5.1. Индуцированное соответствие

Взаимодействующая с активным центром фермента молекула субстрата включается во внешнюю сферу белковой молекулы и меняет характер отношений между полярными группами белковой молекулы. В результате этого минимум энергии соответствует уже другому их расположению, и тогда проявляется легкость протекания внутренних перестроек гидрофоб-ного наполнения белковой глобулы. Эта конформационная перестройка завершается тем, что субстрат оказывается уже в окружении других функ-циональных групп, обеспечивающих каталитическое превращение. Часто после перестройки субстрат оказывается включенным во внутреннюю сферу белковой глобулы. В растворах ферментов это выражается в изме-нении многих физико-химических показателей: меняется оптическое вра-щение, скорость седиментации, вязкость, термостабильность.

После протекания реакции снова изменяется характер взаимодействия те-перь уже продуктов превращения субстрата с окружающими его функцио-нальными группами молекулы фермента и тогда новая перестройка приво-дит к отходу продуктов превращения от активного центра и восстановле-нию его строения в том состоянии, которое готово к присоединению новой молекулы субстрата. То есть каждое состояние субстрата индуцирует перераспределение окружающих его функциональных групп, что и отли-чает индуцируемое соответствие от модели «ключ-замок».

5.2. Эффект сближения реагирующих групп.

Одна из главных особенностей ферментативного катализа заключается в эффекте сближения реагирующих групп. В результате взаимодействия субстрата с его окружением в активном центре реагирующие группы ока-зываются в наиболее благоприятном для протекания реакции положении. Этот эффект наблюдается и в обычной органической химии. Так, напри-мер, реакция гидролиза п‑бромфениловых эфиров карбоновых кислот катализируется карбоксилатными ионами:

Если скорость гидролиза п-бромфенилацетата в присутствии эквивалент-ного количества ацетата натрия принять за единицу, то соль моно-п-бром-фенилового эфира глутаровой кислоты гидролизуется примерно в 1000 раз скорее, в 2,210⁵ раза скорее гидролизуется соль соответствующего моно-эфира янтарной кислоты:

А для моно-п-бромфенилового эфира малеиновой кислоты скорость воз-растает в 10⁷ раз. Интересно, что для солей моно-п-бромфениловых эфи-ров некоторых 2,2-дизамещенных глутаровых кислот скорость гидролиза может увеличиваться в 310¹⁸ раз. Это связано с уменьшением степеней свободы при вращении молекул, что обеспечивает оптимальное располо-жение катализирующей гидролиз карбоксилатной группы около сложно-эфирной группы. Еще один пример представлен реакцией гидролиза гли-козидов салициловой кислоты и 4-гидроксибензойной кислоты. Скорость гидролиза первого соединения на 4 порядка выше, чем второго:

Здесь очевидна каталитическая роль карбоксилатной группы, которая у производного салициловой кислоты находится непосредственно у аномер-ного (гликозидного) атома кислорода. И последний пример: известно, что прямая реакция этерификации фенола карбоновыми кислотами идет край-не медленно, но в то же время 2-гидроксикоричная кислота циклизуется в лактон – кумарин – даже в щелочной среде: