Лекция: Механизм ферментативной реакции

Для проявления каталитической активности совершенно необходи­мо, чтобы все функциональные группы фермента располагались в про­странстве строго определенным образом относительно друг друга, фор­мируя активный центр, который и обеспечивает взаимодействие с суб­стратом.

В свое время Эмиль Фишер, говоря о том, что субстрат подходит к ферменту как «ключ к замку», предполагал, что активный центр фермен­та имеет совершенно жесткую структуру, комплементарную структуре субстрата. В развитие представлений Э. Фишера американский исследо­ватель Д. Кошланд выдвинул теорию «индуцированного соответствия». Ее суть заключается в следующем. Пока фермент не вступает во взаимо­действие с субстратом, структура его активного центра лишь приблизи­тельно комплементарна структуре субстрата; их полная комплементар-ность наступает лишь в момент их взаимодействия: индуцируется взаи­модействием. Таким образом, выводы Э. Фишера о жестком соответствии структуры фермента и субстрата заменяются на представления о гибких, эластичных активных центрах молекул фермента. Теория Кошланда под­разумевает, что конформация молекулы фермента и его активного цент­ра может изменяться под влиянием коэнзима и субстрата.

Экспериментальные данные, полученные для ряда ферментов, сви­детельствуют о том, что при присоединении фермента к субстрату про­исходит изменение ряда физико-химических показателей ферментно­го белка.

В настоящее время выделяют четыре основных фактора, определяю­щих каталитическую активность ферментов.

1. Сближение и ориентация субстрата по отноше­-
нию к каталитической группе. Другими словами, фермент
способен связывать молекулу субстрата таким образом, что атакуемая
связь располагается вблизи от каталитической группы и правильно ори­-
ентируется относительно нее в пространстве.

2. Напряжение и деформация: индуцированное
соответствие. Присоединение субстрата может вызвать конформа-

ционные изменения в молекуле фермента, которые приводят к напря­жению структуры активного центра, к некоторой деформации связанно­го субстрата, облегчая тем самым достижение комплексом ES необходи­мого состояния.

3. Общий кислотно-основной катализ. В активном
центре фермента могут находиться группы специфических аминокислот­-
ных остатков, которые являются хорошими донорами или акцепторами
протонов. Такие кислотные или основные группы представляют собой
мощные катализаторы многих органических реакций, протекающих в

водных системах.

4. Ковалентный катализ. Некоторые ферменты реагируют
со своими субстратами, образуя очень нестабильные, ковалентно связан­-
ные фермент-субстратные комплексы, из которых в ходе последующей
реакции образуются продукты реакции.

Перечисленные выше четыре фактора, по-видимому, вносят различ­ный вклад в ускорение химических реакции ферментами различных ти­пов. Эти факторы реализуются в разных ферментах в разных сочетаниях, и в результате механизм действия каждого фермента уникален.