12. Механизм действия и особенности ферментативного катализа.

Ферменты обладают очень высокой специфичностью. Эмиль Фишер в 1890 г. высказал предположение, что эта специфичность обусловливается особой формой молекулы фермента, точно соответствующей форме молекулы субстрата (или субстратов). Эту гипотезу часто называют гипотезой «ключа и замка»: субстрат сравнивается в ней с «ключом», который точно подходит по форме к «замку», т. е. к ферменту. Часть молекулы фермента, вступающую в контакт с субстратом, называют активным центром фермента, и именно активный центр фермента имеет особую форму.

Весь процесс ферментативного катализа можно условно поделить на три этапа:

1)специфическое присоединение моле-кулы субстрата к ферменту (образование фермент-субстратного комплекса);

2)преобразование первичного промежуточного соединения в один или несколько последовательных (переходных) комплексов;

3)отделение конечных продуктов реакции от фермента, протекающее в одну или несколько стадий.

Особенности ферментативного катализа

1.Ферменты намного активнее чем неорганические катализаторы.

Так химотрипсин в 1 млн. раз превосходит щелочной и кислотный гидролиз белка. Одна молекула каталазы может за 1 минуту разрушить 18 млн. молекул Н2О2.

2.Ферментативная реакция идет более "чисто", т.к. фермент катализирует только одну реакцию не влияя на другие. Это свойство ферментов связано с их специфичностью.

Специфичность бывает абсолютная и относительная.Абсолютная специфичность - фермент катализирует превращение только одного субстрата. Например, уреаза катализирует гидролиз только мочевины. Наиболее выражена абсолютная специфичность в виде стереохимической субстратной специфичности - фермент катализирует превращение только одного из всех возможных стереоизомеров одного субстрата. Например, фумараза действует только на фумаровую кислоту и не действует на ее стереоизомер малеиновую кислоту.

3.мягкие условия протекания ферментативных реакций: температура 370С, нормальное атмосферное давление, рН, близкое к нейтральному;

4.способность к регуляции.

13.Зависимость скорости ферментативных реакций от температуры, рН, концентрации фермента и субстрата.

Влияние температуры:

Влияние температуры на скорость ферментативной реакции может быть выражена через температурный коэффициент ( Q10) :

Скорость реакции при ( Х + 10) град С

Q10 = --------------------------------------------------------------

Скорость реакции при Х град С

В пределах от 0-40Сo коэффициент Q10 ферментативной реакции равен двум.

Иными словами, при каждом повышении температуры на 10 градусов скорость ферментативной реакции удваивается. Температура, обеспечивающая наибольшую активность, называется оптимальной температурой. За пределами этого уровня вследствие наступающей денатурации фермента, скорость реакции снижается до нуля.

Влияние рН-среды:

При постоянной температуре любой фермент проявляет наибольшую активность в определённом диапазоне рН среды. Оптимальным считается то значение рН, при котором реакция протекает с максимальной скоростью. При более низком или более высоком уровне рН активность фермента снижается. Например, оптимум рН среды для пепсина = 2,00, для сахарозы = 4,5, для амилазы слюны = 6,8, для каталаз = 7,6, для липазы = 9,0.

Катализ – ускорение хим реакции, вызванное добавлением малых,нестехиометрических количеств определенного вещества катализатора. Катализатор ускоряет реакцию не просто своим присутствием , а взаимодействуя с веществом, подвергающимся превращению. Ферменты –белки , и подобно всем белкам они могут избирательно присоединять лиганды. Лиганд подвергшийся химическому превращению называют субстратом фермента. В ходе присоединения субстрата и в ходе катализа происходят конформационные изменения молекулы фермента и субстрата. До взаимодействия пространственная структура и активного центра лишь приблизитльно соответствуют друг другу, строгая комплементраность возникает в процессе взаимодействия в результате измененияя конформации. Конформационные изменения могут способствовать «растягиванию» разрываемой связи или наоборот сближению молекул при реакциях синтеза и тем самым вносят вклад в ускорение реакции.