БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 1

ЧАСТЬ I. КОНФОРМАЦИЯ И ДИНАМИКА

ГЛАВА 6. ВВЕДЕНИЕ В ЭНЗИМОЛОГИЮ

Заключение

Катализаторами в биологических системах служат ферменты; все ферменты - белки. Ферменты высокоспецифичны и обладают огромной каталитической силой. Обычно они повышают скорость реакции по крайней мере в 10⁷ раз. Ферменты не сдвигают равновесия реакции, а выполняют функцию катализаторов путем снижения энергии активации химических реакций.

Таблица 6.5 Диэлектрические постоянные ряда растворителем

Кинетические параметры некоторых ферментов описываются моделью Михаэлиса-Ментен. Согласно этой модели, фермент (Е) соединяется с субстратом (S), образуя фермент-субстратный комплекс (ЕS), который либо превращается далее в продукт (Р) реакции, либо диссоциирует на Е и S:

Скорость (V) образования продуктов описывается уравнением Михаэлиса- Ментен:

где V_max- скорость реакции при полном насыщении фермента субстратом, а К_м-константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину от максимальной. Максимальная скорость V_max равна произведению к₃ на общую концентрацию фермента. Кинетическая константа к₃, называемая числом оборотов фермента, показывает, сколько молекул субстрата превратилось в продукт реакции за единицу времени в одном каталитическом центре при полном насыщении фермента субстратом. Для большинства ферментов число оборотов лежит в пределах от 1 до 10⁴ в 1 с.

Некоторые специфические низкомолекулярные вещества и ионы способны ингибировать ферменты. При необратимом ингибировании ингибитор ковалентно соединяется с ферментом или же связывается с ним настолько прочно, что его диссоциация идет очень медленно. В отличие от этого обратимое ингибирование характеризуется тем, что равновесие между ферментом и ингибитором устанавливается быстро. Конкурентный ингибитор препятствует связыванию субстрата в активном центре. Он уменьшает скорость реакции путем снижения относительного количества молекул фермента, связавших субстрат. При неконкурентном ингибировании ингибитор снижает число оборотов фермента. Конкурентное ингибирование в отличие от неконкурентного снимается при повышении концентрации субстрата; таким путем можно различить эти два вида ингибирования.

Каталитическая активность многих ферментов подвержена регуляции in vivo. В этом отношении особенно важную роль играют аллостерические взаимодействия, т. е. взаимодействия между пространственно разделенными участками фермента. Все известные в настоящее время аллостерические ферменты состоят из двух и более субъединиц. Аллостерические взаимодействия опосредованы конформационными изменениями, которые передаются с одной субъединицы на другую. Кривая зависимости скорости реакции V от концентрации субстрата [S] для аллостерических ферментов имеет сигмоидную, а не гиперболическую форму. Для объяснения некоторых свойств этих ферментов предложены две модели - модель согласованного механизма и модель последовательного механизма.

Обратимые молекулярные взаимодействия в биологических системах обусловлены возникновением водородных связей, а также электростатических и вандерваальсовых взаимодействий. Сильнейшее влияние на эти взаимодействия оказывает вода благодаря таким своим свойствам, как полярность, когезионная сила и способность к образованию водородных связей в качестве и донора, и акцептора водорода. В присутствии воды ослабевают электростатические взаимодействия и водородные связи между другими молекулами и ионами. С другой стороны, в присутствии воды усиливается взаимодействие неполярных молекул. Так, при связывании субстрата с активным центром, лежащим в щели на ферменте, происходит исключение воды из этой щели. Отсутствие воды усиливает электростатические взаимодействия и водородные связи между ферментом и субстратом. Ассоциация неполярных групп субстрата и активного центра фермента обеспечивает значительную часть энергии, необходимой для связывания. Основой специфичности фермент-субстратного взаимодействия служат, во-первых, водородные связи, имеющие резко выраженный направленный характер, и, во-вторых, форма активного центра фермента, которая препятствует связыванию некомплементарных ей молекул. Узнавание субстрата ферментами-это во многих случаях динамический процесс, сопровождающийся конформационными изменениями в активном центре фермента.