Ряд промежуточных реакций

Это понимание роли фермента является чисто химическим и не требует наличия каких-либо специфических физических механизмов ускорения катализируемых процессов. Для допущения необходимости подобных механизмов нужны серьезные, в том числе эволюционные обоснования. Посмотрим далее, найдутся ли такие обоснования, а пока попробуем конкретизировать «маршрутную» роль ферментов.
Что значит сделать возможным новый маршрут? Это значит обеспечить прохождение процесса через ряд новых промежуточных реакций. Новые промежуточные стадии не осуществляются без катализатора, и поэтому соответственные промежуточные вещества (состояния) нестабильны вне комплекса с катализатором. Отсюда следует весьма важный вывод — сколько-нибудь совершенный катализ возможен лишь при условии непрерывного комплексообразования реагирующих веществ с катализатором (ферментом). Это значит, что в пределе ни на одной из промежуточных стадий катализируемого процесса промежуточные вещества не должны выходить из комплекса с ферментом. Отсюда формулируется первое условие в «техническом задании» на эволюционное изготовление ферментов. Молекулы ферментов должны образовывать комплексы с исходными веществами и всеми промежуточными формами реагирующих веществ. Для появления комплексов с последовательно возникающими промежуточными веществами в катализируемом процессе макромолекула белка-фермента должна обладать способностью к последовательному изменению своей конформации. Конформационная лабильность служит условием последовательного изменения «реакционного клубка», т. е. образования в активном центре необходимого очередного сочетания химически активных боковых радикалов определенных аминокислот. Так и обеспечивается осуществление особо быстро проходимого маршрута в присутствии фермента.
Как отмечалось, по происхождению и вследствие единственно возможного способа эволюционного совершенствования посредством мутаций ферменты представляют собой белки, полипептиды. Следовательно, именно макромолекулы ферментов должны быть конформационно лабильными. Информационной лабильностью могут обладать полипептидные цепи, не сшитые жесткими (например, дисульфидными) связями. Макромолекула фермента должна состоять из нескольких консолидированных частей, подвижно (на шарнирах) связанных друг с другом.
Такую макромолекулу можно макроскопически моделировать, например, системой шаров, соединенных шарнирами и пружинами. Следовательно, для надлежащей функции она должна представлять собой машину - -устройство с весьма ограниченным целесообразным набором степеней свободы — направлений перемещений частей друг относительно друга.
Чем замечательна такая машина? Все ее своеобразие — в молекулярных размерах.
Мы часто в последнее время произносим словосочетание «молекулярная машина», не осознавая его экстравагантности. «Нормальная» машина — устройство, в котором тепловое движение составляющих ее атомов (деталей) не играет никакой роли. Машина обычно вполне макроскопична. Молекулярная машина существует в оглушительном тепловом шуме, «целесообразные» движения ее деталей происходят среди теплового беспорядка и являются статистическим итогом разнонаправленного «броуни-рования». Почему же мы говорим о макромолекуле белка как о машине? Потому, что в силу структурных ограничений большая часть взаимных перемещений «кусков» макромолекулы друг относительно друга невозможна и сама она совершает броуновское движение как целое. Лишь в некоторых функционально значимых направлениях тепловые флуктуации приводят к изменениям конформации, изменениям взаимного расположения частей макромолекулы. В макромолекуле фермента, не соединенной с субстратом, эти движения равновероятны в двух направлениях — «туда» и «обратно» (они представляют собой флуктуационные конформационные колебания), тогда как в макромолекуле, связанной с превращаемым субстратом, движения «туда» и «обратно» неравноценны. Например, при движении какой-либо функциональной группы полипептидной цепи «туда» осуществляется реакция, сопровождающаяся необратимым изменением субстрата (его свободная энергия уменьшается и выделяется тепло), а при движении «обратно» реакция не идет (без сопряженного подвода энергии).







Материалы

Яндекс.Метрика