ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетическое описание ферментативных реакций из "Химические основы жизни" Выявление кинетических закономерностей протекания ферментативных реакций составляет одну из самых актуальных проблем энзимологии. Исследование кинетики биокатализа в целом направлено на установление зависимости скорости ферментативных процессов от химической природы ферментов, а также на изучение условий взаимодействия субстратов с ферментами. Иначе говоря, кинетика биокатализа позволяет понять природу молекулярных механизмов действия различных факторов на скорость ферментативных процессов. [c.104] Основные представления о принципах биокатализа возникли еще в начале XX в., а позднее были развиты Л. Михаэлисом и М. Ментен, а также Дж. Бриггсом и Дж. Холдейном. [c.104] Решая совместно уравнения (2.2), (2.3) и (2.7) относительно г, получаем уравнение, описывающее зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата, называемое уравнением Михаэлиса— Ментен. [c.105] По значению судят о химическом сродстве субстрата к ферменту. [c.105] Отсюда следует, что если г= 0,5/ п,ах, то А м = [S], что объясняет физический смысл константы Михаэлиса. [c.106] Константа Михаэлиса выражается в единицах концентрации (как правило, в моль/л). По величине Ам судят о скорости каталитического превращения субстрата данным ферментом чем выше тем ниже скорость реакции. В результате по значению ферменты можно условно разделить на быстрые (с низкой Ам) и медленные (с высокой А м). Если фермент катализирует превращение двух субстратов одновременно (двухсубстратная реакция), то для каждого из субстратов имеются собственные значения Kyi, которые будут существенно различаться. У ферментов с групповой специфичностью каждому субстрату соответствует определенное значение К . [c.106] Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента выражается наклонной прямой (рис. 2.5, б). [c.106] График зависимости 1/гот 1/[8], приведенный на рис. 2.6, а, представляет собой прямую с наклоном -АГм/ тах) отсекающую на оси ординат отрезок 1/А п,ах- Если прямую ПРОДОЛЖИТЬ влево от оси ординат, то она пересечет ось абсцисс в точке 1 /К , это становится очевидным, если положить 1/г=0. [c.107] По уравнению Хейнса строят график в координатах [8] /г- [8 ] и определяют Ки и 1/г ах (рис. 2.6, в). [c.107] Для того чтобы непосредственно оценить условия работы того или иного фермента in vivo, необходимо знать реальные концентрации субстратов в клетках организма. В физиологических условиях ферменты почти никогда не проявляют свою максимальную активность, поскольку концентрации субстратов очень малы, т. е. далеки от насыщающих. Исключение составляют лишь ферменты класса гидролаз, поскольку вода присутствует в клетках в насыщающих количествах (за исключением тех случаев, когда структурная локализация фермента в клетке ограничивает доступ воды к активному центру). [c.108] Формально уравнением Михаэлиса — Ментен можно представить также и начальную стационарную скорость многостадийной реакции, в которой все стадии обратимы. Но в этом случае значения и окажутся весьма сложными функциями констант скоростей отдельных стадий. Подробная информация по кинетическому описанию сложных ферментативных реакций изложена в специальных руководствах. [c.108] Если нестационарный режим протекания реакции может выходить на стационарный режим, продолжительность которого зависит от начальной концентрации субстрата, то в таком случае кинетику ферментативных реакций рассматривают в предстационарном режиме. [c.109] В последнее время широкое применение получили также релаксационные методы исследования кинетики ферментативных реакций. Они основаны на принципе, предполагающем, что при быстром внешнем воздействии на систему (изменение температуры, давления, электрического поля) время, необходимое системе для достижения нового стационарного состояния, зависит от скорости химической реакции (или иногда от скорости диффузии реагентов). Переход системы к новым стационарным концентрациям реагентов называется химической релаксацией . Если отклонение от равновесия, вызванное внешним воздействием, невелико, то кинетику релаксации можно описать с помощью дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. Релаксационные методы, используемые для исследования быстрых химических реакций в растворах, имеют высокую разрешающую способность. Так, например, метод поглощения ультразвука обнаруживает время разрешения вплоть до наносекундного диапазона. Именно поэтому релаксационная кинетика широко используется при исследовании механизмов ферментативных реакций. [c.109] Но все же для многих ферментативных реакций условие квазистационарности может выполняться приближенно. Для этого достаточно, чтобы абсолютные значения скоростей образования и распада промежуточных соединений были малы (но не обязательно равны нулю) по сравнению с абсолютными значениями скоростей расходования субстрата и образования продукта. Поскольку на практике данное условие выполняется довольно часто, стационарная кинетика находит широкое применение при исследовании ферментативных реакций. [c.109] Определение концентрации активных центров ферментов. При изучении механизмов ферментативных реакций возникает необходимость в определении концентрации активных центров в молекулах ферментов. Для этой цели используется несколько подходов. [c.109] При [Е]о = [1]о значение = О, и точка пересечения прямолинейной зависимости наблюдаемой скорости от концентрации ингибитора с осью абсцисс дает значение концентрации активных центров. [c.110] Дальнейщий гидролиз ацилфермента протекает относительно медленно, поэтому, определив концентрацию X (например, спектрофотометрическим методом), можно определить и концентрацию активных центров фермента. [c.110] Вернуться к основной статье