21. Механизмы ферментативного катализа. Энергия активации. Образование фермент-субстратного комплекса.

Катализ-ускорение химической реакции,вызванное добавлением малых,нестехиометрических количеств определенного вещества – катализатора.После завершения реакции катализатор обнаруживается в смеси в том же количестве, в каком был добавлен.Катализатор ускоряет реакцию не просто своим присутствием,а взаимодействуя с веществом,подвергающимся превращению.Суть каталитических реакций не столько в том,что скорость их велика(она может быть небольшой),сколько в том, что они заключают в себе циклический процесс,в котором один из реагентов(катализатор)претерпевает попеременные превращения из одной формы в другую,затем снова в первую и т.д.,перерабатывая в каждом цикле по одной молекуле исходного вещества в продукт(пример: SO₂+NO₂=SO₃+NO,NO+1/2O₂=NO₂и снова NO₂ вступает во взаимодействие с SO₂ окисляя его.Таким образом NO₂-катализатор,окисляет SO₂,превращаясь в NO,сам окисляется O₂,становясь NO₂ и снова может окислять SO₂).Подвиды катализа:а) кислотно-основный катализ: многие группы в активном центре фермента могут действовать как кислоты,так и основания. Дает ускорение от 10 до 100 раз (на 1-2 порядка).б)электрофильно-нуклеофильный катализ: электрофильная группа-акцептор электр. связи (ионы металлов), нуклеофильная группа-донор электр.пары(имидазольная группа гистидина,ОН группа сирина,SH группа цистеина).в)ковалентный катализ:нуклеофильная группа вступает в реакции замещения-образование ковалентных промежуточных соединений.Ускоряет реакцию от 100 до 1000 раз(2-3 порядка).

Энергия активации реакций.Скорость реакции определяется ее энергией активации,т.е. той энергией,которую нужно сообщить молекулам, чтобы началось химическое превращение.Чем больше энергия активации,тем меньше скорость реакции.Энергия активации зависит от природы реагирующих молекул,от их внутреннего строения.Источником энергии активации обычно служит тепловое движение молекул(поэтому при повышении температуры скорость реакции увеличивается).Энергия активации быстро протекающих катализируемых реакций ниже,чем энергия активации соответствующих некатализируемых реакций.На этом основании часто говорят,что катализатор снижает энергию активации реакции(в присутствии катализатора реакцию с высокой энергией активации заменяет реакция с низкой энергией активации).

Образование фермент-субстратного комплекса.(ESкомплекса)Ферментативная реакция начинается с образования промежуточного комплекса фермент-субстрат.Субстрат связан с определенным участком фермента(активным центром-зоной молекулы фермента,которая специфически взаимодействует с субстратом.В активном центре различают участок,ответственный за присоединение субстрата(центр связывания),и каталитический центр,отвечающий за химические превращения субстрата).Связывание субстрата с активным центром происходит в нескольких точках(чем выше специфичность фермента,тем больше точек узнавания),это приводит к деформации субстрата,и,следовательно,к его активации(снижению стабильности).В результате субстрат преобразуется в новый продукт,который утрачивает сродство к активному центру фермента.Снижение или утрата сродства приводит к высвобождению фермента и продуктов реакции.

1)E+S E-S (образование энзим субстратного комплекса),2)E-S E-P (образование комплекса энзим-продукты,возникшее вследствие дестабилизации или активации субстрата).3)E-P  E+P (высвобождение продукта реакции и энзима).

В образовании ES комплекса принимают участие ионные-гидрофобные взаимодействия.Между субстратом и ферментов,как правило,слабые связи.