38. Кінетика ферментативного каталізу. Швидкість ферментативних реакцій. Енергія активації.

Зміна вільної енергії під час хімічної реакції, що каталізується і не каталізується ферментом

Фермент знижує енергію активації Еа, тобто знижує висоту енергетичного бар'єру, в результаті зростає частка реакційно-здатних молекул, отже, збільшується швидкість реакції.

Під енергією активації розуміють додаткову енергію, необхідну для переходу молекул(субстратів S) у перехідний (активований) стан S*, який передує їх перетворенню в продукти реакції.

Ферментативна кінетика є розділом хімічної кінетики, що займається вивченням впливу різних хімічних та фізико-хімічних факторів на швидкість реакцій. Вона вивчає також залежність швидкостей ферментативних реакцій від концентрацій ферменту, субстрату та температури середовища, дії активаторів та інгібіторів.

Кінетика ферментативних реакцій визначається утворенням фермент-субстратного комплексу:

Кm – константа Міхаеліса, має розмірність (моль/л) і кількісно визначає спорідненість ферменту із субстратом — чим активніший фермент, тим нижче значення його Кm .

Рівняння Міхаеліса-Ментен Залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації субстрату.

Константа Кm дорівнює концентрації субстрату, при якій швидкість реакції становить половину від максимальної.

Швидкість ферментативної реакції виражається у зміні концентрації субстрату (зменшення) або продукту (збільшення) за одиницю часу:

Шв ферментативної реакції буде прямо пропорційно залежати від концентрації ферменту, тобто збільшення в клітині рівня певного ферментативного білка повинно супроводжуватися зростанням швидкості реакції, що каталізується цим ферментом.

Швидкість хімічної реакції, що каталізується ферментами, має свій температурний оптимум, перевищення якого супроводжується зниженням ферментативної активності, що виникає через термічну денатурацію білкової молекули.

Залежність швидкості ферментативної реакції від рН середовища. Кожен фермент має свій рН оптимум, тобто значення рН при якому його каталітична активність максимальна.

39. Система циклічних нуклеотидів:структура, утворення, роль.

Важливою та поширеною біологічною системою контролю за ферментативними реакціями, що поєднує в собі різні молекулярні механізми регуляції, є система циклічних нуклеотидів. Циклічні нуклеотиди 3',5'-АМФ(цАМФ) та 3',5'-ГМФ (цГМФ) — це внутрішні (3',5') дифосфорні ефіри аденілової (АМФ) та гуанілової (ГМФ) кислот. Найбільш поширеними є цАМФ-залежні системи контролю за внутрішньоклітинними біохімічними процесами, зокрема такими, що підлягають нейрогуморальній регуляції з боку цілісного організму, яка регулюється гормонами та нейромедіаторами. Регуляція ферментативних процесів за участю цАМФ включає декілька послідовних стадій передавання та трансформації хімічного(регуляторного) сигналу.

1. Утворення циклічних нуклеотидів у реакціях, що каталізуються ферментами циклазами: аденилатциклазою та гуанілатциклазою з нуклеозидтрифосфатів АТФ та ГТФ, відповідно:

ГТФ→ 3',5'-ГМФ + ФФн

АТФ→ 3',5'-АМФ + Ффн

Розщеплення цАМФ та цГМФ до звичайних нуклеозидмонофосфатів каталізується фосфодіестеразою циклічних нуклеотидів.

Фермент аденілатциклаза розміщений у плазматичних мембранах клітин і його активація відбувається в результаті взаємодії з рецепторами мембран певних фізіологічно активних сполук, зокрема гормонів адреналіну та глюкагону тощо.

2. Активація циклічних АМФ протеїнкіназ (протеїнкіназа А), функцією яких є фосфорилювання інших ферментних білків. Ці цАМФ-залежні протеїнкінази є регуляторними ферментами, що активуються цАМФ за механізмом алостеричного конюролю.

ЦАМФ-залежна протеїнкіназа є тетрамером, що складається з двох каталітичних та двох регуляторних субодиниць (С2R2), як і інші ферменти з алостеричним механізмом регуляції. Взаємодія чотирьох молекул цАМФ із R-субодиницями призводить до дисоціації протеїнкіназного комплексу з вивільненням С-субодиниц, які спроможні до каталізу відповідної реакції(тобто фосфорилювання відповідних білків):

С₂R₂ + 4 цАМФ → 2С + R₂- цАМФ

— виконують функції вторинних посередників; — підсилення сигналу в клітині в 100 раз;

— цAMФ грає роль в морфології, рухомості клітини, в кровотворенні, клітинному імунітеті та ін.