Номер 6, страница 298 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 63. Катализ. Катализаторы. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 6, страница 298.

Условие.

6. Чем объясняется высокая селективность каталитического действия ферментов?

Решение.

Решение 2.

Высокая селективность (или специфичность) каталитического действия ферментов является одним из их ключевых свойств и объясняется уникальной пространственной структурой их молекул, в частности, наличием так называемого активного центра.

Решение

Селективность ферментов обусловлена несколькими взаимосвязанными факторами:

1. Уникальная трехмерная структура. Ферменты — это, как правило, глобулярные белки со сложной третичной или четвертичной структурой. Эта уникальная конформация формирует на поверхности молекулы или в ее углублении особый участок — активный центр.

2. Наличие активного центра. Это небольшая, но функционально важнейшая часть фермента, которая непосредственно связывается с молекулой субстрата (вещества, реакцию которого катализирует фермент) и обеспечивает протекание химической реакции. Активный центр состоит из определенных аминокислотных остатков, расположенных в пространстве строго определенным образом, что создает уникальную химическую среду.

3. Принцип комплементарности. Форма и химические свойства (распределение зарядов, гидрофобные и гидрофильные участки) активного центра комплементарны, то есть точно соответствуют строению молекулы субстрата. Это явление пространственного и химического соответствия описывается двумя основными моделями:

   • Модель «ключ и замок» (предложена Эмилем Фишером в 1894 г.). Согласно этой гипотезе, субстрат подходит к активному центру фермента, как ключ к замку. Это предполагает жесткое, заранее заданное соответствие между структурой активного центра и субстрата.

   • Модель «индуцированного соответствия» или «рука и перчатка» (предложена Даниелом Кошландом в 1958 г.). Эта более современная и точная модель предполагает, что активный центр обладает некоторой гибкостью. При связывании с субстратом конформация (пространственная структура) активного центра несколько изменяется, чтобы обеспечить наиболее плотное и точное прилегание. Это индуцированное изменение структуры не только обеспечивает специфичность, но и способствует созданию оптимальных условий для протекания реакции.

Таким образом, процесс взаимодействия фермента ($E$) и субстрата ($S$) можно представить общей схемой:

$E + S \rightleftharpoons ES \rightarrow E + P$

где $ES$ — это фермент-субстратный комплекс, а $P$ — продукт реакции. Именно на стадии образования комплекса $ES$ и проявляется селективность, так как только «подходящий» субстрат может эффективно связаться с активным центром и вызвать необходимые для катализа конформационные изменения в молекуле фермента.

Ответ: Высокая селективность каталитического действия ферментов объясняется уникальной пространственной структурой их активного центра, который комплементарен (соответствует по форме и химическим свойствам) строению молекулы определенного субстрата. Это соответствие, описываемое моделями «ключ-замок» и «индуцированного соответствия», обеспечивает связывание фермента только с конкретным субстратом (или узким кругом субстратов), что и обуславливает его специфичность.