Тимин О.А. Лекции по общей биохимии2020 (832729), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Избыток субстрата, чтобы работали все имеющиеся в растворе молекулы фермента.СВОЙСТВ А ФЕРМ ЕНТОВ1. Зависимость активности фермента от температуры – описывается колоколообразнойкривой с максимумом скорости при значениях оптимальной температуры для данногофермента.Закон о повышении скорости реакции в 24 раза при повышении температуры на 10°Ссправедлив и для ферментативных реакций, нотолько в пределах до 55-60°С, т.е. в значенияхдо денатурации белков.
Наряду с этим, как исключение, имеются ферменты некоторых микроорганизмов, существующих в воде горячихисточников и гейзеров.При понижении температуры активность ферментов понижается, но не исчезает совсем.Иллюстрацией может служить зимняя спячка некоторых животных (суслики, ежи), температура тела которых понижается до 3-5°С. Это свойство ферментов также используется в хирургической практике при проведении операций на грудной полости, когда больного подвергаютохлаждению до 22°С.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)612. Зависимость активности фермента от рН – описывается колоколообразной кривой с максимумом скорости при оптимальном для данного фермента значения рН.Для каждого фермента существует определенный узкий интервал рН среды, который является оптимальным для проявления его высшей активности. Например, оптимальные значения рН для пепсина1,5-2,5, трипсина 8,0-8,5, амилазы слюны 7,2, аргиназы 9,7, кислой фосфатазы 4,5-5,0, сукцинатдегидрогеназы 9,0.Объясняется это наличием таких аминокислот в структуре фермента, заряд которых изменяется при изменении рН (лизин, аргинин, глутамат, аспартат).
Изменениеионизации аминокислот приводит к изменению конформации молекулы и, следовательно, субстрат связывается или не связывается с активным центром.3. Зависимость от количества ферментаПри увеличении количества молекул фермента скорость реакции возрастает непрерывнои прямо пропорционально количеству фермента, т.к. большее количество молекул ферментапроизводит большее число молекул продукта Зависимость активности фермента от субстратаописывает ферментативная кинетика, ее центральным понятием является константа Михаэлиса (Km) (см ниже).4. Зависимость активности фермента от концентрации субстратаПри увеличении концентрации субстрата скорость реакции сначала возрастает, т.к. ккатализу добавляемых молекул субстрата подключаются новые и новые молекулы фермента.Т.е.
скорость накопления продукта возрастает, и это означает увеличение активности фермента. Затем наблюдается эффект насыщения (плато на кривой), когда все молекулы ферментазаняты молекулами субстрата и непрерывно ведут катализ. Здесь скорость реакции максимальна.
В некоторых случаях, при дальнейшем увеличении концентрации субстрата междуего молекулами возникает конкуренция за активный центр фермента и активность фермента(скорость реакции) снижается.Уравнение Михаэлиса-МентенЗависимость активности фермента от субстрата описывает уравнение Михаэлиса-Ментен, использующее константу Михаэлиса (Km), биологический смысл которой заключается вхарактеристике сродства фермента к субстрату, а именно: увеличение величины Кm означаетснижение сродства фермента к субстрату.Ферменты62Уравнение Михаэлиса-Ментен показывает взаимосвязь максимальной и реальной скоростей реакции, константы Михаэлиса и концентрации субстрата.Vmax [S]K m + [ S]Уравнение Михаэлиса-МентенV=Выделяют три решения уравнения:1.
Концентрация субстрата равна величине констансты Михаэлиса ([S] = Km). В этомслучае, решая уравнение Михаэлиса-Ментен, получаем, что скорость реакции V будет равнаполовине максимальной Vmax.(V = ½ Vmax).В математическом смысле Km соответствует концентрации субстрата при которой скорость реакции равна половине максимальной.2. Концентрация субстрата [S] значительно больше Km ([S] >> Km). В этом случае, величиной Km можно пренебречь и при решении получаем, что скорость реакции максимальна(плато на графике).3. Концентрация субстрата значительно меньше Km ([S] << Km). В этом случае, знаменатель уравнения мало изменяется при изменении [S], а величина скорости реакции V прямопропорциональна [S] (график линеен).СПЕЦ ИФИЧНО СТ ЬФЕР МЕ НТ ОВСпецифичность основана на комплементарности структуры субстрата и активного центра фермента.1.
