Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 28
Текст из файла (страница 28)
8.12. Влияние температуры нв скорость гипотетиче- ской ферментативной реакции. Таблица 8.1. Аминокислотные последовательности вблизи важных в катплитическоги отношении остатков серинв ($) и ги- стидинв (Н) в нескольких бычьих протеазах. Использованы однобуквенные обозначения аминокислот (гл. 3). (Из работы РпуЬой' М.О., ед.: Айва оз Ргоге)п Бег)пенсе впд Бггисщге. Чо1. 5. )чп!!опп) В!ожег)(са! Веаеагс)з Роипдп6оп, 1972, с разреше- ния.) Фер иенты: кинетики Для реакции А+2В- АВ или н 1 рН в и А+В- АВ.
Скорость, = А-,[А)"[В)'". Скорость, = /с,[А„В„,]. Отсюда нли ~А„В 1 й, ) А3")В) ЯЯД ВН+ х ЦКД к~я Рис. ВЛЗ. Влияние рП на активность фермента. При изменении рН ферменты могут претерпевать конформационные изменения. Для поддержания активной третичной или четвертичной структуры может оказаться необходимым присутствие определенного заряда на группе„удаленной от области связывания субстрата; именно такая ситуация наблюдается в случае гемоглобина (гл. б). Если заряд этой группы изменится, могут произойти частичное развертывание белковой цепи, или, наоборот, компактизация молекулы, или же ее диссоциация на прото- меры — во всех случаях с потерей активности. КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕАКТАНТОВ Прн увеличении концентрации реактантов возрастают число молекул„обладающих достаточной для реакции энергией, и частота их столкновений.
Рассмотрим реакцию между двумя разными молекула- миАиВ: Удвоение концентрации А или В приведет к увеличению вдвое скорости реакции, а удвоение концентраций одновременно А и В повысит вероятность их столкновений в четыре раза. Следовательно, скорость реакции возрастет вчетверо. Скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих молекул. Квадратные скобки используются для указания молярных концентраций ', символ ос означает пропорциональность. Выражение для скорости принимает вид Скорость реакции о [Реагирующие молекулы), Скорость реакции ос [А)[В). ' Строго говоря, должны использоваться не молярные концентрации, а молярные активности. выражение для скорости реакции имеет внд Скорость реакции [А)[В)[В), Скорость реакции ос [А1[В1'-.
В общем случае„когда и молекул А реагируют с т молекулами В. пА+тВ- А„В, выражение для скорости реакции принимает внд Скорость реакции ос [А1"[В)'". КОНСТАНТА РАВНОВЕСИЯ Поскольку все химические реакции обратимы, для обратной реакции [по отношению к той, когда и молекул А реагируют с т молекулами В) А„В,„-+ пА + тВ соответствующее выражение для скорости реакции будет иметь вид Скорость реакции [А,В 1 Обратимость обозначается двойными стрелками: пА+тВ~А,В . Это выражение следует читать: п молекул А и т молекул В находятся в равновесии с А„В,„.
Знак пропорциональности ос можно заменить па знак равенства, если ввести коэффициент пропарцнональносги К характерный для рассматриваемой реакции. В общем случае пА+ тВ А,В выражения для скорости прямой реакции (Скоро- сть,) и обратной реакции (Скорость,) принимают вид Когда скорости прямой и обратной реакции равны, говорят, что система находится в равновесии: Скорость, = Скорость,, й,[А~'[В]"' = 1,[А„В,„1. Отношение Й, к Й, называется константой равнове- сия К„.
Следует запомнить следующие свойства си- стемы, находящейся в состоянии равновесия. Глава 8 1. Константа равновесия равна отношению констант скоростей прямой и обратной реакций, й,//с,. 2. В равновесии скорости прямой и обратной реакций (но не их константы) равны. 3.
Равновесие является динамическим состоянием. Хотя суммарного изменения концентрации реагентов и продуктов в равновесии не происходит. А и В постоянно превращаются в А„В, н наоборот. 4. Если известны равновесные концентрации А, В и А.Ввв можно найти численное значение константы равновесия. Свизь между константой равновесии и изменением стандартном свободной энергии (Ьбв) реакции Константа равновесия связана с Л6" соотношением Здесь Я вЂ” газовая постоянная, Т вЂ” абсолютная температура. Поскольку их значения известны, зная численное значение К, можно найти А6 '.
Если константа равновесия больше единицы, реакция идет самопроизвольно, т.е. в том направлении, как она написана (слева направо). Если же константа равновесия меньше единицы. то самопроизвольно идет обратная реакция. Заметим. однако, что константа равновесия указывает направление, в котором реакция может идти самопроизвольно, но не позволяет судить, будет ли реакция идти быстро. Иными словами, она ничего не говорит о высоте эпергетнческого барьера реакции (Л6,-; см.
выше). Это следует из того, что К,„определяет только Л6'. Скорости реакций зависят от высоты энергетического барьера, но ве от величины А6". Большинство факторов, влияющих на скорости ферментативных реакций, оказывают свое действие путем изменения локальных концентраций реагентов. КОНЦЕНТРАЦИЯ ФЕРМЕНТА Во многих случаях бывает недостаточно знать, что данный фермент присутствует в системе, нужна еще информация о его количестве. При определенных условиях скорость ферментативной реакции прямо пропорциональна количеству фермента (гл.
