ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика ферментативного воздействия из "Химия полимеров" Осуществление сложных химических превращений в живых организмах происходит вследствие присутствия в клетках живой материи катализаторов высокоспецифического действия. Эти вещества известны под названием ферментов. Все они без исключения представляют собой белковые макромолекулы. [c.720] Благодаря ферментам в живых клетках происходят такие хи- мические реакции, которые вообще не могли бы протекать при отсутствии каталитического действия ферментов либо происходили бы крайне медленно или только в очень жестких условиях. Тот факт, что каталитическое действие ферментов заложено в самой его молекуле и не связано с деятельностью всей клетки в целом, нетрудно доказать, так как если фермент выделить из живой клетки, очистить и перекристаллизовать, то он оказывается способным в лабораторных условиях катализировать те же реакции, которые он катализирует в живой клетке. [c.720] К хорошо известным ферментам относятся протеолитические ферменты (химотрипсин, трипсин, папаин и др.), которые катализируют гидролиз белков до пептидов меньшего молекулярного веса при обычных температурах в водных растворах при pH, часто близком к 7. (Об этих ферментах уже упоминалось в разделе 33). Без ферментативного катализа для проведения такого гидролиза требуется высокая температура и присутствие сильной кислоты или щелочи. Другой хорошо известной группой ферментов является группа окислительных ферментов, которые позволяют проводить, например, окисление сахаров в несколько хорошо регулируемых стадий. [c.720] Общей характерной особенностью ферментов является их специфичность. Специфичность (избирательность) действия протео-литических ферментов уже отмечалась в разделе 33. Еще одним примером может служить фермент фумараза, действие которой будет несколько подробнее рассмотрено ниже. Фумараза катализирует реакцию присоединения воды к фумаровой кислоте с образованием (—)-яблочной кислоты и обратный процесс дегидратации (—)-яблочной кислоты. Насколько известно, этот фермент не катализирует реакции присоединения или отделения воды для каких-либо других молекул. [c.720] ТОЛЬКО две стадии соединение фермента с исходным материалом 5, обычно называемым субстратом, и затем превращение комплекса субстрат—фермент в продукт Р плюс регенерированный свободный фермент. Окончательное уравнение скорости реакции (см. раздел 35а) идентично тому, которое применяется для описания многочисленных каталитических процессов в химии малых молекул, таких, как, например, кислотный катализ органических реакций. Если катализируемая реакция является реакцией типа З+А- -про-дукты или, например, когда в системе присутствуют другие вещества, вступающие во взаимодействие с ферментом и тем самым мешающие некоторым молекулам фермента принимать участие в катализе, то механизм и уравнение скорости реакции становятся несколько более сложными. [c.721] Но ни в одном случае не происходит процесса, который бы не имел себе подобного в химии малых молекул. [c.721] однако, неоправданным считать, что механизм ферментативных реакций—это прямое развитие представлений обычного катализа, так как все ферменты являются белками, т. е. веществами высокомолекулярной природы, и их действие обычно строго специфично. Представляется возможным, что эти две особенности ферментов взаимосвязаны и что более глубокое исследование кинетики ферментативных реакций обнаружит такие особенности механизма, которые смогут объяснить как необходимость больших размеров молекул, так и высокую специфичность их действия. Данный раздел в основном будет посвящен описанию одной ферментативной реакции, когда изучение влияния pH на ход процесса привело по крайней мере к частичному разрешению поставленной проблемы. [c.721] Здесь не делается попытки дать обзор, обобщить или даже обсудить выбранные примеры из обширной литературы по кинетике ферментативных реакций в целом. Для более общего ознакомления с данным вопросом читатель может обратиться к соответствующим работам в этой области . [c.721] Комплекс фермента с субстратом может быть записан в виде Е5, ЕР и ЕХ в зависимости от того, напоминает ли структура молекулы 5, связанной в комплексе, свое первоначальное строение или напоминает продукт Р, или имеет какую-либо другую структуру. Обычно нельзя определить, какой из этих трех возможных вариантов имеет место, и обозначение Е5 применяется без ссылки на действительное строение комплекса. [c.722] Это справедливо, конечно, только при АдС 2 когда Кт к /к- . При постоянной концентрации фермента скорость, определяемая по уравнению (35-5), увеличивается с концентрацией субстрата, вначале линейно, а затем более медленно (рис. 201). Наконец, при скорость перестает зависеть от концентрации субстрата и достигает постоянной величины з[Е]о. [c.723] Если реакция подчиняется уравнению Михаэлиса—Ментена, то график зависимости 1/у от 1/[S] линейный и параметры макс. и К,п могут быть получены по отрезку, отсекаемому на оси ординат, и по наклону прямой. [c.724] Общая формула скорости реакции, соответствующая этому механизму, весьма громоздка. Однако уравнения начальных скоростей реакций в обоих направлениях довольно простые. Если мы начнем с субстрата 5, то при нахождении начальной скорости реакцией (6) можно пренебречь. Рассуждая точно так же, как и в ранее описанном случае, мы получаем два независимых уравнения из условия, что й[ Е 1(11, й[Е ]1(И и о [ЕР]/й при достижении стационарного состояния ничтожно малы, т. е. [c.725] Из всех этих уравнений выводим уравнение начальной скорости реакции, протекающей в прямом направлении ир=й Р]1(Ц-. [c.725] Для определения начальной скорости обратной реакции мы пренебрегаем реакцией (1), а не реакцией (6) и получаем значение скорости реакции Vц=d S] dt . [c.726] Это соотношение должно оставаться справедливым независимо от дополнительных предположений, которые мы можем сделать. [c.727] УслоБИ-е равновесия для этой реакции также можно получить, исходя из равенства скоростей прямой и обратной реакций. Важно отметить, однако, что уравнения (35-8) и (35-10) для ь р и не могут быть применены для выражения скоростей прямой и обратной реакций, так как эти уравнения относятся только к начальным скоростям в обоих направлениях. [c.727] Особенно интересным фактом является зависимость констант скоростей от pH, как это показано, например, на рис. 203, где дана зависимость (Имакс.)/ - И (гамаке.) Т pH. Анализ этой зависимости будет сделан в следующем разделе. [c.728] согласно уравнению (35-13), и равно искомой константе равновесия, т. е. [c.728] Поскольку фумараза относится к белкам, степень ионизации ее макромолекул, так же как и для всех белковых макромолекул, будет зависеть от pH среды (см. раздел 30). Изменения pH вызовут изменение общего заряда самой макромолекулы, что, несомненно, повлияет на скорость любой реакции фермента с ионами. Однако действие электростатического заряда должно быть относительно мало, и вряд ли именно этим можно объяснить столь сильное влияние pH на скорость реакции, как показано на рис. 203 и 204. Такое резкое изменение кинетических параметров в зависимости от pH почти несомненно означает прямое влияние состояния ионизации определенных кислотных групп на скорость реакции. [c.729] Влияние pH, подобное приведенному на рис. 203 и 204, наблюдалось не только в случае фумаразы, но и для большого числа других ферментов. После работы Михаэлиса и сотрудников в 1911 г. считается, что простейшее объяснение этого явления состоит в прямом взаимодействии двух диссоциирующих групп. [c.729] Вернуться к основной статье