Вопрос №15

1. Концентрация субстрата при фиксированном количестве фермента. График, иллюстрирующий это влияние, определяется уравнением Ми­хаэлиса-Ментен и имеет гиперболическую форму (рис. 3.2). Вначале ак­тивность фермента прямо пропорциональна концентрации субстрата (кинетика первого порядка). Затем, по мере увеличения [S], график ис­кривляется и выходит на плато, а скорость достигает максимальной и больше не изменяется (кинетика нулевого порядка). Это означает, что все связывающие участки фермента заняты (насыщены) субстратом и скорость можно увеличить только добавлением фермента.

2. Концентрация фермента при относительном избытке и постоянной концентрации субстрата прямо пропорционально влияет на начальную скорость реакции, а график представляет собой прямую линию (рис. 3.3,я).

3. Температура. Скорость всех реакций, включая ферментативные, при повышении температуры на каждые 10 °С увеличивается в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа). Однако при нагревании выше 40 °С многие ферменты подвергаются тепловой денатурации и теряют активность. Для большинства энзимов человеческого организма температурный оп­тимум составляет 36-40 °С (рис. 3.3,6).

Рис. 3.3. Графики зависимости активности ферментов

а - от концентрации энзима; б - от температуры; в - от рН среды

4. Значение рН среды. Оптимум рН (рис. 3.3,в) зависит от условий нор­мального функционирования энзимов: для большинства цитоплазмати-ческих ферментов его значение составляет 7,4, для лизосомальных -около 5,0; для желудочных - 1,5-2,0 и т.д. При сдвигах рН изменяется третичная структура фермента и конформапия его активного центра из-за исчезновения старых и появления новых межионных связей, в ре­зультате чего может нарушиться энзим-субстратное взаимодействие.

5. Действие активаторов и ингибиторов.

АКТИВАТОРЫ ускоряют ферментативную реакцию за счет:

• стабилизации молекулы энзима (ионы Na⁺, K⁺ и др.);

• превращения неактивного профермента в фермент при отщеплении пептида, экранирующего активный центр (пепсиноген —> активный пепсин),

• объединения неактивных субъединиц фермента в активную четвертич­ную структуру,

• аллостерического действия низкомолекулярных веществ, ускоряющих превращение субстрата.

ИНГИБИТОРЫ, напротив, угнетают ферменты. Их действие может быть неспецифическим (денатурация белка) и специфическим, затраги­вающим только определенные группы ферментов. Кроме того, угнетение

ферментной активности может быть необратимым и обратимым, а по­следнее, в свою очередь, конкурентным и неконкурентным.

• Необратимое ингибирование объясняется прочным ковалентным свя­зыванием ингибитора с активным центром фермента (фосфорорганиче-ские вещества и ацетилхолинэстераза); для преодоления последствий организм должен синтезировать новые молекулы энзима.

• Конкурентные ингибиторы имеют структурное сходство с субстратом и "конкурируют" с ним за место в активном центре фермента, вытесняя субстрат из участка связывания и замедляя реакцию (пример - сульфа­ниламиды для фермента, синтезирующего фолиевую кислоту у бакте­рий). В этом случае повышается Км энзима при сохранении Fmax, по­скольку сам фермент не изменяется. Увеличение концентрации нор­мального субстрата препятствует действию ингибитора, и активность фермента возрастает.

• Неконкурентные ингибиторы — обычно низкомолекулярные вещества (метаболиты, лекарства и т.д.), которые не похожи на субстрат и связы­ваются с ферментом в регуляторных, или аллостерических, центрах (лат. "allos" - другой). При этом связывание основного субстрата с ак­тивным центром ферментом не нарушается, но замедляется его превра­щение в продукт реакции (т.е. снижена Fmax при сохраненной Км).

Продукт ферментативной реакции может сам выступать в роли алло-стерического ингибитора одного из ферментов метаболической цепи, при­водящей к образованию данного продукта. Такое воздействие по принципу отрицательной обратной связи (ретроингибирование, рис. 3.4) является примером физиологической регуляции обмена веществ.