Биохимия в таблицах схемах и графиках - С.Д. Жамсаранова 2009

Ферменты
Механизм действия ферментов

Первоначальным событием при действии фермента является его специфическое связывание с лигандом - субстратом (S). Это происходит в области активного центра, который формируется из нескольких специфических R-групп аминокислот, определенным образом ориентированных в пространстве.

Ферментативная реакция - это многостадийный процесс.

На первом этапе устанавливается индуцированное комплементарное соответствие между ферментом и субстратом. В результате образуется фермент-субстратный комплекс (ЕS), в котором далее происходит химическое превращение субстрата, в результате чего образуется продукт, комплементарность снижается. После диссоциации продукта фермент возвращается в исходное состояние.

Механизм действия и конформация активного центра пищеварительного фермента эластазы (сериновой протеазы), осуществляющего гидролиз полипептидов

На первой стадии карбонильная группа расщепляемого пептида атакуется кислородом гидроксигруппы серина. Соседство с протонированным имидазольным кольцом гистидина, протонирование которого обеспечивается близким расположением карбоксильной группы остатка аспарагиновой кислоты, существенно повышает стабильность ионизованной формы гидроксила остатка серина (за счет электростатической энергии притяжения зарядов). В значительной части молекул фермента этот гидроксил находится в виде аниона, что резко повышает его нуклеофильную активность.

На второй стадии катализа промежуточно образовавшийся сложный эфир гидролизуется при действии воды, и активный центр освобождается для проведения следующего акта катализа.

В результате атаки аниона пептидная связь разрывается и одна часть пептида покидает активный центр серинового фермента, а другая переносится на остаток серина с образованием ацилфермента.

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ

МОДЕЛЬ МИХАЭЛИСА-МЕНТОН

Химическое уравнение простейшей односубстратной реакции:

Здесь S — субстрат, E — фермент, ES — фермент-субстратный комплекс и P — продукт.

Зависимость начальной скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата.

Чем выше [S], тем выше скорость реакции. Эта зависимость гиперболическая. Предельное значение, к которому стремится гипербола - V_max данной реакции, характеризует максимальную работоспособность фермента:

V_max - это предел, к которому стремится скорость реакции при бесконечном повышении концентрации субстрата.

Km - это такая концентрация субстрата, которая необходима для связывания половины имеющегося фермента и достижения половины максимальной скорости.

К_m - КОНСТАНТА МИХАЭЛИСА. Она численно равна той концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину от максимального значения. Эта реакция описывается уравнением Михаэлиса-Ментон:

К_m и V_max - это две кинетические константы, с помощью которых можно характеризовать эффективность работы фермента, в том числе и in vivo.

ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИИ ОТ рН

Зависимость активности ферментов (для удобства сравнения приведены активности, нормированные к единице) от рН. 1 — Пепсин, 2 — рибонуклеаза и 3 — аргиназа.