Фермент-субстратный комплекс влияние pH на образовани

Влияние комплексообразования на характер каталитического действия отмечалось нами неоднократно. Во всех гетерогенных каталитических реакциях процесс начинается с адсорбции субстрата (или субстратов) на поверхности катализатора. В ферментативных процессах реакция обычно начинается с образования фермент-субстратного комплекса. Во многих из этих реакций энергия комплекса, образованного между катализатором и субстратом, ниже энергии исходных компонентов. Этот факт трудно согласовать с ускорением реакции, в которой свободная энергия активации должна понижаться. Однако все становится на свои места, если при комплексообразовании свободная энергия переходного состояния понижается еще сильнее, чем энергия основного состояния. В этом случае действительно идет катализ. Необходимое понижение свободной энергии возможно либо в результате изменения маршрута реакции при комплексообразовании, либо в результате понижения энергии переходного состояния без изменения маршрута реакции, как в простых каталитических реакциях. [c.297]

Обратим внимание, что образование промежуточного фермент-субстратного комплекса (комплекса Михаэлиса) само по себе вовсе не оказывает влияния на ускорение ферментативной реакции (в кинетическом режиме второго порядка, т. е. при [НУ] С Кз)- Дело в том, что концентрация стабилизированного пере- [c.40]

Все факторы, оказывающие влияние на образование или расщепление фермент-субстратного комплекса, естественно, оказывают влияние и на скорость ферментативной реакции. Как и в случае обычных химических реакций, для ферментативной реакции имеет значение концентрация фермента, субстрата, температура, pH, присутствие активаторов или ингибиторов. [c.229]

При использовании уравнения Вант-Гоффа (IX.2) для анализа влияния температуры на обратимую реакцию образования фермент-субстратного комплекса следует, вместо константы / s, брать для расчета обратную ей величину МК , тогда [c.129]

Авторы [3] полагают, что указанное взаимодействие в первую очередь осуществляется частью молекулы субстрата, отдаленной от фенила, т. е. остатком глюкозы. Наиболее доступной формой такого взаимодействия, подверженной полярным влияниям, является водородная связь. Тот факт, что электроноакцепторные группы облегчают образование энзим-субстратного комплекса, свидетельствует в пользу мнения, что водородная связь должна быть образована гидроксильными водородами глюкозы и акцепторами водорода в ферменте. Противоположное предположение — образование водородной связи за счет кислорода глюкозы — исключается, поскольку электроноакцепторные группы понижали бы устойчивость Н-комплекса. [c.364]

Как правило, лимитирующая стадия реакции (обычно это превращение фермент-субстратного комплекса) характеризуется величиной энергии активации — 10 ккалЫоль, причем часто значение Е достигает 1—2 ккал/моль. Образование комплекса Михаэли- са часто происходит при еще меньших значениях энергии активации. Вместе с тем, при анализе термодинамических данных ферментативных реакций весьма отчетливо выступает влияние энтропийного фактора на скорость процесса. Так, например, при действии аденозинтрифосфатазы на АТФ (см. стр. 131) образование комплекса Михаэлиса происходит с большой скоростью вследствие определяющего влияния изменения энтропии (49,9 энтр. ед.), но не величины энергии активации (21 ккал/моль). Аналогичное значение имеет А5 для многих других ферментов, например, для ацетил холинэстеразы (подробнее этот фермент будет рассмотрен в гл. X). [c.135]

Очевидно, что для каждой из областей pH в отдельности приведенный выше кинетический анализ полностью аналогичен исследованию неконкурентного действия модификатора. Следует также заметить, что чисто неконкурентное влияние pH, как и чисто неконкурентное ингибирование вообще, наблюдается сравнительно редко, проявляясь лишь в условиях равновесного образования фермент-субстратного комплекса Более того, в условиях, подобных тем, при которых в общем случае проявляется конкурентный эффект модификатора (диссоциация протона только свободного фермента или только свободного субстрата), рН-эффекты будут [c.89]

Важно уяснить себе, что образование фермент-субстратного комплекса могло бы быть затруднено как при повышении, так и при понижении температуры. В то время как взаимодействия, определяемые ионными связями, будут при низких температурах усиливаться, гидрофобные взаимодействия могут стать значительно более слабыми, В случае ацетилхолинэстеразы и ацетилхолина трудно с точностью предсказать влияние температуры на стабильность комплекса, так как в анионном участке действуют и ионные, и гидрофобные связи. Поскольку, однако, главную роль в стабилизации здесь играют, по-видимому, гидрофобные взаимодействия, мы могли бы ожидать, что низкие температуры будут сильно затруднять образование комплекса фермента с ацетилхолином (рис. 83). [c.262]

Однако в ряде случаев константы к+2. и /г-1 могут иметь соизмеримые значения, что делает необходимым экспериментальное определение не только Кт, но и Ks Это достигается некоторыми специальными методами, из которых в последние годы разрабатывается метод избирательного влияния на константу к+2 при сохранении неизменности констант к+г и к-х. Это возможно осуществить, используя, например, ингибитор (или активатор), который не влияет на образование и диссоциацию фермент-субстратного комплекса и лишь тормозит (или ускоряет) распад его на продукты реакции. Обязательным условием для применения такого метода является экспериментальное доказательство избирательного влияния того или иного фактора на константу к+2- [c.226]

Эстеразы, как и все другие ферменты, чувствительны к изменению температуры, которая может воздействовать либо на константу образования ИЛЕ распада фермент-субстратного комплекса, либо на третичную структуру белковой молекулы фермента, вплоть до необратимых изменений, наступающих при денатурации. Влияние температурного фактора сказывается как на стабильности фермента, так и на его активности. [c.26]

В последние годы появились биохимические результаты, подтверждающие плодотворность такого подхода и к проблеме механизмов сопряжения в Н -АТФазе. Протонирование и депротонирование аминокислотных остатков в центрах приводят к образованию локальных электрических полей, которые в свою очередь также влияют на движение положительно заряженного комплекса АТФ с лигандами. Таким образом, узким местом является перенос исходных веществ и промежуточных и конечных продуктов реакции синтеза АТФ, что обеспечивается и за счет влияния компонентов электрохимического потенциала на процессы внутримолекулярной диффузии в фермент-субстратном комплексе Н -АТФазы. Конечно, все стадии требуют строгой координации во времени и пространстве и сбалансированности по зарядам этих процессов, что отражает направленный кооперативный характер функционирования Н -АТФазы в сопрягающих мембранах. [c.167]

Влияние концентрации водородных ионов на каталитическую активность ферментов состоит в воздействии ее на активный центр. При разных значениях pH в реакционной среде активный центр может быть слабее или сильнее ионизирован, больше или меньше экранирован соседними с ним фрагментами полипептидной цепи белковой части фермента и т. п. Кроме того, pH среды влияет на степень ионизации субстрата, фермент-субстратного комплекса и продуктов реакции, оказывает большое влияние на состояние фермента, определяя соотношение в нем катионных и анионных центров, что сказывается на третичной структуре белковой молекулы. Последнее обстоятельство заслуживает особого внимания, так как определенная третичная структура белка-фермента необходима для образования фермент-субстратного комплекса. [c.109]

Л. Михаэлис не только постулировал образование промежуточного фермент-субстратного Е8-комплекса, но и рассчитал влияние концентрации субстрата на скорость реакции. В процессе реакции различают несколько стадий присоединение молекулы субстрата к ферменту, преобразование первичного промежуточного соединения в один или несколько последовательных (переходных) комплексов и протекающее в одну или несколько стадий отделение конечных продуктов реакции от фермента. Это можно схематически проиллюстрировать следующими примерами [c.130]

В согласии с механизмом (4.40) субстратоподобный ингибитор действительно вытесняет из активного центра несколько молекул воды, как это было обнаружено при рентгеноструктурном анализе кристаллического химотрипсина [123]. Однако этот механизм не согласуется с данными по влиянию среды на гидрофобное фермент-субстратное взаимодействие (см. 4 этой главы). Кроме того, механизм (4.40) противоречит тому, что двойной выигрыш свободной энергии экстракции реализуется лишь в переходном состоянии химической реакции [см. уравнение (4.39)], в то время как в комплексе Михаэлиса вклад гидрофобного фермент-субстратного взаимодействия меньше [см. уравнение (4.29)]. Иными словами, в химотрипсиновом катализе не вся потенциальная свободная энергия сорбции, которую предполагает модель (4.40), равная 2АСэкстр, реализуется в виде прочного связывания субстрата с ферментом. Из диаграммы, представленной на рис. 44, видно, что в комплексе Михаэлиса (или ацилферменте) реализуется в виде свободной энергии связывания E-R лишь инкремент свободной энергии сорбции, отражающий перенос субстрата из воды в неводное окружение (в среду белковой глобулы), равный АО кстр [см. также уравнение (4.29)]. Для объяснения этих фактов следует допустить, что гидрофобное фермент-субстратное взаимодействие идет в две стадии 1) образование фермент-субстратного комплекса протекает по механизму (4.19), который не противоречит данным по солевому эффекту (на их основании он был и предложен), и термодинамические закономерности его согласуются с уравнением (4.29). Этот механизм также предполагает вытеснение нескольких молекул воды из [c.155]

Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что при сравнении внутримолекулярных реакций с их межмолекулярными аналогами часто наблюдается превышение скоростей первых из них над вторыми до восьми порядков величины. Первой стадией любой ферментативной реакции галяется связывание субстрата с ферментом с образованием фермент-субстратного комплекса. Таким образом, вторая, т. е. собственно ферментативная реакция, оказывается внутримолекулярной, так что должна существовать близкая аналогия между этой стадией и обычными эффектами ускорения во внутримолекулярных чисто химических реакциях. Следует, однако, иметь в виду, что общепринятой трактовки влияния внутримолекулярности на скорости реакций пока не существует (обсуждение этого вопроса см. в работах [ЗбЬ-ё]). Во всяком случае, поучительно будет рассмотреть один из простейших примеров, показывающих, как много можно получить путем имитации высокой реакционной способности ферментов с помошью конструирования моделей соответствующих внутримолекулярных реакций. [c.487]

Вспомним, что величина Кт роданезы по тиосульфату очень близка к / s и что увеличение А+г даже в 1000 раз не оказывает существенного влияния на Кт-Этот факт позволил исследовать образование фермент-субстратного комплекса в зависимости от ионной силы и диэлектрической проницаемости [20] . Для того чтобы исключить специфические эффекты, испытывались различные соли и растворители. Были также изучены вторичные эффекты и возможность образования ионных пар. [c.205]

Для увеличения взаимодействия с ферментом можно увеличить размер пептидного субстрата, исходя из известной специфичности КПА в отношении связывания [2, 3]. Одна из моделей фермент-субстратного комплекса, в котором субстратом является КБЗ-А1а-А1а-Туг, показана на рис. 15.3. После того как остаток Туг-248 изменил свое положение, пептидная связь Ala-Ala находится по отношению к нему на расстоянии, при котором возможно образование водородной связи. Ее существование объясняет большую реакционную способность пептидов с NH-группой в ближайшем от конца положении по сравнению с пептидами, у которых в положении Si (рис. 15.9) находится N-метильный [66] или р-аланильный остаток [67]. Остальная часть субстрата располагается в выемке на поверхности КПА, что согласуется с тем, что в контакте с белком могут находиться до пяти аминокислотных звеньев субстрата [31]. Положение бензильного остатка КБЗ-группы вблизи ароматического остатка Phe-279 и атома кислорода карбоксильной группы третьей от конца аминокислоты субстрата вблизи гуанидиновой группы остатка Arg-71 согласуется с известным влиянием заместителей на величину Ки [31]. [c.522]

КОЛЬЦОМ активного центра фермента. Под влиянием синхронного индукционного воздействия электрофильного азота имидазольного кольца и молекулы воды ацилированный фермент IV подвергается реакции дезаци-лирования с образованием свободного фермента I и продукта гидролиза (VI). В качестве нуклеофильного агента может выступать также азот имидазольной группы. При этом образуется ацилированный по азоту имидазольного кольца фермент-субстратный комплекс V, который в водной среде быстро гидролизуется с регенерацией активного фермента I. [c.238]

Подобный механизм образования фермент-металл-субстрат-ного комплекса подтверждается результатами недавно опубликованных работ Каби и сотрудников 1496—499], а также других исследователей [500—502]. В этих работах определялись константы равновесия комплекса субстрат-металл-фермент для некоторых трансфос-форилаз. На основании полученных данных предположили, что число связей между металл-субстратным комплексом и ферментом, по-видимому, равно двум. В образовании таких координационных связей могут участвовать функциональные группы различных аминокислот на поверхности фермента. В частности, такими группами могут быть SH-группа и имидазольное кольцо гистидина [502—505]. Строение подобных группировок может оказывать очень большое влияние на специфичность и скорость каталитических реакций. Так, например, в исследованиях Коти и сотрудников [506] по механизму комплексообразования было показано, что в процессе образования металл-хелатных соединений конфигурации электронных оболочек ионов металлов могут меняться вследствие внедрения электронных пар от лиганда. Показано также, что в зависимости от строения электронных оболочек изменяются и каталитические свойства ионов металлов. [c.596]