Этапы ферментативного катализа

1. Формирование фермент-субстратного комплекса

Ферменты обладают высокой специфичностью и это позволило выдвинуть гипотезу, согласно которой активный центр фермента комплементарен субстрату, т.е. соответствует ему как «ключ замку». После взаимодействия субстрата «ключ» с активным центром «замок» происходят химические превращения субстрата в продукт.

Позднее был предложен другой вариант этой гипотезы – активный центр является гибкой структурой по отношению к субстрату. Субстрат, взаимодействуя с активным центром фермента, вызывает изменение его конформации, приводя к формированию фермент-субстратного комплекса. При этом субстрат также изменяет свою конформацию, что обеспечивает более высокую эффективность ферментативной реакции.

2. Последовательность событий в ходе ферментативного катализа

а. этап сближения и ориентации субстрата относительно активного центра фермента

б. образование фермент-субстратного комплекса

в. деформация субстрата и образование нестабильного комплекса фермент-продукт

г. распад комплекса фермент-продукт с высвобождением продуктов реакции из активного центра фермента и освобождением фермента

3. Роль активного центра в ферментативном катализе

В контакт с субстратом вступает лишь небольшая часть фермента, от 5 до 10 аминокислотных остатков, формирующих активный центр фермента. Остальные аминокислотные остатки обеспечивают правильную конформацию молекулы фермента для оптимального протекания химической реакции. В активном центре фермента субстраты располагаются так, чтобы участвующие в реакции функциональные группы субстратов находились в непосредственной близости друг к другу. Такое расположение субстратов снижает энергию активации, что определяет каталитическую эффективность ферментов.

Механизмы ферментативного катализа

Выделяют 2 основных механизма ферментативного катализа:

1. кислотно-основной катализ

2. ковалентный катализ

Концепция кислотно-основного катализа объясняет ферментативную активность участием в химической реакции кислотных групп (доноры протонов) и/или основных групп (акцепторы протонов). Аминокислотные остатки, входящие в состав активного центра, имеют функциональные группы, проявляющие свойства как кислот, так и оснований. Это цистеин, тирозин, серин, лизин, глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота и гистидин.

Примером кислотно-основного катализа является окисление спирта с помощью фермента алкогольдегидрогеназы.

Ковалентный катализ основан на атаке «-» и «+» групп активного центра фермента молекулами субстрата с формированием ковалентной связи между субстратом и коферментом. Примером является действие сериновых протеаз (припсин, хемотрипсин) на гидролиз пептидных связей при переваривании белков. Ковалентная связь образуется между субстратом и аминокислотным остатком серина активного центра фермента.

Основы кинетики ферментативных реакций

Ферментативная активность реакции зависит от: концентрации фермента и субстрата, температуры, рН, присутствия ингибиторов.

При оптимальных условиях активность фермента зависит от:

• количества субстрата

• количества продукта

• количества фермента

• концентрации кофактора

• присутствия активаторов или ингибиторов