3.5.3. Температура и скорость реакции

 

Любой фактор, влияющий на конформацию белковой молекулы и, следовательно, на расположение аминокислотных боковых групп в активном центре, будет влиять и на активность фермента. Один из таких факторов – температура. При повышении температуры увеличивается вероятность денатурации – разрушения третичной структуры полипептидных цепей, что приводит к появлению все возрастающего числа инактивированных молекул фермента. Этим объясняется характерная зависимость скорости реакции от температуры в реакциях, катализируемых ферментами (рис. 3–15). По мере повышения температуры скорость реакции сначала растет благодаря возрастанию кинетической энергии молекул субстрата. При дальнейшем повышении температуры возрастает и скорость инактивации фермента из–за развертывания полипептидных цепей белка в силу ослабления водородных и других связей. При некоторой температуре (оптимальной температуре) скорость тепловой денатурации фермента в точности уравновешивается возрастанием реакционной способности в системе фермент–субстрат, и оба этих эффекта компенсируются, а скорость реакции достигает максимума. При более высоких температурах денатурация фермента становится преобладающим процессом, и скорость реакции быстро падает. Температурная чувствительность ферментов и других белковых молекул является одной из причин летального действия повышенных температур.

 

Рис. 3.15. Температурная зависимость скорости ферментативной реакции.

 

 

3.5.4. Чувствительность к рН

 

Фермент–субстратный комплекс часто образуется при участии ионных связей. Поскольку в роли противоионов для ионсвязывающих центров могут выступать Н⁺ и ОН¯, понижение рН приводит к увеличению числа свободных катионных центров в молекуле фермента, способных взаимодействовать с отрицательно заряженными группами субстрата. И наоборот, повышение рН облегчает связывание положительно заряженных групп субстрата с анионными центрами фермента. Этим объясняется тот факт, что активность фермента зависит от рН среды (рис. 3–16) и практически каждый фермент имеет свой оптимальный диапазон рН.

 

 

Рис. 3.16. рН–Зависимость ферментативной активности для разных ферментов. (Lehninger, I975.)

 

3.5.5. Регуляция ферментативной активности

 

Регуляция активности некоторых ферментов осуществляется с помощью регуляторных молекул, или эффекторов, которые взаимодействуют с участком молекулы фермента, расположенным вне активного центра. Этот участок на поверхности фермента, называемыйаллостерическим центром, связывается с молекулой эффектора, что сопровождается деформацией третичной структуры фермента. Деформация приводит к искажению конформации активного центра (рис. 3–17), в результате чего уменьшается (а в некоторых случаях увеличивается) сродство между ферментом и субстратом. Ферменты с аллостерической регуляцией участвуют в ключевых метаболических реакциях, и регуляция их активности очень важна. Аллостерическая регуляция характерна для метаболического ингибирования по типу обратной связи (разд. 3.6.3).

 

Рис. 3.17. А. Молекула аллостерического эффектора, деформируя третичную структуру, изменяет конформацию активного центра фермента так, что происходит его инактивация. Этот механизм характерен для неконкурентных ингибиторов. Б. Аллостерический эффектор, напротив, стерически активирует каталитический центр. Здесь S–субстрат, Е—фермент, М–эффектор.