Механизмы ферментативного катализа

В современных представлениях о механизме ферментативного катализа и строении фермент-субстратных комплексов большое значение придается гетерогенности поверхности белковых глобул ферментов и гипотезе образования активной полости . Внутрь полости втягивается субстрат, и в ней осуществляется реакция. [c.174]

Эти свойства ферментов обусловлен весьма сложным механизмом их действия, многие стороны которого еще до конца не раскрыты. Представления о механизмах ферментативного катализа получили наиболее существенное развитие лишь в последние 10—20 лет. Еще в начале XX в. считали,- что биокатализаторы не принадлежат ни к одному из известных классов органических соединений. Более того, многие ученые полагали, что существует определенная связь между высокой эффективностью биокатализа и открытым в то время явлением радиоактивного излучения [8]. Лишь в 1926 г. Самнер установил, что ферменты представляют собой белки. [c.7]

МЕХАНИЗМ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА [c.5]

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА [c.34]

Механизм ферментативного катализа. Существует ряд тео рий, которые объясняют механизм действия ферментов, но во всех теориях признается, что ферменты являются биологическими катализаторами. В настоящее время большинство исследователей считает, что ферменты вступают в промежуточное соединение с субстратом, на который они каталитически действуют. Но разногласия возникают по вопросу, какой характер имеет это соединение физический, химический или адсорбционный. Очевидно, между этими типами соединений нет существенной разницы. Благодаря этому соединению фермент активирует субстрат, молекулы последнего становятся химически активнее, легче гидролизуются, восстанавливаются, окисляются и подвергаются другим химическим превращениям. Но природа внутримолекулярных изменений, происходящих при активировании, точно не установлена. Остановимся на двух теориях ферментативного катализа. [c.522]

Когда химики прошлого поколения, занимающиеся ферментами, говорили о механизме ферментативного катализа, они выражались лишь фигурально, хотя имели в виду буквальный смысл. Теперь мы действительно в состоянии описать этот механизм, каждая деталь которого столь же ясна, как механизм секретного замка. Хотя механизм действия какого-либо конкретного фермента может быть еще не установлен, в самих основах ферментативного катализа и управляющих им законах больше нет ничего таинственного. Ферменты являются прекрасным примером того, чем занимается молекулярная инженерия. [c.323]

Более углубленный подход к описанию механизмов ферментативного катализа состоит в том, что для каждой химической стадии реакции воссоздается гипотетическая структура переходного состояния. Поскольку данная структура должна включать все [c.168]

Превращение субстрата под действием фермента проходит обычно через ряд короткоживущих промежуточных соединений, изучение реакционной способности которых помогает выяснить механизм ферментативного катализа. К настоящему времени рав работаны такие методы, которые позволяют определять значения констант скоростей промежуточных стадий ферментативных реакций при изучении кинетики их протекания в стационарном режиме (см. гл. 7). Однако наиболее прямую и надежную информацию о кинетике промежуточных стадий можно получить, изучая ферментативные реакции в нестационарном режиме их протекания (с применением методов изучения быстрых реакций в растворах). [c.186]

Выяснение природы и физико-химических механизмов ферментативного катализа обеспечило возникновение химической и инженерной энзимологии. Исследования последнего десятилетия, ак- [c.199]

Фактически здесь идет речь о двух трактовках одних и тех же экспериментальных данных. Это вполне допустимо, если авторы подвергают альтернативные трактовки дополнительной экспериментальной проверке с помощью независимых опытов. Хуже, если авторы постулируют достаточно оригинальный (и неочевидный) механизм и, не разбирая других вариантов интерпретации экспериментальных данных, обсуждают детали только этого механизма (строя усложненные кинетические схемы, рассчитывая многочисленные кинетические и термодинамические параметры и т. д.). К сожалению, подобная методология свойственна многим подходам к изучению механизмов ферментативного катализа. [c.85]

МЕХАНИЗМ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА ЛИЗОЦИМОМ. [c.168]

В третьей части книги (гл. 6—8) обсуждаются общие свойства ферментов, вопросы кинетики химических реакций и различные механизмы ферментативного катализа. В гл. 6 достаточно подробно изложены основы ферментативной кинетики, а также рассмотрены механизмы регуляции ферментативных реакций в клетках. В гл. 7 дана рациональная система классификации ферментативных реакций, включающая сведения о различных ферментах и методике их исследования. Гл. 8 посвящена химическим свойствам и специфической роли коферментов, причем эти свойства рассматриваются в связи с типами реакций, описанными в предыдущих главах. В этих главах много справочного материала, и их можно не читать целиком. Для студентов и преподавателей будет совсем нетрудно разобраться в изложенном здесь материале и применять его. При желании эту часть книги можно легко объединить с материалом гл. 2, где обсуждаются свойства белков, углеводов, нуклеиновых кислот и липидов. [c.8]

Для лизоцима и многих других ферментов не существует пока сколько-нибудь детализированного (и экспериментально обоснованного) описания механизма ферментативного катализа. В настоящем разделе приводится современное состояние экспериментальных данных и теоретических представлений о кинетических механизмах катализа лизоцимом и о предполагаемых структурах переходного состояния на отдельных стадиях катализа. [c.169]

B частных случаях в схеме (1) В или А (либо оба эти в-ва) могут отсутствовать. Если отсутствует В, (при этом I совпадает с А,), принимают В = 1 и т. п. Возможно также, что вместо А, будут два в-ва-А 1 и А тогда полагают [А,] = [А ] [А, ] и т. п. Так, схема (1) отражает простейший механизм ферментативного катализа [c.349]

ТДФ, входя в состав активного центра ферментов, принимает непосредств. участие в механизме ферментативного катализа (см. Коферменты). [c.564]

Д. Механизмы ферментативного катализа [c.46]

В основе каждого ферментативного процесса лежит реакция между функциональной группой субстрата—сложным эфиром, амидом, ацеталем, фосфатом и т. д. — и одной, возможно двумя, иногда тремя каталитическими группами фермента. Поэтому любое квалифицированное обсуждение механизмов ферментативного катализа должно основываться на понимании того, как могут взаимодействовать эти группы. Такое понимание возникло за послед- [c.458]

Один из авторов — Майрон Л. Бендер широко известен своими работами в области исследования механизмов ферментативного катализа, которые по праву можно называть классическими, и то, что данная монография написана с участием и под руководством ученого, прекрасно чувствующего всю глубину и многообразие связей между простыми органическими реакциями и сложнейшими механизмами биокаталитических процессов, придает ей особую ценность. [c.5]

Таким образом, в механизме ферментативного катализа ведущую роль играют промежуточные фермент-субстратные комплексы, образование которых определяется как тонкой трехмерной структурой активного центра, так и уникальной структурной организацией всей молекулы фермента, обеспечивающими высокую каталитическую активность и специфичность действия биокатализатора. [c.134]

Таким образом, при графическом анализе скоростей ферментативных реакций как функции концентраций субстрата может быть получена ценная информация не только о кинетике ферментативных реакций, но и о молекулярных механизмах ферментативного катализа. [c.152]

Многоступенчатый механизм ферментативного катализа — фактор, определяющий высокую активность биологических катализаторов, работающих при температурах 0-40 °С. Химическое превращение связано с изменением структуры реагирующих веществ, т.е. с достаточно большой ядерной реорганизацией и соответственно значительной энергией активации. При каждом же превращении С, в С, +, происходит небольшое изменение ядерной конфигурации, не связанное с преодолением высокого активационного барьера. Дополнительным обстоятельством, облегчающим такой многоступенчатый переход, является возможность сохранить энергию экзотермической стадии от теплового рассеяния (в форме энергии изменения равновесной конформации белка) и использовать ее при прохождении эндотермической стадии. [c.176]

Наряду с процессами распада, гидролитическими процессами в живой клетке всегда происходят и процессы синтеза. Следовательно, можно предполагать, что в клетке имеются, кроме гидролитических ферментов, и ферменты синтетические. Но они найдены не были. В дальнейшем, когда был изучен механизм ферментативного катализа, оказалось, что в определенных условиях один и тот же фермент может катализировать или процессы сннтеза, или процессы гидролиза. Это отвечает требованиям термодинамики, иначе ферменты могли бы смещать химическое равновесие. Таким образом, состояние фермента внутри клетки определяет направленность его действия.-Исследования школы академика А. Н. Баха показали, что ферменты, участвующие в процессах синтеза, более тесно связаны с протоплазмой клетки, чем гидролизующие. [c.524]

Ряд фактов говорит за то, что неспаренные электроны делокализованы по белковой структуре. Комплекс субстрат-фермент можно рассматривать как примесный полупроводник с электронной или дырочной полупроводимостью. Электрон, попавший в зону проводимости, будет мигрировать по цепочке водородно-пептидных связей до тех пор, пока не попадает в потенциальную яму акцептора, образовавшего с ферментом комплекс. Таким путем окислительно-восстановительная реакция может осуществляться на расстоянии, без непосредственного контакта реагирующих молекул (см. 43). Наконец, известна также способность сложных молекул сохранять длительное время полученную или избыточную энергию. Так, хлорофилл может длительное время сохранять энергию фотовозбуждения. Тем не менее моделирование ферментативного катализа более простыми катализаторами — это один из перспективных путей выяснения механизма ферментативного катализа. [c.267]

