5.1. Индуцированное соответствие

Взаимодействующая с активным центром фермента молекула суб-страта включается во внешнюю сферу белковой молекулы и меняет харак-тер отношений между полярными группами внешней сферы. В результате этого минимум энергии соответствует уже другому их расположению, и тогда проявляется легкость протекания внутренних перестроек гидрофоб-ного наполнения белковой глобулы. Эта конформационная перестройка завершается тем, что субстрат оказывается уже в окружении других функ-циональных групп, которые и обеспечивают каталитическое превращение. Часто после перестройки субстрат оказывается включенным во внутрен-нюю сферу белковой глобулы. В растворах ферментов это выражается в изменении многих физико-химических показателей: меняются оптическое вращение, скорость седиментации, вязкость, термическая стабильность.

После протекания реакции снова изменяется характер взаимодействия теперь уже продуктов превращения субстрата с окружающими его функ-циональными группами фермента и тогда новая перестройка приводит к отходу продуктов превращения от активного центра и восстановлению его строения в том состоянии, которое готово к присоединению новой моле-кулы субстрата. В соответствии с этим каждое состояние субстрата вызы-вает иное распределение окружающих его функциональных групп, что и отличает индуцируемое соответствие от модели «ключ-замок».

5.2. Эффект сближения реагирующих групп

Одна из главных особенностей ферментативного катализа заключа-ется в эффекте сближения реагирующих групп. В результате взаимодейст-вия субстрата с его окружением в активном центре реагирующие группы оказываются в наиболее благоприятном для протекания реакции положе-нии. Этот эффект наблюдается и в обычной органической химии. Так, на-пример, реакция гидролиза п‑бромфениловых эфиров карбоновых кислот катализируется карбоксилатными ионами:

Если скорость гидролиза п-бромфенилацетата в присутствии эквива-лентного количества ацетата натрия принять за единицу, то соль моно-п-бромфенилового эфира глутаровой кислоты гидролизуется примерно в 1000 раз скорее, в 2,210⁵ раза скорее гидролизуется соль соответствую-щего моноэфира янтарной кислоты:

А для моно-п-бромфенилового эфира малеиновой кислоты скорость гидролиза возрастает в 10⁷ раз. Интересно, что для солей моно-п-бром-фениловых эфиров некоторых 2,2-дизамещённых глутаровых кислот ско-рость гидролиза может увеличиваться в 310¹⁸ раз. Это связано с уменьше-нием степеней свободы при вращении молекул, что обеспечивает опти-мальное расположение катализирующей гидролиз анионной карбоксилат-ной группы около сложноэфирной группы.

Ещё один пример представлен реакцией гидролиза гликозидов сали-циловой кислоты и 4-гидроксибензойной кислоты. Скорость гидролиза первого соединения на 4 порядка выше, чем второго:

Здесь очевидна каталитическая роль кислотной группы, которая у производного салициловой кислоты находится непосредственно у аномер-ного (гликозидного) атома кислорода.

И последний пример: известно, что прямая реакция этерификации фенола карбоновыми кислотами идёт крайне медленно, но в то же время 2‑гидроксикоричная кислота циклизуется в лактон (кумарин) даже в щелочной среде: