Гиперболические ферменты

Рис. 16.9. Кривые насыщения субстратом для гиперболических и сигмоидных ферментов. А. Кривые насыщения субстратом гиперболического фермента (черная) и сигмоидного фермента (красная). Б. Эффекторы изменяют ход кривой-положительные эффекты ( + ) в сторону повышения сродства фермента к субстрату, а отрицательные (-) в сторону его понижения. Серым и красным цветом показаны области наибольшей чувствительности.

Кооперативный характер связывания ферментов с субстратами имеет, пожалуй, такое же большое физиологическое значение, как и кооперативное связывание гемоглобина с кислородом, которое обеспечивает более эффективное высвобождение связанного кислорода в тканях (гл. 4, разд. Д, 5). Кооперативность связывания субстрата отсутствует в том случае, когда благодаря избытку активатора фермент переходит в состояние R (В), при котором связывающие центры ведут себя независимо. В то же время связывание активатора должно характеризоваться сильно выраженной кооперативностью, т. е. скорость реакции должна изменяться при изменении концентрации активатора сильнее, чем в случае гиперболической активации. Аналогичным образом кооперативное связывание ингибитора обеспечивает более быстрое выключение фермента при увеличении концентрации ингибитора. По-видимому, эволюция олигомерных ферментов (по крайней мере отчасти) обусловлена большей эффективностью механизмов регуляции, в основе которых лежит кооперативное связывание эффекторов. [c.39]

Рис. 4.13. Кривая уравнения Михаэли-са-Ментен гиперболическая зависимость начальных скоростей катализируемой ферментом реакции от концентрации субстрата.

Аллостерические взаимодействия проявляются в характере кривых зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата или эффектора, в частности в -образности этих кривых (отклонение от гиперболической кривой Михаэлиса-Ментен). 8-образный характер зависимости V от [8] в присутствии модулятора обусловлен эффектом кооперативности. Это означает, что связывание одной молекулы субстрата облегчает связывание второй молекулы в активном центре, способствуя тем самым увеличению скорости реакции. Кроме того, для аллостерических регуляторных ферментов характерна нелинейная зависимость скорости реакции от концентрации субстрата. [c.156]

Общая скорость ферментативной реакции должна быть пропорциональной концентрации фермент-субстратного комплекса ES (Е — энзим, S — субстрат) Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата графически представляется гиперболической кривой (рис 14) Км на рисунке представляет собой константу Михаэлиса—Ментен, то есть концентрацию [c.72]

Рис. 3.3. Доля связанного фермента при низких концентрациях фермента, согласно уравнению (3.11). Этот общий гиперболический график может быть также приложим к более точному уравнению (3.8) и даже для оценки доли насыщения лиганда [3].

Регуляторные ферменты. Свойства регуляторных ферментов намного более сложны. Кривые насыщения субстратом для большинства этих ферментов отклоняются от гиперболической формы и часто становятся сигмоидными (рис. 16,9, А и Б). У таких кривых имеется область значительно большей крутизны, чем у кривых насыщения для простых ферментов. В этой области, примерно между и и регуляторные ферменты очень чувствительны-даже небольшого изменения концентрации субстрата достаточно, чтобы сильно изменить скорость реакции. [c.487]

Гиперболический характер рассматриваемой зависимости имеет значение также и для практики. В частности, поскольку для определения содержания фермента в препарате обычно используют субстрат в высокой концентрации, на результаты не влияют небольшие ошибки при отмеривании раствора субстрата, а также случайное присутствие ингибиторов данного фермента. Действительно, начальная скорость реакции прямо пропорциональна концентрации фермента при любой концентрации субстрата, за исключением крайнего случая, когда молярные концентрации субстрата и фермента по порядку величины близки. [c.41]

Это означает, что ферменты с несколькими активными центрами, между которыми нет взаимодействия, дают нормальную гиперболическую зависимость Оо от А. Практически, однако, методами кинетики невозможно установить, сколько независимых каталитических центров содержит молекула фермента. [c.237]

