Механизм действия ферментов. Кинетика ферментативных реакций. Каталитические параметры. Зависимость скорости ферментативных реакций от концентрации субстрата, рН и температуры.

Ферменты - биологические катализаторы белковой природы. Основная функция ферментов заключается в ускорении химических реакций в соответствии с потребностями организма.

Мех-м действия ферментов:

Энергия активации – это дополнительное количество энергии, которое необходимо дать молекуле для преодоления энергетического барьера, т.е. это энергия, необходимая для перевода всех молекул моля вещества в активированное состояние. Ферменты ускоряют реакцию путем снижения энергии активации за счет увеличения числа активизированных молекул, которые становятся реакционно способными на более низком энергетическом уровне.

Стадии ферментативного катализа:

3 стадии:

1. Присоединение молекулы субстрата к молекуле фермента и образование фермент-субстратного комплекса.

E+S=ES

Изменение энергии активации на этой стадии незначительно. В образовании фермент-субстратного комплекса участвуют водородные связи, электростатические и гидрофобные взаимодействия. Для этой стадии важно сближение и правильная ориентация фермента и субстрата.

2. преобразование фермент-субстратного комплекса в один или несколько последовательных комплексов с образованием на поверхности фермента конечного продукта реакции:

ES= EZ=EP

3. отделение продукта реакции от фермента.

EP= E+P

Кинетика ферментативных реакций

Зависимость скорости реакции от концентрации фермента:

В условиях избытка субстрата скорость реакции прямо пропорциональна концентрации фермента.

Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата:

При данной концентрации фермента скорость ферментативной реакции возрастает с увеличением концентрации субстрата (рис. 6.10). Теоретическая максимальная скорость реакции V_max никогда не достигается, но наступает момент, когда дальнейшее увеличение концентрации субстрата уже не влечет за собой сколько-нибудь заметного изменения скорости реакции. Это следует объяснить тем, что при высоких концентрациях субстрата активные центры молекул фермента в любой данный момент оказываются практически насыщенными. Таким образом, сколько бы ни было в наличии избыточного субстрата, он может соединиться с ферментом лишь после того, как образовавшийся ранее фермент-субстратный комплекс диссоциирует на продукт и свободный фермент. Поэтому при высоких концентрациях субстрата скорость ферментативной реакции лимитируется и концентрацией субстрата, и временем, которое требуется для диссоциации фермент-субстратного комплекса.

График зависимости активности фермента от концентрации субстрата описывается уравнением Михаэлиса – Ментен, которое получило свое название в честь выдающихся ученых Л.Михаэлиса и М.Ментен, внесших большой вклад в исследование кинетики ферментативных реакций,

где v – скорость ферментативной реакции; [S] – концентрация субстрата; K_M – константа Михаэлиса.

Рассмотрим физический смысл константы Михаэлиса. При условии, что v = ½ V_max, получаем K_M = [S]. Таким образом, константа Михаэлиса равна концентрации субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной.

Влияние температуры на скорость ферментативной реакции может быть выражено через температурный коэффициент Q₁₀:

В пределах 0-40°С Q₁₀ ферментативной реакции равен 2. Иными словами, при каждом повышении температуры на 10°С скорость ферментативной реакции удваивается. С повышением температуры движение молекул ускоряется, и у молекул реагирующих веществ оказывается больше шансов столкнуться друг с другом. Увеличивается, следовательно, и вероятность того, что реакция между ними произойдет. Температура, обеспечивающая наибольшую активность, называется оптимальной температурой. За пределами этого уровня скорость ферментативной реакции снижается, несмотря на увеличение частоты столкновений. Происходит это вследствие разрушения вторичной и третичной структур фермента, иными словами, вследствие того, что фермент претерпевает денатурацию

График зависимости от рН имеет колоколообразную форму. Значение рН, при котором активность фермента максимальна, называется рН-оптимумом фермента. Значения рН-оптимума для различных ферментов колеблются в широких пределах.

 

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: