Кинетика ферментативных реакций

Кинетика ферментативных реакций

Кинетика – это учение о влиянии различных факторов на скорость ферментативной реакции. Под скоростью ферментативной реакции понимают количество субстрата, переработанное ферментом за единицу времени, или количество продукта, выработанное за единицу времени. Скорость такой реакции в первую очередь зависит от активности и механизма действия фермента.

1. Влияние температуры.

Температура – это характеристика кинетической энергии молекул, между ними однонаправленная взаимосвязь – чем выше температура, тем выше и кинетическая энергия молекул. Следовательно, при увеличении температуры возрастает скорость движения молекул, а значит и увеличивается вероятность их столкновения. Если речь идёт о реакциях неорганических веществ, то для них выведена такая зависимость: при увеличении температуры на 10º скорость реакции возрастает в 2-4 раза. Для ферментов эта зависимость выражается иначе. Поступательный рост скорости регистрируется только в пределах от 0º до 40ºС, так как при более высокой температуре белки подвергаются тепловой денатурации. Следует сказать, что у различных ферментов определяется разная устойчивость к нагреванию (термостабильность). Если одни достаточно быстро теряют свою активность, то другие сохраняют её вплоть до 60-65ºС. Замечательным является тот факт, что при охлаждении до весьма низких температур хотя и останавливает ферментативную активность, но нисколько не влияет на нативную структуру фермента. После разморозке он полностью восстанавливает свои функциональные свойства.

V[pic 1]

0        40º        tº

1. Влияние рН среды.

Ферменты чрезвычайно чувствительны к кислотности среды. Это связано с двумя причинами: во-первых, активный центр имеет полярные группировки,

которые дают частичный заряд. Этот заряд существует только при строго определённом значении рН. Во-вторых, сам белок меняет свою пространственную конформацию при изменении рН, а значит теряет способность к катализу. Оптимальный диапазон рН для ферментов достаточно узок. Для большинства ферментов оптимальной средой является 7,35 – 7,45, что соответствует рН внутриклеточной и внекоеточной среды организма. Однако есть ферменты, действующие в других диапазонах. Например, пепсин желудочного сока активен при рН 1,5 – 2. Фермент щелочная фосфатаза активен при рН 10.[pic 2]

V

0        7        14        pH

1. Влияние концентрации фермента. Данная зависимость выражается линейным уравнением (скорость реакции прямо пропорциональна концентрации фермента). Линейный характер зависимости будет справедлив при избытке субстрата. Действительно, если в среде увеличивается количество молекул фермента, следовательно возраствает количество столкновений фермента и субстрата, а значит, и количество реакций.[pic 3]

V

0        С фермента[pic 4][pic 5]

1. Влияние концентрации субстрата. При малой концентрации фермента в среде скорость ферментативной реакции низкая, так как небольшая вероятность столкновения фермента и субстрата. При увеличении концентрации субстрата эта вероятность возрастает. Зависимость, близкая к

линейной, сохраняется до точки насыщения – до такой концентрации субстрата, при которой скорость реакции будет максимальной. При дальнейшем добавлении субстрата в среду скорость не увеличивается, и на графике образуется плато. В дальнейшем, при увеличении концентрации субстрата скорость будет снижаться, так как образующийся продукт будет мешать возникновению новых фермент-субстратных комплексов. Немаловажно и увеличение вязкости среды при высокой концентрации субстрата – этот фактор также замедляет ход реакции.