23) Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

Так же как и скорость любых химических превращений, скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов. Основными из них являются следующие – время протекания ферментативной реакции (время инкубации),

температура и рН окружающей среды, присутствие особых веществ – модификаторов фермента (ингибиторов и активаторов). Рассмотрим влияние перечисленных факторов на скорость ферментативных реакций.Время протекания. По мере того, как время инкубации фермента увеличивается, скорость реакции снижается. Это может происходить по различным причинам, главными из которых являются: уменьшение концентрации субстрата, увеличение скорости обратной реакции (в результате накопления продукта),

ингибирование фермента продуктом реакции, денатурация фермента. При кинетических исследованиях проводят измерения начальной скорости реакции.

Температура. Согласно правилу Вант-Гоффа для химических реакций повышение температуры на 10°С приводит к увеличению скорости реакции в 2–4 раза. Скорость ферментативной реакции с повышением температуры увеличивается, достигая максимума при какой-то оптимальной температуре (температурный оптимум фермента), а затем падает до нуля (рис. 12 а). Следует заметить, что температурный коэффициент увеличения скорости для ферментативных реакций меньше, чем для обычных химических реакций: при увеличении температуры на каждые 10°С скорость возрастает не более в два раза. Снижение скорости реакции до нуля вызвано инактивацией фермента

вследствие денатурации его белковой части. Большинство ферментов инактивируются при температурах 40–50°С. Отдельные ферменты инактивируются при температурах, близких к 0°С. Высокой термостабильностью отличаются

ферменты, являющиеся гликопротеинами, поскольку углеводный фрагмент придает белку термоустойчивость. Такие ферменты работают в микроорганизмах, обитающих в горячих источниках.

Влияние температуры на скорость ферментативных реакций очень важно для понимания процессов жизнедеятельности. При понижении температуры некоторые животные впадают в состояние анабиоза за счет снижения скорости ферментативных реакций, в результате чего обеспечивается малый расход на-

копленных в клетках веществ. Искусственное охлаждение организма (гибернация) используется в клинике при проведении хирургических операций, так как позволяет снизить расход веществ и сохранить жизнеспособность клеток. Повышение температуры тела при инфекционных заболеваниях ускоряет биохимические реакции в клетках, мобилизуя защитные функции организма, однако расточительное использование эндогенных ресурсов требует их восполнения засчет поступления с пищей. Кроме того, уже при температуре порядка 40°С часть термолабильных ферментов теряет свою активность, что нарушает ход биохимических реакций, тем самым «обезоруживая» организм в химической битве с микроорганизмами. Сведения о термостабильности ферментов используются в практике для разработки температурных режимов хранения продуктов.

рН среды. Изменение рН среды приводит к изменению степени ионизации кислотных и основных групп как активного центра фермента, так и самого субстрата. Следовательно, изменение рН влияет на сродство субстрата к активному центру фермента и на каталитический механизм реакции. Обычно зависимость скорости ферментативной реакции от рН среды имеет колоколообразную форму (рис. 12 б), поскольку для каждого фермента существует свое оптимальное значение рН, при котором фермент проявляет наибольшую каталитическую активность (оптимум рН фермента). Значение рН в оптимуме отвечает наилучшему связыванию субстрата ферментом и наибольшей скорости катализа. Оптимум рН для большинства ферментов лежит в пределах от 6 до 8, однако есть и исключения: например, пепсин имеет наибольшую активность при рН около 2. Количественное определение активности ферментов проводят при оптимальном для данного фермента значении рН.