7). Это бывает не всегда, что можно проиллюстрировать на примере прямой реакции, идущей в равновесных условиях. Даже если мы знаем, что прямая реакция действительно идет, нам будет казаться, что скорость ее равна нулю, поскольку с такой же скоростью идет и обратная реакция. Когда же ферментативная реакция только начинаетгя, продукт еще практически отсутствует и обратная реакция не идет. Кроме того, на начальной стадии реакции концен- трация субстрата соответствует его исходному коли- честву. Поэтому скорость в начале реакции, т.е. ее начальная скорость (г), будет прямо пропорциональна концентрации фермента 1Еп4 (гл. 7). Фермент является реактантом, который соеди- няется с субстратом, образуя фермент-субстратный комплекс Епк — Б, распадающийся на свободный фермент и продукт Р.
В простейшей форме можно записать Епх + Б Д Епг + Р. й ! Отметим. что хотя в выражения для скоростей прямой и обратной реакций входит член 1Еп71: Скорость, = й,(Епкин, Скорость, = /с,(Епх)(Р1, в выражении для константы равновесия 1Епх~ уже не й, [Епг1 [Р| [Р1 й, [Епк1 [В"1 [В) Таким образом, концентрация фермента не оказывает влияния на константу равновесия. К не зависит от того, каким образом достигается равновесие — с участием фермента или без него (вспомним о величине Л6"). Фермент меняет путь, по которому идет реакция, но не конечные (равновесные) концентрации реагентов и продуктов, от которых зависят К„и Л6'.
КОНЦЕНТРАЦИЯ СУБСТРАТА Далее мы будем рассматривать ферментативные реакции, в которых имеется единственный субстрат и единственный продукт. Такая ситуация действительно наблюдается для некоторых ферментативных реакций, однако большинство из них протекает с участием двух и более субстратов и продуктов.
Это, однако, нисколько не снижает ценности дальнейших рассуждений. То. что справедливо для одного субстрата, остается верным н для двух. При увеличении концентрации субстрата 1з1 и сохранении всех остальных условий начальная скорость г (скорость. измеряемая в период, когда израсходована очень малая доля субстрата) будет повышаться до максимальной величины 1',„„„, после чего останется постоянной (рис. 8.14). По мере повышения концентрации субстрата скорость будет расти до тех пор, пока не произойдет насыщения фермента субстратом. Измеренная в таких условиях начальная скорость уже не будет возрастать при дальнейшем повышении концентрации субстрата.
Отметим, что субстрат обычно берут в значительном молярном избытке по отношению к ферменту. Например, если фермент с мол. массой 100000 взаимодействует с субстратом с мол. массой Фер.неиты: кинетики шение [Я, хотя и повысит частоту столкновений Епх с 3, не сможет привести к повышению скорости реакции — среди молекул фермента уже не будет таких, которые были бы свободны для реакции с субстратом.
Случай В представляет особый теоретический интерес, поскольку при этом ровно половина молекул фермента насыщена субстратом. Соответственно скорость равна половине максимальной скорости (~' .„/2), достижимой при данной концентрации фермента. мах юах/2 шах/2 К М Рис. 8.14. В.ннтнс хоннсн~рннн1 с)бсарага на скорое~и фсрмснса1нвной рсакннн УРАВНЕНИЕ МИХАЭЛИСА — МЕНТЕН 100 н оба присутствуют в концентрации 1 мг/мл, то на каждый моль фермента будет приходиться 1000 молей субстрата. Более реальными являются сле- дующие величины: [Епг) = 0,1 мкг/мл = 10 ' М, Я=0,1 мг/мл= 10 ' М, Рис.
8.15. Схема. поясняющая связывание субстрата ферментом при низкой (А) и высокой (С) концентрации субстрата. а также при концентрации субстрата, равной Ки (В). Состояния А, В и С отвечают точкам А, В, С на кривой. приведенной на рис. 8.!4. т.е. молярный избыток субстрата по отношению к ферменту составляет 10а, Даже если Я уменьшить в 100 раз, его концентрация все еше в 10000 раз будет превышать концентрацию фермента.
Ситуация, соответствующая точкам А, В и С на рис. 8.14, проиллюстрирована на рис. 8.15. В точках А и В в комплексе с субстратом находится лишь часть молекул фермента„хотя молекул субстрата намного больше, чем молекул фермента. Это происходит потому, что константа равновесия реакции Епх + 3 а=а Епг — Б (образование комплекса Епх — Я) хотя и велика, но конечна. Таким образом, в точках А и В повышепне нли понижение [Б[ будет прнводпть к увеличению нлн уменьшению доли молекул Епх, связанных с Б (т.е. доли молекул Епх — Ь), н и будет зависеть от [Я.
В точке С практически все молекулы фермента связаны с субстратом, и дальнейшее повы- Графическое определение константы Михаэлиса Км Концентрация субстрата, прн которой скорость составляет половину максимальной, обозначается через К н называется константой Мнхаэлнса. Ее можно определить из графика зависимости г от [Я (рис. 8.14). Обратите внимание, что К,„имеет размерность малярной концентрации. Когда Я приближается к К,„, и становится весьма чувствительной к изменению [Я; в этой области фермент работает со скоростью, равной половине максимальной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
