1.2. Функциональные центры фермента
Активный центр – это фрагмент энзима, который взаимодействует с субстратом (S) для образования энзим-субстратного комплекса (ES). Он является результатом комплексирования кофермента с апоферментом. В нём условно выделяют так называемый связывающий участок, или контактную площадку, которая обеспечивает сближение с субстратом и формирование ES-комплекса, и каталитический участок, где непосредственно осуществляется химическая реакция. Количество активных центров в олигомерных биокатализаторах может быть равно числу субъединиц.
Помимо данного функционального локуса в молекуле энзима может присутствует также аллостерический центр (от греч. allos – другой, иной и steros – пространственный, структурный) - это фрагмент полипептидной цепи, расположенной вдали от активного центра, взаимодействует с низкомолекулярными веществами (эффекторами, или модификаторами), регулируя активность фермента. Иногда подобных доменов может быть несколько. Присоединение эффектора к данному участку приводит к изменениям третичной, часто даже четвертичной структуры молекулы и соответственно сдвигам в конфигурации активного центра, вызывая снижение или повышение энзиматического сродства.
2. Энзимы как биокатализаторы
2.1. Теории, объясняющие механизм действия ферментов
Общая схема работы фермента:
Выделяют 4 стадии катализируемой реакции.
I стадия. Образование es-комплекса
Энзимы обладают высокой специфичностью действия, что позволило в 1890г. Э.Фишеру (Е.Fischer) выдвинуть гипотезу, согласно которой активный центр фермента взаимодействует с субстратом по принципу комплементарности, т.е. химического и геометрического соответствия, поэтому этот участок молекулы должен быть стабильным, жёстко структурированным и подходить к субстрату как «ключ к замку». Но позже было выяснено, что не все биокатализаторы обладают этим свойством, но эффект при этом осуществляют.
В 1959 г. Д. Кошландом была предложена новая интерпретация теории «ключа и замка». Согласно идее исследователя, активный центр фермента является гибкой структурой. Под действием электрофильных (э/ф) или нуклеофильных (н/ф) группировок субстрата данный участок, имея подобные радикалы, способен изменять свою конформацию. Таким способом субстрат наводит энзим на себя, производя при этом в своей молекуле пространственные перестройки. Эта теория получила название «индуцированного соответствия», или «индуцированного наведения». Более тесное сближение субстрата и активного центра позволяет им быстро взаимодействовать с последующим образованием энзим-субстратного комплекса.
II стадия. Активация es-комплекса
Между э/ф и н/ф группами в ES-комплексе происходит перераспределение электронной плотности, в результате изменяется длина химических связей и провоцируется деформация молекулы субстрата; данное явление способствует понижению величины необходимой энергии активации Еа и быстрому протеканию химических преобразований (III стадии).
III стадия. Образование eр-комплекса
В результате пространственной модификации структуры субстрата старые связи ослабляются, затем рвутся, возникают новые и формируется продукт реакции.