Денисов__Кинетика_гомогенных_химических_реакций_(2_изд) (972291), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Кооперативными называются многоцентровые системы, в которых кинетические и термодинамические параметры одного центра зависят от заполнения других центров молекулами субстратов или эффекторов. Голютропный аллоетерический кооперативный эффект проявляется в системе с идентичными лигандами, гетеротропный — при взаимодействии между разными лигандами. Олигомер — система, состоящая из определенного числа идентичных субъединиц — протомеров. Мономер — полностью диссоциированный протомер или белок, не состоящий из идентичных субъединиц. 239 $2.
Международная инасснфнкацня ферментов 1. 5>ксидоредукиииы катализируют окнслительно-восстановительные реакции, действуя на ! 1.1. — СН вЂ” ОН-группу 1.4. — ГН вЂ” МН -групп> ! 1.2. — 4;==О-группу !.5. — СН вЂ” !ч — Н-группу 1.3. — СН=-С вЂ” Н-группу 1.6. НАД вЂ” Н, ФАД вЂ” Н 2. Тринсфериты каталнзнруют перенос функциональных групп: 2.1. Одиоуглеродные остатки 2.5. Алкильные остагки 2.2. Альдегидные н кетонные 2.6. Азотистые группы остатки 2Л. Группы, содержащие фосфор 2.3. Ацильные остатки 2.6. Группы, содержащие сер> 2.4.
Глнкозильные остатки 3. Гидролизм катализируют разрыв связей с присоединением воды. действуи на: 3.1с Сложооэфирные связи 3.4. Пептидиые связи :5.2. Гликозильные соединения 3.5. Другие С вЂ” М-связи 3.3. Эфирные связи 3.6. Кислотно-ангидридные связи 4. Линзы катализируют и!исоединение подвойным связям: 4.1. Углерод — углерод 4.2. Углерод — кислород 4.3.
Углевод — азот 5. Изомераэы катализируют реакции изомеризации: 5.1. Рацемазы 6. Лигион катализнруют образование связей за счет АТФ: 6.1. С вЂ” О-связи 6.3. С вЂ” и-связи 6.2. С вЂ” Б.связи 6.4. С вЂ” С-связи $3. Кинетические закономерности ферментатннннх реакций Основные определения н принятые символы. Международный бно химический союз рекомендует характеризовать каталитическую активность фер:лента единицей катал (символ — кат), равный в заданной системе измерения активности количеству превращаемого субстрата ! моль за 5с.
Удельная каталшпичсская активность фермента выражается в катал~'кг или в молах субстрата, превращаемого в секунду 1 кг фермента. Модерная каталитичсская активность выражаетгя в кагалах иа ! моль фермента (см. табл, 34). Наиболее полной характеристикой кинетических свойств фермента является набор констант скорости и равновесия отдельных стадий. Основные положения теории ферментативного катализа. Уникальные каталитические свойства ферментов обусловлены двумя особенностями их структуры: многофункциональным характером активного центра и способностью к коиформлциоииым переходам.
240 Мелеву яярязя вятявность, -1 с Мелеяулярявя ектяв- НОСТЬ, с 1 Фермеяты Фермевты 1,7.101 1,7.!Оз 7,7 10з 8 101 2 !оз 3.101 Мпокпяаза Фумараза Мреаза Каталаэа Гексояичаза (рН 7,5) Ч)осфоглюкоыутазл (рН 7.5) Специфичность ферментов связана с комплементарностью структуры и их активного центра со структурой субстратов. Активный центр, как правило, располагается в полости макромолекулы фермента.
Согласно теории Кошланда эта комплементарность является индуцнрованной: субстрат в момент взаимодействия с активным центром вызывает такое изменение геометрии фермента, которое соответствует оптимальной для данной реакции ориентации каталнтическнх групп. Основные причины значительного ускорения химических процессов прн действии ферментов (табл. 35) по сравнению с неферментатнвным процессом состоят в следующем. Т а б л и ц а 35. Сравмемме кипетпческмх параметроа каталптических процессов з, лт(моль с) л, я/(мель с) Е. ядм/мель т. к Реввчяя Кзтеляззтер 335 294 7,4 1О т 5'0,10в 1,8.101з 1,7 10м 2,4-)оз 1,6 !Отз 103 28 н„о Уреаэа Гадролиз мочевякы 313 298 4,7 10 в 6,2-10е 56,0 3(5 )от н о+ Маоэ па Гпдролнз адепозиа- трафосфатя 1()з 6,4. )сл 42 7 295 295 рея+ Катал)та р д н,о, 1.
Благодаря наличию специальных связывающих контактных функциональных групп н гидрофобных участков фермент резко увеличивает концентрацию субстрата вблизи каталитнческнх групп н осу- 241 Табл к па 34. Молекулврмаа актмвиость аекотормх фермептов Альдолаэа Траозофосфатизочервза (р)! 7,2) Лактинодетпдрогепаза (рн 8,6) Змолаэа (рН 7,34) Ацетилзолянэстераза (рн 7,о) 33 1 7.)ов 1,5.!Оз ".1(н 1,2 ° 101 ществляет его прецизионную ориентацию относительно реакционных групп активного центра, что обеспечивает ускорение процесса в 1О'— 10' раз. 2. Наличие в активном центре нуклеофнльных и электрофнльных групп нли целого набора окислительно-восстановительных центров увеличивает вероятность синхронных кислотно-основных и окислительно-восстановительных стадий, характеризующихся пониженной энергией активации.
