Ензимската кинетика ја проучува брзината на реакции катализирани од ензимите во зависност од различните услови (концентрација, температура, pH итн.) на нивната интеракција со подлогата.

Сепак, ензимите се протеини кои се чувствителни на влијанието на различни надворешни влијанија. Затоа, при проучувањето на брзината на ензимските реакции, тие главно ги земаат предвид концентрациите на супстанциите што реагираат и се обидуваат да го минимизираат влијанието на температурата, pH вредноста на околината, активаторите, инхибиторите и другите фактори и да создадат стандардни услови. Прво, ова е pH вредноста на околината која е оптимална за даден ензим. Второ, се препорачува одржување на температура од 25°C, каде што е можно. Трето, се постигнува целосна заситеност на ензимот со супстратот. Оваа точка е особено важна затоа што при ниски концентрации на супстратот, не сите ензимски молекули учествуваат во реакцијата (сл. 6.5, А), што значи дека резултатот ќе биде далеку од максималниот можен. Најголемата моќ на катализираната реакција, додека другите работи се еднакви, се постигнува ако секоја ензимска молекула учествува во трансформацијата, т.е. при висока концентрација на комплексот ензим-супстрат (сл. 6.5, V).Ако концентрацијата на супстратот не обезбеди целосна заситеност на ензимот (сл. 6.5, б), тогаш брзината на реакцијата не ја достигнува својата максимална вредност.

Ориз. 65.

А -при ниска концентрација на подлогата; 6 - со недоволна концентрација на подлогата; V -кога ензимот е целосно заситен со супстрат

Брзината на ензимска реакција измерена во горенаведените услови и целосна заситеност на ензимот со супстратот се нарекува максимална брзина на ензимска реакција (V).

Стапката на ензимска реакција, одредена кога ензимот не е целосно заситен со супстратот, се означува v.

Ензимската катализа може да се поедностави со следниот дијаграм:

каде што F е ензим; S - супстрат; FS - ензимско-супстрат комплекс.

Секоја фаза од овој процес се карактеризира со одредена брзина. Мерната единица за брзината на ензимската реакција е бројот на молови на супстрат конвертирани по единица време(иста како брзината на нормална реакција).

Интеракцијата на ензимот со супстратот доведува до формирање на комплекс ензим-супстрат, но овој процес е реверзибилен. Брзината на напредните и обратните реакции зависат од концентрациите на реактантите и се опишани со соодветните равенки:

Во рамнотежа, равенката (6.3) е валидна, бидејќи стапките на напредната и обратната реакција се еднакви.

Заменувајќи ги вредностите на брзината на напредните (6.1) и обратните (6.2) реакции во равенката (6.3), ја добиваме еднаквоста:

Состојбата на рамнотежа се карактеризира со соодветна константа на рамнотежа K p,еднаков на односот на константите на напредната и обратната реакција (6.5). Реципроцитетот на константата на рамнотежа се нарекува константа на подлогата Ks,или константа на дисоцијација на комплексот ензим-супстрат:

Од равенката (6.6) е јасно дека константата на подлогата се намалува при високи концентрации на комплексот ензим-супстрат, т.е. со голема стабилност. Следствено, константата на супстратот го карактеризира афинитетот на ензимот и супстратот и односот на константите на брзината за формирање и дисоцијација на комплексот ензим-супстрат.

Феноменот на ензимска заситеност со супстрат го проучувале Леонор Михаелис и Мод Мептен. Врз основа на математичка обработка на резултатите, тие ја извлекоа равенката (6.7), која ги доби нивните имиња, од која е јасно дека при висока концентрација на супстратот и мала вредност на константата на подлогата, брзината на ензимската реакција се стреми кон максимум . Сепак, оваа равенка е ограничена бидејќи не ги зема предвид сите параметри:

Комплексот ензим-супстрат за време на реакцијата може да претрпи трансформации во различни насоки:

• се дисоцира во матични супстанции;
• се трансформираат во производ од кој ензимот се одвојува непроменет.

Затоа, за да се опише целокупното дејство на ензимскиот процес, концептот Михаелисови константи Kt,што ја изразува врската помеѓу константите на брзината на сите три реакции на ензимска катализа (6.8). Ако двата члена се поделат со константата на брзината на реакцијата за формирање на комплексот ензим-супстрат, добиваме израз (6.9):

Важна последица следи од равенката (6.9): Михаелисовата константа е секогаш поголема од константата на подлогата за износот k 2 /k v

Нумерички К теднаква на концентрацијата на подлогата при која брзината на реакција е половина од максималната можна брзина и одговара на заситеноста на ензимот со супстратот, како на сл. 6.5, б.Бидејќи во пракса не е секогаш можно да се постигне целосна заситеност на ензимот со супстратот, тоа е токму К тсе користи за компаративни карактеристикикинетичките карактеристики на ензимите.

