2.2.3. Каталитическая активность ферментов

Ферменты обнаруживают в клетках и тканях организмов по их спо-собности катализировать биохимические реакции, которая выражается специальным показателем, называемым активностью фермента. Этот по-казатель можно определить по количеству прореагировавшего субстрата или накоплению продуктов реакции в единицу времени. При этом созда-ются оптимальные условия для действия фермента (оптимальные темпе-ратура, рН и ионный состав среды). На основе указанных измерений оце-нивается скорость ферментативного превращения субстрата, которая в каждый отдельный момент времени определяется наклоном касательной к кинетической кривой (рис. 2.5).

Кинетическая кривая – это графическое выражение изменения кон-центрации субстрата или продукта реакции в зависимости от времени реакции. Чем больше наклон касательной к кинетической кривой, тем вы-ше скорость реакции. Самая высокая скорость превращения в начальный момент времени, а затем скорость реакции уменьшается вследствие пони-жения концентрации субстрата и одновременного накопления образую-щихся продуктов, увеличивающих скорость обратной реакции.

Рис. 2.5. Кинетическая кривая ферментативной реакции

1 – касательная к кинетической кривой в нулевой момент времени; 2 – каса-тельная к кинетической кривой в точке, соответствующей промежутку времени t.

Исходя из указанных особенностей прохождения ферментативной реакции, активность ферментов рекомендуется определять по начальной скорости реакции и за возможно короткий промежуток времени, чтобы получить практически линейную кинетическую кривую.

По рекомендации Международного биохимического союза за едини-цу каталитической активности фермента принят катал (кат). Один катал – это каталитическая активность, способная катализировать превращение 1-го моля субстрата за 1 с при оптимальных условиях и в заданной системе определения активности. Очень часто для выражения активности фермен-тов используют также производные от катала единицы: микрокатал (мккат) = 10^-6 кат, нанокатал (нкат) = 10^-9 кат, пикокатал (пкт) = 10^-12 кат.

В каталах и производных от него единицах измеряют общую актив-ность фермента, которая зависит как от каталитических свойств фермент-ного белка, так и количества фермента, участвующего в реакции.

Для характеристики каталитической активности чистых ферментных препаратов использут показатель – удельная активность, который выра-жается в каталах в расчёте на 1 кг ферментного препарата (кат × кг^-1) или в других производных от катала и килограмма единицах. При определении удельной активности в тканях живого организма данный показатель выра-жает содержание фермента в биологическом источнике.

Каталитическая активность фермента наиболее точно можно выра-зить с помощью показателя, называемого молярной активностью, которая измеряется в каталах в расчете на 1 моль фермента (кат/моль_ф). Она пока-зывает, какое число молекул субстрата превращается за 1 с одной моле-кулой фермента. Для многих ферментов показатель молярной активности имеет очень высокие значения (до 10⁶), поэтому скорости реакций, катализи-руемых ферментами, во многие тысячи раз превышают скорости реакций, происходящих без участия ферментов. Вследствие того что в активном центре происходит активирование и сближение молекул реаги-рующих субстратов, ферментативные реакции протекают с высокой скоростью даже при низкой концентрации реагирующих веществ в физиологической среде.

В связи с тем что активный центр фермента должен структурно соответствовать субстрату, изменение его конформации может снижать каталитическую способность ферментной молекулы. Поэтому любые воз-действия на фермент, вызывающие изменение структуры активного цен-тра, влияют на каталитические свойства фермента, тогда как изменение конформации молекулы, не затрагивающее активный центр, меньше вли-яет на каталитическую активность фермента.

В физиологической среде, в которой находятся молекулы ферментов, могут присутствовать химические компоненты, вызывающие инактивацию или даже разрушение молекул фермента. Поэтому каждый фермент может активно функционировать лишь определённое время, после чего его моле-кулы становятся неактивными. Продолжительность жизни фермента опре-деляется его ролью в обмене веществ и генотипом организма. Для харак-теристики продолжительности действия ферментных молекул используют показатель – период полужизни ферментов, который для растительных организмов варьирует от нескольких часов до нескольких суток.

В связи с инактивацией и распадом ферментов в клетках живого ор-ганизма постоянно происходит процесс синтеза новых молекул ферментов. Такая особенность ферментов имеет важное биологическое значение для регуляции их синтеза и хода ферментативных превращений. Если бы фер-менты не инактивировались, то однажды синтезированный фермент дли-тельное время не прекращал бы своего действия и реакцию, катализируе-мую этим ферментом, было бы трудно регулировать в соответствии с потребностями организма.