Исследования ферментативных реакций свидетельствуют о том, что ферменты представляют собой катализаторы в обычном смысле этого слова, и, следовательно, что увеличение скорости ферментативного процесса связано с понижением энергии активации той реакции, которая вызывает превращение субстрата в конечный продукт. Однако ферменты отличаются от обычных катализаторов необычайно высокой специфичностью и эффективностью своего действия.

Хотя некоторые катализаторы, используемые в неорганическом катализе, также обладают достаточно высокой специфичностью, специфичность ферментов настолько превосходит их, что оказывается величиной совсем иного порядка. Это приводит нас к выводу, что ферментные белки являются катализаторами особого типа. Высокая скорость ферментативных реакций и часто наблюдаемые при этих реакциях конформационные изменения молекул фермента также убеждают нас в том, что белковый катализатор в большей степени вовлекается в реакцию, чем это происходит в различных случаях неорганического катализа.

Совершенно очевидно, что в процессе катализа молекула фермента образует комплекс с молекулой субстрата. В настоящее время имеются убедительные доводы в пользу того, что он по своей природе аналогичен комплексу, образующемуся при любой химической реакции, и что в его формировании участвуют ковалентные и водородные связи, а также связи, обусловленные вандерваальсовыми силами между реагирующими молекулами.

Специфичность действия фермента определяется тем, что присоединение молекулы субстрата к ферменту происходит одновременно по многим точкам, что позволяет ему «различать» молекулы своего субстрата среди множества других, случайно сталкивающихся с ним молекул. Наблюдаемый вид каталитической реакции непосредственно зависит от характера связей, образующихся между молекулами фермента и субстрата; иными словами, характер этой реакции связан со «специфичностью» образующегося фермент субстратного комплекса. Например, при действии эстераз, расщепляющих эфирную связь в соединениях типа R—О—Q, место расщепления зависит от того, в отношении какой «стороны» эфира специфичен данный фермент. Если специфичность к радикалу R выше, чем к радикалу Q, то будет расщепляться ближайшая к этому радикалу связь.

Рассматривая в данной статье процессы ферментативного катализа, мы предполагали, что превращение субстрата в конечный продукт обусловлено соответствующим изменением свободной энергии системы. Вместе с тем важно понимать, что фермент, являясь истинным катализатором, увеличивает скорости как прямой, так и обратной реакций, т. е. что эти реакции являются полностью обратимыми. Можно показать при соответствующих концентрациях субстрата (или конечного продукта) и достаточно продолжительном времени наблюдения, что фермент способен катализировать реакцию в обоих направлениях.

В связи с этим важно отдавать себе отчет в том, что фермент образует комплекс с конечным продуктом реакции ЕР, который затем распадается на Е + S. В некоторых условиях протекание обратной реакции может изменять кинетику исследуемого ферментативного процесса; только в том случае, когда измеряются начальные скорости реакции, можно игнорировать величину k4 и взаимодействие между молекулами фермента и конечного продукта.

- Читать далее "Фармакологические закономерности. Молекулярная интерпретация в фармакологии"