Брзината на ензимската реакција кога ензимот не е целосно заситен со супстратот (6.10) зависи од концентрацијата на комплексот ензим-супстрат. Коефициентот на пропорционалност е реакционата константа за ослободување на ензимот и производот, бидејќи тоа ја менува концентрацијата на комплексот ензим-супстрат:

По трансформациите, земајќи ги предвид горенаведените зависности, брзината на ензимската реакција кога ензимот не е целосно заситен со супстратот е опишан со равенката (6.11), т.е. зависи од концентрациите на ензимот, супстратот и нивниот афинитет К с:

Графичката зависност на брзината на ензимската реакција од концентрацијата на супстратот не е линеарна. Како што е очигледно од Сл. 6.6, со зголемување на концентрацијата на супстратот, се забележува зголемување на ензимската активност. Меѓутоа, кога ќе се постигне максимална заситеност на ензимот со супстратот, брзината на ензимската реакција станува максимална. Затоа, факторот за ограничување на брзината за реакцијата е формирање на комплекс ензим-супстрат.

Практиката покажа дека концентрациите на подлогата, по правило, се изразуваат во вредности многу помали од единството (10 6 -10 3 mol). Прилично е тешко да се работи со такви количини во пресметките. Затоа, G. Lineweaver и D. Burke предложија да се изрази графичката зависност на брзината на ензимската реакција не во директни координати, туку во инверзни. Тие излегоа од претпоставката дека за еднакви количини нивните инверзи се исто така еднакви:

Ориз. 6.6.

По трансформирањето на изразот (6.13), добиваме израз наречен Линевивер-Бурк равенка (6.14):

Графичката зависност на равенката Lineweaver-Burk е линеарна (сл. 6.7). Кинетички карактеристикиензимите се дефинирани на следниов начин:

• отсечената отсечка на оската на ординатите е еднаква на 1/V;
• отсечениот сегмент на оската на апсцисата е еднаков на -1 /До т.

Ориз. 6.7.

Се верува дека методот Lineweaver-Burk овозможува попрецизно да се одреди максималната брзина на реакција отколку во директните координати. Од овој графикон може да се соберат вредни информации во врска со ензимската инхибиција.

Постојат и други начини за трансформирање на равенката Михаелис-Ментен. Графичките зависности се користат за проучување на влијанието на различни надворешни влијанија врз ензимскиот процес.

Оваа гранка на ензимологијата го проучува влијанието на различни фактори врз брзината на ензимската реакција. Со оглед на општа равенкаензимска катализа на реверзибилна реакција со претворање на еден супстрат во еден производ (1),

Главните фактори кои влијаат на брзината на ензимската реакција треба да се именуваат: концентрација на подлогата [S], концентрација на ензимот [E] и концентрација на производот на реакцијата [P].

Интеракцијата на некои ензими со нивниот супстрат може да се опише со хиперболична крива на зависноста на брзината на ензимската реакција V од концентрацијата на подлогата [S] (сл. 19):

Сл. 19. Зависност на брзината на ензимската реакција од концентрацијата на подлогата.

На оваа крива може да се разликуваат три дела, што може да се објасни со одредбите на механизмот на интеракција на ензимот со супстратот: ОА - дел од директно пропорционална зависност на V од [S], активните центри на ензимот постепено се полни со молекули на подлогата со формирање на нестабилен комплекс ES; дел AB - криволинеарна зависност на V од [S], сè уште не е постигната целосна заситеност на активните центри на ензимот со молекули на подлогата. Комплекс ES пред да стигне транзициска состојбае нестабилен, веројатноста за обратна дисоцијација на E и S е сè уште висока; дел BC - зависноста е опишана со равенка од нулти ред, пресекот е паралелен со оската [S], постигната е целосна заситеност на активните ензими со молекули на подлогата, V=V макс.

Карактеристичната форма на кривата е математички опишана со Бригс-Халдановата равенка:

V=V макс ● [S]/ Km + [S] (2),

каде Km е константата Michaelis-Menten, нумерички еднаква на концентрацијата на подлогата при која брзината на ензимската реакција е еднаква на половина V max.

Колку е помал K m на ензимот, толку е поголем афинитетот на ензимот за супстратот, толку побрзо се постигнува преодната состојба за супстратот и тој се претвора во производ на реакција. Наоѓањето на вредностите на Km за секој ензимски супстрат специфичен за групата е важно за одредување на биолошката улога на овој ензим во клетката.

За повеќето ензими е невозможно да се конструира хиперболична крива (сл. 19 Во овој случај, се користи методот на двојни реципроци (Lineweaver-Burk), т.е. е нацртана графичка зависност од 1/[V] од 1/[S] (сл. 20). Методот на конструирање на такви криви во експеримент е многу удобен кога се проучува ефектот на разни видови инхибитори врз ензимската активност (види понатаму во текстот).

Сл.20. График од 1/[V] наспроти 1/[S] (метод Lineweaver-Burk),

каде што y е отсечен дел - , а x е пресечен дел - , тангента на аголот α - .

