Причины высокой каталитической активности.

Фермент поддерживает микроокружение субстрата в активном центре в состоянии отличном от его состояния в водной среде.

Располагает реагирующие атомы в правильной ориентации и на необходимом расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить оптимальное протекание реакции.

За счет кооперативного взаимодействия субстрата и нескольких остатков аминокислот в активном центре фермент снижает энергию активации данной реакции.

3.2.Субстратная специфичность. Специфичность пути превращения.

Структура активного центра фермента комплементарна структуре субстрата, т.е. соответствует ему по 1) форме, 2) размерам и 3) способности взаимодействовать. Это является причинами высокой специфичности ферментов.

Первоначально модель активного центра, предложенная Э.Фишером, трактовала взаимодействие субстрата и фермента по аналогии с системой «ключ-замок» – модель «жесткой матрицы». Однако эта модель объясняла лишь абсолютную субстратную специфичность. Фермент с абсолютной специфичностью катализирует превращение какого-либо одного субстрата. Например, фумараза катализирует только реакцию фумаровой кислоты с водой:

Кошланд предложил модель индуцированного соответствия. Главная черта этой модели – гибкость каталитического центра. В модели Фишера каталитический центр считается заранее подготовленным под форму молекулы-субстрата. В модели Кошланда субстрат индуцирует конформационные изменения фермента, и лишь в результате этих аминокислотные остатки и другие группы фермента принимают пространственную ориентацию, необходимую для связи с субстратом и катализа. Эта модель позволяет объяснить относительную специфичность фермента.

Активный центр фермента имеет трехмерную структуру, поэтому ферменты проявляют в большинстве случаев абсолютную оптическую специфичность за исключением эпимераз (рацемаз), которые катализируют взаимопревращение оптических изомеров.

Кроме того, большинство субстратов образуют, как правило, не меньше трех связей с ферментом. Благодаря такой «трехточечной фиксации» симметричная молекула может проявлять асимметрию.

Х имические изменения могут происходить только с группой 1, но не 2.

Специфичность пути превращения

Каждый фермент катализирует не любые из всех возможных путей превращения субстрата, а какое-либо одно. Это свойство называется специфичностью пути превращения. Например, у ферментов гистидазы и гистидиндекарбоксилазы один субстрат – гистидин, но катализируют эти ферменты разные превращения гистидина

3.3.Кинетика ферментативных реакций. Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата, фермента, от температуры, рН среды. Ингибиторы ферментов (обратимые и необратимые, конкурентные и неконкурентные).

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

Любую ферментативную реакцию схематично можно описать следующим образом:

Поведение многих ферментов при изменении концентрации субстрата описывает уравнение Михаэлиса-Ментен:

, где

- скорость ферментативной реакции,

- максимальная скорость ферментативной реакции при полном насыщении фермента субстратом,

– константа Михаэлиса,

– концентрация субстрата.

- константа образования фермент-субстратного комплекса ES,

- константа диссоциации фермент-субстратного комплекса ES.

Влияние концентрации субстрата на скорость ферментативной реакции, описываемое этим уравнением, можно изобразить графически:

равна концентрации субстрата при скорости ферментативной реакции, равной половине максимальной скорости и характеризует сродство данного фермента к тому или иному субстрату.

Некоторые ферменты требуют высокой концентрации субстрата для достижения скорости, равной максимальной, другие (например, гексокиназа) достигают при очень низкой концентрации субстрата.

Таблица. Значения констант Михаэлиса для некоторых ферментов.

Фермент	Субстрат
каталаза	H2O2	25
гексокиназа (мозг)	D-глюкоза	0,05
	D-фруктоза	1,5
	АТФ	0,4
карбоангидраза	HCO3-	9
химотрипсин	Gly-Tyr-Gly	108
	N-бензоилтирозинамид	2,5

- скорость реакции при 25⁰С, оптимальном значении рН, полном насыщении фермента субстратом.

- число оборотов фермента, т.е. число молекул субстрата, которое превращает одна молекула фермента за 1 минуту.

Например:

карбоксиангидраза 36000000

-амилаза 1100000

фосфоглюкомутаза 1240