3. Механізм дії ферментів та основи кінетики каталізу

► Кожний фермент має так званий активний центр, який забезпечує зв'язок між ферментом і субстратом, тобто речовиною,

на яку діє фермент.

► Для того, щоб відбулась ферментативна реакція, повинні бути певні умови. Це просторова відповідність між ферментом і

субстратом. Фермент, за гіпотезою Б.Фішера (1890р.), повинен підходити до субстрату, як ключ до замка, а за гіпотезою

Д.Кошланда (1959р.) про динамічну взаємодію - як рукавичка до руки. Тоді може утворитися субстрат – ферментний

комплекс, що є передумовою ферментативної реакції. Л.Міхаеліс і М.Ментен сформулювали загальну теорію кінетики

дії ферментів.

(Схему ферментативної реакції можна подати у такому вигляді:

де S — субстрат;

Е - фермент

[ЕS] - нестійкий субстрат - ферментний комплекс;

Р - продукти реакції;

К+1 - константа швидкості утворення комплексу;

К -1 - константа швидкості зворотного розпаду Е8 на Е і 8;

К+2 - константа розпаду Е8 з утворенням продукту Р.

Графік залежності швидкості реакції V від концентрації субстрату [S

Рівняння Міхаеліса - Ментен

V max - максимальна швидкість реакції;

Км - константа Міхаеліса для досліджуваної пари фермент субстрат.

! За основу теорії, що пояснює дію ферменту, взято той факт, що ферменти значно знижують енергію активації (ЕА) тієї чи іншої реакції

Значення енергії активації ЕА при ферментативному та неферментативному каталізі:

Основні та перехідні стани реагуючих речовин:

Е_о - енергія активації реакції в присутності неорганічного каталізатора;

Е_к - енергія активації в присутності фермента;

ΔG - різниця вільної енергії реакції.

4. Активність ферментів, вплив на неї різних факторів. Властивості ферментів

► Для ферментів характерна висока каталітична активність, її визначають за кількістю субстрату, що перетворюється за одиницю

часу. Так, одна молекула амілази за 1 хв здатна перетворити приблизно 1 100 000 молекул субстрату. Виражають

каталітичну активність у кахалах (кат), млкат, мккат, нкат.

! Катал - це каталітична активність ферменту, який здійснює хімічне перетворення 1 моль субстрату за 1 с.

Фактори, що впливають на

активність ферментів

Температура середовища

рН

Активатори та інгібітори

Вплив факторів

► Вплив температури на активність ферментів. При підвищенні температури каталітична активність ферментів збільшується,

але до певної межі. Температура, при якій каталітична активність ферменту найбільша, називається оптимальною (Т_о). Графічно це

можна зобразити так:

! Для ферментів тваринного походження Т_о = 35 - 50°С, а для ферментів рослинного походження То = 40 - 60°С.

► Вплив рН-середовшца на активність ферментів. Для кожного ферменту характерне своє значення рН, при якому

активність ферменту є максимальною. Так, пепсин найвищу каталітичну активність виявляє при рН = 2, амілаза - 7,

фосфатаза 10.

► Активатори та інгібітори ферментів. Активатори - речовини, які підвищують активність ферментів. До них належать

катіони металів і деякі аніони (Мg²⁺, Са²⁺, Сu²⁺, Мn²⁺, Мо²⁺, Fе²⁺, СІ^-та ін.), мінеральні кислоти (НСl), жовчні кислоти, деякі

сполуки з функціональними і рупами (цистеїн, глутатіон), ферменти (ентерокіназа, трипсин).

Фермент	Метал	Фермент	Метал
ДІІК-полімераза Глутатіонсингетаза Гексокіназа β-Галактозидаза	Mg	α-Амілаза Ліпаза	Са
		Гомосериндегідратаза	К Li
Фосфатаза		Тирозиназа Фенолоксидаза	Сu
Оксидоредуктаза	Мn
Аргіназа		Аргіназа	Ni
Карбоангідраза Уриказа	Zn	Каталаза Ксантиноксидаза	Fе Мо

Інгібітори - речовини, які викликають гальмування ферментативних процесів (білкові осаджувачі — ССl3СООН, танін, концентровані кислоти, солі важких металів та ін.). Інгібітори розподіляють на зворотної та незворотної дії (за характером дії), причому зворотні інгібітори ділять на конкурентні та неконкурентні (за спорідненістю до субстрату).