Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

Для изучения влияния какого-либо фактора на скорость реакции все прочие факторы должны оставаться неизменными и по возможности иметь оптимальное значение. Измерять следует только начальные скорости, как указано выше.

Концентрация фермента

При высокой концентрации субстрата и при постоянстве других факторов, таких, например, как температура и pH, скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации фермента (рис. 4.6). Катализ осуществляется всегда в условиях, когда концентрация фермента гораздо ниже концентрации субстрата. Поэтому с возрастанием концентрации фермента растет и скорость ферментативной реакции.

Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

Концентрация субстрата

При данной концентрации фермента скорость ферментативной реакции возрастает с увеличением концентрации субстрата (рис. 4.7). Теоретическая максимальная скорость реакции Vmax никогда не достигается, но наступает момент, когда дальнейшее увеличение концентрации субстрата уже не влечет за собой сколько-нибудь заметного изменения скорости реакции.

Это следует объяснить тем, что при высоких концентрациях субстрата активные центры молекул фермента в любой данный момент оказываются практически насыщенными. Таким образом,

Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

сколько бы ни было в наличии избыточного субстрата, он может соединиться с ферментом лишь после того, как образовавшийся ранее фермент- субстратный комплекс диссоциирует на продукт и свободный фермент.

Температура

С повышением температуры ускоряется движение молекул, вследствие чего у молекул субстрата и фермента оказывается больше шансов столкнуться друг с другом. В результате увеличивается и вероятность того, что реакция произойдет. Температура, обеспечивающая максимальную активность, называется оптимальной температурой.

Если температура поднимается выше этого уровня, скорость ферментативной реакции снижается, несмотря на увеличение частоты столкновений. Происходит это вследствие разрушения вторичной и третичной структур фермента, иными словами, вследствие того, что фермент претерпевает денатурацию (рис. 4.8).

Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

Молекула фермента развертывается и его активный центр постепенно утрачивает присущую ему форму. Наиболее чувствительны к воздействию высокой температуры водородные связи и гидрофобные взаимодействия. Температурный оптимум для большинства ферментов млекопитающих лежит в пределах 37—40 °C.

Существуют, однако, ферменты с более высоким температурным оптимумом; у бактерий, живущих в горячих источниках, он может, например, превышать 70 °C. Именно такие фер- менты используются в качестве добавок к стиральным порошкам для стирки в горячей воде. Когда температура приближается к точке замерзания или оказывается ниже ее, ферменты инактивируются, но денатурации при этом не происходит.

С повышением температуры их каталитическая активность вновь восстанавливается. В наше время для длительного хранения пищевых продуктов широко используют такой способ, как быстрое их замораживание. Оно предотвращает рост и размножение микроорганизмов, а также инактивирует их пищеварительные ферменты, так что они оказываются уже не в состоянии вызвать разложение пищевых продуктов.

Инактивируются также и ферменты, находящиеся в самих пищевых продуктах. Замороженные продукты необходимо хранить при низких температурах, не допуская их размораживания. Последнее следует делать непосредственно перед приготовлением пищи.

4.1. Ознакомьтесь с рис. 4.9. Что вы можете сказать по поводу формы трех кривых, описывающих ход ферментативной реакции при разных температурах?
Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций
Температурный коэффициент Q10 Влияние температуры на скорость ферментативной реакции может быть выражено через температурный коэффициент Q10:

Q10 = Скорость реакции при х °С / Скорость реакции при (х + 10) °С

pH

При постоянной температуре любой фермент, как правило, работает наиболее эффективно в узких пределах pH. Оптимальным считается то значение pH, при котором реакция протекает с максимальной скоростью (рис. 4.10 и табл. 4.1).

Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций
Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

При более высоких и более низких pH активность фермента снижается. С понижением pH возрастает кислотность и увеличивается концентрация Н+-ионов. Увеличивается, следовательно, количество положительных зарядов в среде. Сдвиг pH меняет заряд ионизированных кислотных и основных групп, что ведет к разрушению ионных связей, участвующих в поддержании специфичной формы молекул фермента (разд. 3.5.3).

В результате изменяется форма молекул фермента и в первую очередь форма его активного центра. При слишком резких сдвигах pH фермент денатурирует.

4.2. а) Укажите оптимальное значение pH для активности фермента B на рис. 4.11.

б)Назовите в качестве примера какие-либо известные вам ферменты, активность которых могла бы характеризоваться
1) кривой А и 2) кривой В.
в) Почему активность фермента С снижается между pH 8 и 9?
г)Почему регуляция активности ферментов путем изменения pH важна in vivo?

д)К раствору пероксида водорода добавляли при разных значениях pH по 1 мл раствора каталазы и отмечали время, за которое удавалось собрать 10 мл 02. При этом были получены следующие результаты:

pH раствора   Время сбора газа, мин
4.00             20,00
12,50			 5.00
10,00			 6.00
13,60			 7.00
17,40			 8.00

Литература. Биология : в 3 т. Т. 1 / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут ; под ред. Р. Сопера

AOF | 04.01.2021 13:26:24