Обычно ферменты намного бо,-]ыне молекул субстратов, реакции которых опи катализируют. Что говорит этот факт о механизме ферментативного катализа [c.407]

Некоторые примеры рассмотрены нами в гл. П1, где показано, что в зависимости от степени сближения и ориентации реагирующих групп X и Y в соединении X—R—Y отношение kilk2 принимает значения до 10 М. Аналогичные эффекты ускорения следует ожидать (и они должны быть) также и в механизме ферментативного катализа (при внутримолекулярном превращении фермент-субстратного комплекса XE-RY). [c.52]

Полифункцйональный характер химических механизмов ферментативного катализа [c.61]

Ионогенные группы имеют особенно важное значение для ферментативного катализа. В активных центрах всех изученных до настоящего времени ферментов обнаружены функциональные группы, способные присоединять или отщеплять протоны в области pH, оптимальной для проявления ферментативной активности. Исходя из этого, естественно, что рН-эффекты ишользуются для выявления каталитически важных ионогенных групп фермента и выяснения способов их участия в общем механизме ферментативного катализа. [c.218]

Автор допускает возможность существования множественной атаки при действии деполимераз. Более того, он убежден, что этот механизм может играть важную роль в ферментативной деструкции нерастворимых биополимеров, где продвижение адсорбированного фермента по поверхности субстрата происходит с участием периферийных частей белковой (гликопротеиновой) глобулы, что легко представить условно как перекатывание фермента по поверхности нерастворимого субстрата. Наконец, при гидролизе нерастворимых биополимеров важную роль играет своеобразный клеточный эффект , когда молекула фермента последовательно действует на один и тот же участок субстрата, не успевая диффундировать от него на достаточное расстояние и снова адсорбируясь в определенной близости от места предыдущей атаки. Иначе говоря, автор не против множественной атаки, как и других неординарных механизмов ферментативного катализа. Однако в любом случае они должны быть строго обоснованы, и следует обязательно учитывать альтернативные и более тривиальные механизмы. В противном случае и без того сложная картина кинетики и механизмов действия деполимераз дополнительно усложняется введением надуманн 1х-эффектов и необоснованных концепций. [c.104]

Успехи в изучении етруктуры белков, н в частности лизоцима, в кристаллическом состоянии методами рентгеноструктурного анализа неизбежно повлекли за собой вопрос о том, насколько третичная структура фермента, и в особенности его активно1 о це1гтра, в кристалле близка к таковой в растворе. С одной стороны, можно было бы ожидать близкое сходство, если не идентичность, между структурами фермента в данных двух физических состояниях, поскольку по меньшей мере одна треть объема для большинства кристаллических белков занята водой [35], причем по данным ЯМР эта вода имеет жидкую структуру [36]. С другой стороны, определенные ограничения в подвижности фермента в кристалле, а также взаимные стерические влияния молекулы в кристаллической решетке (возможно, различные для разных полиморфных модификаций кристаллического фермента) могут, вообще говоря, сказываться на топографии активного центра, доступности его по отношению к молекулам субстрата и эффекторов и в целом на механизме ферментативного катализа. [c.155]

Физика ферментов становится одной из центральных областей молекулярной биофизики [47]. Ее задачи — разработка экспериментальных и теоретических методов исследования ферментов и ферментативных процессов, раскрытие физических н физико-химических механизмов ферментативного катализа. Проблемы молекулярной кинетики в биофизике щироки и разнообразны— это и активный транспорт, и ионный обмен, и механо-химические процессы. [c.49]

В самом общем виде механизм ферментативной реакции включает последовательность событий в активном центре фермента, протекающих в пространстве и во времегп- и изменяющих определенные химические связи субстрата. Первым актом в цепи этих событий является образование физического контакта между ферментом и превращаемым субстратом, последним — уход продуктов из активного центра и возвращение фермента к прежнему состоянию. Таким образом, описание механизма ферментативного катализа должно включать число и последовательность элементарных (индивидуальных) стадий реакции наряду с численными величинами констант скоростей этих стадий (временное описание событий, или кинетический механизм реакции) и характер участия функциональных групп фермента в данных превращениях (пространственное описание событий). [c.168]

