Оптимум pH для ферментативных реакций

Термолабильность ферментов т. е. инактивация их, связанная с разрывом полипептидных связей при повышении температуры,— денатурация белков, приводит к появлению оптимума температурного действия. С ростом температуры увеличивается скорость ферментативной реакции, но увеличивается и инактивация фермента. Поскольку белки являются амфотер-ными электролитами, для ферментов характерен также оптимум pH. Так, например, оптимум действия пепсина лежит в зоне pH = 1,5 —2,5, трипсина —8—11, сахаразы, выделенной из. дрожжей, — 4,6—5,0, сахаразы из кишечника — 6,2, амилазы из слюны или поджелудочной железы — 6,7—6,8 и т. д. Некоторые ферменты могут иметь различную величину оптимума pH для разных субстратов. Так, оптимум pH пепсина несколько меняется для разных белковых субстратов, тогда как карбогидразы [c.249]

Скорость ферментативных реакций значительно зависит от кислотности среды, в которой они протекают. Для каждого фермента имеется определенное значение pH, при котором наблюдается наибольшая скорость реакции - рН-оптимум. При отклонении в любую сторону от этого значения pH резко уменьшается ферментативная активность. Важно подчеркнуть, что величина рН-оптимума у разных ферментов колеблется в большом диапазоне значений pH, в то время как температурный оптимум для большинства ферментов составляет 37-40 °С. В качестве примера можно привести значения рН-оптимума следующих ферментов (рис. 5) [c.30]

Что касается субстратов, то в условиях рН-оптимума ферментативной реакции все их диссоциирующие группы (карбоксильные и аминные) находятся в ионизованном состоянии. [c.215]

Ферментативные реакции характеризуются также наличием колоколообразной зависимости скорости реакции от температуры в достаточно широком температурном интервале (что приводит к температурному оптимуму реакции). Эта особенность влияния температуры на кинетику ферментативных реакций объясняется наложением двух эффектов — возрастанием скорости реакции при увеличении температуры и ускорением тепловой денатурации белковой молекулы, приводящей к инактивации фермента при высоких температурах. Ясно, что при достаточно корректной постановке эксперимента оба эти явления можно изучать раздельно (см., например, 9 этой главы). [c.266]

Для применения данного метода необходимо предварительно графически найти значение концентрации субстрата, при которой скорость ферментативной реакции достигает оптимума ([5]опт). Из соотношения [c.113]

Скорость ферментативной реакции повышается в 1,5—2,2 раза с повыщением температуры на 10° С. Поэтому такого понятия, как температурный оптимум активности , не существует. Вместе с тем в условиях эксперимента существует определенное значение температуры, при котором активность фермента максимальна дальнейшее увеличение температуры приводит к снижению скорости реакции. Следует иметь в виду, что это происходит в результате денатурации части фермента. Чем короче время инкубации, тем выше кажущийся температурный оптимум. На рис. 32 видно, что при времени реакции 1 активность максимальна при 70° С, а при времени /2 — при 50° С. Оптимальная температура действия фермента зависит от соотношения между влиянием температуры на скорость ферментативной реакции, с одной стороны, и на скорость денатурации фермента - с другой. [c.211]

Влияние кислотности среды на скорость ферментативных реакций обусловлено тем, что при изменении кислотности меняется конформация всей белковой молекулы фермента, в том числе изменяется конформация активного центра и его способность осуществлять катализ. При рН-оптимуме фермент находится в оптимальной для проявления каталитических свойств конформации. При небольшом отклонении величины кислотности от рН-оптимума наблюдается незначительное изменение конформации, носящее обратимый характер. При значительном отклонении от рН-оптимума (в сильнокислой и сильнощелочной среде) происходит необратимая денатурация ферментного белка, приводящая к полной утрате каталитической активности. [c.31]

