активации. Ферменты снижают энергию активации значительно больше, чем катализаторы небиологической природы. Например, реакция гидролиза сахарозы до глюкозы и фруктозы. Е актив. = 32 Ккал/молъ. В присутствии кислоты снижается до 25, а в присутствии сахоразы до 9. Реакции при кот. происходит выделения энергии получили названия экзоорганические. Эти реакции могут идти самопроизвольно. Ферменты катализируют только экзоораническне реакции. Реакции эндоорганические требуют использование энергии макроэргических соединений.

Сруктурно-кинетическая сторона проблемы механизма. Снижение энергетического барьера говорит о том, что при взаимодействии фермента с субстратом происходит изменение структуры реагирующих молекул, причем это такие изменения которые способствуют протеканию определенных реакций. Химическая реакция - это перестройка, иногда разрыв, одной - двух редко трех связей. Реакции, протекающие в организме человека многоступенчатые. Тогда становится ясно, что ослабление прочности перестраиваемой связи будет способствовать протеканию реакции. Ферменты, взаимодействующие с субстратом так перестраивают структуру этого субстрата, что определенные связи в субстрате становятся менее прочными, а значит более уязвимыми к действию реагентов. Ослабление прочности связи может достигаться двумя путями. 1 Путь это изменение электронной плотности путем перераспределения конкретной связи. 2 Путь это изменение пространственной структуры молекулы субстрата. С этих позиций можно выделить несколько эффектов которые в той или иной мере объясняет ускорение хода реакция ферментами. 1- й эффект. Сам факт связывания фермента с субстратом в активном центре приводит к изменению электронной структуры субстрата и поэтому уже сам факт связывания есть начало катализа. 2-ой эффект. Связанная молекула субстрата оказывается в активном центре в сфере действия каталитических групп. Эти функциональные группы еще более деформируют электронную структуру субстрата, а перераспределение электронной плотности в молекуле субстрата ослабляет, перестраивая связь. 3-й эффект. В активном центре ферментов присутствуют функциональные группировки радикалов аминокислот, которые обладают кислотными и основными свойствами. От их действия к одной части молекулы субстрата будут присоединяться протоны, а от другой ее части протоны будут отщепляться. 4-й эффект. Определяет перестройку субстрата после соединения его к активному центру. 5-й эффект. Молекула субстрата находясь в водной фазе обычно окружена гидратной оболочкой. Связываясь с активным центром, как правило субстрат теряет данную гидратную оболочку. Молекула субстрата, связываясь с группировками активного центра может подвергаться пространственным искажениям. И, наконец, к ускорению реакции в присутствии фермента имеют отношение 2 кинетически структурных момента. 1-Скорость реакции по закону действующих масс растет с увеличением концентрации принудительно в результате их связывания

2- Для того чтобы молекулы прореагировали, они должны столкнуться друг с другом, причем в определенном пространственном соотношении. Эти два кинетических эффекта известны под названием эффектов сближения (1) и пространственной ориентации.