Дляиллюстрации необычайно высокой эффективности ферментов приведем два примера исравним действие обычного кислотного катализатора H3O+ сферментативными. В качестве меры активности приведем все три параметрауравнения Аррениуса - константу скорости (k, л/моль*сек), предэкспоненциальныймножитель А и энергию активации (Е, ккал/моль).
Этипримеры особенно интересны в том отношении, что в первом случае увеличениеконстанты скорости в присутствии уреазы обусловлено главным образом снижениемэнергии активации (на 17-18 ккал/моль), тогда как во втором - влияние миозинана константу скорости осуществляется за счет увеличения предэкспонциальногомножителя.
Активностьферментам зависет также от кислотности среды, в которой протекает химическаяреакция. Примечательно, что кривая этой зависимости от рН среды апоминаетколоколообразные кривые кислотно-основного катализа.
Создаетсявпечатление, что ферментам предоставлено право решать, что в данном конкретномслучае им выгодно - организовать более прочную связь активного центра смолекулой субстрата или произвести разупорядочение своей структуры.
Трудносказать, какими соображениями руководствуется фермент при выборе пути активациисубстрата. Во всяком случае, изучение кинетики ферментативной реакции итермодинамики образования промежуточных комплексов, хотя и дает ценнуюколичественную информацию, не позволяет полностью раскрыть молекулярный иэлектронный механизм работы фермента. Здесь, как и при изучении обычныххимических реакций, приходится идти по пути моделирования - грубо говоря,придумывания таких молекулярных механизмов, которые по крайней мере непротиворечили бы данным эксперимента и элементарной логике химических реакций.Беда в том, что при достаточно развитом воображении таких “хороших” механизмовможно придумать довольно много. Ниже мы познакомимся с некоторыми из такихмодельных представлений, а теперь посмотрим, как исследователи устанавливаютприроду активные центров ферментов.
Увеличениекислотности среды будет благодриятно для одних элементарных стадий инеблагоприятно для других. При наличии таких конкурирующих фактов, как нетруднодогадаться, должна существовать некоторая оптимальная кислотность среды, прикоторой фермент может работать с максимальной эффективностью.
Итак,анализ зависимостей скорости от рН является весьма эффективным средствомидентификации функциональных групп белковой молекулы фермента, участвующих в процессеактивации молекул субстрата. Зная природу активных центров, можно представитьсебе, как они работают. Конечно, при этом приходится пользоваться теми жепредставлениями о механизме элементарных актов, которые сложились при изученииобычных реакций органической химии. Вводить какие-то особые механизмы нетникакой необходимости. Существует твердое убеждение в том, что работа ферментасводится в конечном счете к совокупности простых операций, аналогичных тем,которые совершаются при взаимодействии органических молекул в обычныхпробирочных условиях.
Итак мы знаем:
1)В ферментативном катализе принимают участие по крайней мере две функциональныегруппы, и механизм ферментативной реакции включает в себя определеннуюпоследовательность элементарных актов, которая обеспечивает энергетически болеевыгодный маршрут, чем неферментативная реакция;
2)активные центры на полипептидной цепи расположены так, чтобы в определенныймомент и в определенном месте они могли взаимодействовать с молекулой субстратаи осушествить серию согласованных химических актов.
Список литературы
“Вмире катализа”., М, Наука, 1977
“Большаяхимическая энциклопедия”, т.2, М., Советская энциклопедия,1990
“Справочникшкольника по химии”,М., Слово, 1995
“Химия11”,М.,Просвещение,1992
“Органическаяхимия”.,Прсвещение,1991
“ОбщаяХимия”,Минск,Университетское,1995