Кошланд и сотр. [17] рассмотрели четыре из возможных способов взаимодействия четырех субъединиц, каждая из которых имеет один центр связывания субстрата. Предполагалось, что субъединицы могут сушествовать в двух формах — связываюшей и не связывающей субстрат. При этом рассмотрении предшествующие выводы Моно [8] и Аткинсона [3] умышленно не принимались во внимание. В результате тщательного сравнения кинетических следствий, проистекающих из постулируемых схем взаимодействия, было установлено два весьма важных общих положения а) системы с взаимодействующими субъединицами могут давать нормальные гиперболические кривые насыщения (это следует сопоставить с приведенными в начале этой главы данными о том, что сигмоидные кривые могут быть получены при разных условиях, не обязательно связанных с субъединицами или с взаимодействием субстратных центров) б) для объяснения одних и тех же опытных данных (одной кривой насыщения) пригодны почти в равной мере многие разные модели следовательно, кинетический анализ сам по себе не позволяет сделать выбор среди возможных формальных механизмов регуляции активности ферментов. [c.242]

Б. Влияние температуры на сродство двух форм фермента к фосфоенолпирувату. Гиперболическая форма обнаруживает наибольшее сродство при низких температурах (около 5°С), а сигмоидная — при более высоких (около 12 °С), при.мерно соответствующих верхней части температурного диапазона, обычного для данного вида. [c.286]

В целом ряде случаев мембранные ферменты обнаруживают отклонения от гиперболической кинетики, описываемой уравнением Михаэлиса—Ментен. Для объяснения этого феномена создаются оригинальные концепции о существовании специального регуляторного центра с низким сродством к субстрату, обеспечивающего аллостерическую регуляцию активности исходную или индуцируемую гетерогенность активных центров фермента в олигомерных ансамблях изменение конформации белковых молекул вследствие фазовых переходов мембранных липидов ИТ. п. [c.97]

Тем ие менее вид зависимостей относительных спектральных изменений от концентрации субстрата совершенно различен для изолированных каталитических тримеров и для интактного фермента. На рис. 17.11 сравнивается гиперболическая кривая связывания сукцината с тримерами и сигмоидная кривая кооперативного связывания с интактными молекулами. Как видно иа рисунке, кооперативность присуща только интактным молекулам и для ее возникновения необходимо присутствие К-цепей. [c.101]

На рис. 10.8 представлены зависимости скорости реакции, катализируемой типичным аллостерическим ферментом, от концентрации субстрата в присутствии и в отсутствие аллостерического ингибитора. В отсутствие ингибитора наблюдается гиперболическая кривая насыщения. В его присутствии кривая приобретает сигмоидный вид при высоких концентрациях субстрата скорость реакции может до- [c.107]

По данным кинетического анализа, ингибирование по принципу обратной связи может быть конкурентным, неконкурентным, частично конкурентным или может носить иной характер. Если при высоких концентрациях 8 активность фермента примерно одинакова в присутствии и в отсутствие аллостерического ингибитора, то кинетика внешне сходна с кинетикой конкурентного ингибирования. Однако, поскольку кривая насыщения субстратом все-таки носит сигмоидный, а не гиперболический характер, метод построения графиков в обратных координатах для аллостерических ингибиторов непригоден он предложен для конкурентного ингибирования в каталитическом центре. Поскольку аллостерические ингибиторы связываются с ферментом в другом (аллостерическом) центре, исходная кинетическая модель утрачивает силу. [c.107]

Простые ферменты. Для большинства ферментов характерна гиперболическая кривая насыщения субстратом. Скорость реакции зависит только от концентраций субстрата и продукта и гиперболически возрастает с повышением концентрации субстрата, т.е. удовлетворяет условиям соотношения Михаэлиса-Ментен. Такие ферменты называют простыми или гиперболическими ферментами (рис. в.9,А, черная кривая). [c.486]

Из проведенного анализа следует, что стационарная скорость реакции (6.1) при [S](, [E]q должна гиперболически зависеть от начальной концентрации субстрата и линейно от начальной концентрации фермента. Эти закономерности действительно характеризуют кинетику большинства ферментативных реакций. Дело в том, что уравнение Михаэлиса — Ментен [c.217]

