8. Понятие об активном центре ферментов.
Активный центр - уникальная комбинация аминокислотных остатков (серин – ОН группа; цистеин – SH группа; лизин – NH2 группа; гистидин – имидазольное кольцо; глутаминовая, аспарагиновая кислоты – СООН группа) в молекуле фермента, обеспечивающую непосредственное связывание ее с молекулой субстрата и прямое участие в акте катализа. У сложных ферментов в состав активного центра входят также простетические группы.
По первичной структуре эти аминокислотные остатки располагаются на различном расстоянии друг от друга, при образовании вторичной, третичной структур аминокислотные остатки сближаются, формируя активный центр.
В активном центре условно различают так называемый связывающий центр, непосредственно вступающий в химическое взаимодействие с субстратом, и каталитический центр, или якорный центр, который обеспечивает специфическое сродство к субстрату и формирование его комплекса с ферментом.
В
свою очередь молекула субстрата также
содержит функционально различные
участки: например, субстраты эстераз
или протеиназ – одну специфическую
связь (или группу атомов), подвергающуюся
атаке со стороны фермента, и один или
несколько участков, избирательно
связываемых ферментом.
Получены экспериментальные доказательства наличия в активном центре химотрипсина двух остатков гистидина и остатка серина, схематически представленных в трехмерной структурной модели предшественника этого фермента (схема).
9. Механизм действия ферментов.
|
S- субстрат, Р- продукт Δ G – стандартное изменение свободного энергии Δ Е ф - энергия активации ферм. реакции.
Фермент понижает Еа, т.е. снижает высоту энерг. барьера. В результате возрастает доля реакционноспособных молекул, т.о. увел. скорость реакции. |
1) 1 этап – Сближение и ориентация субстрата по отношению к активному центру фермента.
2) 2 этап – В 1959 г. был предложен другой вариант гипотезы «ключ-замок», объясняющий события в активном центре фермента. По этой гипотезе активный центр является гибкой структурой по отношению к субстрату. Субстрат, взаимодействуя с активным центром фермента, вызывает изменение его конформации, приводя к формированию фермент-субстратного комплекса, благоприятного для химических модификаций субстрата. При этом молекула субстрата также изменяет свою конформацию, что обеспечивает более высокую эффективность ферментативной реакции. Это «гипотеза индуцированного соответствия».
3) 3 этап – Деформация субстрата и образование нестабильного комплекса фермент-продукт – ЕР.
4) 4 этап – Распад ЕР с высвобождением продукта реакции из активного центра фермента и освобождение фермента.
1-ый, 2-ой и 4-ый этапы катализа непродолжительны и зависят от концентрации субстрата (для первого этапа) и констант связывания лигандов в активном центре фермента (для первого и третьего этапов). Изменения энергетики химической реакции на этих стадиях незначительны.
3-ий этап наиболее медленный; длительность его зависит от энергии активации химической реакции. На этой стадии происходят разрыв связей в молекуле субстрата, образование новых связей и формирование молекулы продукта.
Роль активного центра в ферментативном катализе. В контакт с субстратом вступает лишь небольшая часть молекулы фермента, обычно от 5 до 10 аминокислотных остатков, формирующих активный центр фермента. Роль остальных аминокислотных остатков состоит в обеспечении правильной конформации молекулы фермента для оптимального протекания химической реакции.
В активном центре фермента субстраты располагаются таким образом, чтобы участвующие в реакции функциональные группы субстратов находились в непосредственной близости друг к другу. Это свойство активного центра называют эффектом сближения и ориентации реагентов. Такое упорядоченное расположение субстратов вызывает уменьшение энтропии и, как следствие, снижение энергии активации (Еа), что определяет каталитическую эффективность ферментов.
Активный центр фермента также способствует дестабилизации межатомных связей в молекуле субстрата, что облегчает протекание химической реакции и образование продуктов. Это свойство активного центра называют эффектом деформации субстрата.