3. Кинетика ферментативных реакций

Кинетика ферментативных реакций. Факторы, определяющие скорость химических реакций. Энергия активации.

Количественный подход оценки активности ферментов с применением уравнения Михаэлиса-Ментен и важнейших ферментативных параметров – константы Михаэлиса К_м и константы каталитической К_кат.

Зависимость скорости реакции от количества фермента, рН среды, температуры. Причины этой зависимости и ее значение для функционирования ферментов в организме.

Активность фермента. Методы определения и единицы измерения активности ферментов.

Вопросы для самоподготовки

1. Составьте энергетическую диаграмму химической реакции без катализатора и в его присутствии, показав средний энергетический уровень молекул, вступивших в реакцию и образующихся в результате реакции, и значение энергии активации неферментных реакций А + В = С и ферментной реакции. Сделайте вывод о том, каким образом ферменты повышают скорость химической реакции.

2. Что понимают под фермент-субстратным комплексом? Каковы стадии образования и превращения?

3. Чем отличается неактивированный и активированный комплексы фермента и субстрата?

4. Какая стадия лимитирует скорость ферментативной реакции?

5. Существует количественная зависимость между концентрацией субстрата и скоростью ферментативной реакции. Эта зависимость выражается уравнением Михаэлиса-Ментен. Напишите уравнение Михаэлиса-Ментен.

6. Что такое константа Михаэлиса? Какие свойства фермента характеризуются константой Михаэлиса?

7. Напишите уравнение Михаэлиса-Ментен в различных областях концентрации субстрата ([S]<<Км; [S]>>Км).

8. Как определить порядок ферментативной реакции по отношению к концентрации фермента?

9. Нарисуйте график зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации фермента.

10. Анализ и графическое изображение уравнений Михаэлиса-Ментен и Лайнуивера-Берка.

11. Чему равна величина, отсекаемая на оси ординат при построении графика Лайнуивера-Берка?

12. Чему равна величина, отсекаемая на оси абсцисс при построении графика Лайнуивера-Берка?

13. Перечислите основные факторы, влияющие на скорость ферментативной реакции.

14. Чем обусловлено изменение активности фермента при изменении рН среды и температуры реакционной смеси?

15. Нарисуйте график зависимости скорости ферментативной реакции от температуры.

16. Что такое температурный оптимум ферментов? Чему равен температурный оптимум для большинства ферментов человеческого организма?

17. Нарисуйте график зависимости скорости ферментативной реакции от рН среды.

Что такое оптимум рН фермента?

18. Что принято за единицу активности фермента?

19. Что такое удельная активность ферментов?

20. Что понимают под числом оборотов фермента?

Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля

1. Особенности ферментов как белковых катализаторов. Сравните каталитическую активность действия 3 ферментов, используя данные, представленные ниже.

Константа скорости химической реакции есть скорость этой реакции при условии, что концентрации реагирующих веществ равны 1. Скорость химической реакции определяется как изменение концентрации субстрата или продуцкта за единицу времени (t). В таблице приведены ферменты, катализирующие реакции первого порядка, для таких реакций константа скорости не содержит размерность концентрации субстрата и имеет размерность t^-1.

Ответьте на вопросы:

а) Какая из реакций протекает наиболее медленно?

б) Рассчитайте, во сколько раз увеличивается скорость этих реакций в присутствии ферментов; для этого разделите константу скорости реакции с ферментом на константу скорости в отсутствие фермента.

в) Какой фермент обладает наибольшей эффективностью действия?

2. Активность ферментов. Рассчитайте удельную активность фермента, если за 30 с 1 мг фермента при оптимальных условиях инкубации (рН 7,2; 37 °С) превращает 50 мкмоль пирувата.