Ферментативный катализ
-
Ферментативный катализ
- Увеличение скорости процесса с помощью фермента
- Большинство ферментов — белки, катализирующие химические реакции
- Катализ происходит в активном центре фермента
-
Состав ферментов
- Ферменты состоят из белков и небелковых компонентов
- Кофакторы, такие как витамины, участвуют в катализе
-
Роль катализа в клетке
- Катализ важен для метаболически важных реакций
- Эволюция белков оптимизирует каталитическую активность
-
Механизмы ферментативного катализа
- Снижение энергетического барьера между реагентами и продуктами
- Ферменты не расходуются, а перерабатываются
-
Специфичность ферментов
- Ферменты обладают высокой специфичностью
- Некоторые ферменты абсолютно специфичны, другие проявляют групповую специфичность
-
Индуцированная посадка
- Модель индуцированного соответствия описывает связывание фермента с субстратом
- Равномерное и дифференциальное связывание снижают энергию активации
-
Механизмы альтернативного пути реагирования
- Близость и ориентация выравнивают реакционноспособные группы
- Доноры и акцепторы протонов стабилизируют заряды в переходном состоянии
- Электростатический катализ использует ионные связи для стабилизации переходных состояний
-
Электростатические эффекты в катализе
- Электростатические эффекты вносят наибольший вклад в катализ.
- Фермент создает более полярную среду, чем вода, стабилизируя ионные переходные состояния.
- Величина электростатического поля коррелирует с повышением скорости каталитизации.
-
Ковалентный катализ
- Включает образование временной ковалентной связи с субстратом или кофактором.
- Ковалентная связь снижает энергию последующих переходных состояний.
- Ковалентные промежуточные соединения используются в протеазах и альдолазе.
-
Катализ ионами металлов
- Ионы металлов стабилизируют отрицательные заряды и ионизируют воду.
- Ионы металлов полезны в биологическом катализе, так как не зависят от рН.
-
Деформация связи
- Эффект деформации снижает разницу в энергии между субстратом и переходным состоянием.
- Ферменты гибкие и не могут применять эффект большой деформации.
-
Квантовое туннелирование
- Некоторые ферменты работают с кинетикой выше, чем можно предсказать.
- Квантовое туннелирование увеличивает константы скорости в ~1000 раз.
- Вклад туннелирования важен для жизнеспособности биологических организмов.
-
Активный фермент
- Энергия связи комплекса фермент-субстрат не является внешней энергией.
- Фермент переносит энергетическую группу из каталитического центра в продукт.
- Реакция гидролиза пептидной связи включает образование ковалентного ацил-ферментного промежуточного продукта.
-
Механизм сокращения мышц
- Заключительный этап гидролиза АТФ включает высвобождение фосфата и медленное высвобождение АДФ.
- Высвобождение фосфата приводит к активному потоку, что согласуется с механизмом мышечного сокращения.
-
Типы ферментативного катализа
- Большинство ферментативных механизмов включают комбинацию нескольких типов катализа.
- Примеры: триозофосфатизомераза, трипсин, альдолаза.
-
Триозофосфатизомераза
- Катализирует обратимое взаимопревращение дигидроксиацетонфосфата и D-глицеральдегид-3-фосфата.
-
Трипсин
- Сериновая протеаза, расщепляет белковые субстраты после остатков лизина или аргинина.
- Использует каталитическую триаду и оксианионную дырку для ковалентного катализа.
-
Альдолаза
- Катализирует расщепление 1,6-бисфосфата фруктозы на глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат.
-
Способность к диффузии ферментов
- Движение неподдерживаемых ферментов увеличивается с увеличением концентрации субстрата и энтальпии реакции.
- Временное смещение центра масс фермента приводит к «эффекту отдачи».
-
Сходство реакций
- Сходство между ферментативными реакциями можно рассчитать с помощью изменений связей, реакционных центров или показателей субструктуры.
-
Дополнительные темы
- Каталитическая триада, анализ ферментов, ингибитор фермента, кинетика фермента, неразборчивость в ферментах, динамика белка, псевдоферменты, квантовое туннелирование, карта протеолиза, кристаллография с временным разрешением.
-
Рекомендации
- Дальнейшее чтение, внешние ссылки, материалы на Викискладе.