Индукция ферментов в норме и патологии - Крицман М.Г.
Скачать (прямая ссылка):
этом необходимо учесть, что заряд или диполь молекулы субстрата может
изменить распределение подвижных зарядов в молекуле фермента и вызвать
появление дополнительных сил поляризации или дополнительных сил
притяжения между активным центром фермента и субстратом. При образовании
фермент-субстратного комплекса также имеют значение водородные и ван-дер-
ваальсовы связи.
В случае, если ферментативная реакция осуществляется с участием одного
субстрата и образованием одного продукта, то реакция фермент - субстрат
может быть выражена:
fc+i
F+S FS fe+2 F + P,
h-1
где F - фермент; S - субстрат, k+l и k- константы скорости образования и
распада фермент-субстратного комплекса; &+2 - константа скорости
образования продукта; FS - комплекс фермент-субстрат; Р - продукт
реакции.
Суммарная скорость определяется концентрацией фермент-субстратного
комплекса, когда [S] > [Р].
Концентрация [.PS] остается постоянной до тех пор, пока сохраняется такое
соотношение между F и S при условии стационарности процесса:
2 й -^Г=0; 2 =*+1 (F) I-SJ-*-i t-FSI - *+2 [fSJ.
При обозначении общей концентрации фермента как [F]0 = [F] + [FS],
162
фермёнт-субстратный комплекс может быть выражен:
FS = _ k+l[FhlS]
h ^+2 + ^+1 [S]
При делении числителя и знаменателя на k + 1 получается следующее
уравнение:
[F]olS]
FS =
K+i
Из уравнения видно, что образование комплекса зависит от трех констант
скорости. Эта зависимость может быть выражена:
&-1+&+2 __д- . fs=JF]^sL
k+i
где Кт носит название константы Михаэлиса, хотя в ней отражается также
установленное Бриггсом и Холденом влияние на фермент-субстратный комплекс
константы скорости распада комплекса с образованием продукта. Михаэлис и
Ментен в своих работах не учитывали это явление, считая, что концентрация
комплекса зависит только от соотношения двух констант k-Jk+1, которое
обозначается как Ks и отражает отношение констант скорости образования
комплекса из субстрата и фермента и диссоциацию его на исходные
компоненты, иными словами, Ks отражает положение равновесия этой реакции.
Таким образом, скорость суммарной ферментативной реакции (и), измеряемой
по образованию продукта Р, можно выразить:
rf[FS]
dt
= k+z[FS}.
Так как " то и = •
AmTT^J
Определив константы обратимой реакции и превращения субстрат-ферментного
комплекса в продукт и константу образования фермент-су бстратного
комплекса,
можно рассчитать концентрацию фермент-су бстратного комплекса и скорость
всей реакции.
Стационарная скорость обычной ферментативной реакции линейно зависит от
начальной концентрации фермента. Зависимость стационарной скорости
ферментативной реакции от концентрации субстрата выражается гиперболой.
11* 163
При малых концентрациях субстрата, когда 5 <С Кт>
" ^ *+2 [Но [5]
" Кп,
так как Km + iSl Кт в знаменателе уравнения Михаэ-лиса, то Кт + [5]
заменяется на Кт и скорость приблизительно линейно изменяется в
зависимости от концентрации субстрата.
При значительном повышении концентрации субстрата, когда 5 > Кт, можно
считать Кт -f- [*S] = [SJ. В этом случае
V^k+2[F]0.
При высокой концентрации субстратов скорость реакции, так называемая
максимальная скорость ферментативной реакции - V достигает постоянного
значения, не зависящего от дальнейшего увеличения концентрации субстрата.
При изучении зависимости скорости реакции от концентрации субстрата,
исходя из уравнения Михаэлиса и вышеизложенных рассуждений, можно
заменить в этом уравнении k+2 [F] на V и получить следующее уравнение:
У [5] v " ГС1
" = Т^+Щ; "<(tm)TT = 0'5 = Ы
Таким образом, константа Михаэлиса численно равна концентрации субстрата,
при которой стационарная скорость ферментативной реакции равна половине
максимальной скорости.
Ферментативная реакция, так же как все химические реакции, зависит от
температуры. Однако температурная зависимость ферментативного катализа
имеет ряд особенностей, отличающих его от неорганического катализа. Так,
при повышении температуры скорость ферментативной реакции увеличивается в
узком пределе температур. Это обусловлено белковой природой
биокатализаторов, так как нагревание даже до 45-60° С меняет структуру
многих активных белков в сторону понижения их каталитической способности.
Таким образом, увеличение скорости реакции в несколько раз с повышением
температуры на каждые 10Q в соответствии с коэффициентом Аррениуса
происходит только в амплитуде температур, при которой белок сохраняет
свою нативность.
Кроме того, поскольку активность фермента зависит от его пространственной
конфигурации, которая на различных
164
температурных уровнях меняется по-разному, прирост скорости
биокаталитической реакции при повышении температуры на каждые 10°
происходит неравномерно. Такая вариабельность отсутствует при
осуществлении неферментативного катализа.
Зависимость ферментативной реакции от температуры выражается уравнением:
R In -Д-S.
Из указанного соотношения следует, что величина Ks> иными словами,
константа скорости диссоциации фермент-субстратного комплекса,
