Физико-химические механизмы ферментативного катализа

Структурные особенности поверхностного слоя белковых глобул позволяют сосредоточить в активном центре большое число различных по химической природе функциональных групп, способных не только сорбировать молекулу субстрата, но также и взаимодействовать с ней химически. Среда активного центра обладает высокоразвитой микрогетерогенностью, где гидрофобные участки с исключительно низкой диэлектрической проницаемостью и полярностью (по сравнению с водой) чередуются с сильно гидратированными полярными областями с высоким электростатическим потенциалом и т. д.. Поверхностный слой характеризуется также и повышенной микровязкостью. Все эти эффекты способствуют в конечном итоге многоцентровому взаимодействию фермента (его активного центра) с молекулой субстрата (хелатные или клешневидные комплексы).

Наиболее существенными представляются три причины ускорений ферментативных реакций (по сравнению с гомогенно-каталитическими процессами):

1) сорбционные взаимодействия с белком боковых субстратных групп обеспечивают ускорение реакции порядка 10⁷ раз и более;

2) полифункциональный катализ (типа общего кислотно-основного катализа) вполне может привести к ускорениям, превышающим величину 10³;

3) весьма существенное влияние на ферментативную реакцию (изменение скоростей на несколько десятичных порядков) могут оказать также и эффекты микросреды активного центра.

В целом на основании этих физико-химических механизмов можно ожидать cуммарных эффектов ускорения более чем в 10¹⁰ раз. Как видно, это вполне покрывает тот масштаб ускорений, который отличает ферментативный катализ от механизмов гомогенно-каталитического типа.

Таким образом, успехи современной теории биологического катализа и теоретической химии показали, что ферментативные реакции при всей их сложности протекают в полном соответствии с общими закономерностями обычных химических превращений. Объяснение огромных преимуществ, которыми ферментативный катализ отличается от небиологического гетеро- и гомогенного катализа, заложено фактически лишь в исключительно сложной структуре макромолекул белка.

ЛЕКЦИЯ 3.2

Механизм действия гидролаз

На примере карбоксипептидазы А

Деление гидролаз на типы