Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 50
Текст из файла (страница 50)
По такому механизму осуществляется, например, переаминироваиие, катализируемое глутамат-аспартат-аминотрансферазой (гл. 20). Последовательные механизмы представлены двумя видами— упорядоченным и неупорядоченным. В противоположность пинг- понг-механизму при последовательном механизме оба субстрата должны соединиться с ферментом и образовать тройной комплекс„ прежде чем произойдет образование продукта. Реакцию по упорядоченному механизму можно записать в виде следующей схемы= А В с г> е+ А еА+ В (еАВ ЕСГ>) -~-В Ег> Е и.
кхтллнз Субстрат А связывается с ферментом Е, образуя комплекс ЕА, который в свою очередь связывает субстрат В, Тройной комплекс ЕАВ превращается в тройной комплекс ЕС0, нз которого последовательно (как показано) освобождаются продукты. По упорядоченному механизму функционируют, например, фосфофруктокиназа (гл. !4) и глнцеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (гл. 14). В других случаях на ферменте Е имеются независимые участки связывания для А и В, и скорость реакции не зависит от того, какой субстрат Л илн В связывается с ферментом первым. В таких случаях говорят, что механизм является неупорядоченным. Если также при распаде тройного комплекса ЕСГ) нн один из продуктов не имеет перед другим «преимуществ» освобождаться первым, то схема неупорядоченного механизма может быть изображена следующим образом: А В С Р Р С 8.4Л.
Влияние температуры Константа равновесия любой химической реакцщц как и скорость реакции, сильно зависит от температуры, и ферментативные реакции не являются исключением, Влияние температуры на константу равновесия химической реакции выражается уравнением Вант-Гоффа лн З,З1кГГ=С вЂ”вЂ” ИТ 1 Рз) тде Ло†тепловой эффект реакции (в калориях на моль), )т — газовая постоянная, равная 1,98 кал.моль-'град-', Т вЂ” абсолютная температура, С вЂ” константа интегрирования. Из уравнения следует, что график зависимости (п А от обратной температуры 1/Т должен быть прямолинейным. Наклон прямой равен Ло/2,3 Я. Влия- Примерамн ферментов, функционирующих по неупорядоченному механизму, являются (Л)Ргалактоза: И-ацетилглюкозамин-галактозилтрансфераза (равд. 8.7.2.3) и креатинкиназа (гл. 10).
Известны более сложные кинетические механизмы для реакций с тремя и даже четырьмя субстратами. Такие реакции могут осуществляться либо по последовательному механизму, либо по пинг-понг-механизму, либо по смешанному механизму. а. ФЯРменты. 1 257 Рис. 6.6. Влияние температуры на константу скорости йз гндролиза карбобензоксиглицилфенилаланина (ССР) и карбобензоксиглицилтриптофана (ССгт) кристаллической карбоксипептндазой. Приведены зависимости 19йз от обратной абсолютной температуры.
Кажупгиеся энергии активации Е, составляют 9900 калдиьть для ССТ и 9600 кзл/моль лля ССгР. [Еугагу (!., Яглаа Е. Ь.. 6!ал(л )7. Я„ Л. Агп. Спею. Зос., 73, 4330, 195Ц 2,4 га 1.а 1,4 33 34 35 36 (1ГТ) ° 104 ние температуры на скорость реакции выражается уравнением Аррениуса Еа 2.3 193 =  — ~~. (20) Это уравнение имеет такой же вид, как уравнение (!9), оно выражает константу скорости реакции й через Т, )т и Ев, энергию активации (равд. 8.1.7) в калориях на моль, и константу В, которая (качественно) характеризует частоту столкновений молекул и необходимость определенной взаимной ориентации сталкиваю- шихся молекул.
Для двух значений температуры по уравнению (20) можно записать (21) 17 †!!43 где й' и й" — константы скорости при температурах Т' и Т" соответственно. На рнс. 8.6 показано влияние температуры на константу скорости йз при гидролизе карбоксипептидазой двух субстратов. Это типичный график Аррениуса для катализируемой ферментом реакции; он показывает, что в данном случае зависимость 1ййз от ЦТ линейна в области между 5 и 25'С; по наклону прямой можно рассчитать Е,. При повышении температуры скорость ферментативных реакций увеличивается только до определенного максимального значения; прн дальнейшем повышении температуры происходит сникенне скорости реакции вследствие тепловой денатурапни фермента.
и. катализ 256 8.4.6. Энергия активации Энергия активации — это энергия, необходимая для перевода молекул в реакцнонноспособное состояние 1разд. 8.!.6). Катализатор понижает энергию активации реакции, которая может протекать н спонтанно в отсутствие катализатора. В табл. 8.2 приведены энергии актнвашш некоторых процессов. Энергия активации разложения пероксида водорода составляет 18 000 кал/моль; она Таблица 8.2 Энергии активации некоторых реакций нри ферментатнаном и неферментатинном катализе ! Квтеюввтер Л, квл;не.тк Ревкава Разложение пероксида водо- рода Гидролаз зтнлбутнрата Гндролиз казенка Гндролнз сахарозы Гндролиз р-нети.тглюкознда понижается до 11700 кал/моль в присутствии в качестве катализатора коллопдной платины и значительно увгеныпается в случае ферментатнвпой реакции. Очевидно, что для рассматриваемой реакции каталаза является значительно более эффективным катализатором по сравнению с неорганическим катализатором.
