Факторы, влияющие на скорость ферментативной реакции.

1) Концентрация фермента (чем выше концентрация фермента, тем выше скорость реакции)

2. Концентрация субстрата

3) Температура

Согласно правилу Вант-Гоффа, при повышении температуры на каждые 10 С скорость реакции возрастает в 2-3 раза. То есть, с одной стороны, по мере увеличения температуры увеличивается средняя энергия молекул, при этом они активизируются, выше частота их соударений, выше подвижность отдельных элементов активного центра фермента и скорость реакции увеличивается, но до известного предела. При дальнейшем повышении температуры (выше 45С) скорость реакции понижается. Это объясняется белковой природой фермента, который может пдвергаться тепловой денатурации, что резко понижает эффективную концентрацию фермента и соответственно скорость реакции.

При низких температурах (0 и ниже) ферменты не денатурируются, хотя активность их падает почти до нуля. Исходя из этого, существует температурный оптимум, в пределах которого ферменты нормально работают.

4) Величина рН

При действии рН происходит 3 явления:

1)изменение ионизации и заряда на поверхности аллофермента;

2) изменение степени ионизации функциональных групп активного центра;

3) изменение ионизации самого субстрата.

Так, при сдвиге рН в кислую сторону происходит следующее:

СООН== СОО + Н СОО + Н ---- СООН

NH₃ === NH₂ +H рН <7 NH₃ + H ---- NH₄ нет взаимодействия

При сдвиге рН в основную сторону:

СООН+ ОН ==== СОО + НО

NH₃ + OH === NH₂ + Н₂О рН>7

То есть и в этом и в другом случае происходит перезарядка функциональных групп активного центра. Поэтому здесь тоже существует свой оптимум рН. Для разных ферментов он разный: пепсин - рН = 1,5-2,5; сахароза – рН = 4; трипсин – рН = 7,7-7,8; ариназа- рН = 8,5-10,0.

5) Концентрация продукта

Оказывает влияние на скорость реакции по принципу обратной связи, то есть тормозит. При наполнении продукта вся система блокируется на последней стадии (ретроингибирование). Так, например, накопление молочной кислоты, образующейся при распаде глюкозы, приводит к снижению последней и формированию утомления.

4. Регуляция активности ферментов бывает пассивная (с помощью изменения условий среды), то есть существуют постоянные ферменты и непостоянные, которые появляются под действием каких-либо факторов среды под действием температуры) или с помощью ионной силы и рН, {S} и {Е}.

Активная регуляция классифицируется:

1) изостерическая (регуляция с помощью субстрата и продукта)

2) аллостерическая (регуляция активности фермента с помощью веществ, отличных от субстрата и продукта).

Регуляция активности путём изменения количества фермента.

У бактерий хорошо изучен феномен индуцированного синтеза ферментов при выращивании на средах с одним углеводом, например, глюкозой. Замена глюкозы на лактозу приводит к индуцированному синтезу фермента галактозидазы, расщепляющей лактозу на глюкозу и галактозу.

В животных тканях подобный быстрый синтез ферментов наблюдается реже, однако при поступлении в организм некоторых ядов, канцерогенных веществ наблюдается резкое увеличение количества (а значит и активности) гидроксилаз, окисляющих чужеродные вещества в не токсические продукты. С другой стороны, иногда под действием этих гидроксилаз чужеродные вещества превращаются в более токсичные продукты (летальный синтез).

Регуляция активности по принципу обратной связи.

Допустим, в клетке есть многоступенчатый биосинтетический процесс, каждая стадия которого катализируется собственным ферментом.

Е Е Е Е

А-------- Х --------- Б --------- В --------- Г --------- Р

Наполнение продукта Р оказывает мощное стабилизирующее действие на фермент Е.

Аллостерическая регуляция.

Регуляция активности с помощью гормонов.

Гормональная регуляция осуществляется на генетическом уровне путём обратимого фосфорилирования. Например, под действием адреналина происходит активация процесса распада гликогена. В ходе этого процесса образуется небелковое соединения – у-АМФ. у-АМФ – внутриклеточный гормон (вторичный посредник) является аллостерическим регулятором большого числа протеинлипаз. у-АМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклаз.

Регуляция активности путём химической модификации.

Химическая модификация - присоединение каких-либо функциональных групп к ферменту, с последующим изменением его активности. Химическая модификация обратима. Так например, ключевые ферменты энергетического обмена - фосфорилаза, гликогенсинтаза контролируются путём фосфорилирования и дефосфорилирования , осуществляемого специфическими ферментами - протеинилазой и фософотазой . И уровень активности ключевых ферментов будет определятся соотношением фосфорилированных и дефосфорилированных форм этих ферментов.

Ограниченный протеолиз.

Все ферменты ЖКТ и поджелудочной железы синтезируются в неактивной форме в виде проферментов. Регуляция в этом случае сводится к превращению их в активную форму. Так, например, активация трипсиногена идёт под действием энтерокиназы и ведёт к отщеплению избыточной последовательности аминокислот. При этом происходит формирование активного центра и третичной структуры трипсина. Это явление получило название ограниченный протеолиз. Его биологическое значение заключается в том, что он исключает самопереваривание органа (аутокатализ), что, например, происходит при активации трипсина в самой поджелудочной железе. Во-вторых, обеспечивается более тонкая регуляция количества фермента.

Ограниченный протеолиз находится под контролем факторов среды, рН, в клетке – под контролем Са.