Том 1 (1128365), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Один из таких факторов температура. При повышении температуры увеличивается вероятностьденатурации -разрушения третичной структуры полипептидных цепей, чтоприводит к появлению все возрастающего числа инактивированных молекулфермента. Этим объясняется характерная зависимость скорости реакции оттемпературы в реакциях, катализируемых ферментами (рис. 3-15). По мереповышения температуры скорость реакции сначала растет благодарявозрастанию кинетической энергии молекул субстрата. При дальнейшемповышении температуры возрастает и скорость инактивации фермента из-заразвертывания полипептидных цепей белка в силу ослабления водородных идругих связей.
При некоторой температуре ( оптимальной температуре)скорость тепловой денатурации фермента в точности уравновешиваетсявозрастанием реакционной способности в системе фермент-субстрат, и оба этихэффекта компенсируются, а скорость реакции достигает максимума. При болеевысоких температурах денатурация фермента становится преобладающимпроцессом, и скорость реакции быстро падает. Температурная чувствительностьферментов и других белковых молекул является одной из причин летальногодействия повышенных температур.6161 :: Содержание61 :: Содержание3.5.4. Чувствительность к рНФермент-субстратный комплекс часто образуется при участии ионныхсвязей.
Поскольку в роли про-тивоионов для ионсвязывающих центров могутвыступать Н+ и ОН-, понижение рН приводит к увеличению числа свободныхкатионных центров в молекуле фермента, способных взаимодействовать сотрицательно заряженными группами субстрата. И наоборот, повышение рНоблегчает связывание положительно заряженных групп субстрата с анионнымицентрами фермента. Этим объясняется тот факт, что активность ферментазависит от рН среды (рис. 3-16) и практически каждый фермент имеет свойоптимальный диапазон рН.Рис, 3.16.
рН-Зависимостъ ферментативной активности для разныхферментов. (Lehninger, 1975.)6161 :: Содержание61 :: 62 :: Содержание3.5.5. Регуляция ферментативнойактивностиРегуляция активности некоторых ферментов осуществляется с помощьюрегуляторных молекул , или эффекторов, которые взаимодействуют с участкоммолекулы фермента, расположенным вне активного центра.
Этот участок наповерхности фермента, называемый аллостерическим центром, связывается смолекулой эффектора, что сопровождается деформацией третичной структурыфермента. Деформация приводит к искажению конформации активного центра(рис. 3-17), в результате чего уменьшается (а в некоторых случаяхувеличивается) сродство между ферментом и субстратом.
Ферменты саллостерической регуляцией участвуют в ключевых метаболических реакциях, ирегуляция их активности очень важна. Аллостерическая регуляция характернадля метаболического ингибирования по типу обратной связи (разд. 3.6.3).Рис. 3.15. Температурная зависимость скорости ферментативной реакции.61Рис. 3.17.
А. Молекула аллостерического эффектора, деформируя третичную структуру, изменяетконформацию активного центра фермента так, что происходит его инактивация. Этот механизмхарактерен для неконкурентных ингибиторов. Б. Аллостерический эффектор, напротив, стерическиактивирует каталитический центр. Здесь S-субстрат, Е-фермент, М-эффектор.Другим ферментам в качестве кофакторов требуются одно- илидвухвалентные ионы металлов; при этом обычно наблюдается высокая ионнаяизбирательность. Некоторые ферменты, активируемые ионами, указаны в табл.3-4 вместе со своими ионами-кофакторами.
Особого упоминания заслуживаетион кальция, который отличается от большинства других распространенных иважных в физиологическом отношении ионов тем, что его концентрация вклетке очень мала (менее 10 -6 М). Другие ионы, например Mg2+, Na+, К+и Сl-,обычно присутствуют в клетке в избыточных концентрациях, а содержание Са 2+относительно некоторых ферментов является лимитирующим. КонцентрацияСа2++ в цитоплазме регулируется наружной мембраной и внутриклеточнымиорганеллами, в том числе митохондриями (см. гл. 9). Таким способом клеткаможет регулировать активность Са 2+-зависимых ферментов.
К физиологическимпроцессам, регулируемым ионами кальция, относятся мышечное сокращение,секреция нейромедиаторов и гормонов, активность ресничек, самосборкамикротрубочек и амебоидное движение.6261 :: 62 :: Содержание62 :: Содержание3.5.6. КофакторыКак мы уже отмечали, некоторые ферменты проявляют свою каталитическуюактивность лишь совместно с малыми молекулами небелковой природы,называемыми кофакторами. В этом случае белковую часть фермента называютапоферментом. Один класс кофакторов составляют малые органическиемолекулы -коферменты, которые активируют соответствующие апоферменты,акцептируя атомы водорода или протоны от ES.
