Кинетика ферментативных реакций. Зависимость скорости ферментативной реакции от различных факторов. Уравнение Михаэлиса-Ментен, роль Кm и Vmax в характеристике ферментов.
Кинетика ферментативных реакций – наука о скоростях ферментативных реакций, их зависимости от различных факторов.
Зависимость скорости ферментативной реакции моет проявляться от таких факторов как:
Природа фермента
Чем выше активность фермента, тем выше скорость реакции. Активность фермента определяют по скорости реакции, катализируемой ферментом
Температура
Повышение температуры сверх оптимальной приводит к уменьшению, а затем прекращению действия фермента, что связанно с денатурацией.
При переходе от оптимальной к низким температурам скорость ферментативной реакции падает в 2-2,5 раза на каждые 10 ˚С, достигая минимальной величины при 0 °С и приостанавливается при отрицательных её значениях
рН
Отклонение в любую сторону от этого значения сопровождается снижением скорости ферментативной реакции.
Концентрация
При низких концентрациях субстрата скорость прямо пропорциональна его концентрации, далее с ростом концентрации скорость реакции увеличивается медленнее, а при очень высоких концентрациях субстрата скорость практически не зависит от его концентрации и достигает своего максимального значения
График зависимости активности фермента от концентрации субстрата описывается уравнением Михаэлиса – Ментен
где v – скорость ферментативной реакции; [S] – концентрация субстрата; KM – константа Михаэлиса.
Ингибиторы ферментов. Типы ингибирования. Графическое представление зависимости скорости ферментативной реакции от присутствия ингибиторов различных типов.
Ферментативный ингибитор — вещество, замедляющее протекание ферментативной реакции.
Различают:
Необратимые ингибиторы
При необратимом ингибировании происходит связывание или разрушение функциональных групп фермента, необходимых для проявления его активности.
Обратимое ингибирование
При обратимом ингибировании происходит непрочное связывание ингибитора с функциональными группами фермента, вследствие чего активность фермента постепенно восстанавливается.
Выделяют:
Конкурентное ингибирование
Соперничает с субстратом за активный центр, что приводит к уменьшению связывания субстрата с ферментом и нарушению катализа.
Неконкурентное ингибирование
Связан с присоединением ингибитора не в активном центре, а в другом месте молекулы. Но при этом меняется структура активного центра и связь с субстратом становится невозможной
Бесконкурентное ингибирование
Связывается в активном центре с фермент-субстратным комплексом. Повышение концентрации субстрата, увеличивая количество фермент-субстратного комплекса, усиливает и связывание ингибитора с ним
Смешанное ингибирование
Способен присоединяться везде – не только в активном центре, но и в других частях молекулы. Но после этого фермент еще способен частично сохранять свою активность.
Механизмы регуляции активности ферментов. Примеры.
В клетке имеется несколько способов регуляции активности ферментов – одни способы подходят для любых ферментов, другие более специфичны.
Доступность субстрата или кофермента
Здесь работает закон действия масс: скорость, с которой вещества реагируют друг с другом, зависит от их концентрации
Пример: цикл трикарбоновых кислот
Комплементализация
Это сосредоточение ферментов и их субстратов в одной органелле
Пример: цикл трикарбоновых кислот
Генетическая регуляция
Может происходить в результате увеличения или снижения его синтеза.
Ограниченный (частичный) протеолиз проферментов
Подразумевает, что синтез некоторых ферментов осуществляется в виде более крупного предшественника и при поступлении в нужное место этот фермент активируется через отщепление от него одного или нескольких пептидных фрагментов
Пример: активация протеолитических ферментов ЖКТ
Аллостерическая регуляция
Ферменты построены из двух и более субъединиц: одни субъединицы содержат каталитический центр, другие имеют аллостерический центр и являются регуляторными. Присоединение эффектора к аллостерической (регуляторной) субъединице изменяет конформацию белка и активность каталитической субъединицы.
Белок-белковое взаимодействие
обозначает ситуацию, когда в качестве регулятора выступают не метаболиты биохимических процессов, а специфичные белки
Ковалентная (химическая) модификация
Ковалентная модификация заключается в обратимом присоединении или отщеплении определенной группы, благодаря чему изменяется активность фермента.
Аллостерические ферменты. Регуляция их активности. Примеры.
Аллостерические ферменты — регуляторные ферменты, для которых характерно изменение каталитической активности в процессе нековалентного связывания метаболита в участке, не являющемся каталитическим центром
АФ регулируются молекулами, которые называют эффекторами. Они связываются с ферментом в аллостерическом центре и изменяют свойства ферментов: сродство к субстрату и максимальная скорость катализа.
Эффекторы могут быть положительными и отрицательными. Положительные эффекторы — активаторы — повышают активность ферментов. Отрицательные эффекторы — ингибиторы — снижают её. Кроме того, эффекторы классифицируют на:
Гомотропные эффекторы — это молекулы самого субстрата фермента. Чаще всего регуляция происходит по позитивному механизму
Гетеротропные эффекторы — это молекулы, отличные от субстрата — т.е. какие-либо другие соединения. Регуляция может быть как позитивной, так и негативной, но чаще всего она негативная
Пример: карбамоилфосфатсинтетаза II