Механізм дзеяння ферментаў

Ферменты (энзімы) - гэта высокамалекулярныя арганічныя злучэнні бялковай прыроды, якія выконваюць у арганізме ролю біялагічных каталізатараў.

Механізм дзеяння ферментаў

Высвятленне механізмаў, якія ляжаць у аснове каталітычнага дзеяння энзімаў, з'яўляецца адной з фундаментальных задач і актуальных праблем не толькі энзимологии, але і сучаснай малекулярнай біяхіміі і біялогіі.

Задоўга да таго як сталі даступныя чыстыя ферменты і была высветленая іх прырода, склалася перакананне, што вырашальнае значэнне для ажыццяўлення ферментатыўнага працэсу мае злучэнне фермента з субстратам. Спробы выявіць комплекснае злучэнне фермента з субстратам доўгі час не прыводзілі да поспеху, паколькі такі комплекс лабилен, ён вельмі хутка распадаецца. Выкарыстанне метаду спектраскапіі дало магчымасць выявіць фермент-субстратнай комплексы для каталазы, пероксидазы, алкогольдегидрогеназы, флавинзависимых ферментаў.

Метад рентгеноструктурного аналізу дазволіў атрымаць шмат важных звестак аб структуры і каталітычных механізмах дзеяння ферментаў. Гэты метад быў выкарыстаны для ўстанаўлення сувязі аналагаў субстрата з ферментамі лизоцимом і химотрипсином.

Некаторыя прамыя доказы існавання энзім-субстратнай комплексаў ўдалося атрымаць для выпадкаў, калі на адной са стадый каталітычнага цыклу фермент аказваецца звязаным з субстратам кавалентнай сувяззю. У якасці прыкладу можа служыць рэакцыя гідролізу n-нитрофенилацетата, катализируемая химотрипсином. Пры змешванні фермента з гэтым эфірам химотрипсин ацетилируется па гидроксильной групе рэакцыйна-здольнага астатку серіна. Гэтая стадыя працякае хутка, аднак гідроліз ацетилхимотрипсина з адукацыяй ацэтату і свабоднай химотрипсина ідзе значна больш павольна. Таму ў прысутнасці n-нитрофенилацетата назапашваецца ацетилхимотрипсин, які лёгка выявіць.

Наяўнасць субстрата ў складзе фермента можна «ўлавіць» шляхам пераводу няўстойлівага комплексу ЕС у неактыўную форму, напрыклад, апрацоўкай фермент-субстратного комплексу боргидридом натрыю, які валодае моцным аднаўленчым дзеяннем. Падобны комплекс у выглядзе ўстойлівага кавалентная вытворнага быў знойдзены ў ферментаў альдолазе. Аказалася, што з малекулай субстрата ўзаемадзейнічае е-амінагрупа лізіну.

Субстрат ўзаемадзейнічае з ферментам ў пэўнай часткі, якая называецца актыўным цэнтрам, або актыўнай зонай фермента.

Пад актыўным цэнтрам, або актыўнай зонай, разумеюць тую частку малекулы ферментнай бялку, якая злучаецца з субстратам (і кофакторы) і абумоўлівае ферментатыўныя ўласцівасці малекулы. Актыўны цэнтр вызначае спецыфічнасць і каталітычны актыўнасць фермента і павінен прадстаўляць сабой структуру пэўнай ступені складанасці, прыстасаваную для цеснага збліжэння і ўзаемадзеяння з малекулай субстрата ці яе часткамі, непасрэдна якія ўдзельнічаюць у рэакцыі.

Сярод функцыянальных груп адрозніваюць якія ўваходзяць у склад «каталітычным актыўнага» ўчастка фермента і ўтвараюць ўчастак, які забяспечвае спецыфічнае сродство (звязванне субстрата з ферментам) - так званы кантактны, або «якарнай» (або адсарбцыйны ўчастак актыўнага цэнтра фермента).

Механізм дзеяння энзімаў тлумачыць тэорыя Міхаэліс-мент. Згодна з гэтай тэорыі, працэс адбываецца ў чатыры этапы.

Механізм дзеяння ферментаў: I этап

Паміж субстратам (З) і энзімы (Е) узнікае сувязь - утворыцца фермент-субстратнай комплекс ЕС, у якім кампаненты звязаныя паміж сабой кавалентная, іённымі, воднымі і іншымі сувязямі.

Механізм дзеяння ферментаў: IІ этап

Субстрат пад уздзеяннем далучанага фермента актывуецца і становіцца даступным для адпаведных рэакцый каталізу ЕС.

Механізм дзеяння ферментаў: IІI этап

Здзяйсняецца каталіз ЕС. Гэтая тэорыя пацверджана эксперыментальнымі даследаваннямі.

І нарэшце, IV стадыя характарызуецца вызваленнем малекулы фермента Е і прадуктаў рэакцыі Р. Паслядоўнасць пераўтварэнняў можна адлюстраваць так: Е + С - ЕС - ЕС * - Е + Р.

Спецыфічнасць дзеяння ферментаў

Кожны энзім дзейнічае на пэўны субстрат або групу рэчываў, якія падобныя па сваёй структуры. Спецыфічнасць дзеяння ферментаў тлумачыцца падабенствам канфігурацыі актыўнага цэнтра і субстрата. У працэсе ўзаемадзеяння утворыцца фермент-субстратнай комплекс.