Кинетика ферментативных реакций

Изучает зависимость скорости ферментативных реакций от различных факторов (рН, температура, давление, концентрация фермента, субстрата, продукта и т.д.).

Зависимость скорости реакции от рН:

Изменение рН среды влияет на ионизацию групп в АЦ и субстрате.

Может возникнуть денатурация.

Денатурация – разрушение нативной (природной) конформации фермента с потерей биологических функций.

Нативная конформация – конформация, в которой фермент (любой белок) проявляет свою активность.

Большинство ферментов имеют наибольшую активность при рН 6,5 – 7.

Исключения: пепсин – рН 1,5 – 2, щелочная фосфатаза – рН 9-10.

 

 

Оптимальная рН – рН среды, при которой скорость реакции максимальна.

Максимальная скорость реакции – это скорость, при которой весь фермент занят субстратом (весь фермент в ES-комплексе).

 

Пример влияния рН среды на скорость реакции:

При помещении фермента и субстрата в щелочную среду происходит изменение ионизации групп в АЦ и S, т.к. отрицательный заряд среды нейтрализует положительные заряды и усиливает отрицательные → нет соответствия по заряду → E и S не взаимодействуют → скорость реакции падает:

 

Зависимость скорости реакции от температуры:

До оптимальной температуры (см. определение рН) 35-40°С зависимость скорости от температуры подчиняется правилу Вант-Гоффа: увеличение температуры на 10 °С ведет к увеличению скорости реакции в 2 раза.

После достижения оптимальной температуры дальнейшее ее повышение приводит к снижению скорости реакции.

При температуре выше 70°С реакция не идет, т. к. это связано с тепловой денатурацией фермента.

 

Зависимость скорости реакции от концентрации фермента (рис. 1) – при условии, что субстрата много ([S]=∞).

 

 

Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата (рис.2) описывается гиперболической кривой (уравнение Михаэлиса-Ментена).

 

K_М — константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину от максимальной

Ингибирование ферментов

Ингибиторы – низкомолекулярные вещества, уменьшающие активность ферментов.

По степени связывания фермента и ингибитора:

1) Обратимое ингибирование

2) Необратимое ингибирование

Обратимое ингибирование – ингибитор непрочно связывается с ферментом (нековалентные связи) и после отделения ингибитора активность фермента восстанавливается.

· Конкурентное

· Неконкурентное

 

Конкурентное – ингибитор похож на субстрат.

· Субстрат конкурирует с ингибитором за присоединение в АЦ, т. к. они похожи.

· Тип ингибирования зависит от концентрации субстрата (рис. 3): при увеличении концентрации субстрата он вытесняет ингибитор и АЦ, и максимальная скорость реакции не измениться, а константа Михаэлиса будет увеличиваться.

 

 

Неконкурентное – ингибитор не похож на субстрат.

· Субстрат не конкурирует с ингибитором за присоединение в АЦ, ингибитор присоединяется в другом (например, аллостерическом).

· Тип ингибирования не зависит от концентрации субстрата (рис. 4): т. е. при максимальном увеличении концентрации субстрата скорость реакции в присутствии ингибитора будет меньше (это связано с уменьшение количества ферментов).

 

Необратимое ингибирование – ингибитор связан с ферментом прочными ковалентными связями и необратимо выводит фермент из реакции.

· Специфическое

· Неспецифическое

 

Спецефическое – ингибитор связан со спецефической группой в активном центре (например, с SН-группой серина связываются многие токсические вещества – делициды, зорин и т. п.).

Неспецифическое – ингибитор связан с ферментом вне АЦ (тяжелые металлы). Например, аспирин необратимо ингибирует фермент циклооксигеназу, которая образует медиаторы воспаления – простагландины. Следовательно, аспирин является противовоспалительным жаропонижающим средством/