Главная Обратная связь

Дисциплины:






Текст излагаемого материала. Рассказ с элементами беседы



Химическая реакция – это результат столкновения молекул, который зависит от величины энергии молекул и от прочности той связи между атомами в молекуле, которая должна быть разорвана. Молекул с очень низкой и очень высокой энергией мало, большинство молекул обладает средним запасом энергии. Они определяют скорость реакции.

 

Способы выражения химической реакции:

1) увеличить среднюю энергию молекул;

2) снизить энергетический барьер реакции.

 

Энергетический барьер реакции – это значение энергии, когда все молекулы взаимодействуют.

Энергия активации – количество энергии, необходимое для того чтобы все молекулы смогли провзаимодействовать (преодолеть энергетический барьер).

 

В общем виде уравнение химической реакции в присутствии фермента можно записать:

Е + S ↔ ЕS ↔ ЕZ → ЕР → Е + Р, где

Е – фермент,

S – субстрат,

Р – продукт,

Z – промежуточный комплекс.

 

Ферментативная реакция протекает в три стадии:

I стадия: Е + S ↔ ЕS – образование фермент-субстратного комплекса, протекает очень быстро. Субстрат присоединяется к якорному участку активного центра.

Причины ускорения реакции на I стадии: 1) происходит сближение и правильная ориентация молекул субстрата в области активного центра фермента; 2) это приводит к увеличению эффективной концентрации молекул субстрата.

 

II стадия: на стадии фермент-субстратного комплекса происходит химическая реакция через переходное состояние ЕS ↔ ЕZ, где Z – это уже не субстрат, но еще и не продукт. Именно эта стадия лежит в основе субстратной специфичности фермента. На этой стадии происходит ускорение реакции вследствие уменьшения энергии активации.

Причины снижения энергии активации: 1) фермент передает часть своей энергии субстрату в ходе взаимной подгонки конформации субстрата и фермента. Субстрат в ходе взаимодействия с активным центром фермента деформируется, что облегчает разрыв его связей; 2) уменьшается энергетический барьер в реакции путем разбивки её на ряд промежуточных стадий, каждая из которых имеет низкий энергетический барьер.

 

III стадия: ЕР → Е + Р происходит очень быстро, выделяется продукт реакции, а фермент выделяется в неизменном количестве и качестве.

 

Кинетика изучает механизм ферментативных реакций. Изучение ферментативной кинетики дает возможность составить представление о механизмах регуляции физиологических реакций. Знание кинетики ферментативных реакций важно для проведения ферментативной реакции в клинической лаборатории, для диагностики заболевания, контроля проводимого лечения.



Активность ферментов отражает скорость ферментативной реакции. В общем виде под активностью понимают количество фермента или биологического материала, содержащего фермент, которое при определенных условиях катализирует в единицу времени определенное количество субстрата. Активность – это изменение субстрата под влиянием фермента в единицу времени. Под изменением субстрата понимают снижающееся в единицу времени количество субстрата или же увеличивающееся количество продукта. Понятие «активность фермента» идентично понятию «скорость ферментативной реакции». Ферментативная активность выражается в единицах активности. Интернациональная единица активности обозначается «И» (unit – единица) и определяется как 1 мкмоль субстрата в 1 минуту. В системе СИ используют «катал» (kat, кат) в качестве единицы ферментативной активности. Катал определяется как 1 моль/сек. Размерность ее слишком велика, на практике пользуются меньшими кратными значениями, начиная с нанокатала (10¯9 кат). В сравнении с международной единицей: 1 И = 16,67 нкат.

В лабораторной практике пользуются понятием удельная активность. При этом число стандартных единиц пересчитывают на какую-либо единицу сравнения (мг, объем). Активность ферментов можно регулировать. При изучении действия ферментов в пробирке (in vitro) было отмечено, что оптимальные условия его работы тесно вязаны с различными факторами – рН, температурой, концентрацией субстратов и др.

 

 

1. Концентрация субстрата.

В 1913 году Михаэлис и Ментен показали, что скорость ферментативной реакции изменяется не пропорционально концентрации субстрата. При увеличении концентрации субстрата и постоянной концентрации фермента скорость вначале увеличивается линейно (а – реакция первого порядка), затем переходит в реакцию смешанного порядка (в), затем стремиться к максимальной скорости (с – реакция нулевого порядка).

 

Это означает, что при небольших концентрациях субстрата S отмечается прямая зависимость между концентрацией субстрата и активностью фермента (реакция I порядка). Повышение концентрации ведет к повышению активности. При дальнейшем повышении имеет место все большее отклонение от прямой зависимости, прирост активности отстает от прироста субстрата. Дальнейшее повышение концентрации субстрата до Smax ведет к тому, что скорость реакции достигает максимума (Vmax) и далее не увеличивается, т.е. активность фермента уже не зависит от концентрации субстрата (реакция нулевого порядка).

 

с

VMAX

 

в

 

VMAX/ 2

а

 

 
 


Km [S]

 

 

Константа Михаэлиса (Кm).

В случае, когда все активные центры заняты и свободные молекулы фермента отсутствуют, V0 = Vmax. При таком условии говорят о 100% насыщении. При 50% насыщении, когда V0 = ½ Vmax, из уравнения Михаэлиса-Ментен следует: или, в преобразованном виде, . Следовательно, Кm имеет размерность концентрации. Таким образом, Кm – это такая концентрация субстрата, которая необходима для связывания половины имеющегося фермента и достижения половины максимальной скорости. Из этого определения следует, что Кm можно использовать для оценки сродства фермента к данному субстрату.

Чем выше Кm, тем больше надо субстрата для достижения максимальной скорости. Если для достижения ½ Vmax требуется мало субстрата, то величина Кm будет мала. Величина Кm большая – низкое сродство субстрата к ферменту, Кm малая – высокое сродство субстрата к ферменту.

 

2. Влияние концентрации фермента.

При условии избытка субстрата скорость ферментативной реакции прямо пропорциональна концентрации фермента. Эта зависимость подчиняется уравнению прямой.

V

 

 

[Е] – концентрация фермента

 

 

 
 


[Е]

Это значит, что удвоение количества фермента удваивает активность и т.д.; так что по измеряемой активности можно оценить количество фермента. Именно в зоне реакции нулевого порядка достигается пропорциональность между активностью фермента и его количеством. Такая зависимость имеет важное значение в клинико-биохимической диагностике тех патологических состояний, когда ферменты из поврежденных тканей попадают в кровь. Однако пропорциональность между активностью фермента и их количеством может быть нарушена под влиянием ингибиторов или активаторов. Поэтому, измеряя активность фермента, судят только об его активности. О количестве фермента можно делать выводы только с учетом кинетики активности.

 

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...