Стереоспецифичность – катализ только одного из стереоизомеров, например:o специфичность к L- или D-аминокислотам – например, почти все ферменты человекавзаимодействуют с L-аминокислотами,o специфичность к цис- и транс-изомерам. Например, аспартаза реагирует только с трансизомером – фумаровой кислотой, но не с малеатом (цис-изомер),biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)632. Абсолютная специфичность – фермент производит катализ только одного вещества. Например,уреаза расщепляет только мочевину, глюкокиназа фосфорилирует только D-глюкозу.3. Групповая специфичность – катализ субстратов собщими структурными особенностями, т.е. приналичии определенной связи или химическойгруппы:o наличие пептидной связи, например, • бактериальный фермент субтилизин специфичен к пептидной связи независимо от строения образующих ее аминокислот, • пепсин катализирует разрыв пептидной связи, образованнойаминогруппами ароматических аминокислот (см "Внешний обмен белков"), • тромбин всвоих субстратах расщепляет пептидную связь только между аргинином и глицином.o наличие ОН-группы, например, алкогольдегидрогеназа окисляет до альдегидов одноатомные спирты (этанол, метанол, пропанол).4.
Относительная групповая специфичность – превращение субстратов с некоторыми общими признаками. Например, цитохром Р450 окисляет только гидрофобные вещества, которых насчитывается около 7000.М Е Х АН И З МЫС П Е ЦИ ФИ ЧН ОС ТИВ общем виде все сводится к комплементарному взаимодействию фермента и субстрата.При этом функциональные группы субстрата взаимодействуют с соответствующими им функциональными группами фермента. Наличие субстратной специфичности объясняют две гипотезы:1.
Гипотеза Фишера (модель "жесткой матрицы", "ключ-замок") – активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата и не изменяется при его присоединении.Эта модель хорошо объясняет абсолютную специфичность, но не групповую.2. Гипотеза Кошланда (модель "индуцированного соответствия", "рука-перчатка") –подразумевает гибкость активного центра. Присоединение субстрата к якорному участку фермента вызывает изменение конфигурации каталитического центра таким образом, чтобы егоформа соответствовала форме субстрата.Ферменты64Р Е Г У Л Я Ц И Я АК Т И В Н О С Т И Ф Е Р М Е Н Т О В I N V I V OАктивность ферментов в клетке непостоянна во времени.
Она чутко реагирует на ситуацию, в которой оказывается клетка, на факторы, воздействующие на клетку как снаружи, таки изнутри. Главная цель этой реакции – отреагировать на изменение окружающей среды, приспособить клетку к новым условиям, дать должный ответ на гормональные и иные стимулы, ав некоторых ситуациях – получить шанс выжить.1.
Доступность субстрата или коферментаЗдесь работает закон действия масс – фундаментальный закон химической кинетики: при постоянной температуре скорость химической реакциипропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ. Или упрощенно – скорость, с которой вещества реагируют друг с другом, зависит отих концентрации.
Таким образом, изменение количества хотя бы одного из субстратов прекращает илиначинает реакцию.Например, для цикла трикарбоновых кислот таким субстратом является оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота).2. КомпартментализацияКомпартментализация – это сосредоточениеферментов и их субстратов в одном компартменте(одной органелле) – в эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях, лизосомах. Например,-окисление жирных кислот протекает в митохондриях, синтез белка – в рибосомах.3.
Генетическая регуляци – изменение количества ферментаИзменение количества фермента может происходить в результате увеличения или снижения его синтеза. С этой точки зрения ферменты можно подразделить на три группы:o конституитивные – такие ферменты, которые образуются в клетке постоянно.o индуцируемые (адаптивные) – синтез этих ферментов возрастает при наличии соответствующих стимулов (индукторов).o репрессируемые – образование таких ферментов в клетке при необходимости подавляется.Изменение скорости синтеза фермента (индукция или репрессия) обычно зависит от количества определенных гормонов или метаболитов процесса.Примеры индуцируемых ферментов:o исчезновение пищеварительных ферментов при длительном голодании и индукция ихсинтеза в восстановительный период в результате возобновления секреции гормоновЖКТ,o гормоны глюкокортикоиды стимулируют синтез ферментов синтеза глюкозы (глюконеогенеза), что обеспечивает стабильность концентрации глюкозы в крови при длительном голоданиии и устойчивость ЦНС к стрессу,o токсические субстраты (например, этанол и барбитураты) стимулируют в печени синтез"своего" изофермента цитохрома Р450, который окисляет и обезвреживает эти вещества.Примеры репрессируемых ферментов:o подавление синтеза триптофана бактериями при деятельности триптофанового оперона(см "Регуляция транскрипции"),o в печени репрессия фермента синтеза холестерола ГМГ-SKoA-редуктазы под влияниемхолестерина и желчных кислот.biokhimija.ruТимин О.А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
