Залежність швидкості реакції від концентрації ферменту та субстрату

· Швидкість ферментативної реакції буде прямо пропорційно залежати від концентрації ферменту, а саме: V = k · [E], тобто збільшення в клітині рівня певного ферментного білка повинно супроводжуватися зростанням швидкості реакції, що каталізується цим ферментом.

· Більш складною є залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації субстрату. При низьких концентраціях субстрату швидкість реакції прямо пропорційна його концентрації (реак- ція 1-го порядку), а при високих концентраціях досягається ефект насичення, тобто незалежність V від [S].

Рівняння залежності V від [S], або рівняння Міхаеліса-Ментен: V = Vmax · [S]/ Km + [S]

У випадку, коли V = 1/2 Vmax, маємо Km = [S].

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

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

Залежність швидкості реакції від рН та температури

· Вплив рН на активність ферментів

Кожен фермент має свій рН-оптимум, тобто значення рН середовища, при якому його каталітична активність максимальна. Залежність активностей ферментів від змін рН визначається їх білковою природою, розвитком конформаційних змін молекул. Більшість внутрішньоклітинних та тканинних ферментів організму людини найактивніші в нейтральному, слаболужному або слабокислому середовищі (звичайно, вмежах рН між 5,0 та 9,0).

· Вплив температури на активність ферментів

– зростання температури до оптимальних значень (для більшості ферментів — у межах 37-40 °C) cупроводжується збільшенням швидкості ферментативної реакції

– при збільшенні температури вище оптимального значення швидкість ферментативної реакції різко зменшується за рахунок конформаційних (денатураційних) змін у структурі ферментного білка.

9. Активатори та інгібітори ферментів: приклади та механізми дії.

Активування ферментів.

Речовини, які підвищують активність ферментів, одержали назву активаторів. До активаторів належать кофактори, іони металів, різноманітні модифікатори тощо. Субстрат у певних межахконцентрацій є активатором - після досягнення насичених концентрацій субстрату активність ферменту не зростає.Досить часто роль активаторів виконують іони металів. Активація деяких ферментів може здійснюватися шляхом приєднання до алостеричного центру ферменту якої-небудь специфічної модифікуючої групи, що сприяє зміні конформації ферменту і його активного центру. Прикладами можуть бути іони хлору, які є активаторами амілази слини; іони водню, які підвищують активність пепсину; жовчні кислоти, які посилюють дію ліпази підшлункової залози; лужна фосфатаза може активуватися катіонами. Активація деяких ферментів протеолітичним шляхом. Наприклад, проферментом пепсину є пепсиноген, який виробляється в стінках шлунка. Відщеплення від його молекули невеликого пептидного ланцюга за участю соляної кислоти в шлунку призводить до утворення пепсину і формування його активного центру.(трипсин тим же шляхом)

Інгібітори ферментів

Інгібітори — хімічні сполуки, що зменшують каталітичну активність ферментів. Дія інгібіторів є специфічною стосовно певних ферментів або груп ферментів, вони мають низьку концентрацію.

Залежно від характеру змін, що відбуваються вмолекулі ферменту, розрізняють:

– зворотне інгібірування

– незворотне інгібірування

1) Зворотне інгібірування ферментів, залежно від механізму взаємодії ферменту з інгібітором, поділяється на конкурентне та неконкурентне.

Конкурентне інгібірування викликають різні антиметаболіти, тобто сполуки, близькі за будовою до справжніх клітинних метаболітів: антивітаміни; речовини, близькі до амінокислот, пуринових та піримідинових основ і нуклеотидів. Конкурентні інгібітори збільшують константу Міхаеліса Кm ферменту і не впливають на Vmax реакції.

Неконкурентне інгібірування. Неконкурентні інгібітори не мають структурної подібності до субстрату. Вони реагують з іншими, відмінними від активнихцентрів, ділянками на молекулі ферменту і можуть зв’язуватися не тільки з вільним ферментом, а й із фермент-субстратним комплексом. Приєднання неконкурентного інгібітора доферменту зменшує його максимальну швидкість реакції (Vmax), але не впливає на спорідненість ферменту із субстратом (Кm) Неконкурентними інгібіторами є іони важких металів (Cu2+, Hg2+, Ag+) та їх похідні.

2) Незворотне інгібірування ферментів — процес, що відбувається внаслідок руйнування або незворотної хімічної модифікації однієї чи декількох функціональних груп ферменту.

Прикладом такої модифікації молекули ферменту є дія алкілуючих агентів (зокрема, йодацетаміду), що незворотно реагують із каталітично активними SH-групами. Практично важливим прикладом незворотного інгібірування ферменту шляхом ковалентного зв’язування інгібітора з активним центром є вплив фосфорор ганічних сполук (ФОС) на активність ферменту ацетилхолінестерази.

