Единицы измерения активности

Катал — это количество фермента, которое обеспечивает превращение 1 моля субстрата за 1 секунду.

Стандартная единица (U) — это количество фермента, которое превращает 1 мкмоль субстрата за 1 минуту. 1 U = 16,67 нкатал (нанокатал).

В медицине активность ферментов выражают чаще всего в единицах активности на
1 л биологической жидкости.

Удельная активность — выражается в единицах активности, рассчитанной на 1 мг белка.

Влияние температуры

Наивысшую активность ферменты обычно проявляют в очень узком интервале температур (40–50°С). До этого интервала с повышением температуры скорость катализируемой ферментами реакции повышается.

Выше оптимальной температуры активность ферментов снижается, а при температуре 50–60°С совер­шенно прекращается — фермент инактивируется (существуют термоустойчивые ферменты).

Влияние рН

Для каждого фермента существует определенное значение рН, при котором его действие оптимально. Объясняется это зависимостью диссоциа­ции ионогенных групп фермента или субстрата от реакции среды. Активность фермента зависит от определенного состояния (ионизиро­ван­ного или неиони­зиро­ванного) активного центра. На рисунке показаны два фермента с различными рН оптимумами.

Влияние концентрации субстрата

Исследование влияния концентрации субстрата на активность фермента позволило во многом объяснить механизм действия фермента. При постоянной концентрации фермента начальная скорость реакции растет пропорционально увеличению концен­тра­ции субстрата (реакция первого порядка для низких концентраций субстрата). При высоких концен­трациях скорость реакции достигает своего максимального значения (Vmax) и не зависит от концентрации субстрата (реакция нулевого порядка). Эта кривая описывается уравнением Михаэлиса-Ментен:

 

 

К_м — это константа Михаэлиса. Она численно равна той концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину от максимального значения. С помощью К_м можно характеризовать сродство данного фермента к данному субстрату. Чем меньше К_м, тем больше сродство фермента к данному субстрату. Если К_м высока, то это означает, что сродство фермента к такому субстрату низкое и реакция при небольших концентрациях субстрата протекает неэффективно.

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

Принципы регуляции химических процессов в клетке

Изменить скорость химического процесса в клетке можно путем: а) изменения количества субстрата или продукта реакции (регуляция проницаемости мембран); б) изменения количества фермента (регуляция синтеза белков); в) изменения активности фермента. Ниже будут приведены механизмы регуляции активности фермента. Можно выделить три основных принципа специфической регуляции активности ферментов: изостерическая регуляция, аллостерическая регуляция и ковалентная модификация структуры ферментов.

Влияние ингибиторов

Ингибиторы ферментов — это вещества, замедляющие ферментативные реакции.

Конкурентные (изостерические) ингибиторы имеют следующие характе­рис­тики: а) они похожи по структуре на субстрат (изо — подобный); б) эффект конкурентного ингибитора может быть устранен избытком субстрата (V_max не изменяется, а соответствующая K_m увеличивается). Как субстрат, так и ингибитор связываются с ферментом в одном и том же участке, и связывание там одного из них исключает связывание второго.

Неконкурентные ингибиторы имеют следующие характе­ристики: а) ингибитор не похож по структуре на субстрат; б) эффект неконкурентного ингибитора не может быть устранен избытком субстрата (V_max уменьшается, а K_m остается неизменной). Связывание ингибитора с ферментом не влияет на связывание субстра­та с ферментом.

Ингибитор может связываться как с ферментом, так и с фермент-субстрат­ным комплексом, но только ES-комплекс (а не ESI-комплекс) ведет к образованию продукта.

По аналогии с изостерическими этот вид ингибиторов должен быть назван аллостерическим (аллос — иной, другой), однако термин «аллостерический» закрепился за регуляторами, действующими на мультимерные ферменты, субъединицы которых кооперативно реагируют на присоединение или удаление регулятора.