Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата описывается уравнением Михаэлиса – Ментон.

Простейшая кинетическая схема, для которой справедливо уравнение Михаэлиса:

k₁ k₂

k _-1

ЕS –субстратно-ферментный комплекс, это неустойчивое короткоживущее промежуточное соединение Применяем метод стационарных концентраций – скорость образования и распада промежуточных соединений равны

k₁ [E] [S] = k₂ [ES] +k₃[ES]

перенесем в одну сторону:

k₁ [E] [S] – k₂ [ES] –k₃[ES] = 0

[E] = [Е]_о – [ES]

[Е]_о-начальная концентрация фермента.

k₁ [E]_о [S] – k₁ [ES] [S] – k₂ [ES] –k₃[ES] = 0

[ES] = k₁ [E]_о[S]/(k₁[S] + k₂ +k₃)

V= k₃[ES] = k₁k₃[E]_о[S]/(k₁[S] + k₂+k₃)

Разделим на k₁ и подставим

(k₂+k₃)/ k₁ = К_М

V_мах=E_о[S]

Получим

V= V_мах [S]/([S] + К_М)

Проанализируем.

При низких концентрациях субстрата [S]<<К_М, пренебрегаем в знаменателе значением [S]. Получаем V=V_мах[S]/(К_М), Скорость растет линейно с ростом концентрации субстрата.

При высоких концентрациях субстрата если [S] >> К_{М ,} то пренебрегаем в знаменателе К_М и получим V= V_мах [S]/[S], V= V_мах.

Таким образом,- при низких концентрациях субстрата скорость возрастает линейно, по мере насыщения фермента рост активности замедляется, а когда все молекулы фермента насыщаются субстратом, активность становится постоянной и равна v_max.

Если [S]= К_М, то V= V_мах [S]/([S] +[S]), V= V_мах/2, таким образом, К_М численно равна такой концентрации субстрата, при которой скорость равна половине максимальной.

Константа Михаэлиса – численно равна концентрации субстрата, при которой скорость равна половине максимальной. Константа Михаэлиса отражает сродство фермента к субстрату. Чем меньше константа Михаэлиса, тем больше сродство фермента к субстрату.

Скорость, с которой вещества реагируют друг с другом, зависит и от их концентрации. Таким образом, изменение количества хотя бы одного из субстратов изменяет скорость реакции.

Для того, чтобы избежать влияния диффузии на скорость процесса в клетке повышены концентрации субстратов.

Способы регуляции активности ферментов.

1. Конкурентное (изостерическое) ингибирование .

2. Аллостерическое ингибирование.

3. Фосфорилирование – дефосфорилирование.

4. Частичный протеолиз.

5. Регуляция синтеза ферментов.

Конкурентное ингибирование.

Вещество связывается с активным центром фермента и конкурирует с субстратом за активный центр.

S – cубстрат I – конкурентный ингибитор (замедлитель).

Конкурентный ингибитор может вступать в реакцию, катализируемую этим ферментом или просто связываться с активным центром. В обоих случаях скорость реакции, в которой участвует субстрат, снижается. Часто конкурентный ингибитор по структуре похож на субстрат и фермент его путает с субстратом. Сродство фермента к ингибитору может быть больше или меньше, чем к субстрату. От этого и от концентрации ингибитора зависит степень ингибирования процесса. Примером конкурентного ингибирования может быть конкуренция метилового и этилового спирта за алкогольдегидрогеназу.