ЭТО так называемое уравнение Михаэлиса — Ментен. Оно иллюстрирует гиперболическую зависимость скорости ферментативной реакции от начальной концентрации субстрата и линейную зависимость — от концентрации фермента. Произведение /Зкат [Е]о, имеющее размерность скорости реакции, обычно называют максимальной скоростью реакции и обозначают Ут (из уравнения (5.7) видно, что при [5]о>/(т(каж) ВЫПОЛНЯеТСЯ равенство и=Ут). [c.78]

Встречается и обратная ситуация, когда 5-образная кривая в присутствии аллостерического эффектора превращается в гиперболическую. Например, пируваткиназа скелетных мышц характеризуется кинетикой Михаэлиса, но в присутствии аллостерического ингибитора (фенилаланина) кривая зависимости скорости реакции от концентрации субстрата становится 5-образной, при этом сродство фермента к субстрату (фосфоенолпирувату) уменьшается. Изменение кинетических свойств под действием аллостерических эффекторов обусловлено конформационной перестройкой молекулы белка. С помощью сшивающих реагентов или каких-либо других воздействий на структуру белка можно наблюдать потерю чувствительности фермента к аллосте-рическим эффекторам. Для выявления аллостерических свойств иногда необходимо изменить условия определения активности сместить pH реакционной среды в кислую или щелочную область от рН-оптимума или исследовать влияние эффектора при ненасыщенной концентрации субстрата. [c.215]

В первом случае взаимодействие является гомотроп-ным, во втором — гетеротропным. Пространственная обособленность активных и аллостерических центров обусловлена наличием четвертичной структуры, характерной для аллостерических ферментов. Аллостерические взаимодействия наиболее ярко проявляются в характере кривых зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата, о [8] Вместо гиперболической кривой, подчиняющейся кривая закономерностям Михаэлиса—Ментен, для аллосте- зависимости скорости рических ферментов характерна сигмоидная кривая, ферментативной реакции представленная на рис. 6.13. Как видно из рисунка, от концентрации субстрата, при малых концентрациях субстрата скорость фер- характерная для аллосте-ментативной реакции гораздо ниже, чем для обыч- рических ферментов ных ферментов в равных условиях. [c.81]

Для многих ферментов характерна гипфболическая кривая зависимости скорости реакции от концентрации субстрата (рис. 9-4), постепенно приближающаяся к точке, соответствующей насыщению фермента субстратом. Мы уже видели, что такие кривые имеют две основные точки 1) Км-концентрация субстрата, при которой скорость реакции равна половине ее максимальной скорости, и 2) Т ах-максимальная скорость, т.е. предельное значение, к которому приближается скорость реакции при бесконечно большой концентрации субстрата. Михаэлис и Ментен показали, что из гиперболических кривых насьпцения ферментов можно извлечь много дополнительной полезной информации, если перевести их в простую математическую форму, равнение Михаэлиса-Ментен представляет собой алг раиче-ское выражение гиперболической формы таких кривых. Членами этого важнейшего уравнения являются концентрация субстрата 8, начальная скорость Vo, Утах и Км - Уравнение Михаэлиса-Ментен лежит в основе всех кинетических исследований ферментативных реакций, так как [c.233]

Для аллостерических ферментов соотношения между концентрацией субстрата и скоростью реакции отличаются от соотношений, отвечающих классическому уравнению Михаэлиса-Ментен, причем характер этих различий зависит от того, подчиняется ли фермент действию ингибирующего или активирующего модулятора. У аллостерических ферментов так же, как и у нерегуляторных ферментов, наблюдается насьпцение субстратом, когда последний присутствует в достаточно больших концентрациях, однако график зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата для некоторых аллостерических ферментов представляет собой сигмоидную кривую, а не классическую гиперболу, характерную для нерегуляторных ферментов (рис. 9-21). Хотя на сигмоидной кривой насьпцения субстратом для аллостерических ферментов мы можем найти точку, в которой скорость реакции равна половине ее максимальной скорости, эта точка не соответствует величине Км, поскольку поведение аллостерических ферментов не описывается гиперболической зависимостью, вытекающей из уравнения Михаэлиса-Ментен. В данном случае вместо символа Км используют символы [8]о 5 и Ко обозначающие концентрацию субстрата, при которой скорость реакции, катализируемой аллостерическим ферментом, равна половине ее максимальной скорости. [c.260]

