Зависимость скорости ферментативной реакции от рН

Скорость ферментативных реакций значительно зависит от кислот­ности среды, в которой они протекают.

Для каждого фермента имеется определенное значение рН, при котором наблюдается наибольшая ско­рость реакции - рН-оптимум. При отклонении в любую сторону от этого значения рН резко уменьшается ферментативная активность. Важно подчеркнуть, что величина рН-оптимума у разных ферментов колеблется в большом диапазоне значений рН, в то время как темпера­турный оптимум для большинства ферментов составляет 37-40 °С. В качестве примера можно привести значения рН-оптимума следую­щих ферментов (рис.):

Пепсин желудочного сока - 1,0-2,0

Амилаза слюны - 6,8-7,0

щелочная фосфатаза плазмы крови - 9,0-10,0

Влияние кислотности среды на скорость ферментативных реакций обусловлено тем, что при изменении кислотности меняется конформа-ция всей белковой молекулы фермента, в том числе изменяется кон-формация активного центра и его способность осуществлять катализ.

 

V

V

 

рН 1,5 7,0

 

 

Рис. Зависимость скорости ферментативной реакции от рН

(1 - пепсин, 2 - амилаза, 3 - щелочная фосфатаза)

При рН-оптимуме фермент находится в оптимальной для проявления каталитических свойств конформации. При небольшом отклонении ве­личины кислотности от рН-оптимума наблюдается незначительное изменение конформации, носящее обратимый характер. При значитель­ном отклонении от рН-оптимума (в сильнокислой и сильнощелочной среде) происходит необратимая денатурация ферментного белка, при­водящая к полной утрате каталитической активности.

При работе с ферментами в лабораторных условиях в реакционную среду вводят буферные растворы, рН которых соответствует рН-оптимуму изучаемых ферментов.

Ингибиторы ферментов

Скорость ферментативной реакции существенно зависит от присут­ствия ингибиторов и активаторов.

Ингибиторы (I) - это химические соединения (обычно низкомоле­кулярные), которые, находясь в низких концентрациях, избирательно тормозят определенные ферментативные реакции. При этом ингибитор всегда присоединяется к ферменту с образованием фермент-ингибиторного комплекса. Фермент, связанный с ингибитором, теряет свою каталитическую активность.

Если связи между ферментом и ингибитором прочные, то действие ингибитора носит необратимый характер, и торможение нарастает во времени вплоть до полного прекращения ферментативной реакции:

Е + I à Е 1

Такие ингибиторы называются необратимыми. Примером необра­тимых ингибиторов являются фосфорорганические соединения (табун, зарин, дихлофос, карбофос и др.), избирательно и необратимо угне­тающие важнейший фермент организма холинэстеразу, участвующую в передаче нервных импульсов.

Если ингибитор присоединяется к ферменту за счет непрочных свя­зей, то торможение фермента является обратимым и не зависит от вре­мени:

àß

Е+I Е1

Ингибиторы такого типа называются обратимыми.

В свою очередь, обратимые ингибиторы делятся на две разновидно­сти: конкурентные и неконкурентные.

Конкурентные ингибиторы присоединяются к активному центру фермента, т. е. к тому же участку поверхности фермента, что и суб­страт. Поэтому между ингибитором и субстратом идет конкуренция за присоединение к активному центру. Занимая активный центр, ингиби­тор тем самым препятствует образованию фермент-субстратного ком­плекса - первой стадии ферментативного катализа. Конкурентные ин­гибиторы обычно по строению похожи на субстрат.

Неконкурентные ингибиторы присоединяются к ферменту вне ак­тивного центра. Этот участок поверхности фермента называется алло-стерический центр (т. е. находящийся в другом месте по сравнению с активным центром).

Присоединение неконкурентного ингибитора к аллостерическому центру вызывает неблагоприятное изменение пространственной струк­туры (конформации) всей молекулы фермента, в том числе и активного центра. В результате каталитические свойства фермента снижаются.

Неконкурентные ингибиторы участвуют в регуляции скорости ферментативных реакций, протекающих в организме. В роли неконку­рентных ингибиторов могут быть гормоны, конечные и промежуточ­ные продукты ферментативных реакций, ионы металлов, лекарствен­ные вещества.

Активаторы ферментов

Активаторы - вещества, избирательно повышающие скорость оп­ределенных ферментативных реакций. Активаторы, подобно неконку­рентным ингибиторам, присоединяются обратимо к аллостерическому центру фермента. Но в этом случае изменение конформации фермента будет благоприятным для функционирования активного центра, что приводит в итоге к повышению скорости ферментативной реакции. В организме активаторами являются некоторые гормоны, промежуточ­ные продукты метаболических процессов, ионы металлов, а также ле­карственные препараты.