2 курс / Биохимия / Книжки и сборники / Biokhimia_dlya_chaynikov

Вода всему голова: гидролазы

Гидролазы выступают катализатором расщепления связей в результате при-

соединения молекулы воды (как к Н, так и ОН). Протекание реакции зависит от уровня pH и сопровождается потерей ионов водорода. Фосфатаза катали- зирует гидролиз монофосфатных сложных эфиров, а пептидаза катализирует гидролиз пептидной связи. Общая форма этих реакций показана на рис. 6.2.

R О-

Рис. 6.2. Общая форма двух катализированных реакций гидролиза

Разбираем на составляющие: лиазы

Лиазы выступают катализаторами отделения групп. Этот процесс сопрово-

ждается образованием двойной связи или присоединением группы к двойной

связи. Дезаминаза помогает отделить аммоний, а декарбоксилаза выступает

катализатором потери С02. В общем виде эти реакции проиллюстрированы на рис. 6.3.

R СН2-СН R' Дезаминаза R CH=CH-R’ + NH3

NH2

н

индуцируются в субстрате, в ферменте или в них обоих. Модификации запу- скают процесс реакции. На рис 6.7 проиллюстрирован принцип применения модели индуцированного соответствия для описания такого же фермент-суб-

стратного комплекса как на рис. 6.6.

0W Субстрат

wWV Фермент

WWV

Рис. 6.6. Модель замок-ключ, описывающая катализ ферментов

(дЛчдУ— Субс,рат

*Фермент

Рис. 6.7. Модель индуцированного соответствия для катализа ферментов

114 ЧАСТЬ 2 Фундамент биохимии: белки

не вызывает увеличения скорости реакции, потому что в растворе не остается

фермента, который в состоянии взаимодействовать с дополнительными моле-

кулами субстрата. Скорость большинства реакций стремиться к уровню насы-

щения по гиперболической кривой. Теоретически, скорость реакции достигает насыщения только при бесконечной концентрации субстрата.

Действительный график скорости реакции, V, в зависимости от концентра-

ции субстрата (рис. 6.9) предоставляет мало полезных (а зачастую совершенно

неинформативных) сведений. Соответствующий опыт проводится при посто-

янной концентрации фермента. Особый интерес вызывает уровень максималь-

но возможной скорости реакции, Vmax. Действительная скорость реакции стре-

миться к Vmax асимптотически. При низкой концентрации субстрата реакция наблюдаются кинетические процессы первого порядка, когда скорость реакции зависит только от концентрации реагентов. При высоких концентрациях ки- нетический процесс переходит в фазу нулевого порядка — скорость реакции не зависит от концентрации реагентов. (Позже в этой главе показано, как из-

меняется график при более сложных взаимодействиях фермент-субстратной

системы.) В области между участком нулевого порядка и участком первого по- рядка проходят смешанные кинетические процессы, которые сложно отделить

один от другого. Ключевыми для участков с низкой концентрацией (первый

порядок) с точки зрения анализа выступают значения!4Vmax и Км, где Км — это

Скорость реакции (V )

Км,

Рис. 6.9. Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата

ступ). Анализ каждого фермента предоставляет дополнительные сведения о

заболевании.

Например, человек упал с лестницы и получил перелом сразу нескольких ко-

стей и потерял сознание. Его забрали в больницу, где измерили концентрацию

СК всыворотке крови. Как и ожидалось, она оказалась повышенной. Опытный врач сразу же направит пациента на анализ концентрации СК-МВ. Если СК-МВ также оказывается намного выше нормы, тоэтоуказывает на то, что вероятной причиной падения с лестницы был сердечный приступ. Поставив правильный диагноз, врач назначит своевременную терапию, которая с большой вероят-

ностью предотвратит необратимое повреждение сердечной мышцы.

Исследование ферментов:

уравнение Михаэлиса-Ментен

Одним из прорывов в изучении ферментивной кинетики было получение уравнения Михаэлиса-Ментен. Сегодня биохимики могут применять его для

обработки кинетических данных и описания поведения множества ферментов.

(Существуют исключения, в которых график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата отличается от приведенного на рис. 6.9.) В общем слу-

чае результаты кинетических опытов описывают поведение аллостерических

(регуляторных) ферментов. Уравнение Михаэлиса-Ментен имеет следующий

вид.

v =~ [ K] js\_'

S + K y

где V — скорость реакции, [S] — концентрация субстрата, Vmax — максималь- ная скорость реакции, а Км— константа Михаэлиса. Как показано на рис. 6.9, скорость катализа, К, увеличивается линейно при низкой концентрации суб- страта, но начинает выравниваться при повышении концентрации. Интерпре- тация начинается с проверки следующего общего пути реакции.

разных этапов; отрицательная константа скорости характерна для обратного процесса. На первом этапе отдельные фермент и субстрат объединяются, об-

разуя фермент-субстратный комплекс (переходное соединение). Скорость об-

разования ES равняется кх. После образования ES может распасться на Е и S