Гиперболическая кривая насьпцения субстратом для нерегуляторного фермента, приведенная вьппе на рис. 9-4, очень напоминает кривую связывания [c.260]

Гемоглобин же содержит четыре центра связывания, по одному в каждой из четырех субъединиц, причем все эти центры действуют кооперативно. Вспомним, что когда один центр связывания гемоглобина занят молекулой кислорода, у других центров связывания сродство к кислороду возрастает. Это проявляется в том, что после связывания первой молекулы кислорода кривая насьпцения гемоглобина кислородом резко идет вверх и принимает сигмоидную форму. Аналогичным образом гомотропный аллостерический фермент (рис. 9-21, А) имеет несколько центров связывания для своего субстрата, действующих кооперативно, так что связьшанне одной молекулы субстрата значительно облегчает присоединение к ферменту последующих молекул субстрата. Поэтому зависимость скоро-, сти ферментативной реакции от концентрации субстрата описывается сигмоидной, а не гиперболической кривой. [c.260]

В последние годы все чаще обнаруживаются ферментативные реакции, не подчиняющиеся так называемой кинетике Михаэлиса (простой гиперболической зависимости начальной скорости реакции от концентрации субстрата). Кинетика таких, реакций представляет большой интерес, поскольку она может быть связана с механизмом саморегуляции на уровне индивидуального фермента. В книге Уэстли эти актуальные допросы рассмотрены, по нашему мнению, несколько поверхностно и не вполне отражают современное состояние теории, развивающейся особенно интенсивно в последние 2 — 3 года. По этим причинам мы сочли целесообразным снабдить гл. XV, посвященную регуляции активности ферментов, небольшими подстрочными примечаниями и ссылками на работы, вышедшие в последнее время. В список лит - [c.6]

У ОДНИХ ферментов кривая насыщения имеет гиперболическую форму (Л), у других — сигмоидную Б). Концентрацию субстрата, при которой скорость реакции (и) составляет половину 1 п1ах обозначают как Км (в случае гиперболической кривой) или 5о 5 (в случае сигмоидной кривой). Область физиологических концентраций, которые обычно несколько ниже /Сдх или 50 5 ( кажущихся величин сродства фермента к субстрату), заштрихована. [c.20]

Рис. 3. Влияние положительных (-1-) и от-рицате.чьных (—) модуляторов на регуляторные ферменты трех различных типов. А. Кривая насыщения субстратов всегда имеет гиперболическую форму, и модуляторы — как положительные, так и отрицательные —влияют только на Б. Кривые насыщения имеют сигмоидную форму, и модуляторы здесь тоже влияют только на кажущееся сродство к субстрату — ве-

Большинство гемоглобинов позвоночных, так же как и регуляторные ферменты, обладает четвертичной структурой (рис. 113). Подобно тому как регуляторные ферменты часто состоят из разнородных (регуляторных и каталитических) полипептидных субъединиц, гемоглобины в большинстве случаев тоже построены из субъединиц двух различных типов. Наиболее обычный гемоглобин взрослого позвоночного представляет собой тетрамер, состоящий из двух а- и двух р-цепей, к каждой из которых присоединен гем (рис. 113). По-видимому, наличие в молекуле разнородных субъединиц существенно для кооперативного характера связывания кислорода (см. кривую для НЬ на рис. 112). У гомотетрамеров кривые насыщения кислородом имеют гиперболическую форму, сходную с формой кривой насыщения миоглобина. Благодаря сложности структуры высшего порядка (т. е. гетеротетрамерии) у гемоглобинов и регуляторных ферментов смогла выработаться высокая регуляторная эффективность. В частности, те и другие белки способны резко изменять свою функциональную активность при незначительных изменениях в концентрации субстрата или газа. У гемоглобинов это выражается в том, что они могут высвобождать большие количества связанного кислорода при крутом градиенте концентрации Ог в тканях. Вместе с тем концентрации свободного кислорода в плазме крови поддерживаются на низком уровне. [c.361]

