1. Механизм действия ферментов. Этапы ферментативного катализа.

После установления химической природы фермента было подтверждено представление Михаэлиса и Ментен о том, что при энзиматическом катализе фермент соединяется с субстратом (они подходят как ключ к замку), образуя нестойкий промежуточный фермент-субстратный комплекс, который в конце реакции распадается с освобождением фермента и продукта реакции.

Даниэль Кошланд предложил теорию «индуцированного» соответствия: т. е. что субстрат навязывает активному центру свою форму, а активный центр в свою очередь подгоняет форму субстрата под свою собственную.

Выдвинутая в 1913 году Л. Михаэлисом и М. Ментен общая теория ферментативного катализа постулировала, что фермент Е сначала обратимо и относительно быстро связывается с со своим субстратом S в реакции:

E + S == ES

Образовавшийся при этом фермент-субстратный комплекс ES, не имеющий аналогий в органической химии и химическом катализе, затем распадается в второй более медленной (лимитирующей) стадии реакции:

ES == Е + Р

1 этап: происходит сближение и ориентация субстрата относительно субстратного центра фермента и его постепенное «причаливание» к «якорной» площадке.

2 этап: напряжение и деформация: индуцированное соответствие - происходит присоединение субстрата, которое вызывает конформационные изменения в молекуле фермента приводящие к напряжению структуры активного центра и деформации связанного субстрата.

3 этап: непосредственный катализ.

2. Факторы, определяющие активность ферментов [E], [S], [P], K_m. Влияние pH, [P], tº, ионной силы на активность ферментов.

У каждого фермента существует свой pH-оптимум. Существенное влияние на активность ферментов оказывает реакция среды. Для проявления их оптимального действия чаще всего существует узкий диапазон измерения pH среды (pH-оптимум). В некоторых случаях сдвиг pH на единицу снижает активность на 80%. Поэтому в экспериментальных условиях работы с ферментом очень важно поддерживать pH на постоянном уровне.

Слева приведены кривые зависимости активности фермента от изменения pH среды. Пепсин желудочного сока, который катализирует гидролиз белков, имеет pH-оптимум при pH=2. При pH=3 он теряет половину активности, а при pH=4 активность пепсина не измеряется. pH-оптимум амилазы, фермента, катализирующего расщепление крахмала, составляет 7,0. И в этом случае изменения pH на единицу приводит к снижению активности на 50%, а - на 2 единицы отмечается полная потеря активности. Относительно редко встречаются случаи, когда pH-оптимум активности ферментов находится в сильно кислой или щелочной среде. Это характерно для таких ферментов как пепсин и аргиназа (катализирует расщепление аргинина). Большинство белков при экстремальных значениях pH неустойчивы. рH-оптимум является важной характеристикой фермента, но ни как не исключительной, присущей только данному ферменту.

Табл 2-2.Значения pH опт. некоторых ферментов
Фермент	pH опт.
Липаза (подж.железа)	8.0
Липаза (желудок)	4.0 - 5.0
Липаза(касторовое масло)	4.7
Пепсин	1.5 - 1.6
Трипсин	7.8 - 8.7
Уреаза	7.0
Инвертаза	4.5
Мальтаза	6.1 - 6.8
Амилаза (подж.железа)	6.7 - 7.0
Амилаза (солод)	4.6 - 5.2
Каталаза	7.0

Влияние температуры на активность фермента

Дело в том, что многие ферменты имеют схожие значения pH-оптимумов. Механизм влияния pH среды на активность ферментов заключается в том, что изменение этого показателя приводит к изменению степени ионизации амино- (NH₃) и карбосильных (СОО^-) групп в молекуле фермента. В результате белковая молекула фермента подвергается конформационным перестройкам, что сказывается на взаимоотношения между ферментом и субстратом.