Механизм ферментативного катализа

1. Образование фермент-субстратного комплекса. Суб­страт присоединяется к участку молекулы фермента, который называется активным центром, и в котором различают якор­ные участки. Соединение идет за счет связей, характер ко­торых зависит от химической природы субстрата. Напри­мер, если в молекуле субстрата имеются заряженные группы, то образование комплекса возможно за счет электростатиче­ского взаимодействия (ионных связей). Если субстрат не име­ет заряженных групп, то соединение субстрата с ферментом идет за счет возникновения водородных связей. Возможны и гидрофобные взаимодействия между субстратом и активным центром фермента. Место, куда прикрепляется субстрат, на­ходится на поверхности молекулы фермента. Таких участков может быть 2—3, они находятся на определенном расстоянии друг от друга. Пространственная структура активного центра имеет сродство не только к своему субстрату, но от нее зави­сит каким превращениям подвергнется субстрат.

2. Образование комплекса фермент-продукты реакции. Функционально активные группы активного центра фермента действуют на субстрат, дестабилизируя связи. При таком взаимодействии изменяется конфигурация субстрата, про­исходит его деформация, поляризация молекулы субстра­та, растяжение связей между отдельными участками субстра­та, перераспределение электронов, что приводит к изменению расположения электрического заряда, к снижению энергии активации, и субстрат распадается. Эта стадия кратковременна и лимитирует скорость всего процесса.

3. Распад комплекса фермент-продукты реакции с выделе­нием свободного фермента. Третья стадия более медленная, от нее зависит скорость всей реакции. Таким образом, выяв­лено, что в механизме действия ферментов большое значение имеет изменение структуры субстрата, приводящее к сниже­нию энергии активации. Величины энергии активации у раз­личных субстратов разные. В частности, для разложения пероксида водорода необходима энергия в 75,3 кДж/мол. Ис­пользование катализатора платины снижает эту величину до 54,1 кДж/мол, а для разрушения перекиси водорода каталазой требуется всего 18 кДж/мол, т. е. более чем в 4 раза уменьшилась энергия активации.