Vmax [s]

v = ----------

K_m+ [S]

К_m= (k_-1+k₂)/k₁– константа Михаэлиса – это концентрация субстрата, при которой скорость реакции составляет половину максимальной. Величина К_mхарактеризует фермента к субстрату. Чем меньше величина К_mтем больше сродство фермента к данному субстрату.

Влияние физико-химических факторов на активность ферментов

1. Особенности ферментативных реакций

2. Влияние температуры на активность ферментов

3. Влияние рН на активность ферментов

4. Активаторы и ингибиторы ферментов

I. Все ферментативные реакции имеют 4 особенности

• Высокая активность ферментов;

• Обратимость действия ферментов;

• Специфичность действия ферментов;

• Лабильность (чувствительность).

Высокая активность ферментов.Ферменты обуславливают высокую скорость ферментативной реакции, которая характеризуется числом оборотов ферментов – это количество молекул субстрата, которое превращается в продукты реакции при действии одной молекулы фермента в единицу времени. Например, алкогольдегидрогеназа имеет активность 4700 ед., фосфорилаза – 50000 ед.,-амилаза – 16000 ед.

Обратимость действия ферментовустановил Данилевский. Под обратимостью действия ферментов понимают образование комплексаESи его распад, т.е. реакции с участием фермента могут идти как в одну сторону (биосинтез), так и в обратную (распад).

Специфичность действия ферментов- каждый фермент действует только на свой определенный субстрат или группу родственных субстратов. Например, инвертаза действует на сахарозу;-амилаза – только на крахмал и декстрины; протеазы – на белки.

Существует две тачки зрения, объясняющие специфичность действия ферментов. По образному представлению Э. Фишера “фермент подходит к субстрату как ключ к замку”, т.е. топография активного центра фермента не только высокоупорядочена, но и жестко закреплена. Активной центр фермента соответствует топографии только одного единственного субстрата. Вторая точка зрения, предложена Д. Кошландом - теория индуцированного соответствия фермента и субстрата: конформация фермента, в особенности его активного центра, способна к определенным модификациям. В зависимости от конформационной подвижности активного центра фермент способен взаимодействовать либо с немногими, либо с самыми разными субстратами. Иными словами, в момент образования комплекса ЕS, происходят изменения в структуре как фермента, так и субстрата. В результате чего они адаптируются друг к другу.

Специфичность ферментов играет важную роль в процессе обмена веществ в живом организме. (Если бы фермент не имел уникальных свойств, то в живом организме не было бы обмена веществ)

По признаку специфичности ферменты делятся на 2 группы:

• Абсолютная специфичность – фермент действует только на одно-единственное вещество или катализирует только определенное превращение этого вещества;

• Относительная или групповая специфичность – ферменты действуют сразу на многие субстраты, обладающих рядом общих структурных свойств.

Лабильность (чувствительность) – все ферменты чувствительны к повышению температуры и низким значениям рН, при которых происходит потеря активности ферментов.

II. Важнейшим фактором, от которого зависит активность ферментов, является температура.

Графически зависимость скорости ферментативной реакции от температуры выглядит следующим образом:

При 0С, а тем более при температурах ниже 0С действие большинства ферментов прекращается. Повышение температуры (кривая 1) выше 0С способствует увеличению активности ферментов (увеличивается число столкновений реагирующих веществ). При определенной температуре фермент проявляет максимальную активность. Для большинства ферментов оптимальной температурой действия является 40-50С. Дальнейшее увеличение температуры приводит к инактивации ферментов (уменьшения активности) вследствие термической денатурации белковой молекулы (кривая 2).

Изменение скорости реакции при повышении температуры на каждые 10С выражают температурным коэффициентомQ₁₀. Температурный коэффициент представляет собой отношение скорость реакции при данной температуреv_t+10к скорости реакции при температуре на 10С ниже данной:

V_t+10

Q₁₀= --------

V_t

Величина Q₁₀ для химических реакций лежит в приделах 2-4, для ферментативной реакции – между 1 и 2;Q₁₀ферментативных реакции заметно снижается при повышении температуры.

III. Каждый фермент проявляет своё действие в пределах довольно узкой зоны рН. Графическая зависимость активности фермента от рН имеет вид:

В кислой среде, при низких значениях рН, имеет форму ЕН₂⁺, в такой форме он малоактивен. При оптимуме рН фермент обладает максимальной активностью и находится в форме ЕН; при подщелачивании среды, фермент приобретает форму Е^-_.

Оптимальной активности соответствует определенная область рН, причем каждый фермент имеет свое оптимальное значение рН действия (например, бактериальная-ами-лаза имеет рН оптимум при 6, а-амилаза микроскопических грибов – 4,7). Оптимальное значение рН связано с аминокислотным составом ферментов.

Колоколообразная форма кривой объяснится с амфотерной природой ферментов; восходящая и нисходящая ветви этой кривой являются типичными кривыми титрования и определяется значениями рК ионных групп, которые находятся в активном центре ферментов.

Для определения функциональных групп, входящих в активный центр фермента, необходимо определить зависимости активности этого фермента от рН при разных температурах и определить значение рК. Зная значения ΔрК для кислой и щелочной ветви зависимостиv=f(pH) находят функциональные группы, которые соответствуют этому значению.

Функциональная группа	Значение рК
-Карбоксильная (-СООН)	1,8-2,2
Имидазольная	5,0-7,8
ОН-группа тирозина	9,7-10,1
-Аминогруппа	8,3-9,8

I

0

20

40

60

80

100

120

0

2

6

8

10

12

14

16

0

20

40

60

80

100

0

1

2

3

4

5

6

7

V. Все вещества, сопровождающие фермент в процессе реакции можно подразделит на активаторы, ингибиторы и нейтральные соединения.

Активаторы – химические соединения, повышающие действие ферментов (например, глютатион активизирует действие протеаз,NaClувеличивает активность амилаз);ингибиторы – соединения, подавляющие их активность (например, группа –CNподавляет активность дыхательных ферментов, находящихся в цитохромной системе) инейтральные соединенияне оказывают никакого влияния на ферменты.

Процесс ингибирования может быть обратимым и необратимым.

Обратимые ингибиторы бывают:

• Конкурентного действия – ингибитор взаимодействует с функциональными группами активного центра ферментов. Ингибирование в данном случае зависит от концентрации субстрата: если [S] велика, то влияние ингибитора [I] может не проявляться; если же [S] мала, то ингибитор может вытеснить субстрат из соединения с ферментом, действие которого при этом затормаживается. Тройной комплекс ЕSIпри конкурентном ингибировании никогда не образуется.

• Бесконкурентное ингибирование наблюдается в том случае, когда ингибитор не способен присоединяться к ферменту, не он может связываться с фермент-субстратным комплексом, переводя его в неактивную форму.

• При смешанном ингибировании ингибитор действует как на участок связывания ES, так и на каталитический центр фермента.

29