Уникальность белков состоит в том, что они могут менять свою конформацию, делая поверхность комплементарной лиганду, например активный центр фермента — субстрат (по Кошланду). Различные лиганды связываются с белковыми молекулами по центрам связывания. Очевидно, что эти центры должны быть комплементарны функциональным группам лиганда. Связи между лигандом и центром связывания белка нековалентные (водородные, ионные, гидрофобные), поэтому такое связывание обратимо. Мономерные белки связываются с лигандом по гиперболической зависимости мультимерные — по сигмоидной зависимости из-за кооперативного эффекта. Связывание белка с лигандом зависит от числа мест (центров) связывания и количества молекул лиганда. Если оно превышает число центров связывания на белке, дальнейшего связывания не происходит (белок насыщен лигандом). Специфическое взаимо-ыдействие за счет комплементарных поверхностей объясняет большинство функций белков (фермент — субстрат гормон — рецептор антиген — антитело и т.д.) [c.48]

Г рафик зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата имеет гиперболический вид — это так называемая кривая Михаэлиса (рис. 2.5, а). При высокой концентрации субстрата, когда все молекулы фермента находятся в составе фермент-субстратного комплекса (полное насыщение), скорость реакции будет максимальной (г ,ах)- При полунасыщении, т. е. когда половина молекул фермента войдет в состав Е8-комплекса, скорость реакции станет равной половине максимальной скорости (0,5гтах)- Концентрация субстрата, при которой достигается данная скорость, и дает значение константы Михаэлиса (поэтому константу Михаэлиса называют также концентрацией Михаэлиса). Решая уравнение Михаэлиса — Ментен относительно Ky получаем следующее выражение [c.106]

Гиперболическое уравнение используют и для описания роста микроорганизмов (кинетика Моно) и в ферментативной кинетике (кинетика Михаэлиса-Ментен). Это обусловлено тем, что константы в нем имеют физический смысл, а именно характеризуют максимально воможную скорость реакции у ах и сродство субстрата к ферменту или клетке Кь. [c.361]

Отклоне1шя от гиперболической зависимости скорости от концентрации субстрата могут возникать при олигомеризации фермента, что сопровоящается изменением активности вследствие маскирования части активных центров. В простейшем случае, когда образуются линейные ассоциаты так, что стерически экранируются все активные центры за исключением расположенного на конце оли- [c.156]

РИС. 17.1. Гиперболическая и сигмоидная кинетические кривые. Зрисимость начальной скорости реакции от концентрации субстрата (8) для обычного неаллостерического фермента имеет вид гиперболы, а для аллостерического фермента — сигмоидной кривой. [c.88]

Этот тип кинетики резко отличается от гиперболической зависимости Михаэлиса — Ментен для обычного неаллостерического фермента. [c.88]

Предположим, что 1 связывается с ферментом только в состоянии Т, а А — только в состоянии К. Данные можно было бы объяснить, если /, = 1 почти гиперболическое связывание только А нли только 1, но сигмоидный характер связывания А в присутствии 1 имеет место из-за того, что 1 переводит белок в состояние Т. Обратное справедливо для I в присутствии А. Если же/, 1, то связывание одного А должно иметь сигмоидный, а ие гиперболический характер. Следователвно, доктор Альфа ие прав. Доктор Омега также ие прав, так как ои упускает из виду, что случай, когда /. = 1, является решением. [c.491]

