Механізм дії ферментів
Провідну роль у механізмі ферментативного каталізу відіграє освіта фермент-субстратні комплексів, на існування яких було вказано в 1902 р (Д. Браун).
– На першій фазі ферментативного каталізу між субстратом і ферментом виникає з’єднання, в якому реагенти пов’язані один з одним іонної, ковалентного чи іншого виду зв’язком.
– Потім друга фаза – субстрат під дією приєднаного до нього ферменту зазнає зміна, що робить його більш доступним для відповідної хімічної реакції.
– На третій фазі відбувається сама хімічна реакція.
– На четвертій фазі утворився продукт реакції звільняється з фермент-продуктного комплексу.
E + S I ES II ES’ III EP IV E + P
E – фермент;
S – субстрат;
S’- активоване субстрат;
P – продукт реакції.
Ця схема була розроблена в 1903 р В. Генрі, потім в 1913 р підтверджена Л. Міхаелісом і М. Ментен прямим виділенням ES-, ES’ і EP-комплексів.
Ацетілхолін-естераза
Одним із прикладів ферментативного каталізу, здійснюваного відповідно до наведеної схемою, може служити реакція гідролізу ацетилхоліну. Це з’єднання служить медіатором (посередником) при передачі нервових імпульсів: у відповідь на виділення закінченням нервового волокна ацетилхоліну слід відповідна реакція збудження нервової клітини. Щоб цей процес протікав безперервно, після кожного акту передачі нервового імпульсу викликала збудження порція ацетилхоліну (1 – 2 мкг) повинна бути повністю зруйнована. Це досягається за допомогою реакції гідролізу ацетилхоліну при участі ферменту ацетилхолінестерази. Гідроліз здійснюється з величезною швидкістю: 1 – 2 мкг ацетилхоліну за 0,1 – 0,2 мс:
СН3 – СО – О – СН2 – СН2 – N + (СН3) 3 + Н2О
СН3 – СООН + АЛЕ – СН2 – СН2 – N + (СН3) 3
Ацетилхолінестеразою – однокомпонентний фермент. В її активному центрі зосереджені щонайменше 4 амінокислотних радикала – глу, сер, гіс і тир, забезпечують послідовне здійснення перерахованих вище етапів ферментативного каталізу.
Спочатку між ферментом (ацетилхолінестеразою) і субстратом (ацетилхолін) виникає фермент-субстратний комплекс. Він утворюється за рахунок електростатичного взаємодії між негативно зарядженої іонізованої СООН-групою радикала глу і позитивно зарядженим атомом N молекули ацетилхоліну (рис. 11, /, Б). Після утворення фермент-субстратного комплексу вступають в дію інші амінокислотні радикали активного центру ацетилхолінестерази. В першу чергу замикається зв’язок між вуглецем поляризованої СО-групи ацетильную радикала холіну і киснем ОН-групи залишку сер. Потім виникає воднева зв’язок між киснем складноефірний зв’язку в молекулі ацетилхоліну і ОН-групою радикала тир (рис. 11, II, В).
Розташування молекули ацетилхоліну і радикалів сер і тир в активному центрі ферменту таке, що освіта згаданих зв’язків послаблює зв’язок між СО-групою і атомом кисню складноефірний зв’язку в молекулі ацетилхоліну (ефект “диби”). В результаті для її розриву потрібно набагато менше енергії, т. Е. Енергетичний бар’єр виявляється зниженим внаслідок активації молекули ацетилхоліну. Тому під впливом радикала гіс, відволікає на себе протон від ОН-групи сер, зміцнюється складноефірний зв’язок між радикалом сер і ацетилової групою з одночасним розривом складноефірний зв’язку в молекулі ацетилхоліну і переходом протона від радикала тир до залишку холіну (рис. 11, /// , Г). Останній вивільняється з активного центру (рис. 11, IV), а його місце займає молекула води. Вона утворює зв’язок з карбонільним киснем ацетилової групи і киснем тир (на рис. 11 цей етап не показаний), після чого протон від залишку гис повертається до кисню ОН-групи сер, а протон води – до радикалу тир. Одночасно виділяється другий продукт реакції – оцтова кислота і регенерується вільний активний центр ацетилхолінестерази (рис. 11, IV, А), готовий до нового акту каталізу.
У процесі утворення фермент-субстратного комплексу і на подальших фазах ферментативного каталізу відбуваються неодноразові зміни третинної структури ферменту, що призводять до послідовного зближення з субстратом і орієнтації в просторі тих активних груп, які взаємодіють один з одним на різних етапах перетворення субстрату. Зміна третинної структури білка неможливо без участі всієї або майже всієї поліпептидного ланцюга, що утворює білкову молекулу. Отже, в каталітичному акті бере участь по суті вся або майже вся молекула ферменту.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)