Как работают ферменты
Наиболее впечатляющая особенность ферментов, уже упоминавшаяся выше, – их необычайно высокая активность по сравнению с химическими катализаторами. Сравним скорости реакций, протекающих в сходных условиях под влиянием ферментов и химических катализаторов в равных концентрациях. Так, гидролиз сложных эфиров N-ацетиламинокислот под действием химотрипсина идет в 107 быстрее, чем под действием равней концентрации НС1, а для гидролиза мочевины под действием уреазы это отношение достигает 1014.
Как видим, скорости реакций, протекающих под действием ферментов, в 10 млн. раз (минимально) и в 100 тыс. млрд. раз (максимально) выше, чем реакций, катализируемых обычными химическими катализаторами. Сразу оговоримся, что сегодня существуют специальные катализаторы, близкие по активности к ферментам (но об этом разговор отдельный). Чтобы понять, в чем здесь дело, следует несколько уточнить наши Представления о том, как протекают химические реакции.
Представим себе две частицы, которые способны соединяться в одну за счет образования химической связи: А + В-»-А-В. В исходном состоянии они движутся и вращаются в пространстве совершенно беспорядочно о с АШШ разнообразными скоростями. Чтобы они встретились и между ними произошло взаимодействие, они должны двигаться почти точно навстречу друг другу с относительной скоростью, превышающей некоторый вполне определенный предел, зависящий от характера частиц (от сотен до тысяч метров в секунду). Но этого мало, в момент столкновения частицы должны быть ориентированы относительно друг друга таким образом, чтобы они соприкоснулись теми участками, которые способны образовать новую химическую связь. Если эти требования не будут соблюдены, то в результате столкновения они отскочат друг от друга или изменят направления своего движения.
Таким образом, частицы реагируют друг с другом, если они обладают достаточной энергией и правильно ориентированы в пространстве при сближении. Суть катализа, собственно, и состоит в том, что катализатор «помогает» частицам либо приобрести необходимую энергию, либо сблизиться и правильно сориентироваться, либо и то и другое. Химические катализаторы в большинстве случаев «помогают» энергетически. Преимущество ферментов состоит в том, что они используют и энергетические, и пространственные пути ускорения.