Гл. 7 содержит основные сведения по кинетике действия ферментов, занимающих ключевые позиции в клеточном метаболизме, — аллостерических ферментов. Необычные кинетические свойства аллостерических ферментов, важные для выполнения ими регуляторных функций (положительная или отрицательная кинетическая кооперативность по субстрату, т. е. случаи, когда коэффициент Хилла больше или меньше единицы), связаны с их субъединичной структурой и как следствие с наличием в молекуле фермента нескольких активных центров. Если каталитическая эффективность активных центров изменяется по мере насыщения их субстратом в молекуле фермента (это означает, что существуют взаимодействия между активными центрами), то зависимость скорости ферментативной реакции (1 ) от концентрации субстрата (8) обнаруживает отклонения от закона Михаэлиса— Ментен. Следует подчеркнуть, что положительная и отрицательная кинетическая кооперативность по субстрату не являются единственными типами кинетического проявления взаимодействия активных центров в аллостерических ферментах Аллостерические взаимодействия могут приводить также к появлению максимумов и промежуточных плато на кривых зависимости I от [8]о. Для исследования подобных сложных зависимостей потребовалось изменить привычную стратегию постановки кинетического эксперимента, пригодную для изучения гиперболических зависимостей V от [З] во-первых, зкспериментаторам пришлось [существенно увеличивать интервал концентраций субстрата, в котором проводились измерения начальных скоростей ферментативной реакции, и, во-вторых, более густо располагать точки по оси концентраций субстрата. Кроме того, потребовалось повысить точность кинетических экспериментов. Применение подобной измененной стратегии к изучению ферментов, не являющихся объектом аллосте-рической регуляции в клетке, показало, что утверждение, гласящее, что большинство ферментов следует кинетике Михаэлиса— [c.6]

Часто оказывается, что ферменты, занимаюоще ключевые позиции в контроле метаболизма, ингибируются или активируются соединениями, не имеющими структурного сходства с субстратами или продуктами метаболических реакций. Во многих случаях имеются надежные доказательства того, что связывающие центры для субстрата и модификатора пространственно разделены. Это явление часто называют аллостерическим ингибированием или активацией, и оно имеет явное сходство с гиперболическим ингибированием или активацией. Однако аллостерические ферменты имеют и другие аномальные кинетические свойства (эти ферменты рассмотрены в гл. 7). Обсуждая вопросы контроля метаболизма, вместо термина модификатор часто используют термин эффектор , желая подчеркнуть то обстоятельство, что действие модификаторов имеет физиологическое значение. [c.94]

Простейший тип рН-зависимости скорости ферментативной реакции, наблюдаемый в том случае, когда в процессе ионизации участвует единственная кислая или основная группа, не отличается от общего случая гиперболического ингибирования иди активации, рассмотренного в гл. 4. С формальной точки зрения прохонирование основной группы фермента представляет собой просто частный случай связывания модификатора на особом центре, и поэтому приводить снова алгебраические выкладки для этого простейшего случая нет необходимости. Однако между протонами и другими модификаторами существуют определенные различия, вследствие чего протоны целесообразно рассматривать отдельно от модификаторов другого типа. Прежде всего активность практически всех ферментов зависит от концентрации протонов, и поэтому протон является гораздо более важным модификатором, чем любой другой модификатор. По своим размерам протон гораздо меньше всех химических соединений, и для него отсутствуют стерические ограничения. Это приводит к тому, что многие кинетические явления, невозможные для других модификаторов, для протона распространены весьма широко (например, чистое неконкурентное ингибирование). Концентрация протонов измеряется и контролируется в гораздо большем интервале, нежели при использовании любого другого модификатора, поэтому можно ожидать, что удастся зарегистрировать все вызываемые ими эффекты. Наконец, протоны обычно связываются с многими центрами в молекуле фермента, и для всестороннего анализа -рН-зависимости скорости ферментативной реакции рассмотреть связывание протона только с одним центром, как правило, недостаточно. [c.143]

Сравнение выражений (6) и (7) показывает, что, если активация фермента происходит по механизму (7), следует ожидать зависимости скорости активации от концентрации АТФ согласно уравнению Михаэлиса. Экспериментальные результаты показали, что на самом деле скорость активации гиперболически зависит от концентрации АТФ значение константы скорости первого порядка для распада тройного комплекса (насыщающие концентрации АТФ) равно 2 мин- (25° С), а величина 1 10 М и совпа- [c.33]

Определяя в растворе активность того или иного фермента, обладающего четвертичной структурой, экспериментатор часто яе имеет возможности составить представление о том, как изменяется и меняется ли вообще эта структура в процессе каталитического акта. Такой вопрос просто не возникает, если кинетическое ловедение ферментов не обнаруживает отклонений от простых ки-летических закономеростей типа гиперболического закона Михаэлиса—Ментен. [c.153]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология