Модели ферментативного катализа

Ферменты представляют собой высокоспециализированные белковые катализаторы, ускоряющие течение биохимических реакций в сотни тысяч-миллионы раз. Любое ферментативное превращение начинается со связывания молекул субстратов с активным центром фермента и завершается разрывом этих связей. Гипотеза об образовании лабильного субстрат-ферментного комплекса была впервые высказана в 1902 г. Брауном и Анри.

Пытаясь дать количественное толкование явлению насыщения амилазных реакций субстратами, Анри в 1904 г. допустил, что реакция образования фермент-субстратного комплекса находится в равновесии, и вывел уравнение начальной скорости реакции.

К этому же уравнению пришли в 1914 г. Михаэлис и Метен, а позднее, в 1925 г., Бриггс и Холдейн, которые получили аналогичное выражение в предположении квазистационарности реакции образования фермент-субстратного комплекса. В 1943 г. Чанс экспериментально подтвердил образование такого комплекса спектрофотометрическим методом и проследил за изменением его концентрации в ходе реакции, катализируемой гемосодержащим ферментом пероксидазой. В 1930 г. Холдейн распространил теоретические представления о фермент-субстратном комплексе на случай двухсубстратных и обратимых реакций и постулировал существование различных фермент-субстратных, фермент-продуктных и ферментингибиторных промежуточных комплексов. В настоящее время множество таких комплексов экспериментально изучено.

Учет наличия ингибиторов в системе, в частности в случае, когда в качестве ингибитора выступают молекулы субстрата, образующие как активные, так и неактивные комплексы с субстратом, приводит к более сложным нелинейным выражениям для скорости реакции:

Наличие такого типа нелинейности обусловливает важные свойства ферментативных систем: множественность стационарных состояний, колебательный характер изменения переменных, квазистохастические режимы. Анализ кинетических особенностей различных схем ферментативных реакций с помощью представлений на фазовой плоскости и в параметрическом пространстве, детально представлен в [4, 14].