1.6. Факторы, определяющие каталитическую эффективность ферментов.

Ферменты повышают скорость катализируемых ими реакций в 10⁸ – 10²⁰ раз. Такое ускорение соответствует снижению свободной энергии активации ферментативной реакции на 12-30 ккал/моль (при 30°С) по сравнению с некатализируемой реакцией. За счет каких взаимодействий происходит столь резкое снижение свободной энергии активации?

В настоящее время можно выделить четыре основных фактора:

1. Сближение и ориентация. Фермент способен связывать молекулу субстрата таким образом, что атакуемая ферментом связь оказывается не только расположенной в непосредственной близости от катализирующей группы, но и ориентирована по отношению к ней наилучшим образом. В результате вероятность того, что комплекс ES достигнет переходного состояния, сильно увеличивается.

2. Напряжение и деформация; индуцированное соответствие. Присоединение субстрата может вызвать конформационные изменения в молекуле фермента, которые приводят к напряжению структуры активного центра, а также несколько деформируют связанный субстрат, облегчая тем самым достижение комплексом ES переходного состояния. При этом возникает индуцированное соответствие фермента субстрату. Даже небольшие изменения третичной структуры огромной по сравнению с субстратом молекулы фермента (обычно молекула фермента в несколько раз тяжелее молекулы субстрата) могут играть роль механического рычага для молекулы субстрата.

3. Общий кислотно-основной катализ. В активном центре фермента находятся группы специфических аминокислотных остатков, которые являются хорошими донорами и акцепторами протонов. Такие кислотные и основные группы представляют собой мощные катализаторы общего типа.

4. Ковалентный катализ. Некоторые ферменты реагируют со своими субстратами, образуя очень нестабильные, ковалентно связанные фермент-субстратные комплексы, которые превращаются в продукты значительно быстрее, чем сам субстрат.

Перечисленные выше четыре фактора, по-видимому, вносят разный вклад в ускорение реакций ферментами разных типов, однако ни для одного фермента пока не известно точного механизма, обеспечивающего ускорение той или иной специфической для него реакции.

1.7.Ферменты небелковой природы

Долгое время считалось, что все ферменты являются белковыми молекулами. Однако в начале 80‑х годов произошло одно из наиболее неожиданных событий в развитии биохимии — было найдено, что в природе существуют катализаторы, лишенные белка и состоящие только из РНК. Такие ферменты получили название рибозимов.

49