Механизмы и особенности течения ферментативных реакций

Ферменты, как и другие катализаторы, ускоряющие только те реакции, которые термодинамически возможны, то есть те, что происходят самовольно, но с малой скоростью. Возможность протекания химической реакции определяется разницей между свободной энергией исходных веществ и продуктов реакции. Если свободная энергия продуктов реакции меньше, чем исходных веществ, то есть происходило рассеивание энергии, то реакция протекает самовольно – она термодинамически возможна. В случае преобладания свободной энергии продуктов реакции над исходными веществами реакция энергетически становится невозможной (это так называемая ендергонична реакция). Она может осуществляться только при условии поступления внешней энергии в количестве, большем энергию создаваемых продуктов.

Скорость любой реакции зависит от величины энергетического барьера, который необходимо преодолеть реагирующим молекулам, но для различных реакций величина этого барьера неодинакова. В обычных условиях (при отсутствии катализатора, фермента или при низких температурах) очень малое количество молекул, способных побеждать этот барьер и вступать в реакцию. Итак, без катализаторов и при низких температурах скорость реакций будет низкой.
Способность молекул вступать в химическую реакцию определяется энергией активации, которая затрачивается на перемагання сил отталкивания, возникающие между электронными облаками взаимодействующих молекул. Другими словами, энергия активации расходуется на образование промежуточного комплекса между реагирующими молекулами.
Механизм ферментативных реакций
За всю историю учения о ферментах было предложено много гипотез, объясняли механизм их действия. Большинство из них имеет сугубо исторический характер и не выдержала испытаний в свете новых данных о структуре ферментов и их активного и аллостерического центров. Заслуживает внимания гипотеза, предложенная в начале ХХ в. Варбургом и Бейлисом. Ее значение заключается в том, что она связывала механизм действия ферментов с действием неорганических катализаторов. Эта гипотеза объясняла, что поверхность фермента служит местом для адсорбции реагентов. В этих условиях резко возрастает количество молекул субстрата, приходящейся на единицу площади фермента, а следовательно, по закону действующих масс растет и скорость реакции. Также предполагалось, что в результате связывания субстрата с активным центром фермента происходят механические изменения молекул субстрата, что приводит к большей реакционной способности. Но адсорбционная гипотеза не могла объяснить специфичности действия ферментов, поэтому она не используется.
Для объяснения специфичности действия ферментов В 1894 г.. Е Фишер предложил гипотезу, которую до сих пор называют гипотезой “ключа и замка» или гипотезой “шаблона”. В основе специфичности, по этой гипотезе, лежит жесткая пространственная соответствие субстрата и активного центра фермента. По Э. Фишером, реакция возможна только в том случае, если пространственно субстрат подходит к ферменту, как ключ к замку. Если субстрат (ключ) пространственно отличается от структуры активного центра фермента (замок), то реакция не происходит.
Но и эта гипотеза (ее еще называют гипотезой соответствия) не может объяснить различные виды специфичности, поскольку трудно представить себе ситуацию, когда несколько ключей (субстратов) подходит к одному замка (фермента). Поэтому эта гипотеза была заменена и дополнена гипотезой вынужденной спиввидповидности (гипотеза индуцированной адаптации фермента к субстрату). Согласно этой гипотезе, конфигурация фермента и его активного центра является гибкой и эластичной, что изменяется под влиянием субстрата, то есть субстрат индуцирует в ферменте изменения конфигурации молекул в соответствии с собственной структуры. Иными словами, “замочная скважина”, по Кошленда, изготовлена из эластичного материала и поэтому принимает форму “ключа” при контакте с ними. Но присоединение субстрата к ферменту может вызвать изменения активного центра, при которых он образует с субстратом неактивный комплекс, и тогда реакция не происходит. Значительную роль в изучении механизма взаимодействия фермента и субстрата сыграли классические труды Михаэлиса и Ментен, опубликованные в 1913 г.., О так называемые ферментосубстратни комплексы. Согласно гипотезе Михаэлиса-Ментен, ферментативная реакция всегда сопровождается образованием промежуточной короткоживущие соединения – ферментосубстратного комплекса.

Author: Олександр
Фанат своєї справи і просто крутий чувак.