К факторам, определяющим высокую эффективность ферментов, относят:
1. Концентрационный эффект.
2. Ориентационный эффект.
3. Полифункциональность реакционного центра.
Сущность концентрационного эффекта в случае ферментов ничем не отличается от концентрационного эффекта в гетерогенном катализе. Фермент в своем реакционном центре создает локальную концентрацию субстрата, которая существенно выше, чем средняя концентрация в растворе. В реакционном центре фермента селективно концентрируются молекулы, которые должны прореагировать между собой. Такой эффект может приводить к ускорению реакции на несколько порядков.
При протекании обычных химических реакций важно, какими частями происходит столкновение реагирующих молекул. То есть, молекулы при столкновении должны быть соответствующим образом ориентированы друг относительно друга. В реакционном центре фермента при координации молекулы субстрата и образовании фермент-субстратного комплекса происходит четкая ориентация реагирующих молекул за счет взаимодействия с функциональными группами реакционного центра. Это приводит к ускорению реакций примерно на три порядка.
Под полифункциональностью реакционного центра фермента понимают одновременное или согласованное воздействие функциональных групп, входящих в состав реакционного центра, на молекулу субстрата. При этом происходит не только фиксация превращающейся молекулы в строго определенном положении (см. предыдущий пункт), но и изменение характеристик самой молекулы: растягивание связей, изменение валентных углов. Эти изменения приводят к повышению реакционной способности субстратов, т.е., к их активации и ускорению их превращения.
Кинетика ферментативного катализа имеет некоторые особенности. Способность ферментов специфически связывать свои субстраты обусловливает важнейшую особенность катализируемых ими реакций: они начинаются с образования фермент-субстратного комплекса. Связывание субстратов ограничивает их подвижность, сближает и ориентирует их относительно друг друга оптимальным образом для осуществления реакции; уменьшение степеней свободы поступательного и вращательного движения приводит к снижению энтропии. Важным следствием сближения и взаимной ориентации реагирующих групп субстратов, с одной стороны, и функциональных групп фермента, с другой, является то, что катализ становится внутримолекулярным. Это существенно увеличивает его эффективность, так как продуктивные столкновения между молекулами в растворе относительно редки.
По Л. Михаэлису и М. Ментен образование фермент-субстратного комплекса осуществляется в результате сравнительно быстрой обратимой стадии:
k1
E + S ES
k-1
Затем комплекс более медленно распадается с образованием продукта и высвобождением фермента:
k2
ES E + P
k-2
Вторая стадия реакции является лимитирующей. Общая скорость реакции пропорциональна концентрации фермент-субстратного комплекса. В начальный период реакции концентрация продукта пренебрежимо мала, и вторую стадию можно считать необратимой. В таком случае начальная скорость ферментативной реакции выражается уравнением:
Компьютерные технологии при изучении темы "Молекулярные перегруппировки"
В Государственной
программе развития образования России на 2005-2010 годы отмечается, что в
условиях быстроизменяющегося мира и увеличения потоков информации
фундаментальные предметные знан ...
Монокристаллический кремень
Основной объем
монокристаллического кремния (80-90%) потребляемого электронной
промышленностью, выращивается по методу Чохральского.
Фактически весь кремний,
используемый для производст ...
Ответы к задачам
Тема 1
1. 0,055. 2. 6.10-3
моль/л. 3. I = 0,006; aCa2+
= 6,4.10-3 моль/л; aCl- = а = 1,5.10-2 моль/л. 4. а±
= 8,223.10-2; а = 5,56.10-4.
5.-133,15 кДж/моль. 6. 297 К. 7. 5,5.10-6
Ом-1.м-1. 8. ...