Итак, представления о карбокатионном промежуточном соединении (или переходном состоянии) в катализе лизоцимом достаточно обоснованы (в том числе и теоретически, см. [95, 96, 106, 112— 114]). Тем ие менее неясными остаются вопросы о роли остатка Asp 52 в катализе и о дальнейшей судьбе промежуточного карбоксониевого иона в катализе лизоцимом. Возможные гипотезы иа этот счет рассматриваются при обсуждении альтернативных механизмов ферментативного катализа. Наиболее приемлема, по-видимому, гипотеза об образовании промежуточного карбокатиона (который может представлять собой или переходное состояние реакции, или короткоживущее промежуточное соединение) и последующей быстрой рекомбинации его с отрицательно заряженной карбоксильной группой остатка Asp 52. Ковалентный гликозил-фермент (ацилаль) далее атакуется водой или внещним нуклеофильным агентом (акцептором) с образованием соответствующего продукта и возвращением фермента к прежнему активному состоянию. Эта гипотеза даст положительный и определенный ответ на оба поставленных выше вопроса — о роли остатка Asp 52 и дальнейи1ей судьбе карбоксониевого иона в катализе лизоцимом. [c.176]

Принимая во внимание все возрастающий объем биохимической информации, многие разделы пришлось заново написать или существенно переработать например, о структуре и функциях белков и нуклеиновых кислот, регуляции экспрессии генов, молекулярных механизмов биогенеза ДНК и РНК, биосинтеза белка, механизмах регуляции метаболизма и роли гормонрецепторной системы и вторичных внутриклеточных мессенджеров в передаче нервного и гуморального сигналов, механизмах ферментативного катализа, особенностях обмена веществ в нервной ткани (нейрохимия), печени, мышечной и соединительной тканях и др. [c.12]

Химотрипсин является одним из наиболее изученных ферментов, для которого в деталях расшифрован механизм ферментативного катализа, включающий образование промежуточного продукта ацилфермеита. Доказана существенность для катализа гидроксильной груииы серина и иенротонированного остатка гистидина в активном центре фермента. [c.422]

Рассмотрите механизм ферментативного катализа с двумя промежуточными комплексал4и [c.236]

Известны два простых механизма ферментативного катализа, включающие образование фермепт-субстратного комплекса [c.239]

Молекулярное узнавание является одним из наиболее фундаментальных свойств систем, с которыми имеют дело биохимики, и конкретные примеры комплементарных структур будут неоднократно приводиться в первую очередь при описании структуры нуклеиновых кислот и при рассмотрении механизма ферментативного катализа. Поэтому здесь приведен лишь один умозрительный пример структуры организованной для узнавания аминокислоты Ь-аспарагина. Эта аминокислота имеет несколько групп, которые могут участвовать во взаимодействии с узнающим ее белком,- заряженные амино- и карбоксильную группы и фрагмент СОШг, способный одной своей частью выступать в качестве донора, а другой — в качестве акцептора протона при образовании водородных мостиков. Поэтому [c.77]

Некоторые из особенностей реакций, катализируемых ферментами, аналогичны тем, которые найдены для гетерогенных реакций,, например вид кинетического уравнения и действие ингибиторов [8]. Бейлис предложил [9] механизм ферментативного катализа, основанный на адсорбции субстрата на поверхности фермента, за которой следует реакция адсорбированного соединения. В настоящее время имеется много аналогичных доказательств [1, 3, 8] того, что между субстратом и ферментом протекает специфическая химическая реакция (а не простая физическая адсорбция), точно так же как между субстратом и поверхностью катализатора в гетерогенном катализе. Когда станет больше известно о структуре активных мест в молекуле фермента, тогда возникнет реальная необходимость рассмотреть геометрию поверхности молекулы фермента пока же часто оказывается достаточным рассматривать соединение субстрата S и молекулы фермента Е как единое целое. Большинство механизмов ферментативных реакций представляет собой видоизменение простой картины реакции промежуточных соединений или комплексов, описанных в гл. I. Эти видоизменения были предложены многими исследователями, однако вклады Михаэлиса и Ментена ПО] Бриггса и Холдейна [И] оказались особенно существенными. [c.111]

Теоретические исследования гетерогенного кислотного катализа получили широкое развитие в связи с большим практическим значением кислотных катализаторов в химической и нефтяной промышленности. Вместе с тем, незаслуженно мало внимания уделялось изучению механизма действия твердых оснований как катализаторов. До последнего времени изучались в основном микрогетерогенные основные катализаторы, которые, как известно, широко распространены в ферментативных процессах. Тапомним, что на микрогетерогенных катализаторах Бредиг впервые осуществил асимметрический синтез [1]. Большое значение для понимания механизма ферментативного катализа основаниями имеют работы Лангенбека [2]. Изучалось также каталитическое действие основных смол — анионообменников в реакциях полимеризации, конденсации и др. [c.273]