Залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації субстрату

Число молекул субстрату, що змінюються протягом хвилини, у розрахунку на одиницю ваги ферменту при оптимальних умовах його дії називається молекулярною активністю ферменту. При збільшенні кількості ферментів швидкість ферментативної реакції підвищується до деякої межі, що характеризується кількістю субстрату, доступним дії ферменту.

У той же час, при постійній концентрації ферменту збільшення кількості субстрату призводить спочатку до швидкого, потім до більш повільного росту швидкості ферментативної реакції, поки не досягається максимальна швидкість, що залишається практично незмінною при подальшому збільшенні концентрації субстрату.

Залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації субстрату може бути описана рівнянням:

де V -швидкість ферментативної реакції, Vmax - максимальна швидкість при нескінченно великій концентрації субстрату, S - концентрація субстрату в моль/л, Кm - константа Міхаеліса ( вона відповідає концентрації субстрату, при якій швидкість реакції дорівнює половині максимальною і служить мірою хімічної спорідненості меду ферментом і субстратом, мірою їхньої спроможності утворювати фермент-субстратниый комплекс).

6.3.Залежність активності ферменту від значення рН середовища

Дана залежність була встановлена понад 50 років тому. Для кожного ферменту існує оптимальне значення рН середовища, при якому він виявляє максимальну активність. Більшість ферментів має максимальну активність у зоні рН поблизу від нейтральної точки. У різко кислій або різко лужному середовищі добре працюють лише деякі ферменти.

Перехід до більшої або меншої (у порівнянні з оптимальної) концентрації водневих іонів супроводжується більш-менш рівномірним падінням активності ферменту.

Вплив концентрації водневих іонів на каталітичну активність ферментів полягає у впливі її на активний центр. При різних значеннях рН у реакційному середовищі активний центр може бути слабше або сильніше іонізований, більше або менше екранований сусідніми з ним фрагментами поліпептидного ланцюга білкової частини ферменту і т.п. Крім того, рН середовища впливає на ступінь іонізації субстрату, фермент-субстратного комплексу і продуктів реакції, дуже впливає на стан ферменту, визначаючи співвідношення в ньому катіонних і аніонних центрів, що позначається на третинній структурі білкової молекули. Остання обставина заслуговує особливої уваги, тому що певна третинна структура білка-ферменту необхідна для утворення фермент-субстратного комплексу.

Активатори та інгібітори

На прояв каталітичної активності ферментів впливають активатори й інгібітори, що утворюються в тканинах або надходять в організм із зовнішнього середовища.

Активатори збільшують, а інгібітори пригнічують активність ферментів. Багато ферментів виробляються в організмі в неактивній формі у виді проферментів. Перехід їх в активну форму відбувається під впливом різноманітних активаторів. У якості активаторів можуть діяти іони, специфічні ферменти, гормони. Так, фермент амілаза, що розщеплює крохмаль, активується іонами хлору; пепсин утвориться з неактивного пепсиногена під впливом високої концентрації водневих іонів; активність гексокінази, що каталізує перетворення глюкози в її фосфорний ефір, збільшується під впливом гормону інсуліну.

Утворення ферментів спочатку в неактивній формі - це пристосування живого організму, що охороняє тканини від саморуйнування. Не менше важливо для організму дія інгібіторів, що можуть незворотньо виводити фермент із ладу (інактивувати) або тимчасово знижувати його активність.

Якщо інгібітор по просторовій структурі нагадує субстрат, то він може спричиняти так зване конкурентне інгібування активності ферменту, займаючи місце субстрату в його активному центрі і нестійко зв’язуватись із ним. Конкурентним інгібітором може бути, наприклад, стрептоцид, що займає місце ростового чинника бактерій - параамінобензойної кислоти - в активному центрі одного з бактеріальних ферментів

Інший вид інгібування - неконкурентне гальмування. Неконкурентні інгібітори вступають у необоротну хімічну взаємодію з окремими функціональними групами активного центру і блокують його.