- •1.1.Общая характеристика жизни.
- •1.1. Стратегия жизни. Приспособление, прогресс, энергетическое и информационное обеспечение
- •1.2. Свойства жизни.
- •1.3.Происхождение жизни
- •1.4.Происхождение эукариотической клетки
- •1.5.Возникновение многоклеточности
- •1.8.Особенности проявления биологических закономерностей у людей. Биосоциальная природа человека
- •2.Химические основы жизни.Биополимеры
- •2.1. Элементный состав биополимерев
- •2.2.Сахара и полисахариды.
- •2.2.2. Дисахариды и полисахариды
- •2.2.4. Крахмал
- •2.2.5.Пектин
- •2.2.6.Лигнин
- •2.3. Аминокислоты и белки
- •2.3.1.Белковые аминокислоты и полипептиды
- •2.3.2 Структура белков
- •2.3.3. Первичная структура
- •2.3.4. Вторичная и третичная структуры.
- •2.3.5.Четвертичная структура
- •2.5.Иерархия клеточной структуры.
- •2.4.1. Структурные элементы нуклеиновых кислот
- •2.4.2Хранение биологической информации, днк и рнк
- •3. Фермениты (энзимы) и их каталитическая активность.
- •3.1. Общие представления о ферментах как катализаторах
- •3.3.Кинетика простых ферментативных реакций с одним и двумя субстратами
- •3.4.Уравнение Михаэлиса-Ментен
- •4. Клетка – элементарная единица живого
- •4.1. Строение прокариотических и эукариотических клеток.
- •4.2.Практическое применение продуктов клеточного синтеза.
- •4.3.Поток информации в клетке
- •4.3.1. Поток биологической информации в клетке.
- •5.Метаболизм
3.4.Уравнение Михаэлиса-Ментен
Предположим теперь, что в нашем распоряжении имеется целый ряд экспериментальных данных по определению скорос-ти ферментативной реакции (рис. 3.7) и перед нами стоит задача выразить эти данные в математической форме. Информация ||утипа показанной на рис. 3.7 часто позволяет сделать следую-- щие выводы качественного характера:
При относительно низких концентрациях субстрата реакция '*' ^ имеет первый порядок по субстрату. (Напомним, что если ',' v=k-sn, где k — константа, то п называют порядком реакции.)
2. По мере повышения концентрации субстрата порядок реак-.,' ции по субстрату постепенно снижается от единицы до нуля. •3. Скорость реакции пропорциональна общему количеству фермента в реакционной смеси.
На базе экспериментальных данных такого рода в 1902 г. Ан-ри предложил следующее выражение для скорости ферментативной реакции:
В Уравнении (3.3) учтены все три указанные выше закономерности. Обратите внимание, что при s, равном Km, v = vmaj2. Во избежание недоразумений, связанных с употреблением в литературе различных символов и сокращений, подчеркнем, что s
обозначает концентрацию свободного субстрата в реакционной смеси, а е0 — общую концентрацию фермента как в свободном, так и в связанном виде (см. ниже).
Хотя Анри дал теоретическое толкование уравнению (3.3) на базе гипотетического механизма реакции, его доказательство, равно как и близкое обоснование, предложенное в 1913 г. Михаэлисом и Ментен, в настоящее время считается в общем случае не строгим. В то же время в этой главе мы неоднократно и не без успеха будем применять общий ход рассуждений Михаэлиса и Ментен (так и не нашедший до сих пор строгого подтверждения) для разработки более сложных моделей Йинетики ферментативного катализа. Поэтому сначала мы рассмотрим основные положения гипотезы Михаэлиса — Ментен.
В качестве одного из исходных положений принимают, что фермент Е и субстрат S, вступая в реакцию, образуют комплекс ES, который затем диссоциирует на продукт реакции Р и свободный (несвязанный) фермент Е:
В этом механизме учтены как рассмотренное выше образование йфермент-субстратного комплекса, так и регенерация катализатора в исходной форме по завершении последовательности реакций. Уравнения (3.4) в принципе верны, хотя и чрезмерно ^прощены.
Анри, а также Михаэлис и Ментен предположили, что реакция (3.4а) обратима, и, следовательно, в соответствии с законом действующих масс мы можем записать:
Здесь s, е и (es) обозначают концентрации S, Е и ES соответственно. Кроме того, принимается, что процесс разложения комплекса на продукт реакции и свободный фермент необратим:
Поскольку весь фермент находится или в свободной, или в связанной форме, то
e+(es)=e0 (3.7)
где e0 — общая концентрация фермента в системе, известная из исходных данных и равная количеству фермента, загруженного в реактор. Теперь путем исключения (es) и е из трех последних уравнений можно получить уравнение (3.3), в котором Vmax=k2e0. Обычно, говорят, что реакция характеризуется уравнением Михаэлиса — Ментен, если ее скорость может быть описана уравнением (3.3), хотя в разработку и подтверждение правильности этого выражения внесли не меньший вклад и Другие исследователи. Параметр vmax называют максимальной или предельной скоростью, а Кт известна как константа Михаэлиса. Уравнение Михаэлиса — Ментен удачно описывает кинетику многих катализируемых ферментами реакций, но тем не Менее оно не универсально.