Например, ферментуглутаматдегидрогеназетребуетсякофермент NAD(никотинамидадениндинуклеотид), который отщепляет атом водорода отглутамата:Многие коферменты являются производными витаминов. Посколькуапоферменты не функционируют без своих коферментов, неудивительно, чтонедостаток витаминов может приводить к серьезным последствиям.Т а б л и ц а 3 - 4 . Некоторые ферменты и эффекторы, требующие илисодержащие в качестве кофакторов ионы металлов (Lehninger, 1975)6262 :: Содержание63 :: 64 :: Содержание3.5.7.
Кинетика ферментативных реакцийСкорость ферментативной реакции зависит от концентраций субстрата,продукта реакции и активного фермента. Для простоты предположим, чтопродукт выводится из системы сразу после его образования. Скорость реакциибудет лимитироваться концентрацией фермента или субстрата. Допустим далее,что фермент в системе присутствует в избытке, так что скорость, с которойсубстрат А превращается в продукт Р, в реакцииопределяется концентрацией субстрата:где [А]-текущая концентрация субстрата, k-константа скорости реакции , ad[A]/dt-скорость превращения А в Р.
Кинетические кривые расходования А инакопления Р представлены на рис. 3-18. Можно видеть, что [А] падает поэкспоненциальному закону, а [Р] растет также по экспоненте.Экспоненциальная временная зависимость имеет место всегда, когда скоростьизменения какой-либо величины (в данном случае d[A]/dt) прямопропорциональна текущему значению той же величины (в данном случае [А]). Окинетике такой реакции говорят, что это кинетика первого порядка (рис.
3-19,Б).Константа скорости реакции первого порядка имеет размерность обратноговремени, т. е. с -1. Величина, обратная константе скорости, называетсяпостоянной времени и имеет размерность времени. Таким образом, для реакциипервого порядка с константой скорости 10с -1 постоянная времени составляет 0,1с.В ферментативной реакции с двумя субстратами, Аи В,Рис. 3.18. Кинетические кривые изменения концентрацийсубстрата S и продукта Р в реакции S→Р.Рис. 3.19.
Кинетические кривые нулевого (А) и первого (Б) порядков в координатах, дающих линейнуюзависимость от времени. Здесь х-количество субстрата А, прореагировавшего за время t, а-исходноеколичество А в момент времени t = 0. Обратите внимание на то, что график кинетики первого порядкапредставлен в полулогарифмических координатах, в которых прямая линия отвечает экспоненциальнойвременной зависимости.скорость расходования А прямо пропорциональна произведению [А] [В]:Такая реакция протекает согласно кинетике второго порядка.Следует отметить, что порядок реакции не определяется числомразновидностей субстрата, участвующих в реакции, а лишь теми из них,концентрация которых лимитирует скорость реакции. Так, если концентрациякомпонента В много больше концентрации А, реакция А + В → Р превратится вреакцию первого порядка, поскольку скорость реакции лимитируетсяконцентрацией лишь одного субстрата.Скорость реакции не будет зависеть от концентрации субстрата, еслилимитирующей является концентрация фермента и все молекулы ферментанаходятся в комплексе с субстратом (т.е.
если произошло насыщение фермента).Такие реакции протекают согласно кинетике нулевого порядка (рис. 3-19, А).Если построить график зависимости начальной скорости v0 реакции S → Рот концентрации субстрата [S] при постоянной концентрации фермента, то мыувидим, что в области малых концентраций имеет место реакция первогопорядка (т. е. v0 ∝ [S]).63Рис. 3.20.При постоянной концентрации фермента начальная скорость v 0 реакции S→Рлинейно возрастает с увеличением концентрации субстрата; далее происходитнасыщение фермента субстратом, и, начиная с какого-то значения [S], скоростьреакции лимитируется величиной [E].При более высоких концентрациях субстрата, однако, она переходит постепеннов реакцию нулевого порядка, поскольку весь фермент насыщается субстратом иv0 лимитируется в конечном счете концентрацией фермента, а не субстрата(рис. 3-20).
В живой клетке протекают самые разные в кинетическом отношенииреакции, в том числе реакции смешанного порядка.6463 :: 64 :: Содержание64 :: 65 :: Содержание3.5.8. Сродство между ферментоми субстратомМаксимальная скорость Vmax любой ферментативной реакции достигается втот момент, когда весь фермент, катализирующий эту реакцию, связан, илинасыщен, субстратом, т.е. когда S присутствует в избытке, а лимитирующимкомпонентом является Е (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
