Теории энзим-субстратного взаимодействия. Энергия активации. Механизм действия ферментов.
1. Адсорбционная: считалось, что фермент, как магнит притягивает (адсорбирует) на себя молекулы субстрата, их концентрация у активного центра повышается и реакция идет быстрее. Это устаревшая теория, и имеет только исторический интерес.
2. Теория промежуточных фермент-субстратных комплексов объясняет механизм действия ферментов тем, что фермент: связывается с субстратом и образует комплекс фермент-субстрат, этот комплекс превращается в другой, третий, где происходит напряжение, деформация субстрата, формируются и отделяются от фермента уже конечные продукты реакции. Вместо одной реакции с высоким энергетическим барьером, идут несколько новых с низким.
1. А + В (субстраты) Е (фермент)-------------— С (продукт)
А + Е —----— АЕ1 (комплекс 1)----— АЕ2(комплекс 2)
АЕ2 + В —--— С (продукт) + Е (исходный неизмененный фермент)
2.E + S —----— ES —----— EZ —---— EP —---— E + P
При фермент-субстратном взаимодействии происходят:
1. сближение и необходимая ориентация субстратов,
2.удаление гидратной оболочки субстрата (внутри активного центра создаются другие условия, чем в растворе),
3.ослабляется разрываемая связь между атомами субстрата (при связывании происходит индуцированное субстратом конформационное изменение фермента и его активного центра, образуется фермент-субстратный комплекс; индуцированное соответствие обеспечивает эффективный ферментативный процесс, но не вносит решающий вклад в увеличение скорости реакции; каталитическая активность ферментов связана с их непосредственным участием в самих процессах разрыва и образования новых связей),
4.стабилизация переходного состояния, образующегося в результате взаимодействия между субстратом и аминокислотными остатками активного центра фермента или кофактором, достижение которого требует значительно меньшей энергии активации.
В общем виде все сводится к комплементарному взаимодействию фермента и субстрата. При этом функциональные группы субстрата взаимодействуют с соответствующими им функциональными группами фермента. Наличие субстратной специфичности объясняют две теории: Фишера и Кошланда.
|
|
|
Теория Фишера (модель "жесткой матрицы", "ключ-замок") – активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата и не изменяется при его присоединении. Эта модель хорошо объясняет абсолютную специфичность, но не групповую
Теория Кошланда (модель "индуцированного соответствия", "рука-перчатка") – подразумевает гибкость активного центра (т.е. сначала активный центр не соответствует – не комплементарен субстрату). Присоединение субстрата к якорному участку фермента вызывает изменение конфигурации каталитического центра таким образом, чтобы его форма соответствовала форме субстрата (индуцированное, наведенное соответствие)
В тот момент, когда субстрат(S) полностью заполняет собой активный центр, максимально возрастает степень разрыхления его химических связей, и он преобразуется в промежуточное вещество, которое в последствие получает дополнительные порции (кванты) тепловой энергии и образует продукт реакции (Р). Продукт реакции связан с активным центром менее прочно и покидает активный центр. Активный центр фермента лучше согласован со структурой субстрата в переходном состоянии, чем со структурой субстрата в свободной форме, и следующая запись ферментативного процесса показывает, что субстрат в активном центре приобретает возбужденное состояние последовательно, в несколько этапов:
E + S —--— ES —--— ES* —--— ES** —--— ES*** —--— EP —— E + P
|
|
|
Механизм действия ферментов
Акт катализа складывается из трех последовательных этапов.
1. Образование фермент-субстратного комплекса при взаимодействии через активный центр.
2. Связывание субстрата происходит в нескольких точках активного центра, что приводит к изменению структуры субстрата, его деформации за счет изменения энергии связей в молекуле. Это вторая стадия и называется она активацией субстрата. При этом происходит определенная химическая модификация субстрата и превращение его в новый продукт или продукты.
|
|
|
3. В результате такого превращения новое вещество (продукт) утрачивает способность удерживаться в активном центре фермента и фермент-субстратный, вернее уже фермент-продуктный комплекс диссоциирует (распадается).
Виды каталитических реакций:
А+Е = АЕ = БЕ = Е + Б
А+Б +Е = АЕ+Б = АБЕ = АБ + Е
АБ+Е = АБЕ = А+Б+Е, где Е - энзим, А и Б - субстраты, либо продукты реакции.
Общие черты всех каталитических реакций заключаются в том,что они связаны со снижением энергии активации. Ферменты «помогают» субстратам принять переходное состояние при образовании фермент-субстратного комплекса. Снижение энергии активации при ферментативном катализе обусловлено увеличением числа стадий химического процесса. Индуцирование ряда промежуточных реакций приводить к тому, что исходный активационный барьер дробится на несколько более низких барьеров, преодолеть которые реагирующие молекулы могут гораздо быстрее ,чем основной.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 7686; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!