Химические реакции в клетке должны идти достаточно быстро и согласованно. При обычной температуре многие из них без помощи протекали бы крайне медленно. Ферменты ускоряют реакции и позволяют клетке управлять обменом веществ.
Энергия реакции и катализ
Чтобы молекулы вступили в реакцию, им нужно преодолеть энергетический барьер — энергию активации. Катализатор предлагает путь с меньшим барьером, поэтому больше молекул за единицу времени превращается в продукт.
Катализатор:
ускоряет прямую и обратную реакции;
помогает быстрее достичь равновесия;
не меняет положения равновесия;
после реакции освобождается и может действовать снова;
не делает энергетически невозможную суммарную реакцию самопроизвольной.
В клетке реакции, требующие притока энергии, могут быть сопряжены с реакциями, которые её выделяют. Частый переносчик энергии — АТФ. Фермент организует такое сопряжение, но не создаёт энергию из ничего.
Субстрат и активный центр
Вещество, на которое действует фермент, называют субстратом. Оно связывается с небольшим участком белковой молекулы — активным центром. Форма центра, расположение зарядов и химические свойства аминокислотных радикалов соответствуют определённому субстрату.
После связывания возникает комплекс «фермент–субстрат». Активный центр может:
правильно ориентировать две молекулы;
сблизить нужные группы;
ослабить определённую связь;
временно передать заряд или образовать промежуточное соединение.
Затем появляется продукт, он отделяется, а фермент остаётся готовым к следующему циклу. Модель «ключ–замок» подчёркивает соответствие формы, но молекулы не абсолютно жёсткие: связывание часто немного изменяет форму фермента и субстрата.