ная из сердечной мышцы (heart – сердце), субъединица М, выделенная из скелетных мышц (musculus – мышца). Эти субъединицы кодируются разными генами. В разных органах имеются различные формы ЛДГ с различным набором субъединиц.
9.3. Механизм действия ферментов
Считается, что взаимодействие фермента и субстрата происходит по закону комплементарности. То есть конформация активного центра фермента должна соответствовать конфигурации субстрата, они подходят друг к другу как «ключ к замку» (рис. 9.2).
Позже была предложена теория «индуцированного» соответствия – замок формируется только в момент приближения субстрата к активному центру фермента.
Следует отметить, что размер молекулы фермента намного больше молекул субстрата. Возникает вопрос, какое это имеет значение для катализа и, зачем нужна та часть молекулы фермента, которая не входит в каталитический центр. Например, молекула химотрипсина состоит из 245 аминокислотных остатков, в то время как каталитический центр включает всего две аминокислоты – серин и гистидин (рис. 9.3).
Изучение механизма действия химотрипсина показало, что большой размер ее молекулы позволяет вызвать напряжение в структуре субстрата в результате конформационного изменения структуры самого фермента. Вследствие такой «подгонки» обеспечивается точное взаиморасположение каталитического центра фермента и катализируемых групп субстрата, т.е. индуцированное соответствие фермента субстрату. Другой смысл индуцированных конформационных изменений фермента состоит в том, чтобы обеспечить освобождение продуктов реакции из активного центра, после чего конформация молекулы возвращается в исходное состояние.
Понятие об энергии активации и энергетическом барьере
С точки зрения термодинамики ферменты ускоряют ход химической реакции за счет снижения энергии активации. Энергия активации – это количество энергии, которое необходимо для перевода всех молекул 1 моля вещества (субстрата) в активное состояние. Энергетический барьер – это такое количество энергии, которое необходимо преодолеть молекулам, чтобы вступить в химическое взаимодействие. Молекулы в субстрате имеют различные энергии и только немногие способны преодолеть энергетический барьер. В этих условиях реакция может не пройти или пройти очень медленно. В состоянии газов или растворов энергия молекул может быть повышена за счет энергии в виде тепла; больше молекул будут преодолевать энергетический барьер и реакция ускорится. В теле этого не может быть, учитывая строгий контроль постоянства температуры. В такой ситуации то же самое может быть достигнуто путем снижения энергетического барьера, вместо повышения энергии молекул. Это является функцией ферментативного катализа. На рисунке 9.4. верхняя линия показывает действие на скорость некатализированной реакции за счет повышения внешней энергии.
Пик кривой представляет состояние перехода и энергию, которая необходима молекуле, чтобы такая реакция произошла. Свободная энергия, которая должна быть обеспечена, чтобы достичь этого, является энергией активации. Нижняя линия показывает подобный участок для каталитической реакции фермент – субстрат. В этом случае энергия протекания реакций ниже, больше молекул способны достичь ее и скорость реакции повышается. Важно подчеркнуть, что катализатор не изменяет равновесия, но снижает энергетический барьер катализируемой реакции и изменяет скорость, с которой она достигается.
Кинетика ферментативных реакций. Этот раздел энзимологии изучает влияние химических и физических факторов на скорость ферментативной реакции. В 1913 г. Михаэлис и Ментен создали теорию ферментативной кинетики, исходя из того, что фермент (Ф) вступает во взаимодействие с субстратом (С) с образованием промежуточного ферментсубстратного комплекса (ФС), который далее распадается на фермент и продукт (П) реакции по уравнению:
где, К1 – константа скорости образования фермент-субстратного комплекса- ФС ; К2 – константа скорости расхода фермент-субстратного комплекса из исходного вещества; К3 – константа скорости распада фермент-субстратного комплекса на продукт и фермент (Ф+П).
