Основы кинетики ферментативных реакции

реакций, катализируемых ферментами, от химической природы реагирующих веществ, а также

от факторов окружающей среды.

Для измерения каталитической активности ферментов используют
скорость реакции или активность фермента.

Скорость ферментативной реакции - изменение количества молекул субстрата или продукта за единицу времени.

Скорость ферментативной реакции - мера каталитической активности фермента, её обозначают как активность фермента.

или продукта (увеличение) за единицу времени:

V= D[S]/t = D[P]/t.

На начальном

этапе [0 - t0] скорость реакции прямо пропорциональна времени и имеет линейную зависимость.

С течением времени изменение скорости ферментативной реакции в экспериментальных условиях уменьшается.

к кривой профиля реакции. Чем больше угол наклона, тем больше

изменение скорости реакции.

и активность ферментов,
концентрация субстрата,
температура среды,
рН раствора,
присутствие

регуляторных молекул (активаторов и ингибиторов).

в условиях избытка субстрата скорость реакции будет зависеть от концентрации

фермента.

Количество фермента часто невозможно определить в абсолютных величинах, поэтому на практике пользуются условными величинами, характеризующими активность фермента: одна международная единица активности (ME) соответствует такому количеству фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 мин при оптимальных условиях проведения ферментативной реакции. Оптимальные условия индивидуальны для каждого фермента и зависят от температуры среды, рН раствора, при отсутствии активаторов и ингибиторов.

пределов оказывает влияние на скорость ферментативной реакции, подобно влиянию температуры

на любую химическую реакцию.
1. С повышением температуры ускоряется движение молекул, что приводит к повышению вероятности взаимодействия реагирующих веществ.
2. Температура может повышать энергию реагирующих молекул, что также приводит к ускорению реакции.
Однако скорость химической реакции, катализируемая ферментами, имеет свой температурный оптимум, превышение которого сопровождается понижением ферментативной активности, возникающим из-за термической денатурации белковой молекулы

скорости реакции; Ea – энергия активации реакции; R – газовая

постоянная; Т– абсолютная температура; А– коэффициент пропорциональности (характеризует частоту столкновений реагирующих молекул)

где V1 –скорость реакции при температуре T1; V2 – скорость реакции при температуре T2; γ– коэффициент Вант-Гоффа;

природе существуют и термостабильные ферменты.

Например, Taq-полимераза, выделенная из микроорганизмов,

живущих в горячих источниках, не инактивируется при повышении температуры до 95 °С. Этот фермент используют в научно-практической медицине для молекулярной диагностики заболеваний с использованием метода полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Фермент мышечной ткани– миокиназа, которая выдерживает нагревание до 100°С.

рН раствора, в котором протекает ферментативная реакция.

Для каждого фермента

существует значение рН, при котором наблюдается его максимальная активность.

Отклонение от оптимального значения рН приводит к понижению ферментативной активности.

аминокислотных остатков данного белка, обеспечивающих оптимальную конформацию активного центра фермента.

Например, при закислении среды происходит протонирование свободных аминогрупп (NH3+), а при защелачивании происходит отщепление протона от карбоксильных групп (СОО-).
Это приводит к изменению конформации молекулы фермента и конформации активного центра; следовательно, нарушается присоединение субстрата, кофакторов и коферментов к активному центру.

пространственную организацию субстрата, что также влияет на сродство субстрата к

активному центру.

При значительном отклонении от оптимального значения рН может происходить денатурация белковой молекулы с полной потерей ферментативной активности.

Оптимум значения рН у разных ферментов различный. Ферменты, работающие в кислых условиях среды (например, пепсин в желудке или лизосомальные ферменты), эволюционно приобретают конформацию, обеспечивающую работу фермента при кислых значениях рН. Однако большая часть ферментов организма человека имеет оптимум рН, близкий к нейтральному, совпадающий с физиологическим значением рН.

факторов, определяющих скорость ферментативной реакции, является концентрация субстрата (или субстратов)

и продукта(продуктов).
В случае постоянной концентрации фермента скорость реакции постепенно увеличивается, достигая определенного максимума, при котором дальнейшее увеличение количества субстрата практически не оказывает влияния на скорость ферментативной реакции.
В таких случаях принято считать, что субстрат находится в избытке, а фермент полностью насыщен, т. е. все молекулы фермента связаны с субстратом.
Фактором, ограничивающим скорость реакции, при этом становится концентрация фермента.