2 курс / Биохимия / Лекции_по_общей_биохимии_Для_студентов_медицинских_вузов_Тимин_О

2.Зависимость активности фер-

мента от рН – описывается колоколообразной кривой с максимумом скорости при оптималь-

ном для данного фермента значения рН.

Для каждого фермента существует определенный узкий интервал рН среды, который является оптимальным для проявления его высшей активности. Например, оптимальные значения рН для пепсина 1,5-2,5,

трипсина 8,0-8,5, амилазы слюны 7,2, аргиназы 9,7, кислой фосфатазы 4,5-5,0, сукцинатдегидрогеназы 9,0.

Объясняется это наличием таких аминокислот в структуре фермента, заряд которых изменяется при изменении рН (лизин, аргинин, глутамат, аспартат). Изменение ионизации аминокислот приводит к изменению конформации молекулы и, следовательно, субстрат связывается или не связывается с активным центром.

3. Зависимость от количества фермента

При увеличении количества молекул фермента скорость реакции возрастает непрерывно и прямо пропорционально количеству фермента, т.к. большее количество молекул фермента производит большее число молекул продукта Зависимость активности фермента от субстрата описывает ферментативная кинетика, ее центральным понятием является константа Михаэлиса (Km) (см ниже).

4. Зависимость активности фермента от концентрации субстрата

При увеличении концентрации субстрата скорость реакции сначала возрастает, т.к. к катализу добавляемых молекул субстрата подключаются новые и новые молекулы фермента. Т.е. скорость накопления продукта возрастает, и это означает увеличение активности фермента. Затем наблюдается эффект насыщения (плато на кривой), когда все молекулы фермента заняты молекулами субстрата и непрерывно ведут катализ. Здесь скорость реакции максимальна. В некоторых случаях, при дальнейшем увеличении концентрации субстрата между его молекулами возникает конкуренция за активный центр фермента и активность фермента (скорость реакции) снижается.

Уравнение Михаэлиса-Ментен

Зависимость активности фермента от субстрата описывает уравнение МихаэлисаМентен, использующее константу Михаэлиса (Km), биологический смысл которой заключается в характеристике сродства фермента к субстрату, а именно: увеличение величины Кm означает снижение сродства фермента к субстрату.

2.Абсолютная специфичность – фермент производит катализ только одного вещества. Например, уреаза расщепляет только мочевину, глюкокиназа фосфорилирует только D- глюкозу.

3.Групповая специфичность – катализ субстратов с общими структурными особенностями,

т.е. при наличии определенной связи или химической группы:

o наличие пептидной связи, например, • бактериальный фермент субтилизин специфичен к пептидной связи независимо от строения образующих ее аминокислот, • пепсин катализирует разрыв пептидной связи, образованной аминогруппами ароматических аминокислот (см "Внешний обмен белков"), • тромбин в своих субстратах расщепляет пептидную связь только между аргинином и глицином.

o наличие ОН-группы, например, алкогольдегидрогеназа окисляет до альдегидов одноатомные спирты (этанол, метанол, пропанол).

4.Относительная групповая специфичность – превращение субстратов с некоторыми об-

щими признаками. Например, цитохром Р450 окисляет только гидрофобные вещества, которых насчитывается около 7000.

МЕ Х А Н И З М Ы СПЕЦИФИЧНОСТИ

Вобщем виде все сводится к комплементарному взаимодействию фермента и субстрата. При этом функциональные группы субстрата взаимодействуют с соответствующими им функциональными группами фермента. Наличие субстратной специфичности объясняют две гипотезы:

1. Гипотеза Фишера (модель "жесткой матрицы", "ключ-замок") – активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата и не изменяется при его присоединении. Эта модель хорошо объясняет абсолютную специфичность, но не групповую.

2. Гипотеза Кошланда (модель "индуцированного соответствия", "рука-перчатка") – подразумевает гибкость активного центра. Присоединение субстрата к якорному участку фермента вызывает изменение конфигурации каталитического центра таким образом, чтобы его форма соответствовала форме субстрата.

Р Е Г У Л Я Ц И Я А К Т И В Н О С Т И Ф Е Р М Е Н Т О В I N V I V O

Активность ферментов в клетке непостоянна во времени. Она чутко реагирует на ситуацию, в которой оказывается клетка, на факторы, воздействующие на клетку как снаружи, так и изнутри. Главная цель этой реакции – отреагировать на изменение окружающей среды,

ингибитор синтеза холестерина ловастатин, ингибирующий ГМГ-SКоА-редуктазу, противоопухолевый препарат метотрексат, подавляющий дигидрофолатредуктазу, непрямой антикоагулянт дикумарол, конкурент витамина К, антигипертензиный препарат метил-ДОФА, подавляющий активность ДОФА-

декарбоксилазы, средство лечения подагры аллопуринол, ингибирующий ксантиноксидазу.

Используя терминологию кинетики Михаэлиса-Ментен можно сказать, что конкурентный ингибитор уменьшает сродство фермента к субстрату, повышая константу Михаэлиса (Km), максимальная скорость реакции (Vmax) остается при этом неизменнной.

Н Е К О Н К У Р Е Н Т Н О Е И Н Г И Б И Р О В А Н И Е

Данный вид ингибирования связан с присоединением ингибитора не в активном центре, а в другом месте молекулы. Это может быть аллостерическое ингибирование, когда активность фермента снижается естественными модуляторами (см выше), или связывание с ферментом каких-либо токсинов. Например, синильная кислота (цианиды) связывается с гемовым железом ферментов дыхательной цепи и блокирует клеточное дыхание.

Особенностью неконкурентного ингибитора является его способность связываться с ферментом независимо от субстрата, т.е. изменение концентрации субстрата никак не влияет на образование комплекса фермент-ингибитор.

Максимальная скорость реакции (Vmax) при этом снижается, константа Михаэлиса (Km) не изменяется, т.е. добавление дополнительного субстрата не может повлиять на состояние активного центра и работу фермента.

БЕ С К О Н К У Р Е Н Т Н О Е И Н Г И Б И Р О В А Н И Е

Вэтом случае ингибитор связывается не в контактном участке фермента (как при конкурентном ингибировании), а только с фермент-субстратным комплексом. Поэтому повышение концентрации субстрата, увеличивая количество фермент-субстратного комплекса, усиливает и связывание ингибитора с ним. Максимальная скорость реакции уменьшается.

С М Е Ш А Н Н О Е И Н Г И Б И Р О В А Н И Е

При таком ингибировании ингибитор способен присоединяться и к активному центру, и в других частях молекулы. Максимальная скорость реакции уменьшается.