Значение показателя концентрации водородных ионов - рН

Небольшие изменения значения рН в реакционной смеси оказывают определенное влияние на ионное состояние фермента, а часто и субстрата. Как показывают измерения актив­ностей ферментов или скоростей ферментативных реакций при различных рН, оптимальная активность обычно наблюдается в интервале рН 5,0-9,0. Вместе с тем отде­льные ферменты активны при значениях рН, лежащих далеко за пределами этого ин­тервала, например пепсин активен при рН 1,5-2,0.

В основном влияние рН на активность ферментов выражается в сле­дующих проявлениях: денатурации фермента при очень высоких или очень низких значениях рН и изменении величины заряда молекул субстра­та или фермента. Активность фермента при увеличении или уменьшении рН может изме­няться в результате изменений его структуры, либо заряда функционально важных групп, принимающих участие в катализе или связывании субстрата. Рассмо­трим для примера взаимодействие фермента, несущего отрицательный за­ряд (E^–) с положительно заря­женным субстратом (SH ⁺):

П ри низких значениях рН происходит протонирование фермента Eˉ:

а при высоких значениях рН – депротонирование субстрата SH⁺:

Поскольку взаимодействовать друг с другом мо­гут только SH⁺ и Eˉ, при крайних значениях рН эффективные концентрации Eˉ или SH⁺ окажутся низ­кими, что в любом случае приведет к снижению скорости реакции (см. рис. 5.7).

Рис. 5.7 Влияние рН на активность фермента.

Как следует из рис. 5.7, только в области, выделенной двойной штриховкой, при соответствующих значениях рН в активном ионном состоянии находятся одновременно E и S. Максимальной концен­трации активные ионные состояния E и S достигают при рН в точке X.

Величина рН может оказывать регуляторное действие на конформационное состояние белков и ферментов. Поддержание ак­тивной третичной или четвертичной структуры часто зависит от присутствия определен­ного заряда на конкретной группе, даже сильно удаленной от области связы­вания субстрата. Изменение заряда этой группы может привести к частичному разворачиванию белковой молекулы или, наоборот, к ее компактизации, или даже к диссоциации олигомерного белка на протомеры, что во всех случаях сопровождается потерей активности.

Концентрация реагентов

У величение концентрации реагирующих веществ приводит к возра­станию числа молекул, обладающих достаточной для реакции энергией и к росту частоты их столкновений. Рас­смотрим реакцию между двумя разными молекула­ми А и В:

Удвоение концентрации [А] или [В] по отдельности приведет к увеличе­нию скорости реакции в два раза, а одновременное удвоение концентра­ций [А] и [В] повысит вероятность их столкновений вчетверо и скоро­сть реакции возрастет в четыре раза (квадратные скобки используют для выражения содержания реагирующих веществ в молярной концентрации). Следовательно, скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих моле­кул. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов принимает вид:

скорость реакции ~ [реагирующие вещества],

или в данном конкретном случае:

скорость реакции ~ [А][В].