Зачем организму нужны ферменты?
После каталитической реакции продукт передается другому ферменту. Конечный продукт этого метаболического пути часто является ингибитором одного из первых ферментов, который обеспечивает необратимость реакции и, таким образом, регулирует количество конечного продукта, полученного таким образом.
Наиболее распространенные механизмы торможения обратной связи:
- Общий механизм ингибирования, при котором продукт P ингибирует стадии (A-> B).
- Последовательное торможение. Конечные продукты P1 и P2 ингибируют первую фазу своего индивидуального пути (C-> D или C-> F). Если обоих продуктов в достаточном количестве, все пути от C блокируются. Это приводит к построению C, который, в свою очередь, запрещает первый шаг A-> B.
- Ферментативный оверлей. Каждый продукт подавляет первую индивидуальную фазу, а один из ферментов делает первую общую фазу.
- Скоординированное торможение. Каждый конечный продукт подавляет первую индивидуальную фазу. Вместе они препятствуют первому общему шагу.
- Кумулятивное торможение. Каждый конечный продукт подавляет первую индивидуальную фазу. Вместе они частично препятствуют первому общему шагу.
Термодинамика ферментативной реакции
Как и все другие катализаторы, ферменты катализируют только термодинамически возможные процессы. Это спонтанные реакции, в которых происходит отрицательное изменение свободной энергии Гиббса. Фермент не влияет на термодинамический баланс, но помогает достичь его намного быстрее. Возможно, что спонтанная некаталитическая реакция приводит к образованию продукта, отличного от продукта реакции, катализируемой ферментами, но это выбор одного из возможных путей реакции. Пример классической термодинамики — взаимодействие углерода и водорода — возможных продуктов реакции очень много. Но если ту же реакцию катализирует гипотетический фермент, он будет специализироваться на образовании единственного продукта.
Ферменты могут сочетать очень выгодный термодинамический процесс с термодинамически невыгодной реакцией. Таким образом, процесс называется сопряженной реакцией. Гидролиз богатого энергией соединения (например, АТФ) часто является выбором для термодинамически выгодного процесса, а высвобождаемая энергия используется для создания новых химических связей в других молекулах.
Фермент катализирует как прямые, так и обратные реакции, пока не будет достигнуто термодинамическое равновесие. Права и обратная реакция влияют не на баланс, а только на скорость его достижения.