Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Пространственный фактор каталитической активности ферментов

Рассмотренные ранее механизмы реакций, катализируемые ферментами, доказывают, что в ферментативном катализе нет принципиальных отличий от обычных каталитических процессов, которыми возможно объяснить необычайно высокие скорости ферментативных реакций.

Для объяснения высокой каталитической активности ферментов в механизме катализа необходимо рассмотреть стадию связывания субстрата с ферментом. При этом существенную роль играют размеры высокомолекулярной молекулы фермента, т.к. именно вследствие фиксации на ферменте, реагирующие участки молекул оказываются жестко закреплены в непосредственной близости друг от друга.

Влияние пространственного фактора на скорость химической реакции проследим на примере реакций этерификации, скорости которых в приведенном ряду возрастают в 106раз:

1. Межмолекулярная этерификация

2. Внутримолекулярная этерификация

3. Внутримолекулярная этерификация

4. Внутримолекулярная этерификация

Чтобы произошло взаимодействие в реакционной смеси (1), должны «найти» друг друга две достаточно активированные молекулы этанола и уксусной кислоты.

При переходе к внутримолекулярному взаимодействию между гидроксильной карбоксильной группами у-гидроксимасляной кислоты (2) скорость реакции возрастает, потому что реагирующим группам не надо «искать» друг друга. Нужно, чтобы осуществилась конформация молекулы кислоты, выгодная для взаимодействия гидроксильной и карбоксильной групп.

В случае использования ортогидроксимильной бензойной кислоты (3) значительно увеличивается жесткость структуры (наличие бензольного кольца). Реагирующие группы фиксированы относительно друг друга, и скорость взаимодействия между группами -ОН и -СООН возрастает в 300 раз.

Еще более жестко фиксированы и пространственно сближены реагирующие группы в производном норборнана (4), что и дает такой значительный эффект ускорения реакции.

Если обозначить Vi= 1, то V2= 79, V3= 305, V4=1027000. Наблюдаемые эффекты ускорения реакции объясняются тем, что:

  • - во-первых, происходит пространственное сближение реагирующих групп;
  • - во-вторых, увеличивается жесткость структуры исходной молекулы, что способствует лучшей ориентации реагирующих групп относительно друг друга.

Иммобилизация ферментов

Из всех известных катализаторов ферменты - самые мощные и эффективные, но в то же время самые нестойкие и хрупкие.

С целью увеличения их стабильности предложен способ закрепления ферментов на высокомолекулярных полимерных материалах, так называемых носителях. Этот процесс называют «иммобилизация ферментов».

Иммобилизация ферментов способствует:

  • - повышению их устойчивости;
  • - увеличению срока хранения;
  • - облегчению отделения ферментов от продуктов реакции.

Однако, практическое использование закрепленных на носителях ферментов ограничено, так как иммобилизация нарушает четвертичную структуру белка, что отражается на эффективности катализа.

Для получения иммобилизованных ферментов используют носители трех типов: природные органические (полисахариды), синтетические полимеры, неорганические носители.

К каждому из носителей (независимо от типа) предъявляют требования:

  • - высокая химическая и биологическая устойчивость;
  • - большая активная поверхность;
  • - наличие активных групп по поверхности для образования ковалентной связи между ферментом и носителем.

В настоящее время ферментативный катализ широко используется в промышленности. Например, крупнотоннажные производства по гидролизу крахмала и целлюлозы до мальтозы или целлобиозы, в которых используются иммобилизованные ферменты (амилаза, глюкоамилаза), связанные с целлюлозными носителями (триацетатцеллюло- зой). Ферментативный катализ очень перспективен и является развивающейся областью.

Вопросы для самоконтроля

  • 1. Абсолютная субстратная специфичность ферментов.
  • 2. Однокомпонентные ферменты, механизм катализа в их

присутствии.

  • 3. Виды кофакторов.
  • 4. Иммобилизация ферментов: преимущества и недостатки.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>