Концентрація ферменту

Швидкість більшості ферментативних реакцій пропорційна концентрації фе­рменту, особливо це справедливо на найбільш ранніх стадіях. Ця пропорційність є основою методів визначення концентрації ферменту.

Початкову швидкість реакції можна визначити з тангенсу кута нахилу кривої залежності кількості субстрату, яка вступила в реакцію від тривалості реакції на

59

початку координат (до перетворення субстрату не більше 20-25%). Під час подаль­шого перетворення субстрату не зберігається пропорційність залежності тривалос­ті реакції від кількості ферменту.

Концентрація субстрату

Вплив концентрації субстрату на початкову швидкість ферментативної реак­ції має суттєве значення. Криві, які характеризують цю залежність є частиною гі­перболи (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Залежність швидкості ферментативної реакції V від концентрації субстрату при постійній кількості ферменту

Такі криві характерні для всіх процесів, під час яких проходить проста дисоціація.

У 1913 р. Л.Мехаеліс і М.Ментен розробили теорію дії ферментів, яка перед­бачає утворення комплексу фермент-субстрат внаслідок оборотної реакції

Припустивши, що комплекс утворюється дуже швидко, так що він завжди знаходиться в рівновазі з , а розщеплення на Е і Р проходить порівняно

ьпиьрпорівняно порівняно

60

Константа рівноваги цієї реакції, або її зворотна величина, яку називають кон­стантою дисоціації фермент-субстратного комплексу залежить від природи субстрату і ферменту і відображає ступінь їх спорідненості. Чим нижче значення тим вища спорідненість ферменту до субстрату. Наприклад, для -фруктофура-нозидази (сахарази) тобто концентрація фермент-субстратного компле­ксу перевищує концентрацію вільних ферментів і субстрату приблизно в 60 разів. Концентрація фермент-субстратного комплексу змінюється внаслідок перетво­рення останнього в продукт реакції із регенерацією вільного ферменту

повільно і практично не впливає на концентрацію фермент-субстратного комплек­су, отримаємо рівняння, яке характеризує зв'язок швидкості ферментативної реак­ції V із концентрацією субстрату :

їм І

де - максимальна швидкість реакції, яка досягається при великих значеннях S,

і при оптимальній температурі та рН середовища, тобто в тих випадках, коли зна­менник правої частини рівняння близький до 1;

- константа Михаеліса, константа дисоціації в реакції утворення комплек­су фермент-субстрат, вона має розмірність концентрації і при дорі­внює концентрації субстрату, при якій швидкість ферментативної реакції дорівнює половині максимальної (рис. 4.1).

Величина залежить від природи ферменту і субстрату і відображає спорід­неність ферменту субстрату. Низька величина свідчить про високу спорідне­ність ферменту із субстратом, бо максимальна швидкість реакції досягається уже при низьких концентраціях субстрату.

Якщо фермент насичений субстратом, то його дія не залежить від концентра­ції субстрату, а тільки від кількості ферменту І прямо пропорційна їй.

У тому випадку, коли концентрація субстрату менша величини , тоді дія ферменту не залежить від його кількості, а залежить головним чином від концент­рації субстрату.

Для прикладу в табл. 4.1 наведені значення для глюкоамілази в залежності від субстрату.

Табл. 4.1 Вплив виду лінійних поліцукридів на величину К

Субстрат	Довжина ланцюга	, молярна
	субстрату,	концентрація
	глюкозних
	одиниць
Мальтоза	2	1,1610-3	0,513
Мальтотріоза	3	2, 0210-4	1,150
Амілодекстрин	15	4,9010-5	0,855
Амілоза	800	3,8410-6	0,783

Для коротких інтервалів часу і для найбільш ранніх стадій ферментативної реакції можна припустити, що концентрація субстрату залишається майже постій­ною, особливо у випадках, коли субстрату міститься значний надлишок. У таких умовах проходження реакції підпорядковується закону нульового порядку, а кіль­кість утвореного продукту пропорційна тривалості реакції

61

де - константа реакції нульового порядку. У цих реакціях кількість кінцевого продукту подвоюється, якщо подвоюється тривалість реакції.

Якщо ж ферментативна реакція виходить за межу початкової стадії, необхідно враховувати безперервне зменшення концентрації субстрату, що приводить до спо­вільнення реакції. Більшість ферментативних мономолекулярних реакцій підпо­рядковується кінетичному закону реакції першого порядку

де -константа реакції першого порядку; - концентрація субстрату, що за-

лишився в будь-який заданий час.

Швидкість реакції прямо пропорційна концентрації субстрату, що залишився. У рівні проміжки часу перетворюється половина кількості субстрату, що залиши­лась. Наприклад, якщо за першу годину перетворилося 50% субстрату, то за другу - 25% початкового, за третю - 12,5% і так далі.

Після інтегрування попереднього рівняння одержимо

Таким чином, швидкість гідролізу поліцукридів при постійній концентрації ферменту і температурі пропорційна тільки концентрації поліцукридів у розчині. Гідроліз поліцукридів одним ферментом описується кінетичним рівнянням першо­го порядку.

У випадку дії на поліцукриди декількох амілаз у результаті дії -амілази утво­рюється значна кількість нередукуючих кінців, що полегшує і прискорює дію ін­ших амілаз - амілази або глюкоамілази.