Лекция № 34-35. Основные свойства ферментов и факторы, определяющие их активность

1. Основные свойства ферментов,

влияние концентраций субстрата и фермента

на скорость ферментативной реакции

Ферменты (как и неорганические катализаторы) имеют ряд особенностей:

1. остаются неизменными после реакции: освобождаясь, способны вновь реагировать с субстратами;

2. способны оказывать эффективное действие в ничтожно малых концентрациях;

3. не сдвигают точку термодинамического равновесия, а лишь увеличивают скорость достижения этого равновесия. Экзергонические химические реакции — реакции с высокой

константой равновесия и отрицательной ΔG.

Эндергонические химические реакции — реакции с низкой константой равновесия и положительной ΔG. Такие реакции обычно не протекают спонтанно, для их начала и завершения необходим приток энергии извне.

Скорость реакций, катализируемых ферментами, зависит от температуры. При повышении температуры на 10 °C скорость большинства биохимических реакций повышается в 2 раза. При повышении температуры до 50 °C эффективная концентрация фермента и скорость реакции будут снижаться вследствие тепло­вой денатурации белкового компонента фермента. При темпера­туре 100 °C почти все ферменты утрачивают свою активность. При низких температурах ферменты не разрушаются, но актив­ность их снижается почти до нуля. Оптимальной температурой для действия большинства ферментов теплокровных является температура 40 °C.

Ферменты наиболее активны в пределах pH 6,0—8,0. Значе­ние pH, при котором фермент проявляет максимальную активность, называется оптимумом pH среды для действия данного фермента. Значение pH воздействует на состояние и степень ионизации кислотных и основных групп, при сдвигах pH от опти­мума возникают конформационные изменения молекулы фермента, приводящие к потере его активности вследствие де­натурации или изменения заряда. Ферменты обладают высокой специфичностью действия. Различают ферменты с относитель­ной (групповой) и абсолютной специфичностью. Ферменты с отно­сительной специфичностью воздействуют на определенную хими­ческую связь, содержащуюся в группе веществ, — ферменты пищеварительного тракта (пепсин, трипсин, химотрипсин, липаза, пептидаза), некоторые внутриклеточные ферменты (гексокиназа) и др. Ферменты с абсолютной специфичностью способны катали­зировать превращение единственного субстрата — аргиназа, уреа- за и др. Стереохимическая специфичность — специфичность дей­ствия фермента в отношении цис- и транс-изомеров (например, бактериальная аспартатдегидрогеназа катализирует отщепление карбоксильной группы только от L-аспарагиновой кислоты с пре­вращением ее в L-аланин).

Влияние концентраций фермента и субстрата на ско­рость ферментативной реакции

Скорость ферментативной реакции прямо пропорциональ­на концентрации фермента. При постоянной концентрации фермента повышение концентрации субстрата ведет к увеличе­нию скорости реакции до тех пор, пока не будет достигнуто полное насыщение фермента (состояние, в котором все молеку­лы фермента связаны с субстратом), после чего дальнейшее увеличение концентрации субстрата не будет оказывать влия­ния на скорость ферментативной реакции. В таких условиях производят определение максимальной скорости реакции и зна­чение константы Михаэлиса.