10. Типи інгібірування ферментів: зворотнє(конкурентне, неконкурентне) та незворотнє інгібування.

Інгібітори ферментів

Інгібітори — хімічні сполуки, що зменшують каталітичну активність ферментів. Дія інгібіторів є специфічною стосовно певних ферментів або груп ферментів, вони мають низьку концентрацію.

Залежно від характеру змін, що відбуваються вмолекулі ферменту, розрізняють:

– зворотне інгібірування

– незворотне інгібірування

1) Зворотне інгібірування ферментів, залежно від механізму взаємодії ферменту з інгібітором, поділяється на конкурентне та неконкурентне.

Конкурентне інгібіруванняс причиняють ліганди, що за своєю хімічною структурою близькі до субстрату і взаємодіють із тим самим активним центром на молекулі ферменту, що і субстрат. Конкурентне інгібірування викликають різні антиметаболіти, тобто сполуки, близькі за будовою до справжніх клітинних метаболітів: антивітаміни; речовини, близькі до амінокислот, пуринових та піримідинових основ і нуклеотидів. Конкурентні інгібітори збільшують константу Міхаеліса Кm ферменту і не впливають на Vmax реакції.

Неконкурентне інгібірування. Неконкурентні інгібітори не мають структурної подібності до субстрату. Вони реагують з іншими, відмінними від активних центрів, ділянками на молекулі ферменту і можуть зв’язуватися не тільки з вільним ферментом, а й із фермент-субстратним комплексом. Приєднання неконкурентного інгібітора доферменту зменшує його максимальну швидкість реакції (Vmax), але не впливає на спорідненість ферменту із субстратом (Кm) Неконкурентними інгібіторами є іони важких металів (Cu2+, Hg2+, Ag+) та їх похідні.

2) Незворотне інгібірування ферментів — процес, що відбувається внаслідок руйнування або незворотної хімічної модифікації однієї чи декількох функціональних груп ферменту.

Прикладом такої модифікації молекули ферменту є дія алкілуючих агентів (зокрема, йодацетаміду), що незворотно реагують із каталітично активними SH-групами. Практично важливим прикладом незворотного інгібірування ферменту шляхом ковалентного зв’язування інгібітора з активним центром є вплив фосфорор ганічних сполук (ФОС) на активність ферменту ацетилхолінестерази.

11. Регуляція ферментативних процесів. Шляхи та механізми регуляції: алос- теричні ферменти; ковалентна модифікація ферментів.

Існують два принципових шляхи регуляції інтенсивності, або швидкості біо- хімічних ферментативних реакцій:

А — через зміну каталітичної активності ферменту.

Б — череззміну кількості ферменту (або ферментів), що визначають перебіг ферментативного процесу.

А. Цей шлях забезпечує термінову адаптацію ферментного апарату організму і реалізується протягом декількох секунд або хвилин — механізм “швидкого реагування”. Існують чотири основних механізми регуляції каталітичної активності ферментів:

1. Алостерична регуляція активності ферментів.

2. Регуляція активності ферментів за рахунок їх ковалентної модифікації.

3. Активація ферментів шляхом обмеженого протеолізу.

4. Активація та гальмування активностей ферментів за допомогою особливих регуляторних білків.

Б. Другий шлях регуляції є механізмом довготривалої адаптації ферментного апарату. Для його включення і повної реалізації необхідно декілька годин або діб. У більшості випадків він полягає в змінах в інтенсивності біосинтезу певного ферментного білка за рахунок впливу на систему ядерного генома або рибосомального білкового синтезу.

Алостеричні ферменти — це різновид регуляторних ферментів, що, крім активного центру, мають додатковий регуляторний (алостеричний) центр, з яким взаємодіють алостеричні регулятори (ефектори, модулятори). Алостеричні ефектори можуть бути як позитивними, тобто такими, що збіль шують каталітичну активність ферменту (алостеричні активатори), так і нега тивними, тобто такими, що її гальмують (алостеричні інгібітори). Активний та регуляторний (алостеричний) центри локалізуються на різних білкових субодиницях — каталітичній та регуляторній. Модифікація каталітичної активності такого ферменту здійснюється шляхом передачі на каталітичні субодиниці конформаційних змін із регуляторних субодиниць, які відбуваються в останніх після взаємодії з ефекторами. Існують два фізичних стани алостеричного ферменту, що відрізняються своєю конформацією та каталітичною активністю: каталітичний (релаксований) стан та інгібірований стан.