Структурно-кинетический аспект

Ферменты ускоряют ход химической реакции за счет снижения энергии активации, причем энергия активации падает в результате снижения энергетического барьера реакции.

В свою очередь снижение энергетического барьера реакции говорит о том, что при взаимодействии молекул субстрата с ферментами происходит изменение структуры реагирующих молекул, которые и способствуют возникновению определенных реакции.

Реакции – перестройка одной, реже 2-3 связей в реагирующей молекуле, поэтому ослабление прочности перестраиваемой связи будет, несомненно, способствовать протеканию р-ии

Ферменты, взаимодействующие с субстратами, так изменяют структуру молекул субстрата, определенные связи становятся менее прочными, т.е. более уязвимыми для действия реагентов

Ослабление прочности связей достигается или за счет изменения пространственной структуры молекулы субстрата, а так же путем перераспределения электронной плотности в молекуле

В этом плане принято выделять несколько эффектов, которые отвечают за ускорение хода реакции ферментами:

1. Само связывание молекулы субстрата с активным центром фермента приводит к изменению электронной плотности структуры субстрата, т.е. сам акт связывания является началом катализа

2. Связанная молекула субстрата оказывается в сфере действия каталитического центра фермента, функциональные группы которого еще более деформируют электронную структуру субстрата, перераспределение электронных плотностей в молекуле субстрата ослабляют перестраиваемую связь

3. В активном центре многих ферментов присутствуют группировки радикалов АК, обладающие кислотными или основными свойствами, под их действием к одной части молекулы субстрата будут присоединяться протоны, а от другой его части протоны будут отщепляться. Иначе говоря, будет работать механизм кислотно-основного катализа.

4. Под действием некоторых ферментов между молекулами субстрата и группировками активного центра фермента образуются ковалентные связи, что сопровождается изменением структуры субстрата, причем, несомненно, таким, которое ускоряет реакцию.

5. Молекула субстрата, связываясь с группировками активного центра, может подвергаться пространственным искажениям (связывание между активным центром и субстратом многоцентровое). Искажение может казаться величины валентных углов, длины связи (иногда увеличивается, иногда уменьшается), это может быть скручивание вдоль оси той или иной связи, при этом возникают напряженные структуры, которые более реакционноспособны, чем структуры ненапряженные

Существенный вклад в формировании напряженных структур вносит изменение конформации фермента, особенно это касается ферментов, активный центр у которых расположен в щели между доменами (участки полипептидной цепи, которые обладают определенной автономностью, т.е. подвижны по отношению др к др).

6. Молекулы субстрата в водной фазе обычно гидратированы, поскольку это повышает ее стабильность, связываясь с активным центром, молекула теряет свою гидратную оболочку и обычно попадает в гидрофобное окружение.

Активный центр фермента напоминает углубление в виде щели на поверхности фермента, причем среда здесь с более низкой диэлектрической постоянной, по сравнению с водной фазой

дегидратация, изменение диэлектрической постоянной обычно меняет реакционную способность и молекулы субстрата и каталитических группировок активного центра среды

К ускорению химической р-ии имеет отношение 2 кинетических момента

1. скорость р-ии, по закону действующих масс, растет с увеличением концентрации реагентов, поскольку увеличивается вероятность столкновения молекул, в активном центре фермента молекулы субстрата сближаются принудительно, что эквивалентно многократному повышению их концентрации

2. для того чтобы молекулы прореагировали, они должны столкнуться др с др в определенных пространственных соотношениях, подсчитано, что такая оптимальная взаимная ориентация достигается не чаще, чем 1 раз на 100 случайных соударений, а в активном центре молекулы сближаются в оптимальной для протекания реакции ориентации, что способствует ускорению реакции

эти 2 кинетических эффекта получили названия:

Эффект сближения, что эквивалентно локальному увеличению концентрации реагирующих соединений