Каталаза столь эффективна, что ферментатнвная реакция характеризуется лишь весьма незначительной энергией активации. Известно, что разложение пероксида водорода каталазой протекает со скоростью, которая является одной из наивысших для ферментативных реакций. Рассмотрение друпгх данных табл. 8.2 показывает, что подобные же соотношения характерны и для других систем: неорганический катализатор понижает энергию активации, но фермент снижает ее в еще большей степени. О большой эффективности ферментов как катализаторов свидетельствуют высокие скорости ферментатнвиых реакций при физиологических температурах. Другпмп словами, благодаря низкому значению Е реакция может Без катализатора Коллоидкан нлатнна Каталаза Водородные ионы Гидроксндиые ионы Паикреатическая лиааза Водородные ноны Трннснн Водородные ионы Дрожжевая анвертаза Водородаые ионы р-Глюкозидаза РЯ 000 11 700 <2 000 16 600 1О 200 4 600 20 600 12 000 25 600 6 000 — 1О 000 32 600 12 200 259 к ФеРмвнты.
1 протекать с высокой скоростью при относительно низкой температуре. Это можно легко показать, сопоставляя значения констант скоростей данной реакции, протекающей при определенной температуре (37 С), при различных энергиях активации. В качестве примера можно рассмотреть приведенные в табл. 8.2 данные дли гидролнза сахаровы, катализируемого дрожжевой инвертазой и водородными ионамп. Согласно уравнению (20), для ферментативной реакции (индекс е) имеем и, 6ООО ~ия .= — ' ~'— 2,З вЂ” 2,ЗПт (22) и для реакции, катализируемой водородными ионами (индекс й): Ла 25 600 35 5:=— 2,5 2,3ЦТ (25) Предположим, что В, и Вь примерно равны.
Для того чтобы найти отношение констант скоростей рассматриваемых реакций (катализируемой ферментом п катализпруемой водородными ионамн), вычтем уравнение (23) пз уравнения (22) и подставим значения Я=1,98 и 7=37+273=310. Получаем Ц~ 25600 — 8000 17600 'К 5„= 2.зл.оз зго '- ~яз ='24 ае —.=-2,5цам лк (25) Другими словамп, можно ожидать, что прн одной и той же тем- пературе константа скорости ферментатпвпой реакции в — !О'враз выше константы скорости реакции, каталпзпруемой водородными ионами.
8.4.7. Влияние рН рН оказывает выраженное влияние на скорость ферментативных реакций. Для каждого фермента имеется опредеченпое значение рН, при котором сиорость реакции оптимальна (оптнмум рН), прп отклонении в любую сторону от этого значения рН скорость реакции снижается. В табл. 8.3 приведены значения оптимумов рН для ряда хорошо изученных ферментов. Очевидно, что значения оптимума рН находятся в очень шпрокой области, например кислая среда для пепспна н щелочная среда для щелочной фосфатазы.
На практике прн проведении исследований с использованием ферментов необходимо поддерживать постоянное значение рН с помощью соответствующих буферных растворов; 77' и. катализ 260 Тпблипа В.З Оптимумы рИ действия иекоторых гидролитических Ферментов сусетгат Феемеат Пенсии а-Глвкозидаза Урвала Трипсив Паикреатпческая а-амплаза р-Аиилаза солоха Карбохсипептидаза Шелочиая фосфатаза плазмы Кислая фосфатаза плазмы Аргияаза следует, однако, иметь в виду, что природа буфера может влиять на положение оптимума рН. Влияние рН па скорость ферментату1вных реакций может быть обусловлено разлнчнымн факторами. Ферменты, подобно другим белкам, являются амфолнтами и имеют большое число ноногенных групп. Если функционирование фермента зависит от наличия некоторых специфических группировок, то каждая из них в данных условиях должна находиться в определенном состоянии (неионизироваином или иоиизированном).
Нередко оказывается возможным идентифицировать участвующие в катализе поногеиные группы активного центра путем анализа зависимости активности фермента от рН и сопоставления полученных данных с известными величинами рХ(' ионогенных групп белков (табл. 5.2). В качестве примеров можно указать иа идентификацию каталитическн активных остатков гистидина в активных центрах трипсина, химотрнпснна и субтнлпзина и тиоловой группы в активном центре папаииа (гл. 9). На участие ионогенных групп в функционировании ферментов указывает также влияние ионной силы на скорость ряда ферментативных реакций (это влияние сильно выражено прн действии карбоксппептидазы и уреазы).
Такого рода эффект обычно наблюдается при неферментативном катализе, осуществляемом ноногенными соединениями. Яичный альбумяи Казеии Гемоглобин Карбобевзоксиглугаиилтярозви о-Метилглзокозид Малътоза 51очевииа Белки Крахмал Крахмал Различные субстраты 2-Глкцерофосфат 2-Глицерофосфат Лрг ниии 1,5 1,8 2.2 4,0 5,4 7.0 6,4 — 6,9 7,8 6,7 — 7,2 4,6 7,5 9 — 10 4,5 — 5,0 95 — 99 к Фегыенты. ! Во многих случаях субстраты являются электролитами, и реакция может осуществляться лишь с определенными (нонизированными илн неионизнрованнымн) пх формами. Концентрация водородных ионов может влиять на действие ферментов н косвенным путем, поскольку многие ферменты, как и воооще белки, стабильны только в ограниченном интервале рН, наиболее часто при нейтральных рН.
В то же время известны исключения; наиболее необычные свойства проявляет пенсии, который стабилен в кислой среде и быстро ннактнвнруется в нейтральных и щелочных растворах. Многие ферменты являются конъюгированнымп белками, не- белковый компонент которых относительно слабо связан с белком. Поскольку для ферментатнвной активности необходимы оба компонента, то в условиях, вызывающих днссоцнацию кофактора, происходит утрата активности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