Для корректного определения ферментативной активности условия опыта должны быть максимально стандартизованы и проводиться в условиях оптимума температуры и pH. Количество субстрата должно быть равным или большим, чем необходимо для поддержания максимальной скорости реакции. Разнообразие методов оценки ферментативной активности связано с большим количеством вариантов ферментативных реакций. Если продукты реакции или модифицированные субстраты окрашены, то с большим успехом используют спектрофотометрические методы, в случае газообразных продуктов реакции весьма эффективен полярографический метод и т. д. Определение каталитической активности весьма важно для оценки действия фермента. Кроме того, знание удельной активности того или иного фермента дает возможность определить истинное содержание его в клетках. [c.62]

Из этого соотношения видно, что оптимум pH, определяемый по максимальной скорости ферментативной реакции (при избытке [S]), отличается от оптимума pH, определяемого при низких концентрациях субстрата. Это отличие зависит от значений констант диссоциации. [c.111]

При низкой температуре ферментативные реакции идут медленно. По мере повышения температуры скорость ферментативных реакций обычно повышается. По достижении некоторого оптимума повышение температуры уже ведет к падению активности фермента и вследствие этого к понижению скорости ферментативных реакций. Так, уже при температуре раствора в 50—60° часто происходит температурная инактивация ферментов. Для огромного большинства ферментов температурный оптимум лежит в пределах 37—50°. [c.54]

Оптимальная температура данной ферментативной реакции при определенных условиях не остается постоянной, а изменяется в зависимости от времени воздействия температуры. Если на основании опытов построить с рию кривых, раскрывающих интенсивность ферментативной реакции при различной температуре, то эти кривые будут отражать картину, показанную на рисунке 10. При ферментативной реакции, длящейся несколько, секунд или минут, оптимальная температура реакции будет 70—80°. В этом случае, если продолжительность реакции будет составлять несколько часов, то температурный оптимум будет находиться при более низкой температуре, а если реакция [c.45]

Общеизвестно, что скорости химических реакций резко возрастает с температурой. Так же хорошо известно, что катализаторы направляют реакцию по пути, характеризующемуся меньшим значением свободной энергии активации. Это означает, что температура несколько меньше влияет на скорость каталитического процесса, чем на соответственные некаталитические реакции. Однако зависимость скорости ферментативных реакций от температуры представляется не столь простой, как в случае обычных каталитических реакций. Во-первых, необходимо учитывать повреждающее действие темйературы на сам катализатор. Помимо того, отдельные стадии ферментативного катализа могут характеризоваться (и, скорее всего, характеризуются) разной температурной зависимостью. Вряд ли приходится удивляться тому, что в прошлом многие энзимологи просто указывали температурные оптимумы для ферментов при определенных условиях, не отмечая (или не надеясь), что,эти данные можно было бы использовать в целях анализа механизма данной реакции. Однако успешное использование термодинамических и активационных параметров в исследованиях механизма органических реакций и возможность кинетического изучения индивидуальных стадий ферментативных реакций дают основание думать, что такой взгляд, пожалуй, слишком пессимистичен. [c.198]

В случае ПА, для которой субстратом является анион бензил-пенициллина, желательно использование положительно заряженной матрицы. В этом случае сорбция субстрата носителем приводит к уменьшению величины кажущейся константы Михаэлиса, т. е. к улучшению связывания субстрата и фермента. Кроме того, при использовании анионитов происходит смещение рН-оптиму-ма каталитической активности фермента в область меньших значений pH раствора. Для большинства биологически активных веществ — лабильных соединений, используемых в качестве субстратов, смещение рН-оптимума каталитической активности фермента в область нейтральных pH является крайне желательным, поскольку это позволяет проводить ферментативную реакцию в более мягких условиях, уменьшающих инактивацию субстрата и продуктов реакции и увеличивающих общий выход процесса. [c.240]

График зависимости скорости ферментативной реакции от температуры имеет колоколообразный характер (рис. 4). Вначале повышение температуры вызывает возрастание скорости ферментативной реакции, затем скорость реакции достигает максимума, и при дальнейшем увеличении температуры скорость реакции снижается вплоть до ее прекращения. Температура, при которой отмечается наибольшая скорость реакции, называется температурным оптимумом реакции — 1°оре- [c.29]

В активных центрах практически всех изученных до настоящего времени ферментов обнаружены кислотные или основные группы, причем активность проявляют только кислотно-основные группы в необходимом для катализа состоянии ионизации. Это приводит к зависимости кинетических констант ферментативных реакций от pH. Однако молекулярный механизм, с помощью которого в ферментах осуществляются изменения активности в зависимости от pH, до сих пор окончательно не выяснен. Дело в том, что появление оптимума pH можно объяснять по крайней мере двумя причинами, выбор между которыми нельзя сделать только на основании опытных данных зависимости скоростей ферментативных реакций от pH. [c.74]

Что касается температурной зависимости скоростей ферментативных реакций, то этот вопрос также достаточно сложен, и здесь встречается ряд дополнительных трудностей по сравнению с обычными каталитическими процессами, поскольку ко всему прочему в этом случае приходится сталкиваться с проблемой термолабильности белковых глобул. От температуры зависят не только константы Михаэлиса и константы скорости распада фермент-субстратных комплексов, но и положение оптимума pH. С температурой изменяется третичная структура фермента, а при повышенных температурах наблюдается тепловая денатурация белковых глобул. При соответствующей постановке экспериментов некоторые из этих факторов можно изучить [c.77]

Температурная зависимость скоростей ферментативных реакций в отличие от простых гомогенных каталитических процессов характеризуется появлением температурного оптимума, вызванного тепловой денатурацией фермента. Опыты с предварительным выдерживанием ферментов при разных температурах позволяют выбрать такие условия определения температурных коэффициентов начальных скоростей, при которых не происходит заметного образования неактивных форм фермента. В этих условиях всегда наблюдается рост начальной скорости и величины V при возрастании температуры. Температурный оптимум — возрастание, а затем уменьшение скорости при увеличении температуры объясняется инактивацией фермента при высоких температурах, т. е. уменьшением доли реально работающих глобул фермента. Это подтверждается как зависимостью скорости реакции при температурах выше оптимальной от времени пребывания фермента при этой температуре, так и всеми косвенными данными, позволяющими судить о денатурации белка. [c.81]

Регуляция Ю аболических процессов может осуществляться на разных уровнях постепенно возрастающей сложности. Простейший путь регуляции — это влияние на скорость ферментативной реакции компонентов реагирукодей системы внутриклеточная концентрация субстрата (субстратов) ферментов, коферментов каждого промежуточного продукта, ионов металлов, внутриклеточное значение pH. Каждый фермент в мультнферментной системе характеризуется определенным оптимумом pH и сродством к своему субстрату (субстратам), продукту (продуктам), а также к своему ко-ферменту или активатору (иону металла). [c.124]

Температура. Согласно правилу Вант-Гоффа для химических реакций повышение температуры на 10 °С приводит к увеличению скорости реакции в 2—4 раза. Скорость ферментативной реакции с повышением температуры увеличивается, достигая максимума при некоторой оптимальной температуре температурный оптимум фермента), а затем падает до нуля (рис. 2.7, а). Следует заметить, что температурный коэффициент увеличения скорости для ферментативных реакций меньше, чем для обычных химических реакций при увеличении температуры на каждые 10 °С скорость возрастает не более чем в два раза. [c.111]

Qio ДЛЯ большинства химических (и в том числе ферментативных) реакций равно по меньшей мере 2, тогда как для физических процессов, таких как диффузия или фотохимические реакции, Qio составляет около 1,1 или 1,2. У растений, выращиваемых при температурах от О до 30 °С, с повышением температуры постепенно увеличивается скорость вытягивания и Qio равно около 2,0 или больше (рис. 12.21). По неизвестным нам причинам температурные оптимумы для разных растений очень сильно различаются, и это указывает на то, что какой-то фундаментальный биохимический процесс у них обладает различной чувствительностью к температуре. В зоне выше оптимума абсолютная скорость роста у всех растений снижается, иногда очень резко. Для большей части растений этот оптимум лежит в области от 28 до 32 °С. [c.382]

Если значение pH начала реакции ниже рН-оптимума активности, то по мере выделения протонов в ходе ферментативной реакции pH уменьшается еще сильнее и реакция замедляется. На графике рН-зависимости относительной ферментативной активности (рис. 19) это отразится следующим образом ветви кривой, соответствующие низким значениям pH для иммобилизованного и нативного ферментов, практически совпадут, а щелочная ветвь кривой (выше рН-оптимума активности) в случае иммобилизованного фермента существенно расширится (сравни [c.110]

При обнаружении ферментов после электрофореза, как и в любой ферментативной реакции, важную роль играет pH среды. Этот фактор имеет особенно большое значение тогда, когда электрофорез проводят при значении pH, сильно отличающемся от оптимума pH для данной ферментативной реакции, а также при разделении белков путем изоэлектрофокусирования в неоднородной буферной системе с разными значениями pH. В этих случаях перед определением активности фермента гели инкубируют в охлажденном буфере с соответствующим значением pH. [c.281]

Зависимость скоростей реакций, катализируемых химотрипсином, от pH обнаруживает оптимум при pH 8. [42]. Механизм зависимости химотрипсино-. вого катализа от pH заключается в следующем [6—9, 13, 43, 44]. Эффективные константы скоростей химических стадий ферментативной реакции 2 и сохраняют постоянное значение при щелочных и нейтральных значениях pH, но при дальнейшем понижении pH они уменьшаются. Сигмоидальный характер этих зависимостей указывает на участие в катализе ионогенной группы фермента с рЛГа7. Многие годы полагали, что этой группой является имидазольный фрагмент His-57, однако позднее она была идентифицирована как карбоксил Asp-102 [45]. Ее протонизация разрушает водородные связи в составном нуклеофиле (рис. 32), что приводит к потере ферментом каталитической способности. [c.132]

Влияние температуры на активность ферментов. Согласно закону Ваит-Гоффа скорость химических реакций увеличивается примерно вдвараза при повышении температуры на (О С (коэффициент Q ,). Это прааило справедливо также и для ферментативных реакций, однако только а ограниченной области значений температуры. При повышении температуры свыше 40 — 50 происходит инактивация белкового катализатора из-за тепловой денатурации. Следовательно, ферментативные реакции отличаются от реакций, катализируемых соединениями небелковой природы, наличием температурного оптимума. Причиной быстрого падения активности является высокая величина коэффициента Qio для процесса тепловой денатурации белка. Следует отметить, что ферменты термофильных бактерий имеют весьма высокий температурный оптимум. [c.185]

Скорость ферментативной реакции закономерно увеличивается цримерно вдвое с повышением температуры на каждые 10°. С 45—50° начинается денатурация фермента от нагревания. Постепенное разрушение фермента приводит к тому, что скорость основного химического процесса, катализируемого ферментом, замедляется и, наконец, прекращается. Наивысшая температура, при которой сохраняются нативные свойства ферментов и действие ферментов может продолжаться длительный период, называется оптимальной температурой. Для большинства ферментов оптимальная температура находится в пределах 40—45°. Если опыт продолжается секунды или минуты, то температурный оптимум может лежать в пределах более высоких значений (50—60°). [c.106]

С повыщением температуры до известного предела скорость ферментативных реакций возрастает, причем для большинства ферментативных реакций температурный коэффициент до 30° С равен 1,3—2,0. При дальнейшем повышении температуры хотя и происходит арастание скорости, однако температурный коэффициент уменьшается, что свидетельствует о начинающемся процессе разрушения фермента. Наконец, при достижении определенной температуры наблюдается довольно быстрое уменьшение скорости реакции, так как наступает интенсивное разрушение фермента. Температурный оптимум для большинства ферментов животных организмов лежит между 40—50° С, а для ферментов растений — между 50—60° С. Температурный оптимум для одного и того же фермента зависит от продолжительности опыта, присутствия различных веществ и чистоты препарата фермента. [c.39]

Величина pH плазмы крови подцержи-вается на удивительно постоянном уровне. В норме плазма крови имеет pH, близкий к 7,40. Нарущения механизмов, регулирующих величину pH, наблюдающиеся, например, при тяжелых формах диабета вследствие ацидоза, обусловленного перепроизводством метаболических кислот, вызывают падение pH крови до величины 6,8 и ниже, что в свою очередь, может приводить к непоправимым последствиям и смерти.. При некоторых других заболеваниях величина pH крови иногда достигает столь высоких значений, что она уже не поддается нормализации. Поскольку повьппение концентрации ионов Нвсего лишь на1,1810 М (приблизительная разница между кровью при pH 7,4 и кровью при pH 6,8) может оказаться опасным для жизни, возникает вопрос какие молекулярные механизмы обеспечивают поддержание величины pH в клетках со столь высокой точностью Величина pH влияет на многие структурные и функциональные свойства клетки, однако к изменениям pH особенно чувствительна каталитическая активность ферментов. На рис. 4-13 приведены типичные кривые, характеризующие зависимость активности некоторых ферментов от pH. Видно, что каждый из этих ферментов проявляет максимальную активность при определенном значении pH, которое называется оптимумом pH. Отклонение величины pH в любую сторону от этого оптимального значения часто сопровождается резким падением активности фермента. Таким образом, небольшие сдвиги pH могут приводить к значительным изменениям скорости некоторых жизненно важных для организма ферментативных реакций, протекающих, например, в скелетных мьшщах или в мозгу. Биологический контроль, обес- [c.101]

Взаимодействие ФОС с холинэстеразой является химической реакцией, и поэтому скорость этого процесса повышается с возрастанием температуры. При температурах выше оптимума ферментативной активности картина значительно усложняется вследствие тепловой денатурации фермента. Олдридж [51 подробно изучил торможение параоксоном холинэстеразы эритроцитов кролика в диапазоне температур от 17,6 до 36,7° и на основании этих данных вычислил величину энергии активации, оказавшуюся равной 10,6 ккал/моль. Рассчитаны значения энергий активации и для [c.102]

Вторую реакцию можно рассматривать как прототип тех ферментативных реакций, в которых используется энергия макро-энергетических связей полифосфатов. В природе вместо гидроксиламина в реакциях могут участвовать аминокислоты и вместо гидроксаматов могут образовываться пептиды. Подобные реакции могут представлять собой как бы рудименты автокаталитических процессов, имеющих место при редупликации и приводящих к образованию полипептидов из аминокислот [351, 354]. Показано, что наиболее высокой каталитической активностью в подобных реакциях обладал ион Ве + и оптимум pH лежит при pH 5,2 [354]. [c.572]

Для некоторых хорошо изученных ферментных реакций определена зависимость от pH для констант скоростей отдельных элементарных процессов. Такие данные, например, для реакций с участием а-химотрипсина можно найти в [13]. Для данных, полученных до 1965 г., этот вопрос хорошо разобран в фундаментальной монографии Диксона и Уэбба [2]. Здесь важен лишь общий вывод, что главная причина появления оптимума pH для ферментативных реакций обычно связана с прохождением через максимум эффективной скорости распада фермент-субстратного комплекса. [c.76]

Шияние температуры. При повышении температуры скорость химических реакций, в том числе и тех, которые катализируются ферментами, как правило, возрастает. Однако при определенной температуре ферменты необратимо денатурируются, теряя активность. Поэтому скорость ферментативных реакций с повышением температуры вначале увеличивается, а затем, пройдя через так называемый мнимый температурный оптимум, резко падает (рис. 38). Температурный оптимум лежит в интервале [c.230]

Имеются ли фосфатазы, специфичные для N-ацетилгексозаминов, в настоящее время не выяснено. Вероятно, это объясняется тем, что ранее фосфатазы рЕ ссматривались как примеси, которые необходимо удалять, изучая субстраты и продукты ферментативных реакций. Тем не менее, специфические и неспецифические фосфатазы должны, несомненно, играть важную роль в регуляции клеточного обмена, улавливая продукты реакций и направляя их по тому или иному пути превращений. Только фосфатаза из экстрактов N. rassa, очищенная в 75 раз, обладала специфичностью к в-глюкозамин-6-фосфату. Фермент (КФ 3.1.3.9) имел оптимум pH 6—7,5 и отщеплял фосфат от в-глюкозамин-6-фосфата в 25 раз быстрее, чем от глюкозо-6-фосфата или фруктозо-6-фосфата [42]. [c.276]

Мысль о том, что переход гель — золь служит универсальным регулятором общей скорости биохимических процессов, была чрезвычайно популярна уже более 30 лет назад. Потом в связи с грандиозными успехами биохимии, выявлением п изучением множества отдельных ферментативных реакций и их систем взгляд на протоплазму как, на единую коллоидную систему был не то, чтобы скомпрометирован, а просто стал казаться наивным. Тем не менее, вполне соответствующим совокупности современных данных можно считать предположение о ключевой роли в клетке коллагенового пли, быть может, тубулинового геля. Белки такого типа необходимы для придания клетке специфической формы. Упорядоченные сети, структуры из волокон составляют каркас, поддерживающий оболочки животных. клеток. Ясно, что движение протоплазмы, перемешивание (Внутриклеточного содержимо-возможны лишь при полужидком состоянии, т. е. в диапазоне температур перехода гель — золь. Более того, течение внутриклеточного содержимого может осуществляться лишь при подвижной оболочке клето К. Следовательно, и оболочка должна быть полужидкой. Итак, мы как будто бы пришли к. выводу, что температурные оптимумы определяются температурами переходов гель — золь коллагенов ил Иных образующих экзотермический гель компонентов клетки. [c.212]

Пусть, например, фермент, иммобилизованный на носителе, катализирует реакцию, сопровождающуюся образованием протонов, в отсутствие буферного раствора. После начала реакции в матрице начинают накапливаться протоны, что приводит к появлению градиента концентрации протонов и последующей их диффузии из частицы во внешний раствор. Однако если диффузия заторможена, то протоны накапливаются внутри частицы и вызывают уменьшение pH в микроокружении фермента. Это, в свою очередь, влияет на скорость ферментативной реакции, а значит, и на скорость выделения протонов — продукта )epмeнтa-тивной реакции. Если pH внутри частицы до начала реакции выше рН-оптимума фермента, то образующиеся в ходе реакции протоны снижают pH, повышая тем самым скорость ферментативной реакции, т. е. скорость выделения протонов. В результате значение pH частицы уменьшается еще сильнее, а скорость ферментативной реакции еще больше возрастает. Иными словами, в такой системе будет наблюдаться явление автокатализа. Окончательно стационарное состояние будет достигнуто только тогда, когда значительное повышение концентрации протонов будет оказывать лишь незначительное влияние на скорость ферментативной реакции. [c.110]

Причины того же характера приводят к появлению внутри-мембранных колебательных процессов. В качестве одного из примеров приведем катализируемый папаином, иммобилизованным в искусственной мембране, гидролиз этилового эфира N-бeнзoил-L-apгининa. Один из продуктов ферментативной реакции — аминокислота, накапливается в мембране (за счет ограничения диффузии) и тем самым сдвигает pH внутри мембраны в сторону более кислых значений. Это неизбежно уменьшает гидролитическую активность папаина, так как фермент выходит из своего рН-оптимума активности. В дальнейшем за счет более быстрой диффузии Н+ по сравнению с ОН возрастает значение pH внутри мембраны и активность папаина снова увеличивается. Таким образом, был получен микрореактор с периодом колебания 20 с. Изменением концентрации фермента в мембране, толщины мембраны и других параметров системы удается варьировать продолжительность одного колебания. [c.116]