Механізми дії та кінетика ферментативних реакцій: залежність швидкості реакції відконцентрації субстрату, рН та

температури.

Залежність швидкості реакції від концентрації ферменту та субстрату. Швидкість ферментативної реакції буде прямо пропорційно залежати від концентрації ферменту, а саме: V = k [E], тобто збільшення в клітині рівня певного ферментного білка повинно супроводжуватися зростанням швидкості реакції, що каталізується цим ферментом. Складнішою є залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації субстрату. Графічно ця залежність зображується гіперболою. Як видно з ходу гіперболи, ця залежність має складний характер: при низьких концентраціях субстрату швидкість реакції прямо пропорційна його концентрації (реакція першого порядку), а при високих концентраціях досягається ефект насичення, тобто незалежність V від [S]. Рівняння залежності V від [S], або рівняння Міхаеліса - Ментен: Залежність швидкості реакції від рН та температури. Кожен фермент має свій рН-оптимум, тобто значення рН середовища, при якому його каталітична активність максимальна. "Дзвоноподібна" залежність активностей ферментів від змін рН визначається їх білковою природою, зсувами в дисоціації іоногенних груп та (при екстремальних значеннях рН) розвитком конформаційних змін молекул. Більшість внутрішньоклітинних та тканинних ферментів організму людини найактивніші в нейтральному, слаболужному або слабокислому середовищі (зазвичай у межах рН між 5,0 та 9,0). Ферментами з оптимумами при екстремальних значеннях рН є пепсин (рН = 1-2) і аргіназа (рН = 10-11). Вплив температури на активність ферментів. Ферменти, відповідно до своєї білкової природи, є термочутливими та термолабільними утвореннями: - зростання температури до оптимальних значень (для більшості ферментів - у межах 37-40 °С) супроводжується збільшенням швидкості ферментативної реакції відповідно за рівнянням Арреніуса (за рахунок частіших ефективних зіткнень між молекулами); ступінь збільшення швидкості реакції при зростанні t на 10 °С позначають як температурний коефіцієнт Q10; - при збільшенні температури вище оптимального значення швидкість ферментативної реакції різко зменшується за рахунок конформаційних (денатураційних) змін у структурі ферментного білка.

8. Активатори та інгібітори ферментів: приклади та механізми дії.

Активування ферментів. Речовини, які підвищують активність ферментів, одержали назву активаторів. Присутність активатора вкрай важлива для ферменту. До активаторів належать кофактори, іони металів, різноманітні модифікатори тощо. Субстрат у певних межах концентрацій є активатором - після досягнення насичених концентрацій субстрату активність ферменту не зростає. Субстрат полегшує формування потрібної конформації активного центру ферменту (індукція), підвищує його стабільність. Досить часто роль активаторів виконують іони металів: вони можуть входити до складу каталітичної ділянки активного центру ферменту; сприяти зв'язуванню субстрату з посадочною ділянкою ферменту (зв'язуючий місток); іноді метали можуть сполучатися не з ферментом, а із субстратом, утворюючи металосубстратний комплекс, на який краще діє фермент; вони можуть діяти непрямим шляхом, зв'язуючи присутній інгібітор тощо. Активація деяких ферментів може здійснюватися шляхом приєднання до алостеричного центру ферменту якої-небудь специфічної модифікуючої групи, що сприяє змінюванню конформації ферменту і його активного центру. Прикладами можуть бути іони хлору, які є активаторами амілази слини; іони водню, які підвищують активність пепсину; жовчні кислоти, які посилюють дію ліпази підшлункової залози; лужна фосфатаза може активуватися катіонами. Активація деяких ферментів (особливо тих, що виробляються в шлунково-кишковому тракті) може відбуватися протеолітичним шляхом. Спочатку ферменти виробляються в неактивній формі у вигляді проферментів або зимогенів (попередників ферментів), у яких активний центр замаскований додатковою ділянкою пептидного ланцюга. Внаслідок цього субстрат не може з'єднатися з активним центром. Видалення такої додаткової ділянки може відбуватися різними шляхами і сприяє звільненню активного центру та можливості утворення фермент-субстратного комплексу. Наприклад, проферментом пепсину є пепсиноген, який виробляється в стінках шлунка. Відщеплення від його молекули невеликого пептидного ланцюга за участю соляної кислоти в шлунку призводить до утворення пепсину і формування його активного центру. Профермент трипсиноген утворюється в підшлунковій залозі, до складу його поліпептидного ланцюга входить 229 амінокислотних залишків. У дванадцятипалій кишці під впливом ферменту ентерокінази розривається пептидний зв'язок між 6 і 7 амінокислотними залишками і відщеплюється гек-сапептид. Після відщеплення гексапептиду створюються умови, які сприяють утворенню активного центру ферменту, і трипсиноген перетворюється в трипсин. Цей же процес може здійснюватися аутокаталітично, тобто під впливом уже утворених трипсину і пепсину - у випадку пепсиногену. Інгібітори ферментів. Інгібітори - хімічні сполуки, що зменшують каталітичну активність ферментів. Навідміну від речовин, які інактивують ферменти за рахунок їх денатурації (концентровані кислоти та луги, солі важких металів у високих концентраціях), дія інгібіторів є специфічною стосовно певних ферментів або груп ферментів, вони мають низьку концентрацію. За допомогою інгібіторів отримують цінну інформацію про специфічність дії ферментів, природу функціональних груп їх активних центрів, про механізм дії і т. ін.