бышевский-биохимия для врача

Принимая во внимание, что в состоянии равновесия скорость образования и распада комплекса одинакова, записываем уравнение 2.

1. Е + S v — " =2 ES + Е

Преобразуя уравнение 2, получаем выражение, правый член которого содержит только значения констант скорости (уравнение 3). Их соотношение

впредставленном виде — константы Михаэлиса:

Ц+ Ц

К= ------------

k-i

Как видно из левого члена уравнения 3, Km выражена через произведение концентрации свободного фермента на концентрацию субстрата, отнесенную к концентрации связанной формы фермента. Скорость образования продукта реакции описывается уравнением 4. Подставив в него значение [Es] из уравнения 3, получаем уравнение 5. Так как Vm достигается при концентрации, насыщаю­ щей все молекулы фермента, ([EJ = [ES].

Следовательно, справедливо уравнение 6. Подставив значение Vmax из уравнения б в уравнение 5, получаем уравнение 7 для константы Михаэлиса. Из этого уравнения следует, что Km может быть рассчитана, если известна

концентрация субстрата, начальная и максимальная скорость реакции, т.е. величины, доступные экспериментальному исследованию.

Если скорость реакции равна половине максимальной V = V2Vmax, то уравнение

ции можно разделить на конкурентные и неконкурентные.

Конкурентные ингибиторы представлены соединениями, структура которых сходна со структурой субстрата. Эго позволяет им связываться с активным центром фермента, причем степень их сродства к ферменту может быть как выше, так и ниже сродства между ферментом и субстратом.

Реакция в присутствии ингибитора (I) протекает следующим образом:

Как видно из уравнения, часть молекул фермента занята в реакции с ингибитором. Это снижает концентрацию свободного фермента, а следователь­ но, снижает и скорость ферментативной реакции.

Результат действия конкурентного ингибитора четко проявляется при гра­ фическом изображении зависимости максимальной скорости реакции (V ) от концентрации субстрата [S] (рис. 24).

Анализ графика свидетельствует, что максимальная скорость ферментатив­ ной реакции без ингибитора (черная линия) такая же, как и при добавлении малого или большого количества ингибитора (кривые а и б соответственно). Наклон кривых в присутствии ингибитора увеличивается, в результате чего увеличивается значение константы Михаэлиса. Пользуясь кривой М ихаэлиса (рис. 24), можно по результатам эксперимента установить конкурентную природу ингибитора (по стабильности V и увеличению К т ).

Характер этой кривой свидетельствует и об обратимости ингибирования: увеличивая концентрацию субстрата, можно сократить время достижения максимальной скорости реакции.

Конкурентные ингибиторы — многие соединения. Например, малоновая кислота (ингибитор сукцинатдегидрогеназы) напоминает субстрат этого ф ер­ мента — янтарную кислоту; четвертичные аммониевые основания (ингибиторы холинэстеразы) подобны субстрату — ацетилхолину.

W . W . W W. . . . . «

Рис. 24. Конкурентное ингибирование (зависимость V max от (S). Небольшое (а) и большое (Ь) количество ингибитора не изменяет максимальной скорости, но эта скорость достигается при больших концентрациях субстрата. Кт , найденная через 1 /2 V max, тем больше, чем больше ингибитора.

Некоторые конкурентные ингибиторы образуются в процессе обмена ве­ ществ: аналоги аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований. Такие соединения — конкуренты природных субстратов, их называют антиметабо­ литами. Антиметаболиты тормозят в организме определенные метаболические процессы, в связи с чем их используют в медицинской практике при лечении злокачественных образований (аналоги пуринов и пиримидинов блокируют превращение этих соединений, ведущих к синтезу ДНК, что задерживает рост клетки). Аналоги парааминобензойной кислоты — сульфаниламиды — исполь­ зуют как антимикробное средство, так как они тормозят синтез фолиевой кислоты, необходимой для роста микроорганизмов.

Конкурентное ингибирование могут осуществлять и продукты ферментатив­ ной реакции (или цепи реакций). Например, глюкоза тормозит глюкозо-6- фосфатазу, которая катализирует гидролиз глюкозо-6-фосфата:

Биологический смысл такого ингибирования — регуляция образования глюкозы. Если глюкоза накопилась в достаточном количестве и дальнейшее ее образование нецелесообразно, высокие концентрации глюкозы тормозят ее дальнейшее высвобождение из глюкозо-6-фосфата. Приведем пример тормо­ жения фермента продуктом, образующимся в результате длинноцепочной реакции. Продукт Р расщепляет энзим Е до продукта Р , а Рр в свою очередь,

— энзимом Ej до продукта Р2 и т.д. до продукта Рп — конкурентного ингибитора энзима Е. Благодаря этому при избыточном образовании продукта Рп первая реакция, с которой начинается его образование, тормозится.

Неконкурентные ингибиторы присоединяются к ферменту вне активного центра. В связи с этим избыток субстрата не снимает торможения, а наряду с начальной скоростью реакции снижается и максимальная, тогда как сродство фермента к субстрату, т.е. Кш, не изменяется.

[S]

Рис. 25. Неконкурентное ингибирование. Меньшие (а) и большие (в) количес­ тва ингибитора снижают начальную и максимальную скорость ферментативной реакции, протекающей без ингибитора (с). Константа Михаэлиса во всех опытах одинакова.