Аллостерические эффекторы

(это низкомолекулярные или высокомолекулярные вещества, которые прикрепляются к аллостерическому центру фермента и изменяют его активность)

Активаторы

Ингибиторы

4.4. Механизм действия ферментов

(1902 г. – Д. Браун, 1903 г. – В. Генри, 1913 г. – Л. Михаэлис и М. Ментен).

Ведущая роль в механизме отводится фермент-субстратным комплексам (ФСК). Они в настоящее время выделены и изучены.

Схема механизма:

I фаза: E + S  ES, где Е – фермент (от «энзим»), S – субстрат, ES – фермент-субстратный комплекс.

II фаза: ES  ES`. Под действием фермента субстрат претерпевает изменения, делающие его белок доступным для химической реакции.

III фаза: ES` EP, где ЕР – фермент-продуктный комплекс (ФПК). Происходит сама химическая реакция.

IV фаза: ЕР  Е + Р. Образовавшийся продукт освобождается от ФПК.

Общая схема:

I II III IV

E + S  ES  ES`  EP  E + P

Комплексы ES, ES` и ЕР выделены.

Образование ФСК возможно благодаря определенному сродству фермента к своему субстрату. Наиболее четко (и образно) эта мысль была высказана Э. Фишером (1890): «субстрат подходит к ферменту как ключ к замку».

Физический смысл ферментативного катализа:

взаимодействие между молекулами происходит в том случае, когда они обладают достаточным для реакции запасом энергии. Энергия, необходимая для достижения молекулами переходного состояния (т.е. та энергия, которой молекулы должны обладать, чтобы вступить в химическую реакцию), называется энергией активации (Е_а). В случае ферментативной реакции образуется ФСК, за счет чего происходит снижение энергии активации.

Е_а` < Е_а, т.е. путь реакции с участием фермента становится энергетически более выгодным

Таким образом, высокие скорости ферментативных реакций (при достаточно невысокой температуре) являются результатом снижения Е_а катализируемых реакций.

4.5. Скорость ферментативных реакций

Скорость ферментативных реакций зависит от активности фермента. Активность фермента характеризуется каталами (единицами любого фермента по последнему международному соглашению). 1 катал (кат) – это такое количество фермента, которое в оптимальных условиях (t ⁰С, рН, [S]) катализирует превращение субстрата со скоростью 1 моль/с.

Влияние различных факторов на скорость ферментативных реакций:

1. влияние [Е] и [S]

1 – норма,

2 – при наличии каталитического яда (токсических для фермента примесей)

Гиперболическая зависимость v от [S].

Для описания зависимости v от [S] Л. Михаэлис и М. Ментен предложили уравнение (для односубстратной реакции, например, изомеризация):

,

где К_m – константа Михаэлиса (моль/л), для данного фермента К_m=const, v_max=const.

Условие квазистационарности:

, если

К_m – аналог константы диссоциации ФСК. По величине К_m судят о степени сродства фермента к субстрату. К_m=10^-210^-5 моль/л. Чем ниже К_m, тем выше сродство Е к S.

2. влияние температуры на скорость

Зависимость k от температуры выражается уравнением Аррениуса:

,

где В = const (характеризует частоту столкновений молекул и их взаимную ориентацию).

График зависимости ln k от 1/Т ограничен температурными пределами, т. к. большинство ферментов оптимально могут работать лишь в узком диапазоне температур (40-60 ⁰С).

3) влияние рН среды на скорость

р

Н = -lg [Н⁺]

Ферментативные реакции чувствительны к изменению рН, т.к. в состав их входят ионогенные группы, состояние которых влияет на активность фермента. Значение рН, при котором скорость максимальна, называется оптимумом рН.