Механизм действия ферментов

Механизм действия простого и сложного ферментов одина­ков, так как активные центры в их молекулах выполняют сходные функции.

Основы механизма действия ферментов были изучены в начале XX в. В 1902 г. английский химик А.Браун высказал предположение о том, что фермент, воздействуя на субстрат, должен образовать с ним промежуточный фермент — субстратный комплекс. Одновре­менно и независимо от А. Брауна это же предположение высказал французский ученый В. Анри. В 1913 г. Л. Михэлис и М. Ментэн подтвердили и развили представления о механизме действия фер­ментов, который можно представить в виде схемы:

где Е — фермент, S — субстрат, Р — продукт.

На первой стадии ферментативного катализа происходит обра­зование фермент-субстратного комплекса, где фермент и субстрат могут быть связаны ионной, ковалентной или иной связью. Обра­зование комплекса ES происходит практически мгновенно.

На второй стадии субстрат под воздействием связанного с ним фермента видоизменяется и становится более доступным для соот­ветствующей химической реакции. Эта стадия определяет скорость всего процесса.

На третьей стадии происходит химическая реакция, в результате которой образуется комплекс продукта реакции с ферментом.

Заключительным процессом является высвобождение продук­та реакции из комплекса.

Эту схему можно проиллюстрировать конкретным примером. Рассмотрим механизм действия аминотрансфераз, катализирующих процесс переаминирования амино- и кетокислот. Аминотрансфе-раза — холофермент, коферментом которого является пиридок-сальфосфат, связанный ковалентно с апоферментом. Активной группой, принимающей участие в катализе, является альдегид­ная группа кофермента, поэтому для простоты изображения ме­ханизма действия фермента обозначим холофермент cледующим образом.

На первой стадии ферментативного катализа происходит обра­зование ферментсубстратного комплекса [ES], в котором фер­мент и субстрат связаны ковалентной связью:

На второй стадии происходит преобразование субстрата, вы­ражающееся в таутомерной перегруппировке, что приводит к об­разованию комплекса [E-S]':

В результате химической реакции (в данном случае происходит гидролиз) образуется кетокислота, а фермент высвобождается из комплекса в виде пиридоксаминфермента. Чтобы не нарушался один из основных принципов катализа, в данном процессе при­нимает участие кетокислота. Последующий процесс можно пред­ставить следующей схемой:

Данный пример не только иллюстрирует механизм действия фермента, но и дает представление о том, что биохимический процесс можно выразить в виде цепи простых химических пре­вращений субстрата.