6. Влияние условий среды на активность ф.

Ф. – белки, и их активность сильно изменяется в зависимости от факторов среды.

Кинетика ферментативных реакций.

6.1. Кинетика ферментативных реакций. Кинетика – это учение о скорости реакций, их зависимости от различных факторов. Скорость фермантативной реакции определяется количеством веществ прореагировавших за единицу времени при заданных условиях. Скорость ф. реакции зависит от активности Ф., которая может быть выражена в различных единицах.

Согласно последнему международному соглашению 1 единица любого фермента есть такое количество Ф., которое в определенных условиях катализирует превращение субстрата со скоростью 1 моль/сек. Это единица называется катал (сокращенно кат.). Это очень высокая скорость, потому обычно активность иногда выражают нано (10^-9) и пико (10^-12) каталах.

Есть и другие единицы активности. Например, молекулярная активность или число оборотов: это число молей субстрата, которое подвергается превращению 1 молем фермента за 1 мин.

6.2. Влияние температуры. См. лабораторную работу 37 (Влияние температуры на гидролиз крахмала амилазой). Зависимость скорости биологических процессов от различных факторов описывается тремя кардинальными точками значений фактора. Минимальная точка – значение, при котором процесс идет, а ниже его – прекращается; оптимальная точка – процесс идет наиболее активно; максимальная точка – выше этого значения процесс прекращается. Температурный коэффициент ….. показывает во сколько раз возрастает скорость химической реакции при повышении температуры на каждые 10 °. Для ферментативных реакций …..= 1,4-2,0 в пределе температуры от 0° до 50°.

Минимальная (t _min) для Ф. + 0; t _opt = 40-45° для Ф. человека и животных и 45-55° для Ф. растений; t_max + 80°.

График зависимости активности Ф. от температуры см. ЛПЗ № 57.

Снижение активности Ф. под действием высоких температур связано с начинающейся денатурацией белка.

6.3. Влияние реакции среды (рН). В клетке присутствуют сотни различных Ф. и каждый из них активен в определенном интервале значений рН, известный под названием оптимума рН. Например, для фермента пепсина (белок, расщепляющий Ф. желудочного сока рН 1,5-2,0), амилаза солода – 4,0-5,0, уреаза (разлагает мочевину) – 7,3-7,9. Однако для большинства Ф. оптимум рН лежит в слабокислой и нейтральной среде.

6.4. Влияние концентрации (С) субстрата (S) фермента (Ф). Константа Михаэллиса (К_m). Для описания зависимости начальной скорости реакции от концентрации S выведено уравнение для односубстратной реакции:

V =	Vmax [S]
	Кm + [S]

Где V – скорость реакции;

V_max – максимальная скорость;

К_m – константа Михаэллиса;

[S] – концентрация субстрата.

К_m характеризует средство Ф. к S. К_m равна концентрации S. К_m равна концентрации S, при которой скорость ферментативной реакции составляет половину от максимальной.

Скорость ферментативной реакции зависит от количества Ф. в среде. Когда S в среде достаточно, то скорость реакции возрастает пропорционально увеличению количества Ф.

6.5. Активаторы и ингибиторы Ф. Активаторы (А) – вещества, ускоряющие скорость ферментативных реакций. К ним относят:

1) ионы макро- и микроэлементов: K⁺; Ca²⁺; Mg²⁺; Fe²⁺; Cu²⁺; Co²⁺; Mn²⁺ и др. Для активации фермента необходим один или несколько ионов. Причина активации ионами Ф. в том, что они входят или в состав Ф. (например, микроэлементы), или выполняют роль кофакторов, способствующих образованию координационных связей между активным центром Ф. и S.

2) Другие вещества. Например, активность амилазы (расщепляет крахмал) повышается в присутствии ионов хлора, брома, йода. Особенно сильно активируют амилазу ионы хлора при рН 6,5-7,0. Поэтому содержание крахмала в растениях снижается при известковании и под влиянием хлора.

Протеазы – белок расщепляющие Ф. активируются при наличии в среде HCN, H₂S и веществ, содержащих сульфгидрильные группы – SН.

Ингибиторы Ф. – вещества, подавляющие действие Ф. х изучение дало значительно больший практический интерес, чем изучение активаторов.

Ингибиторы (Н)подразделяются на общие и специфические. Общие подавляют действие всех Ф. К ним относятся:

1) ионы тяжелых металлов (Pb²⁺; Cd²⁺; Hg²⁺; Cu²⁺; Zn²⁺ и др.). К тяжелым металлам относятся как очень вредные элементы (свинец, кадмий, мышьяк, ртуть и др.), так и необходимые растению в небольших количествах микроэлементы (медь, цинк, железо, кобальт, марганец и др.). Поэтому надо применять микроэлементы в рекомендуемых дозах и избегать накопления их избытка в почве.

2) трихлоруксусная кислота, танин и др. Общие ингибиторы вызывают денатурацию белка и этим самым подавляют действие всех Ф.

Специфические ингибиторы подразделяются на конкурентные и неконкурентные. Конкурентное ингибирование обратимо. Оно происходит когда ингибитор по своей конфигурации близок к специфическому субстрату данного Ф. Так как Ф. подходит к S как ключ к замку, то ингибитор, имеющий сходную структуру с S, соединяется с активным центром Ф., инактивирует ингибитор и S за Ф. Если удалить из реагирующей смеси ингибитор, то реакция между Ф. и S возобновляется.

Значение конкурентного ингибирования:

1. Можно с помощью их установить структуру активного центра Ф.К;

2. Механизм действия многих лекарственных препаратов основан на конкурентном ингибировании. Например, белый стрептоцид.

Неконкурентное ингибирование необратимо. В данном случае И. имеет не близкую структуру, а соединяется при помощи химических связей и определенных группировок с активным центром Ф., вызывая его инактивацию. К ним относятся: ионы синильной кислоты (СN^-), CO (угарный газ), ртуть (Hg²⁺) и др.

Важнейшими неконкурентными ингибиторами являются фосфорорганические соединения. Фосфорорганические ингибиторы – сильные яды и их используют в качестве инсектицидов (например, хлорофос, дихлофос и др.)

В настоящее время все больше выпускается химических средств защиты растений как ферментативные ингибиторы.

Инактивацию какого-либо ключевого Ф. называют биохимическим повреждением.