6. Кінетика ферментативних реакцій

На швидкість ферментативної реакції впивають концентрація ферменту та субстрату, температура, рН середовища, активатори та інгібітори.

Концентрація ферменту. Величина цього показника прямо пропорційна швидкості реакції.

Підвищення концентрації приводить до одночасного підвищення швидкості реакції при оптимальних умовах (надлишок субстрату, температура рН середовища). Швидкість реакції буде максимальною, коли весь фермент буде зв'язаний у фермент - субстратний комплекс.

Концентрація субстрату. Між швидкістю реакції і кількістю субстрату при оптимальних умовах існує пряма залежність. З підвищенням кількості субстрату швидкість реакції буде підвищуватись.

Температура. Ферменти являється термолабільними сполуками. З підвищенням температури на кожні 10°С швидкість реакції підвищується в два рази. Це проходить до температурного оптимуму. Так називають інтервал температур в якому ферменти проявляють найбільшу активність. Для більшості ферментів це 35-45°С. В організмі людини оптимальна температура для дії ферментів 37°С. Підвищення температури приводить до зниження активності ферменту і швидкості реакції, а при 70-80°С фермент перестає діяти. Це зв'язано з тим, що ферменти мають білкову природу і при підвищенні температури змінюється структура активного центру настільки, що він перестає взаємодіяти з субстратом, тобто відбувається денатурація. При високій температурі структура білка руйнується і руйнується активний центр ферменту.

Зниження температури викликає і зниження швидкості ферментативної реакції, але при цьому фермент зберігає свою структуру і властивості. Якщо температуру підняти до оптимуму, активність ферменту і швидкість реакції відновлюється. Цю властивість застосовують у медицині при хірургічних операціях, наприклад, при проведенні операції на грудній порожнині, організм хворого охолоджують приблизно до 22-25°С, з метою знизити активність ферментів і відповідну швидкість реакцій, тобто обмін речовин в організмі.

рН середовища. Кожний фермент проявляє свою активність тільки при оптимальному рН викликає зниження активності ферменту і зниження швидкості реакції, а при значній зміні реакції середовища фермент інактивується. Це зв'язано з тим, що в утворенні ферменту – субстратного комплексу приймають участь електростатичні зв’язки, які утворюються між протилежно зарядженими функціональними групами субстрата і активного центра ферменту. Такий заряд створюється тільки специфічною рН.

Активатори – являються факторами, що підвищують швидкість ферментативної реакції. Прикладами можуть бути іони хлору, що є активаторами амілази слини Н⁺, які підвищують активність пепсину, жовчні кислоти, що підвищують активність ліпази підшлункової залози. Існує і процес самоактивації. Багато ферментів виробляється в неактивній формі в клітинах в виді проферментів або зимогенів, у яких активний центр заблокований ділянкою пептидного ланцюга.

В результаті цього субстрат не може з'єднатися з активним центром ферменту. Видалення такого додаткового поліпептиду приводить до звільнення активного центру і можливості утворення фермент-субстратого комплексу. Наприклад, проферментом пепсину являється пепсиноген. Відщеплення від його молекули невеликого поліпептидного ланцюга приводить до утворення активного пепсину.

Інгібітори знижують швидкість ферментативної реакції шляхом пригнічення дії ферменту. Даний процес носить назву інгібірування. Інгібірування буває зворотне і незворотне. При незворотному інгібіруванні повністю втрачається активність ферментів, що зв'язано з руйнуванням їх структури. До таких інгібіторів відносяться різні денатуруючі агенти (сильні кислоти, луги, спирти), отрути, фосфорорганічні сполуки.

Зворотне інгібірування проходить тільки в період взаємодії ферменту з інгібітором, видалення якого знову повертає активність ферменту. Воно буває конкурентним і неконкурентним.

Конкурентне має в своїй основі конкуренцію між субстратом і інгібітором за взаємодію з активним центром ферменту. Це можливо тільки тоді, коли структура інгібітора подібна структурі субстрату, інгібітор є структурним аналогом субстрату. Тільки при цій умові інгібітор може взаємодіяти з активним центром ферменту.

Друга особливість конкурентного інгібірування - це строге кількісне співвідношення між субстратом і інгібітором.

Інгібірування може пройти тільки тоді, коли інгібітору буде більше, ніж ферменту.

Неконкурентне - інгібітор не є структурним аналогом субстрату і з'єднується з не активним центром, а з другим центром молекулами, що носить назву алостеричного центру. В результаті цього змінюється структура всього ферменту, в тому числі і активного центру, який уже не може приєднувати субстрат.

Коферменти теж є факторами, що впливають на швидкість реакції, при цьому відмічається пряма залежність між концентрацією коферменту і швидкістю реакції.