Ферментативная реакция в общем виде

Изменение энергетики химической реакции
Н2СО3=Н2О+СО2
Энергия активации (Еа)– дополнительное кол-во кинетической энергии, необходимое молекулам в-ва, чтобы они вступили в реакцию.
Молекула, обладающая Еа находится в переходном состоянии.
Изменение свободной энергии (∆G)-разница энергий между исходным реагентом (Н2СО3) и конечными соединениями (Н2О и СО2)
(фото. из Северин)

Энергетическая диаграмма химической р-ции
Изменение свободной энергии системы во время р-ции S → P
Энергия активации – энергия необходимая для перевода реагирующих молекул в активное состояние.
Gupta et al. 2014

Ферменты снижают высоту энергетического барьера
Изменение свободной энергии в ходе химической реакции, некатализируемой и катализируемой ферментами.(фото из Северин)

Активный центр
Активный центр ферментов расположен в шарнирных, более лабильных сайтах между двумя доменами.
А.ц. – это молекулярная «машина», обладает свойством сближать и ориентировать функциональные группы S и дестабилизировать химические связи S (эффект деформации субстрата).(рис. Alberts )

Этапы ферментативного катализа
Е + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P
E – фермент, S – субстрат, P – продукт реакции.(фото из Северин)

Этапы ферментативного катализа
Е + S (I этап) ↔ ES (II этап)
I этап – сближение и ориентация субстрата относительно активного центра фермента
II этап – образование фермент-субстратного комплекса (ЕS) в результате индуцированного соответствия.

Этапы ферментативного катализа
III этап (ЕР) – деформация субстрата и образование нестабильного комплекса фермент-продукт(ЕР) (эффект деформации субстрата – дестабилизация химических связей под действием активного центра)
IV этап (Е+Р)– распад комплекса(ЕР) с высвобождением продуктов реакции (Р) из активного центра фермента и освобождение ферментов (Е)

Молекулярные механизмы ферментативного катализа
Кислотно-основной катализ. Аминокислотные остатки активного центра имеют функциональные группы со свойствами и кислот и оснований. (фото из Северин)
С2Н5ОН+NAD(+) → CH3 - HC =O + NADH + H(+)

Ковалентный катализ
Между субстратом и ферментом (коферментом или функциональной группой а.к. остатка активного центра фермента (ацф) образуется ковалентная связь.
К.к. основан на атаках нуклеофильных (отрицательно заряженных) или электрофильных (положительно зар-х) групп ацф молекулами субстрата.

Механизм ковалентного катализа в активном центре химотрипсина (гидролиз пептидных связей при переваривании белков в двенадцатиперстной кишке)

Мультисубстратные р-ции.
1. Механизм «пинг-понг»

События в активном центре аминотрансферазы как пример механизма «пинг-понг»
ПФ – кофермент пиридоксальфосфат

2. Последовательный механизм
1. Механизм упорядоченного взаимодействия субстрата с активным центром фермента.