Исходя из простых физических оценок, приведенных в последнем разделе, оценить вклад энергии водородных, электростатических и гидрофобных связей и полную энергию связывания субстрата с ферментом очень трудно. Основная причина этих затруднений состоит в том, что процесс связывания пред ставляет собой реакцию обмена-, субстрат «обменивает» свою сольватную водную оболочку на связывающий центр фермента. Суммарная энергия связывания представляет собой разность между энергиями связывания этого субстрата с водой и с ферментом. Расчет суммарной энергии образования водородных связей затрудняется тем, что обычно в водном растворе субстрат, так же как и фермент, образует с молекулами воды водородные связи. Образование водородных связей в фермент-субстратном комплексе сопровождается вытеснением связанных водородными связями молекул воды. Следовательно, при этом суммарное число водородных связей не увеличивается.[ ...]
Но при образовании внутримолекулярных связей в фермент-субстратном комплексе происходит увеличение энтропии. Энергия отдельной водородной связи складывается из двух составляющих: энергетической, способствующей связыванию, и энтропийной, препятствующей этому процессу, поскольку из двух молекул образуется одна (гл. 2, разд. Б.4, а также данная глава, разд. В). Однако если субстрат так или иначе фиксирован в фермент-субстратном комплексе, то в дальнейшем при образовании внутримолекулярных водородных связей никакой потери энтропии не происходит. Другими словами, потеря энтропии должна «оплачиваться» только один раз. Образование внутримолекулярных водородных связей является благоприятным из-за увеличения энтропии при высвобождении связанных молекул воды. Грубая оценка показывает, что на каждый моль высвобождающейся воды энтропия возрастает приблизительно на 40Дж-град-1 (10 кал-град-1).[ ...]
Определение энергии гидрофобных связей, образующихся при присоединении лиганда к белку, затрудняется тем обстоятельством, что оценки, полученные из опытов по распределению вещества между органическими растворителями и водой, в этом случае являются не вполне применимыми. Перенос растворенного вещества из водной фазы в органический растворитель мысленно можно разделить на следующие стадии: а) образование полости в растворителе; б) перенос растворенного вещества в эту полость; в) ликвидация полости в водной фазе. Перенос гидрофобного субстрата в гидрофобную область фермента сопровождается заполнением уже существующей полости и, возможно, переносом воды из этой полости в водную фазу.[ ...]
Вклад различных факторов в энергию связывания фермента с субстратом можно оценить из исследований самих ферментативных реакций, а не только модельных систем.[ ...]
Вернуться к оглавлению