3. Многоточечное связывание субстратов н возникновение уникальной структуры внутри полости активности способствуют стабилизации электронных конфигураций, лежащих вдоль координаты реакции, и выравниванию уровней промежуточных состояний. 4. Согласно концепции Ламри изменение конформации белковых макромолекул при образовании н превращении фермент-субстратных комплексов приводит к нарушению одних контактов н образованию других, к конформационному давлению на субстрат и каталитические группы, тем самым способствуя снижению энергетических барьеров реакции.
Прн этом выполняется правило комплементарности свободной энергии химической реакции и конформационной энергии макромолекулы, в результате чего происходит сглаживание энергетического рель. ефа суммарного процесса. Динамическая структура белковых макромолекул ферментов, постулированная Ламри, Линдерштром-Лангом н Кошландом, которая проявляется в локальной тепловой подвижности отдельных участков и в способности к индуцированным конформационным переходам, играет первостепенную роль в реализации таких функционально важныл свойств ферментов, как динамическая адаптация формы фермента к структуре каталитнческнх н субстратных групп, меняющаяся в процес се химической реакции, аллостерическое взаимодействие между пространственно разобщенными центрами, реализация принципа комплементарности свободных энергий (по Ламрн) и индуцированного соответствия (по Кошланду).
Простые ферментатнвные реакции. Превращение субстрата Ь под действием фермента Е протекает через предварительное образование фермент-субстратного комплекса ЕЗ. В ферментативном катализе приняты следующие обозначения: о — скорость ферментативной реакции; Ф' -- значение о в условиях насыщения фермента субстратом; К вЂ” константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой о -- РУ2; К, — субстратная константа, константа равновесия (диссоциация) реакции Е + Б ~ ЕЬ; й„, й „ -- константы скорости прямой и обратной реакции и-й стадии ферментативной реак.
цни; [Е), Ь!, [Р[. [П, [А! — концентрации фермента, субстрата, про. дукта, ингнбитора н активатора соответственно. Простейшая схема ферментативной реакции Ф. Фа Е+5 ~ ЕБ ~ Е+Р ь — й 242 В стационарных условиях при Н )> 1Е1 »!»з [Е]з [5[ «з [Е] [5! ппзвх [5[ "= «,[5!+»,+», К +15! К +]5[ ' где Кт — — (»-з +»з)!яз, Ошах = «зК~~!Е[. Предложен ряд способов трансформации уравнения Михаэлиса в виде двухпараметровой функции у =- ах + [!: Ь „— ! "пих Кт ппых 151 ' [5! о[51 ' и — ! Кпп пп!пх — 1 пп!ах р 1, и-! 2. [5! о-' 3. и 4. п]51 6. [5[-! 6.
и [51-! — Кщ К вЂ” ! !п — ! Кщ оп! ах псе вх — 1 Км оп! вх К хе е ! 15[ и — ' оп- онЕН* ~ ЕНт Е не нз Если активна форма ЕН+, то для простейшей схемы ферментативной реакции «=У [5! (]5]-гКм [!+Кв !Нт1 '+Кь [Н"!) где К, и Кь — константы кислотной и основной диссоциации фермента. 243 среди которых чаще всего употребляется первый.
Значения К и «з для некоторых реакций приведены в табл.36. Схема обратимой реакции: Е+5 пЕ5 «Е+Р и УК„„' 15[ — У„К„, ' [Р] !+ К.—; 15!+К— .й [Р! где У, = «з1Е[е; Ур — — «, [Е[,; К вЂ” константа Михаэлиса для «',+«,' «, субстрата; К р —— — — константа «з+«з »-з Михаэлиса для продукта. рл При [Р! = О Рис. 23. Типнчнвв зввисиоо — — УпК,„' [Ы (1+ К„„' 5!)-'. мость скорости ферментаПри [Ы =-- О тинной реакции от рН и У,К [Р! ([ т-К !Р]) Зависймость от рН.
Скорость ферментативных реакций зависит от концентрации водородных ионов. Очень часто эта зависимость выражается кривой с максимумом (рис. 2Э). Причина такой зависимости наличие в молекуле белка — фермента кислых и основных функциональных групп: Ф О О ! С) О к Ф й о Я « з С О Ф 3 О « и С О « О О О з О « з с С О С С <б 244 С О О С Ф С % О 5 р « и « о В « О « О О. $ О. З О о Л! « о С О о ( С с х е %,' О С С О О 1 Ю о ] 3 М С $ с О С « о 'О О в ) С « 3 М С С « 1 с о « о о О О, Влияние температуры. С ростом температуры скорость фермента1ивиой реакции проходит через максимум. Рост скорости с увеличением Т при Т<..Т,„обусловлен тепловой активацией химических процессов и температурной зависимостью концентраций активных форм ферчеита.
Рост значений [~ „и констант скорости различных стадий часто описывается в узких йнтервалах ЛТ =- 20 — 40' С уравнением Аррениуса; при изучении реакций в широких диапазонах температур на зависимостях !д й — ))Т наблюдаются изломы. Для предэкспонеициальных множителей формально мономолекулярных констант скорости ферментатнвных реакций характерны »аномальные», по сравнению с простыми химическими реакциями значения, лежащие в пределах 10' — 10" с ' (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
