Механизъм на действие на ензимите

Ензими (ензими) - това е високо молекулярно органични съединения протеинова природа, която изпълнява ролята на тялото биологични катализатори.

Механизъм на действие на ензимите

Изясняване на механизмите, стоящи в основата на каталитичния действие на ензими, е една от основните задачи и неотложни проблеми не само на ензимологията, но и на съвременната молекулярна биохимия и биология.

Много преди да станат достъпни чистите ензими и тяхната природа беше изяснена, убеждението се формира, че свързването на ензима със субстрата е от решаващо значение за ензимния процес. Опитите за откриване на сложно съединение на ензима със субстрата за дълго време не доведоха до успех, тъй като такъв комплекс е лабилен, той се разпада много бързо. Използването на метода на спектроскопия даде възможност да се идентифицират ензим-субстратни комплекси за каталаза, пероксидаза, алкохол дехидрогеназа, флавин-зависими ензими.

Методът на рентгенов дифракционен анализ дава възможност да се получат много важни данни за структурата и каталитичните механизми на действие на ензимите. Този метод се използва за установяване на свързването на аналози на субстрата с ензими лизозим и химотрипсин.

Някои директни доказателства за съществуването на комплекси на ензим-субстрат са получени за случаите, когато в един етап от каталитичния цикъл ензимът е свързан към субстрата чрез ковалентна връзка. Като пример, реакция на хидролиза n-нитрофенилацетат, катализирана от химотрипсин. Когато ензимът се смесва с този етер, химотрипсинът се ацетилира при хидроксилната група на реактивния серинов остатък. Този етап протича бързо, обаче, хидролизата на ацетилхимотропина с образуване на ацетат и свободния химотрипсин е много по-бавна. Ето защо, в присъствието на n-нитрофенил ацетат, ацетилхимотрипсин се натрупва, което е лесно да се открие.

Наличието на ензим субстрат в състава може да "улов" от нестабилен комплекс трансфер ЕС в неактивна форма, например, чрез обработване с ензим-субстрат комплекс на натриев борохидрид като силен ефект на намаляване на. Подобен комплекс във формата на стабилно ковалентно производно е открит в ензима алдолаза. Оказа се, че е-амино групата на лизина взаимодейства със субстратната молекула.

Субстратът взаимодейства с ензима в определена част, която се нарича активен център или активната зона на ензима.

При активния център, или сърцевината, се разбере, че молекула част ензимен протеин, който е свързан към субстрата (и кофактори) и причинява ензимните свойства на молекулата. Активното място определя специфичността и каталитичната активност на ензима и трябва да бъде определена степен на трудност структура адаптиран за близост подход и взаимодействат с молекула субстрат, или нейни части, директно включени в реакцията.

Сред функционалните групи се отличават включени в "каталитично активна" част на ензима и образуващи част предоставящи специфичен афинитет (свързването на субстрата към ензима) - т.нар щифт, или "котва" (или адсорбция на активното място на ензима).

Механизмът на действие на ензимите обяснява теорията на Михалис-Ментен. Според тази теория процесът се осъществява на четири етапа.

Механизъм на действие на ензимите: Етап I

Между субстрата (С) и ензима (Е) възниква връзка - образува се ензим-субстратен комплекс на ЕС, в който компонентите са свързани заедно чрез ковалентни, йонни, водни и други връзки.

Механизъм на действие на ензимите: Етап I

Субстратът под въздействието на прикрепения ензим се активира и става достъпен за съответните реакции на катализа на ЕС.

Механизъм на действие на ензимите: ІІІ етап

Провежда се катализацията на ЕС. Тази теория се потвърждава от експерименталните изследвания.

Накрая, етап IV се характеризира с освобождаването на ензимната молекула Е и продуктите на реакцията Р. Последователността на трансформациите може да бъде изразена като: E + C - EC - EC * - E + P

Специфична характеристика на ензимите

Всеки ензим действа върху специфичен субстрат или група вещества, които имат сходна структура. Специфичността на действието на ензимите се обяснява с сходството на конфигурацията на активния център и субстрата. В процеса на взаимодействие се образува комплекс от ензим-субстрат.