загрузка...
 
4.2. Молекулярні механізми дії ферментів
Повернутись до змісту

4.2. Молекулярні механізми дії ферментів

 Теорія формування фермент-субстратного комплексу дає пояснення загальної картини ферментативного каталізу без деталізації процесів, які відбуваються в активному центрі на молекулярному рівні. Кожен фермент має свої особливості функціонування, які можна узагальнити та виділити декілька основних механізмів дії ферментів. До найбільш вивчених молекулярних механізмів дії ферментів слід віднести такі:

Ефект зближення та орієнтації – найбільш поширений механізм. Пояснення процесу: правильна взаємодія молекули субстрату з контактною ділянкою активного центру дозволяє найкращим чином зорієнтувати S відносно каталітичної ділянки та зблизити з функціональними групами, які необхідні для його перетворення у продукт.

Ефект деформації субстрату (так звана «теорія диби»). Пояснення процесу: після зв’язування S з активним центром відбувається розтягнення зв’язків (напруження та деформа-ція) в молекулі субстрату. Такі зв’язки або ділянки в молеку-лі субстрату легше атакуються, наприклад, молекулами води та розщеплюються.

Ефект кислотно-лужного каталізу. Пояснення процесу: в активному центрі ферменту є амінокислотні залишки, які відіграють роль акцептора або донора протонів і, таким чином, беруть участь у перетворенні S. Найбільш активними є функціональні групи амінокислотних залишків Цис, Глу, Асп, Гіс, Тир та ін. (табл. 2).

Ефект ковалентного каталізу. Пояснення процесу: у активному центрі деяких ферментів між молекулою субстрату та функціональними групами активного центру утворюються нестійкі ковалентні зв’язки, після руйнації яких утворюється новий продукт або продукти. Формування ковалентних зв’язків відбувається завдяки атаці нуклео-фільних (негативно заряджених) або електрофільних (позитивно заряджених) функціональних груп активного центру ферменту молекулами субстрату.

Таблиця 2 - Амінокислоти, що беруть участь у кислотно-лужному каталізі

Для більшості ферментів характерно поєднання декількох описаних молекулярних механізмів, що забезпечує їх високу каталітичну активність.

 На рис. 5 пролюстровані етапи ферментативного каталізу з урахуванням деяких молекулярних механізмів дії ферментів.

 З усіх відомих ферментів найбільш вивчений механізм дії гідролаз, таких, як хімотрипсину, тромбіну, еластази, ацетилхо-лінестерази та ін. Одним з основних молекулярних механізмів їх дії є ковалентний каталіз. Нижче детально описаний механізм такої серинової протеази, як хімотрипсину.

У функціонуванні ферментів активну участь можуть брати іони металів, які реалізують свою дію декількома способами:

1) допомагають правильно орієнтувати субстрат в активному центрі та стабілізувати перехідний стан ES (тобто активний стан комплексу);

2) забезпечують проходження окисно-відновних реакцій за рахунок зміни окисно-відновного стану іона металу (наприклад, зміна валентності заліза у складі цитохромів дихального ланцюга спрямовує потік електронів від субстратів на кисень).

 

Рис. 2-12. Этапы ферментативного катализа. I - этап сближения и ориентации субстрата относительно активного центра фермента; II - образование фермент-субстратного комплекса (ES) в результате индуцированного соответствия; III - деформация субстрата и образование нестабильного комплекса фермент-продукт (ЕР); IV- распад комплекса (ЕР) с высвобождением продуктов реакции из активного центра фермента и освобождением фермента.

 

Рисунок 5 - Етапи ферментативного каталізу з урахуванням молекулярних механізмів дії: I – етап зближення та орієнтації субстрату в активному центрі ферменту; II – утворення фермент-субстратного комплексу з деформацією зв’язків у молекулі субстрату; III – утворення нестабільного комплексу фермент-продукт (EP); IV – вивільнення продуктів реакції з активного центру ферменту



загрузка...