Механизм действия ферментов сложен и до сих пор полностью не понят. Важнейшие особенности процесса, катализируемого ферментом, можно представить в виде следующих последовательных этапов:

1. Фермент (enzyme, E) соединяется с субстратом (S), т. е. с веществом, на которое он действует: E + S=E—S. Как показывают стрелки, эта реакция обратима.
2. В результате этого соединения возникает E-S, фермент-субстратный комплекс.

3. После соединения с ферментом субстрат активируется, в результате чего входящие в молекулу субстрата атомы и электроны легко перестраиваются, что приводит к образованию продукта этой реакции (Р): E-S=>E-P.
4. Этот комплекс затем подвергается диссоциации, освобождая продукт реакции и свободный фермент: Е-Р=>Е + Р.

Следует отметить, что в ходе реакции химические превращения претерпевает только субстрат; фермент, который действовал лишь в качестве катализатора, остается неизменным. Такой неизменный фермент может реагировать вновь и вновь с другими молекулами субстрата. Поскольку эти реакции протекают очень быстро, небольшое количество фермента катализирует превращение значительных количеств субстрата в продукт реакции за короткое время.

В принципе все ферментативные реакции в какой-то мере обратимы, т. е. фермент способен реагировать с продуктом катализируемой им реакции, образуя субстрат. Скорость этой обратной реакции в организме зависит от концентраций участвующих в ней веществ. Накопление продукта может настолько замедлить прямую реакцию, что начнет преобладать обратная. Однако, если продукт реакции обладает значительно меньшим запасом энергии, чем субстрат, обратная реакция становится совершенно невозможной, поскольку она соответствовала бы движению системы вверх по термодинамической лестнице (против градиента энергии). Такие реакции называют необратимыми. В этих случаях обратное превращение продукта реакции в субстрат требует участия другого фермента, который катализировал бы эту обратную реакцию.

Если субстраты и продукты реакции могут значительно различаться по химическому строению и размерам, то ферменты непременно представляют собой белки с молекулярным весом от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Очевидно, небольшие молекулы таких субстратов, как сахар, могут соединяться с огромной белковой молекулой во многих точках вдоль полипептидной цепи. Фактически в образовании комплекса с субстратом участвует лишь определенная область поверхности молекулы фермента — активный центр. Последний состоит либо из нескольких аминокислот, расположенных последовательно в полипептидной цепи, либо образуется в результате взаимодействия аминокислот, удаленных друг от друга в полипептидной цепи. В последнем случае молекула фермента в активной конфигурации сложена таким образом, чтобы сблизить между собой аминокислоты, принимающие непосредственное участие в построении активного центра.

Помимо аминокислотных остатков, активный центр фермента содержит обычно небелковую простетическую группу. Последняя представляет собой либо молекулу органического соединения, либо неорганический атом (обычно атом металла). Простетическая группа играет важную роль в действии фермента, облегчая его связывание с субстратом или осуществляя перенос электронов, атомов или ионов между субстратом и продуктом реакции. В организме простетическая группа прочно связана с ферментом. Когда фермент выделяют из ткани и подвергают очистке, простетическая группа остается с ним связанной. Если простетическую группу отделяют при помощи жестких методов от исходного фермента, или холофермента, то остающийся белок лишается каталитической активности (апофермент). Реконструкция структуры и функции холофермента может быть достигнута путем воссоединения при соответствующих условиях апофермента с его простетической группой, что свидетельствует о важной роли последней.

- Читать "Соединение субстрата с ферментом. Конкурентное торможение"