Mekanism för verkan av enzymer

Enzymer (enzymer) är högmolekylära organiska föreningar av protein natur som i kroppen utövar rollen som biologiska katalysatorer.

Mekanism för verkan av enzymer

Uppklaringen av de mekanismer som ligger till grund för enzymets katalytiska verkan är en av de grundläggande uppgifterna och brådskande problem inte bara av enzymologi utan även av modern molekylär biokemi och biologi.

Långt innan rena enzymer blev tillgängliga och deras natur förtydligades, övertygades att överensstämmelsen mellan enzymet och substratet är avgörande för genomförandet av den enzymatiska processen. Försök att detektera en komplex förening av enzymet med substratet under en lång tid ledde inte till framgång, eftersom ett sådant komplex är labilt faller det mycket snabbt. Med användning av spektroskopimetoden gjorde det möjligt att identifiera enzym-substratkomplex för katalas, peroxidas, alkoholdehydrogenas, flavinberoende enzymer.

Metoden för röntgendiffraktionsanalys gjorde det möjligt att erhålla många viktiga data om strukturen och katalytiska mekanismerna för enzymens verkan. Denna metod användes för att fastställa sambandet av analoger av substratet med enzymer lysozym och chymotrypsin.

Några direkta bevis för förekomsten av enzym-substratkomplex erhölls för fall då enzymet vid ett steg i den katalytiska cykeln binds till substratet med en kovalent bindning. Ett exempel är hydrolysreaktionen av n-nitrofenylacetat katalyserat av chymotrypsin. När enzymet blandas med denna eter acetyleras chymotrypsin vid hydroxylgruppen av den reaktiva serinresten. Detta steg fortskrider snabbt, men hydrolysen av acetylchymotropin med bildning av acetat och fri chymotrypsin är mycket långsammare. Därför ackumuleras acetylchymotrypsin i närvaro av n-nitrofenylacetat vilket är lätt att detektera.

Närvaron av ett substrat i enzymet kan "fångas" genom överföring av ett instabilt EG-komplex till en inaktiv form, exempelvis genom att behandla enzym-substratkomplexet med natriumborhydrid, som har en stark reduktionsverkan. En liknande komplex i form av ett stabilt kovalent derivat hittades i enzymet aldolas. Det visade sig att e-aminogruppen av lysin interagerar med substratmolekylen.

Substratet interagerar med enzymet i en specifik del, kallad det aktiva centrumet eller enzymets aktiva zon.

Under den aktiva mitten eller aktiva zonen menas den delen av enzymproteinmolekylen som förbinder substratet (och kofaktorerna) och bestämmer molekylens enzymatiska egenskaper. Det aktiva centret bestämmer enzymets specificitet och katalytiska aktivitet och bör vara en struktur av en viss grad av komplexitet, anpassad för nära tillvägagångssätt och interaktion med substratmolekylen eller dess delar som är direkt involverade i reaktionen.

Bland de funktionella grupperna skiljer sig delen av den "katalytiskt aktiva" delen av enzymet och bildar en plats som ger en specifik affinitet (bindning av substratet till enzymet) - den så kallade kontakten, eller "ankaret" (eller adsorptionsstället för enzymets aktiva centrum).

Effektmekanismen för enzymer förklarar Michaelis-Menten-teorin. Enligt denna teori sker processen i fyra steg.

Effektmekanism för enzymer: Steg I

Mellan substratet (C) och enzymet (E) bildas en bindning - ett enzym-substratkomplex av EG bildas, i vilket komponenterna är sammanbundna med kovalenta, joniska, vattenhaltiga och andra bindningar.

Effektmekanism för enzymer: Steg I

Substratet under verkan av det bifogade enzymet aktiveras och blir tillgängligt för motsvarande katalysatorreaktioner av EU.

Mekanism för verkan av enzymer: IІI stadium

EC-katalys utförs. Denna teori bekräftas av experimentella studier.

Slutligen kännetecknas steg IV av frisättningen av molekylen av enzym E och reaktionsprodukter P. Transformationssekvensen kan uttryckas enligt följande: E + C - EC-EC * - E + P.

Specificitet av enzymens verkan

Varje enzym verkar på ett specifikt substrat eller en grupp av ämnen som liknar strukturen. Specificiteten av verkan av enzymer förklaras av likheten av konfigurationen av det aktiva centret och substratet. Under interaktionen bildas ett enzym-substratkomplex.