14. Современные представления о механизме действия ферментов. Стадии ферментативной реакции, молекулярные эффекты.

С термодинамической точки зрения, действие любого фермента направлено на понижение энергии активации. Энергия активации - это то дополнительное количество энергии, которое нужно сообщить молекуле, чтобы перевести её из неактивного состояния в состояние активности. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции. Теория действия ферментов была предложена Бейлисом и Ванбургом. Эта теория получила название адсорбционной. Согласно ей, фермент представляет собой "губку", которая адсорбирует на своей поверхности молекулы реагирующих веществ. Она как бы стабилизирует их, способствует взаимодействию. Эта гипотеза не могла объяснить специфичность действия ферментов. 70 лет назад была предложена другая теория Михаэлисом и Ментеном. Они выдвинули понятие о F-S комплексе. Фермент взаимодействует с субстратом, образуя нестойкий промежуточный F-S комплекс, который затем распадается с образованием продуктов реакции (Р) и освобождением фермента. В этом процессе выделяют несколько стадий:

I - этап сближения и ориентации субстрата относительно активного центра фермента; II - образование фермент-субстратного комплекса (ES) в результате индуцированного соответствия; III - деформация субстрата и образование нестабильного комплекса фермент-продукт (ЕР); IV- распад комплекса (ЕР) с высвобождением продуктов реакции из активного центра фермента и освобождением фермента.

Молекулярные эффекты 1 этапа: • эффект концентрирования (увеличение концентрации субстрата в области активного центра фермента); • эффект ориентации; • эффект индуцированного соответствия (субстрат индуцирует изменения в активном центре фермента, которые ведут к более полному их соответствию).

Молекулярные эффекты 2 этапа: • эффект натяжения связей субстрата (увеличение межатомных расстояний); • эффект кислотно-основного катализа (одни и те же группы активного центра фермента выступают в качестве катализаторов кислотного и основного типов); • эффект ковалентного катализа (образование ковалентных связей между ферментом и субстратом).

Эффект индуцированного соответствия объясняет специфичность действия ферментов. По этому поводу имеется 2 точки зрения: гипотеза Фишера. Согласно ей имеется строгое стерическое соответствие субстрата и активного центра фермента. По Фишеру, фермент - это жёсткая структура, а субстрат является как бы слепком его активного центра. Если субстрат подходит к активному центру фермента как ключ к замку, то реакция возможна. Но эта теория не могла объяснить групповую специфичность фермента. Теория индуцированного соответствия Кошленда дополнила теорию Фишера. Согласно ей молекула фермента - это не жёсткая, а гибкая структура. После связывания фермента с субстратом, изменяется конформация активного центра фермента и всей молекулы субстрата. Они находятся в состоянии индуцированного соответствия. Это происходит в момент взаимодействия. Гипотеза Кошленда получила название "рука-перчатка".