Факторы, влияющие на скорость ферментативной реакции

1. Влияние температуры. Оптимальная температура для большинства ферментов - +40…+-60⁰С. С повышением температуры возрастает кинетическая энергия мол-л, и, соответственно, скорость ферментативной реакции. При повышении t⁰ на 10⁰ в пределах физиологических значений скорость ферментативных реакций повышается в 1,4—2 раза (см. рис. ).

2. Влияние рН. Ферменты содержат большое число ионогенных групп, ионизация которых, зависящая от рН, влияет на каталитическую активность фермента. рН внутриклеточной среды может оказывать и косвенное влияние на активность ферментов, влияя на связи апофермента с небелковым компонентом. (см. рис. ).

3. Ингибиторы ферментов. Ингибиторы - вещества, которые частично или полностью препятствуют образованию ФСЕ. Для ингибиторов характерна специфичность действия. В качестве ингибиторов могут быть клеточные метаболиты и их структурные аналоги, яды, токсические вещества, ионы тяжелых металлов, многие фармакологически активные соединения и др. (см. рис. ).

4. Концентрация фермента и субстрата (см. рис. ).

Регуляция ферментативной деятельности

Регуляция скорости ферментативных реакций в клетке осуществляется двумя основными путями – за счет экспрессии (репрессии) генома, или за счет активации или ингибирования деятельности уже имеющихся в клетке ферментов.

1. Экспрессия (или репрессия) генома. В клетке усиливается дополнительный синтез белков-ферментов, уже работающих в клетке, или появляются белки-ферменты с новыми каталитическим функциями, или расширяется спектр изоферментов. Изоферменты - группа ферментов, выполняющих идентичную каталитическую функцию, но отличающихся по структуре и ряду физико-химических свойств, и имеющих разные оптимумы активности в зависимости от условий (t, pH, освещенность и др.). При изменении внешних условий спектр изоферментов может меняться, что повышает адаптивность растительного организма к внешним условиям.

2. Активация (ингибирование) уже существующих (присутствующих в клетке) ферментов.

2.1. Конкурентное ингибирование активного центра фермента продуктами реакции (при перепроизводстве продукта).

2.2. Неконкурентная (аллостерическая, алло- разный) регуляция. Присоединение регулятора (активатора или ингибитора) к регуляторному центру фермента приводит к изменению конфигурации активного центра фермента, где идет связывание фермента с субстратом, что отражается на скорости ферментативной реакции (см. рис.). Ингибиторы бывают природные и синтетические, общие (ионы тяжелых металлов, например, Hg , Pb) и , специфические (цианиды, фториды и др.).

Локализация ферментов в клетке. Внутри клетки индивидуальные ферменты содержатся и действуют в строго определенных органеллах в зависимости от функций, выполняемых данной органеллой (или частью клетки). Например, ферменты цикла Кальвина находятся в строме хлоропласта, гликолиза – в цитоплазме, цикла. Кребса – в матриксе митохондрий, окислительного фосфорилирования – на внутренней мембране митохондрий, синтеза нуклеиновых кислот – в ядре, гидролазы – в лизосомах и т.д.

Классификация ферментов

Согласно международной классификации, принятой в 1961 г, все ферменты разделяют на 6 классов в соответствии с характером катализируемых ими реакций.

1 .Оксидоредуктазы, катализирующие реакции окисления или восстановления (перенос иона водорода и электрона). Оксидоредуктазы, катализирующие, отщепление и перенос ионов водорода и электронов с одного субстрата на другой, называют дегидрогеназами.

R¢ H₂ + R^² ® R¢ + R^²H₂

Оксидазами называют ферменты, для которых акцептором Н⁺ и е^- служит О₂ (цитохромоксидаза, полифенолоксидазы, пероксидаза, аскорбатоксидаза, каталаза и др.).

RH₂ + 1/2 O₂ à R + H₂O (оксидазы)

RH₂ + H₂O₂ à R +2H₂O (пероксидазы)

2. Трансферазы, катализирующие перенос химических групп с одной молекулы субстрата на другую. Среди трансфераз особо выделяют киназы, переносящие фосфатную группу, как правило, с молекулы АТФ. АХ +В à А + ВХ, Глю + АТФ àглю-Ф + АДФ

3. Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей, например: липазы, протеиназы, амилазы, нуклеазы. R¢ R^² + H₂O à R¢ -OH + R^² -H

4. Лиазы, катализирующие разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов. Лиазы способны катализировать и обратную реакцию — присоединение по двойным связям, например, карбоксилазы и декарбоксилазы.

5. Изомеразы, катализирующие структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата. ФГА à ФДА, глю-6-Ф ® фру-6-Ф

6. Лигазы, ускоряют реакции синтеза с использованием энергии макроэргических соединений. Синтетазы катализируют реакции образования амидов, биополимеров: белков, олиго - и полисахаридов, нуклеиновых кислот и др.