Максимальная скорость реакции, катализируемой ферментом

Для большинства ферментов имеется определенное значение pH, при котором их активность максимальна выше и ниже этого значения их активность уменьшается. Для разных субстратов оптимум по pH может сдвигаться. Некоторые примеры приведены в табл. 6.9. Однако не во всех случаях кривые зависимости каталитической активности от pH имеют колоколообразную форму. Примером может служить инвертаза, катализирующая гидролиз сахарозы. Она сохраняет постоянную активность в интервале pH 3,0—7,5. С увеличением концентрации фермента скорость реакции увеличивается (см. уравнение [c.302]

При характеристике каталитического действия фермента определяют его активность. За единицу активности принято такое количество фермента, которое катализирует превращение одного микромоля (10 моль) субстрата в 1 мин при оптимальных условиях. Согласно Международной системе единиц, активность фермента принято выражать в каталах, что соответствует количеству фермента, которое превращает 1 моль субстрата в секунду. Каждый фермент имеет свои оптимальные условия проявления активности, при которых реакция протекает с максимальной скоростью. От активности ферментов и их количества в клетке зависит скорость обмена веществ, а значит, и функциональное состояние организма человека, способность адаптироваться к изменениям внешней и внутренней среды. [c.89]

Ферменты-это белки, катализирующие строго определенные химические реакции. Они связываются с молекулой субстрата, в результате чего образуется промежуточный фермент-субстратный комплекс, который затем распадается на свободный фермент и продукт реакции. При повьппении концентрации субстрата 8 и постоянной концентрации фермента Е каталитическая активность последнего будет повьппаться до тех пор, пока не достигнет характерной для данного фермента максимальной скорости imax при которой практически весь фермент находится в форме комплекса Е8 и, следовательно, насьпцен субстратом. Такая зависимость между концентрацией субстрата и скоростью ферментативной реакции описывается гиперболича кой кривой. Концентрация субстрата, при которой скорость реакции составляет половину величины Р пах, получила название константы Михаэлиса-Ментен (Км). Эта константа является характеристикой каталитического действия фермента применительно к какому-то определенному субстрату. Уравнение Михаэлиса-Ментен [c.267]

Если все эти три условия соблюдены, активность фермента можно измерить по образованию ЫАОН. Следует отметить, что в данном случае нет оснований ожидать одинаковой активности, выраженной в абсолютных единицах, при протекании реакции в прямом и обратном направлениях. Для ферментов, катализирующих обратимые реакции в физиологических условиях, активность в обоих направлениях часто бывает сходной. В случае же малатдегидрогеназы максимальная скорость реакции, достигаемая в прямом направлении, примерно в два раза меньше, чем в обратном. [c.281]

Известно, что скорость химической реакции определяется частотой колебания длины валентной связи, которое регистрируется в инфракрасной области спектра и равно 10 колебаний в секунду. Это - максимально возможная скорость в химических процессах. Ферменты, как правило, катализируют биохимические реакции, обеспечивая 10 -10 актов в секунду. [c.4]

Одну из общих проблем энзимологии составляет выяснение вопроса, почему специфичность ферментативных реакций часто проявляется в максимальных скоростях, т. е. при высоких концентрациях субстрата, при которых фермент насыщен субстратом. Можно было бы ожидать, что специфичность должна проявляться в связывании субстратов, так что плохой субстрат должен слабо связываться с активным центром, но, связавшись, должен реагировать нормально. Модель замка и ключа способна объяснить, почему с активным центром фермента связываются субстраты лишь определенной структуры, однако она не может объяснить специфичность в отношении констант скоростей каталитической стадии, что является характерным свойством ферментов. Наиболее непонятное положение существует для субстратов небольших размеров, которые в состоянии связываться, хотя и непрочно, с активным центром и должны бы были претерпевать превращение. Так, фермент гексокиназа катализирует перенос фосфатной группы от АТФ на воду так же, как на гидроксильную группу специфического акцептора — глюкозы, но скорость реакции с водой составляет всего лишь З-Ю доли скорости реакции с глюкозой [7]. Совершенно очевидно, что вода в состоянии проникнуть в активный центр фермента, так что малая скорость реакции несомненно связана с низкой реакционной способностью воды в области активного центра. Многие другие ферменты, катализирующие перенос групп, эффективно катализируют перенос на специфические гидроксильные акцепторы, но катализируют слабо или не катализируют вообще перенос на воду. [c.228]

Идея фермент-субстратного комплекса приобрела чисто кинетический смысл благодаря работе Брауна [22]. Как и ряд других исследователей, Браун установил, что скорости ферментативных реакций не соответствуют скоростям реакций второго порядка. Прежде всего он показал, что скорость гидролиза сахарозы при брожении, осуществляемом живыми дрожжами, не зависит от концентрации сахарозы. Противоречию между результатами Брауна, полученными с живыми дрожжами, и результатами О Сул-. дивана и Томпсона для выделенного препарата инвертазы не придавали особого значения, поскольку считалось, что катализ изолированными ферментами принципиально отличается от брожения, осуществляемого живыми организмами. Однако открытие Бухнера [24], показавшего, что бесклеточный (т.е. неживой) экстракт дрожжей может катализировать спиртовое брожение, заставило Брауна [23 ] проверить свои более ранние результаты. Убедившись прежде всего в том, что они корректны, Браун показал, что аналогичные данные можно получить и дЯя очищенной инвертазы. На основании этого он сделал предположение, что если имеет место механизм с образованием, фермент-субстратного комплекса, то скорость реакции не может превышать некоторого предельного значения. При условии, что до своего каталитического распада комплекс существует в течение какого-то промежутка времени, скорость должна достигать максимального значения при такой концентрации субстрата, которой в соответствии с законом действующих масс достаточно, чтобы перевести весь фермент в комплекс. При меньших концентрациях субстрата существенное значение приобретает скорость образования комплекса, и поэтому скорость гидролиза будет зависеть от концентрации субстрата. [c.32]

Кинетически такая схема эквивалентна модели, представленной на рис. 1, в которой пути синтеза и гидролиза АТФ различаются. Существование двух форм фермента, катализирующих одну и ту же реакцию с различными кинетическими параметрами, на первый взгляд должно было бы привести к аномальной, не михаэли-совской кинетике гидролиза АТФ препаратами субмитохондриальных частиц, что экспериментально не наблюдается [50]. Кажущееся противоречие, по-видимому, объясняется чрезвычайно низкой АТФазной активностью малого цикла (см. выше), и гидролиз АТФ, максимальная скорость которого составляет лишь доли процента от общей скорости гидролиза, не вносит ощутимого вклада в измеряемые кинетические параметры. [c.47]

Если полагать, что катализируемый химотрипсином гидролиз амидов и анилидов протекает через промежуточный ацилфермент, то образование промежуточного продукта, несомненно, лимитирует скорость реакции, поскольку ферментативный гидролиз сложных эфиров с той же ацильной группой идет значительно быстрее. Тот факт, что суммарная скорость реакции, измеряемая но выделению п-нитроанилина, почти не меняется в присутствии гидроксиламина (даже в том случае, когда в присутствии 1,6 М гидроксиламина половину продукта составляет гидроксамовая кислота), действительно согласуется с представлением, что реакция протекает через общий промежуточный продукт—ацилфермент. К сожалению, в этих опытах не были порознь определены константы Михаэлиса и максимальные скорости реакции. В связи с этим очень вероятно, что высокая концентрация гидроксиламина, необходимая для образования заметных количеств гидроксамовон кислоты, неспецифически изменяет один или оба эти кинетических параметра и тем самым мешает обнаружить увеличение суммарной скорости реакции. Интерпретация результатов осложнена также тем, что фермент катализирует гидролиз образующейся гидроксамовой кислоты N-ацетил-тирозина. [c.51]

Допустим теперь, что при солюбилизации р1 или при получении субмитохондриальных фрагментов происходит незначительное изменение структуры фермента, прийодяшее к тому, что вместо специфической изомеризации комплекса фермент-продукт (реакции 3) происходит диссоциация комплекса в соответствии с последовательностью реакций 5 и 6. Суммарная АТФазная реакция в этом случае катализируется циклической последовательностью реакций 1, 2, 5 к 6, а если одна из новых стадий, например 5, необратима, невозможно обращение и всей последовательности реакций. При таком рассмотрении АТФазная и АТФ-синтетазная реакции протекают по различным механизмам. Для необратимой последовательности реакций 1, 2, 5 к 6 соотношение Холдейна не имеет смысла. В том случае, если обе последовательности 1—4 и 1, 2, 5, 6 обратимы, то для каждой из них существуют два соотношения, связывающие кинетические параметры с константой равновесия, каждое из которых однозначно. Очевидно, что константа Михаэлиса для АТФ и значения максимальных скоростей гидролиза, протекающего по различным механизмам, могут существенно различаться это в полной мере справедливо и для обратных реакций. При таком рассмотрении существование односторонних ингибиторов фермента не только возможно, но и прямо следует из схемы <[28]. Действительно, ингибитор, действие которого направлено, например, на стадию 5, не окажет влияния на реакцию фосфорилирования, но будет сильно влиять на реакцию гидролиза АТФ. [c.45]

Число оборотов для ферментов варьируют от 1 до 10 с . Трипсин, химотрипсин и многие внутриклеточные ферменты имеют число оборотов 10 с Ч К наиболее быстро действующим ферментам относятся каталаза, которая катализирует превращение Н2О2 в Н2О и О (гл. 10, разд. Б, 6), карбоангидраза [8], катализирующая установление равновесия НгСОз НгО+СОг, и А -3-кетостероидизомераза [9]. Для этих ферментов максимальные значения числа оборотов составляют 2-105 (.-I Сопоставьте эти скорости реакций с теми, которые наблюдаются при проведении типичного органического синтеза в лаборатории. Для ускорения процесса в последнем случае зачастую приходится нагревать реакционную смесь в течение нескольких часов (й< 10 с ). [c.9]

Световую и темновую реакции можно разделить, используя вспышки света, длящиеся краткие доли секунды. Вспышки света длительностью меньше одной миллисекунды (10 с) можно получить либо с помощью механического приспособления, поставив на пути пучка постоянного света вращающийся диск со щелью, либо электрически, заряжая конденсатор и разряжая его через вакуумную или газоразрядную лампу. В качестве источников света пользуются также рубиновыми лазерами с длиной волны излучения 694 нм. В 1932 г. Эмерсон (Emerson) и Арнольд (Arnold) освещали суспензию клеток hlorella вспышками света от газоразрядной лампы с длительностью около 10 с. Они измеряли скорость выделения кислорода в зависимости от энергии вспышек, длительности темнового промежутка между вспышками и температуры суспензии клеток. При увеличении интенсивности вспышек насыщение фотосинтеза в нормальных клетках наступало, когда выделялась одна молекула Ог на 2500 молекул хлорофилла. Эмерсон и Арнольд сделали вывод, что максимальный выход фотосинтеза определяется не числом молекул хлорофилла, поглощающих свет, а числом молекул фермента, катализирующего темновую реакцию. Они также обнаружили, что при увеличении темновых интервалов между последовательными вспышками за пределы 0,06 с выход кислорода в расчете на одну вспышку уже не зависел от длительности темнового интервала, тогда как при более коротких промежутках он возрастал с увеличением длительности темнового интервала (от О до 0,06 с). Таким образом, темновая реакция, которая определяет уровень насыщения фотосинтеза, завершается примерно за 0,06 с. На основе этих данных было рассчитано, что среднее время, характеризующее скорость реакции, составило около 0,02 с при 25°С. [c.29]

