45. Основные положения теории ферментативной кинетики и общей теории механизма действия ферментов.

Впервые упоминание о ферментах встречается в работе Пейена и Персоца (1830), которые наблюдали расщепление крахмала под действием вещества, выделенного из картофеля, названного ими диастазой. В 1835 году Берцелиус впервые предположил, что реакции живого организма осуществляются благодаря новой силе, которую он назвал `каталитической`. Берцелиус сформулировал принцип катализа, включив в число каталитических агентов и диастазу, которая гидролизовала крахмал быстрее, чем серная кислота. Сначала все ферменты называли диастазами. В 1878 году Куне назвал вещество, обладающее каталитической силой в живом огранизме, ферментом, тем самым отражая связь с процессами ферментации.

Предварительные эксперименты по изучению кинетики ферментативных реакций показали, что скорость реакции E + S ---> E + P, вопреки теоретическим ожиданиям, не зависит от концентрации фермента и субстрата так, как в случае обычной реакции второго порядка. Самая ранняя попытка математически описать ферментативные реакции была предпринята Дюкло в 1898 г. Браун (1902) и независимо от него Анри (1903) впервые выдвинули гипотезу об образовании в ходе реакции фермент-субстратного комплекса. Это предположение основывалось на трех экспериментальных фактах:

• папаин образовывал нерастворимое соединение с фибрином (Вюртц, 1880);

• субстрат инвертазы - сахароза могла защищать фермент от тепловой денатурации (О`Салливан и Томпсон, 1890);

• было показано, что ферменты являются стереохимически специфическими катализаторами (Фишер, 1898-1899).

Ферменты никогда не сдвигают химическое, равновесие в реакциях, определяемое разностью свободных энергий продукта и субстрата. Эти реакции совершаются и в отсутствие фермента, но со значительно меньшей скоростью. Роль ферментов сводится к уменьшению энергии активации данной реакции, а, следовательно, увеличению константы скорости реакции. Ферменты обладают высокой специфичностью и, как правило, катализируют только определенные реакции или реакции с участием узкого класса соединений. Первой моделью, объясняющей специфичность фермента, явилась модель Фишера, согласно которой субстрат стерически соответствует активному центру фермента (участку фермента, к которому присоединяется субстрат). Эта модель получила название ключ – замок. Согласно более поздней модели Кошланда — модели индуцированного соответствия, присоединение определенного субстрата вызывает конформационные перестройки в ферменте, в результате чего его каталитические группы ориентируются в пространстве таким образом, что оказываются способными осуществить превращение субстрата в продукт. Эта модель объясняет тот факт, что присоединение к ферменту некоторых веществ, структурно похожих на субстрат, не ускоряет их химическое превращение.

МЕХАНИЗМ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА

Катализ приводит к ускорению достижения равновесия за счет снижения энергии активации (Еа), часто ступенчато.

Три стадии процесса:

1) E + S ----- ES (K = k₁/k_-1) (БЫСТРАЯ)

2) ES ----- EP (k₂)(медленная)

3) EP ---- E + P

Таким образом, в момент равновесия скорости образования и исчезновения энзим субстратного комплекса (ES) равны: E + S ---- ES ----- EP --- E + P