3. Влияние температуры.

Известно, что скорость химической реакции увеличивается в 2 раза при повышении температуры на 10ºС. Однако, из-за белковой природы ферментов, повышение температуры приведет к тепловой денатурации фермента и снижению скорости реакции. Оптимальная температура – это та температура, при которой скорость реакции максимальна. Для ферментов теплокровных – это 37ºС, для большинства ферментов оптимальной температурой является 35-40ºС.

При температуре 50-60ºС скорость реакции снижается, так как начинается денатурация фермента, при 20-30ºС наблюдается увеличение скорости ферментативной реакции. Поскольку стабильность отдельных ферментов при нагревании различна, этот факт находит практическое применение при выделении и очистке ферментов. В смеси ферментов с различной температурной чувствительностью можно измерить активность более устойчивого к нагреванию фермента, если предварительно нагреть смесь до температуры, разрушающей другие ферменты этой смеси. Так, в клинической практике, удается разделить разные изоферменты ЛДГ. Например, специфический для сердца изофермент ЛДГ₁ значительно менее чувствителен к нагреванию, чем другие изоферменты. Поэтому после нагревания реакционной смеси остаточная активность ЛДГ отражает активность ЛДГ₁ миокарда, а специфичные для мышц и печени ферменты при этом разрушаются.

4. Влияние рН среды.

У каждого фермента существует свой рН-оптимум – это узкий диапазон измерения рН среды для оптимального действия ферментов. Например, пепсин желудочного сока, катализирующий гидролиз белков, имеет рН-оптимум при 1,5. При рН 3,0 он теряет половину активности, а при рН 4,0 активность фермента не определяется. рН-оптимум амилазы, расщепляющей крахмал составляет 6,8 – 7,0. Изменение рН на единицу приводит к снижению активности амилазы на 50%, а при изменении на две единицы отмечается полная потеря активности. Для большинства ферментов крови оптимум рН – 7,4.

Активность ферментов, а значит и скорость химической реакции, можно регулировать, изменяя следующие параметры:

1. абсолютное количество фермента;

2. условия протекания реакции (рН, t, р), количество субстрата, наличие активаторов, ингибиторов;

3. каталитическую эффективность фермента.

Абсолютное количество фермента в клетке определяется скоростями его синтеза и распада. В клетке существует 2 вида ферментов: 1. Конститутивные ферменты – всегда присутствуют в клетках данного организма. Они являются обязательными компонентами клетки, синтезируются с постоянной скоростью в постоянных количествах. 2. Адаптивные ферменты – их образование зависит от условий, складывающихся в клетке. Среди них выделяют индуцируемые и репрессируемые ферменты.

Индуцируемыми обычно бывают ферменты с катаболической функцией. Их образование может быть вызвано или ускорено субстратом данного фермента.

Репрессируемыми обычно бывают анаболические ферменты. Ингибитором синтеза ферментов может быть конечный продукт данной ферментативной реакции.

Чтобы достигнуть повышения активности путем увеличения количества фермента, следует активировать процессы синтеза белков. Этот процесс называют индукцией. Такая индукция ферментов у высших животных осуществляется при помощи гормонов. Взаимодействуя с клетками, гормоны оказывают влияние на процессы синтеза белков. Выделение гормонов из мест их образования, желез внутренней секреции, происходит в ответ на изменение концентрации субстратов – это своеобразный сигнал необходимости перестройки ферментативной активности. Если, например, в организме снижается уровень глюкозы, то компенсаторно активируются процессы синтеза глюкозы из других веществ, в данном случае – из белков. Синтез необходимых для этого ферментов стимулируется путем выделения гормонов надпочечников (глюкокортикоиды). Восстановление нормальной концентрации метаболитов приводит к снижению выделения гормона, уменьшается индукция и тем самым количество ферментов. При помощи механизмов индукции быстрая регуляция невозможна. Эта система включается как ответ на длительно действующие изменения метаболизма.

На активность фермента оказывают влияние эффекторы – активаторы и ингибиторы. Измеряемая активность в присутствии одного и того же количества фермента повышается при добавлении положительных эффекторов и снижается при добавлении отрицательных по сравнению с реакцией, протекающей без эффектора. Подобное влияние имеет важное значение как в условиях исследований in vitro, так и в организмах (in vivo). Для проведения ферментативных реакций необходимо использовать тщательно очищенные вещества. Если, например, на стенках пробирки даже после тщательного промывания остается бихромат, это может нарушить работу фермента.

В организме эффекторы регулируют активность ферментов, т.е. обратимо изменяют их функциональное состояние, при этом ключевые реакции могут или тормозиться, или стимулироваться. Ионы металлов ускоряют связывание субстрата или активизируют конформацию активного центра (микроэлементы – Мn, Zn, Со, Sе и др., ионы – Са²⁺, Мg²⁺, Nа⁺, К⁺).

Органические соединения действуют часто как тормозящие вещества (ингибиторы).

Ингибиторы, взаимодействуя с ферментом, препятствуют образованию нормального фермент-субстратного комплекса, уменьшая тем самым скорость реакции или прекращая её.