Получены ферменты в кристаллической форме, расщепляющие ксиланы [51]. Некоторые высокоочищенные ферменты характеризовались более широкой субстратной специфичностью и помимо связей в ксилане расщепляли кристаллическую целлюлозу [52, 70], карбоксиметилцеллюлозу [75] и крахмал [44, 75]. На юсновании этого высказано предположение [75], что расщепление ксилаиа и целлюлозы катализирует один и тот же активный центр фермента. Однако более подробное определение оптимальных параметров ФГ ксилана и карбоксиметилцеллюлоз, т. е. pH соответственно 4,8 и 4,0), термостабильиости, чувствительности к ингибиторам и значений константы Михаэлиса (константа Миха-элпса — концентрация субстрата, при которой скорость реакции составляет половину от. максимальной), показывает, что имеются отдельные катализирующие центры для каждого иолисахарида [44]. [c.225]

У разных организмов и в разных тканях гексокиназа представлена различными изоформами (разд. 9.23). Хотя все эти изоформы катализируют одну и ту же реакцию (рис. 15-3), они различаются между собой по своим кинетическим свойствам. Гексокиназа мышечных клеток характеризуется, например, низкой величиной Км для глюкозы (около ОД мМ), поэтому она фосфорилирует глюкозу крови (4-5 мМ). с максимальной скоростью. Мышечная гексокиназа резко ингибируется продуктом катализируемой ею реакции-глюкозо-6-фосфатом. Это обстоятельство наряду с некоторыми другими данными позволило сделать вывод, что гексокиназа вьшолняет в мышцах функцию регуляторного фермента. Глюкозо-6-фосфат является при этом одновременно и продуктом реакции, и аллостерическим ингибитором. Когда концентрация глюкозо-6-фосфата в клетке поднимается выше нормального уровня, он временно и обратимо ингибирует гексокиназу, так что скорость его образования приводится в соответствие со скоростью утилизации. [c.447]

В табл. 9-4 приведены величины Км для нескольких ферментов. Заметим, что одни ферменты, такие, как карбоангидра-затгкаталаза, требуют относительно высокой концентрации субстрата для достижения скорости, равной половине максимальной. Другие же ферменты, например гексокиназа из мозга, катализирующая перенос фосфатной группы от АТР на глюкозу, достигают скорости, равной половине максимальной, при очень низкой концентрации субстрата. Ферменты, имеющие два или более субстрата, такие, как гексокиназа или аспар-татаминотрансфераза, катализирующая обратимую реакцию [c.238]

Прежде чем более детально рассмотреть оптимальную эффективность и скорость (это будет сде,иано в следующих разделах), следует упомянуть о некоторых других кинетических аспектах действия света. Согласно нашему определению, / макс обусловливается внутренним механизмом, т. е, максимальной оборачиваемостью того фермента, который катализирует самую медленную реакцию в цепи. Эта самая медленная стадия еще не идентифицирована, но, по всей вероятности, она очень тесно связана с начальными фотохимическими процессами. А priori не исключено, что в экономично работающей системе различные стадии процесса обладают примерно одинаковой предельной скоростью. [c.583]

Принцип последовательности. Биохимические изменения, лежащие в основе адаптации к мышечной работе, возникают и развиваются не одновременно, а в определенной последовательности. Быстрее всего увеличиваются и дольше сохраняются показатели аэробного энергообеспечения. При этом в мышцах повышается содержание гликогена, используемого в качестве источника энергии. Для заметного роста аэробной работоспособности достаточно нескольких месяцев. Больше времени требуется для увеличения лактатной (гликолитической) работоспособности, которая лимитируется не только запасами мышечного гликогена и активностью ферментов гликолиза, но в значительной степени зависит от развития в организме спортсмена резистентности к накоплению лактата. И наконец, в последнюю очередь повышаются возможности организма к работе в зоне максимальной мощности. Биохимической основой увеличения этих возможностей является повышение в мышцах запасов креатинфосфата и активности фермента, катализирующего креатинфосфатную реакцию, - креатинкиназы. Из практики спорта известно, что для значительного роста максимальной силы и скорости, а также алактатной выносливости необходимы годы интенсивных тренировок, причем достигнутые высокие показатели алактатной работоспособности быстро убывают после прекращения занятий спортом. [c.187]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология