Уравнение Михаэлиса — Ментен и ферментативные механизмы

В последнее время внимание исследователей привлекают вопросы, связанные с кинетикой и механизмом органических реакций в присутствии поверхностноактивных веществ (ПАВ) [1]. Эти соединения, называемые также амфифильными, или детергентами, обычно содержат длинную углеводородную цепь — гидрофобную часть и полярную или ионную группу — гидрофильную часть. В разбавленных растворах они образуют агрегаты с высоким молекулярным весом, или мицеллы. Взаимодействие между субстратом реакции и специфически ориентированными гидрофобной и гидрофильной частями молекул в мицеллах является основной причиной поразительного ускорения или ингибирования поверхностноактивными веществами многих органических реакций. Во многих случаях в мицеллярном катализе обнаруживается отчетливая субстратная специфичность, а кинетика подчиняется уравнению Михаэлиса — Ментен (с насыщением по концентрации субстрата), и в этом отношении мицеллярный катализ во многом аналогичен ферментативному. Кинетическая аналогия мицеллярных катализаторов с ферментами и известное структурное сходство мицелл и белковых глобул явились существенным стимулом исследований в этой области. Мицеллы детергентов, значительно более простые в структурном отношении, чем белки, позволяют подойти к объяснению кинетических свойств ферментативных и мицеллярных систем. Изучая изменения физических свойств системы при образовании мицелл, можно оценить роль гидрофобных взаимодействий и, таким образом, моделировать гидрофобные взаимодействия в белках и липидах. [c.222]

Строгие экспериментальные доказательства рассмотренного механизма действия ферментов впервые получили Л.Михаэлис и М. Ментен (1913). Эти же ученые вывели формулу зависимости стационарной скорости ферментативной реакции Уст от концентрации субстрата (уравнение Михаэлиса — Ментен) [c.419]

Несмотря на кажущуюся сложность реакции, вне зависимости от числа и природы интермедиатов, принимающих участие в механизме реакции, стационарная кинетика процесса будет описываться уравнением Михаэлиса. Для характеристики ферментативных реакций обычно определяют оба параметра, входящие в уравнение Михаэлиса-Ментен максимальную скорость и константу Михаэлиса ЛГ . [c.91]

Следует особо подчеркнуть, что совпадение уравнений (5) и (16) не указывает на то, что механизм действия. ферментов соответствует тому механизму, для которого выведено уравнение (16). С этой точки зрения поучительно заметить, что уравнение точно того же вида может быть получено для механизмов, подчиняющихся ограничениям, которые постулировали Анри и Михаэлис и Ментен или Ван-Слайк и Каллен. Отличие будет состоять лишь в том, что смысл констант будет иным при этом очевидно, что константы, выведенные для стационарного механизма (например, Кт= k- + k+2) k+ ), могут найти наиболее широкое применение. Совпадение уравнений (5) и (16) действительно указывает лишь на одно — что принятый нами механизм, быть может, верно описывает ферментативный катализ. Для того чтобы подтвердить большую достоверность данного механизма по сравнению с другими, необходимо найти какие-то иные методы анализа. [c.51]

Механизмы ферментативных реакций чрезвычайно сложны и еще мало изучены. Однако кинетика этих реакций часто описывается простыми уравнениями, получаемыми также из очень простых предположений. Так, кинетика инверсии тростникового сахара (сахароза) под действием фермента сахаразы описывается в предположении образования единственного промежуточного продукта, обладающего свойствами продукта Аррениуса. Последующие соображения и вывод были предложены Анри (1902), а также Михаэлисом и Ментеном (1913). Обозначив буквами F фермент, а S — реагирующее вещество (субстрат), кинетическую схему можно записать так [c.351]

Задание методом квазиравновесных концентраций получите уравнение для начальной скорости ферментативной реакции (5 -> Р), протекающей по предложенному Л.Михаэлисом и М. Ментеном механизму, с учетом условия [8]о [Е]о- Каким образом определяют параметры этого уравнения [c.246]

В число основных факторов, определяющих начальную скорость ферментативной реакции, входят концентрация фермента и субстрата, pH и температура, наличие активаторов и ингибиторов, причем концентрация субстрата является одним из наиболее важных. График зависимости между начальной скоростью и концентрацией субстрата выражается в виде ветви равнобочной гиперболы. Краеугольным камнем ферментативной кинетики является теория Михаэлиса-Ментен о механизме взаимодействия фермента и субстрата через образование про.межуточного фермент-субстратного комплекса, что является исходным моментом самых современных концепций. Теория исходила из факта, что равновесие между ферментом и субстратом достигается быстрее, чем разрушается фермент-субстратный комплекс. Однако анализ, проведенный Бригсом и Холдейном, показал, что в любой момент реакции скорости образования и распада фермент-субстратного комплекса практически равны, то есть достигается стационарное состояние, в котором концентрация промежуточного соединения постоянна. На основании этого было предложено уравнение, выполняемое для многих механизмов реакций, катализируемых ферментами, которое на- [c.203]

Представление о фермент-субстратном комплексе было выдвинуто для объяснения зависимости скорости реакции от концентрации субстрата. Позднее наблюдение над тем, что кинетика поглощения катионов растительными тканями подчиняется уравнению Михаэлиса—Ментен, было принято за доказательство существования комплексов, переносящих катионы [12]. Метод кинетического анализа можно назвать методом исключения . Если кинетика реакции, вытекающая из предполагаемого механизма, не соответствует экспериментально полученным результатам, нужно отвергнуть исходное предположение. Однако иногда ряд возможных механизмов реакции приводит к одному и тому же уравнению скорости и потому нельзя сделать выбор между этими механизмами. Например, кинетические данные, укладывающиеся в теорию Михаэлиса — Ментен, соответствуют представлению о фермент-субстратном комплексе, но возможны и другие механизмы реакции. Так, Медведев [24] предложил теорию ферментативного действия, согласно которой комплекс, образуемый ферментом и субстратом, каталитически не активен. Медведев предположил, что скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации молекул фермента, участвующих в неэластических столкновениях, т. е. столкновениях, при которых происходит перенос кинетической энергии. [c.58]

Несмотря на то что схема (1.7) и уравнение Михаэлиса — Ментен не соответствует на молекулярном уровне ни одному механизму реакции, его использование получило большое распространение. Это одно из фундаментальных уравнений ферментативной кинетики. Уравнение Михаэлиса — Ментен феноменологически описывает практически все ферментативные реа1кции, а наблюдаемые отклонения, как правило, связаны с усложнением простейшей схемы. Дело в том, что уравнение Михаэлиса — Ментен отражает фундаментальную особенность ферментативных реакций — участие в механизме процессов лабильных промежуточных соединений субстрата и активного центра фермента. [c.12]

Несмотря на кажущуюся сложность реакции, вне зависимости ог числа и природы интермедиатов, принимающих участие в механизме реакции, стационарная кинетика процесса будет описываться уравнением Михаэлиса. Для характеристики ферментативных реакций обычно определяют оба параметра входящие в уравнение Михаэлиса — Ментен максимальную скорость Ут и константу Михаэлиса Кт- Важно отметить, что без детального знания механизма реакции интерпретация йкат и Кт как констант связывания фермента субстратом и константы скорости превращения фермент-субстратного комплекса неправильна, поскольку для разных кинетических схем константы ккат и Кт могут отражать совершенно различные процессы (ом. табл. 1), тем не менее эти характеристики легко определяются экспериментально и в ряде случаев несут весьма важную информацию о свойствах каталитической реакции. [c.14]

Известен большой класс ферментативных реакций, для которых уравнение Михаэлиса — Ментен не описывает экспериментально наблюдаемой зависимости ско рости от концентрации субстрата. Эти случаи связаны со значительными изменениями в механизме реакции , как правило, вызывают интерес исследователей, поскольку эффекты такого рода имеют большое регуляторное значение. Известно иесколько механизмов, приводящих к неми-хаэлисовым завйсимостям скорости реакции. Все эти механизмы связаны со взаимодействием с ферментом нескольких молекул субстрата. Отклонения могут быть вызваны ингибированием или активацией реакции избытком субстрата, а также аллостериче-скими эффектами. [c.21]

Это уравнение представляет собой уравнение Михаэлиса — Ментен в общем виде, справедливое для обратимой ферментативной реакции. Его преимущество ш сравнению с уравнением (2.17) состоит в том, что оно не связаЦо ни с каким конкретным механизмом и его можно рассматрив ь как чисто эмпирическое уравнение. Иными словами, существует много механизмов, более сложных, чем механизм (2.16), которое тем не менее описываются уравнением скорости типа (2.18). Наиболее важным среди этих механизмов является механизм обратимой ферментативной реакции, который наиболее близок к реальной ситуации, поскольку в нем стадия превращения А в Р и стадия высвобождения продукта Р из комплекса с ферментом рассматриваются как отдельные реакции [c.51]

Механизм большинства ферментативных реакций гораздо проще, чем механизм Уонга—Хейнса. Среди этих механизмов можно выделить две основные группы для одних реакция протекает с образованием в качестве промежуточного соединения тройного комплекса ЕСХУ (названного тройным в связи с тем, что он содержит три реагента — фермент и оба субстрата), а для других— замещенной формы фермента ЕС. Ранние исследователи, например Вульф [151,152] и Холдейн [64], предполагали, что реакции должна протекать через промежуточную стадию образования тройного комплекса, который возникает либо из двойного комплекса ЕОХ, либо из двойного комплекса ЕУ. Иными словами, субстраты могут связываться с ферментом в произвольном порядке, как это показано на рис.5.1. Строгое уравнение стационарной скорости для этого механизма имеет сложный вид и содержит члены, включающие [СХ] и [У] . Однако вклад этих членов в скорость, реакции невелик, и Гулбински и Клеланд [61], используя метод моделирования с применением ЭВМ, показали, что если не брать, маловероятные значения для констант скорости, то получаемые-зависимости скоростей концентраций субстратов имеют точно такой же вид, как и соответствующие зависимости для случая,. коГда все стадии, за исключением стадии взаимного превращении ЕХС-У и ЕХ - СУ, являются равновесными. При этом уравнение-скорости не содержит квадратичных членов, и для простоты мы будет использовать уравнения, выведенные в предположении, что скорость установления равновесий очень велика (речь идет только о механизмах с неупорядоченным присоединением субстратов). Следует, однако, подчеркнуть, что факт выполнимости подобных уравнений нельзя рассматривать как доказательство быстрого установления равновесия, точно так же как на основании выполнимости уравнения Михаэлиса—Ментен для большинстваг ферментов нельзя сделать вывод, что при этом справедливо до- [c.104]

Отклонения от уравнения Михаэлиса—Ментен должны наблюдаться и для многих других механизмов с разветвленными путями [1391, однако эти отклонения могут быть настолько малыми, что обнаружить их не удастся, как этой было показано,например, Гулбински и Клеландом [61] для галактокиназы (разд. 3.7и 5.2). В настоящее время не известно ни одного случая кооперативности ферментативной кинетики подобного рода, и, по-видимому, энзимологи будут продолжать использовать равновесные модели, пока это будет целесообразно. [c.197]

В этих книгах отражены успехи в изучении кинетических механизмов сложных ферментативных процессов, в разработке правил вывода уравнений стационарной скорости, в анализе кинетики действия аллостерических и многокомпонентных ферментных систем. В последние годы особенно большое внимание стали уделять отклонениям от линейности различных графиков — двойных обратных величин, V от v/S, S/v от S и других, в которых обычно принято представлять кинетические данные для определения параметров Кт и Vmax. Всс больше наблюдается случаев, когда в уравнение скорости реакции необходимо вводить концентрационные члены в квадрате и высших степенях. Однако даже в одном из самых поздних изданий ( Ферменты М. Диксона и Э. Уэбба) подобные примеры рассмотрены в разделе Особые случаи стационарной кинетики , хотя есть основания считать, что отклонения от кинетики Михаэлиса — Ментен являются скорее правилом, чем исключением. В данной книге авторы попытались изложить основные прин- [c.5]

ТИПОВ ферментативных реакций. Большая часть соответствующих уравнений интегрируется гораздо проще, чем обычно полагают. Для этого нужно быть лишь немного знакомым с интегральным исчислением, а не просто уметь находить стандартные интегралы в таблице. Альберти и Корбер [5] проанализировали интегральную форму уравнения для обратимого механизма Михаэлиса — Ментен и применили его к фумаразе. Шверт [131] получил интегральные формы уравнений скорости для ряда более сложных механизмов. Хотя интегрирование этих уравнений не представляет особых трудностей, конечные выражения имеют обычно довольно сложный вид, и поэтому их анализ весьма трудоемок. Кроме того, интегральные уравнения так мало применялись в ферментативной кинетике, что дальнейшее более или менее детальное обсуждение этого вопроса нецелесообразно. [c.208]

Рис. 9.2. Приближение к стационарному состоянию для ферментативной реакции, подчиняющейся механизму Михаэлиса—Ментен. в верхней части рисунка представлена вависимость скорости реакции от времени пунктирной линией обозначена стационарная скфость (Одтац). В нижней части показана за-внсииость концентрации продукта р от времени (временные шкалы одинаковы для обоих графиков). Приведенные зависимости рассчитаны при помощи уравнений (9.1) и (9.2) при +, -= 50 ООО М-> С- . = 500 с- , +, = 100 с , 8 = 0,005 М и , = 0.00001 М.

Как в схеме Михаэлиса и Ментен, рассматривающих первую стадию ферментативного катализа как равновесный процесс, так и в схеме ван Слейка и Куллена, считавших эту стадию необратимой, делаются малообоснованные и излишние допущения о константах скорости. Как мы видели, обе схемы приводят к одинаковым уравнениям скорости. Бриггс и Холдейн [181 проанализировали обобщенный механизм, который включает оба частных случая [c.36]