Зависност на брзината на ензимската реакција V од концентрацијата на ензимот [E].

Оваа графичка зависност (сл. 21) се смета при оптимална температура и pH вредност животната средина, при концентрации на супстратот значително повисоки од концентрацијата на сатурација на активните места на ензимот.

Ориз. 21. Влијанието на ензимската концентрација врз брзината на ензимската реакција.

Зависност на брзината на ензимската реакција од концентрацијата на кофактор или коензим.За сложени ензими, треба да се земе предвид дека недостатокот на коензимски форми на витамини во случај на хиповитаминоза, нарушување на внесот на метални јони во телото, нужно доведува до намалување на концентрацијата на соодветните ензими неопходни за текот на метаболичките процеси. Затоа, треба да се заклучи дека активноста на ензимот е директно зависна од концентрацијата на кофакторот или коензимот.

Влијанието на концентрацијата на производот врз брзината на ензимската реакција.За реверзибилни реакции што се случуваат во човечкото тело, мора да се земе предвид дека производите од директната реакција ензимот може да ги користи како супстрати за обратна реакција. Затоа, насоката на проток и моментот на достигнување Vmax зависат од односот на концентрациите на почетните подлоги и производите на реакцијата. На пример, активноста на аланин аминотрансферазата, која ја катализира трансформацијата:

Аланин + Алфа-кетоглутарат ↔ Пируват + глутамат

зависи во клетката од односот на концентрацијата:

[аланин + алфа-кетоглутарат] / [пируват + глутамат].

МЕХАНИЗАМ НА ДЕЈСТВО НА ЕНЗИМИТЕ. ТЕОРИИ НА ЕНЗИМСКА КАТАЛИЗА

Ензимите, како непротеинските катализатори, ја зголемуваат брзината на хемиската реакција поради нивната способност да ја намалат енергијата на активирање на оваа реакција.

Енергијата на активирање на ензимската реакција се пресметува како разлика помеѓу енергетската вредност во системот на тековната реакција која ја достигнала преодната состојба и енергијата одредена на почетокот на реакцијата (види графичка зависност на Сл. 22).

Ориз. 22. Графичка зависност на енергетската состојба на хемиска реакција без ензим (1) и во присуство на ензим (2) од времето на реакцијата.

Работата на V. Henry и, особено, L. Michaelis, M. Menten за проучување на механизмот на моносубстратни реверзибилни ензимски реакции овозможи да се претпостави дека ензимот Е прво реверзибилно и релативно брзо се комбинира со неговиот супстрат S за да формира ензим- комплекс на супстрат (ES):<=>E+S

ES (1) Формирањето ЕС настанува порадиводородни врски , електростатички, хидрофобни интеракции, во некои случаи ковалентни, координативни врски помеѓу страничните радикали на аминокиселинските остатоци од активниот центар исупстрат. Кај сложените ензими, функцијата на контакт со подлогата може да ја врши и непротеинскиот дел од структурата.

Комплексот ензим-супстрат потоа се распаѓа во втора, побавна, реверзибилна реакција за да произведе реакциски производ P и слободен ензим Е:

ES<=>ЕП<=>E+P (2)

Во моментов, благодарение на работата на горенаведените научници, како и Кејлин Д., Шанс Б., Кошланд Д. (теоријата на „индуцирана кореспонденција“), постојат теоретски одредби за четири главни точки во механизмот на дејствување на ензим на супстрат, кој ја одредува способноста на ензимите да ги забрзуваат хемиските реакции:

1. Ориентација и пристап . Ензимот е способен да врзе молекула на подлогата на таков начин што врската нападната од ензимот не само што е лоцирана во непосредна близина на каталитичката група, туку и правилно ориентирана во однос на неа. Веројатноста комплексот ES да ја достигне преодната состојба поради ориентацијата и близината е значително зголемена.

2. Стрес и напор : предизвикана кореспонденција. Прицврстувањето на подлогата може да предизвика конформациски промени во молекулата на ензимот, што доведува до напнатост во структурата на активниот центар, а исто така донекаде го деформира врзаниот супстрат, со што се олеснува постигнувањето на преодна состојба од комплексот ES. Помеѓу молекулите Е и С се јавува таканаречена индуцирана кореспонденција.

КИНЕТИКА НА ЕНЗИМАТИВНА РЕАКЦИЈА

ги проучува шемите на минување на ензимските реакции со текот на времето, како и нивниот механизам; поглавје хемиска кинетика.

Каталитички циклусот на претворање на супстанцијата S (супстрат) во производ P под дејство на ензимот Е продолжува со формирање на посредници. конн. X јас:

Каде ки-константи на брзина на поединечни елементарни фази, формирање на ензим-супстрат комплекс X 1 (ES, Michaelis комплекс).

На дадена температура, брзината на реакцијата зависи од концентрациите на ензимот, супстратот и составот на медиумот. Постојат стационарна, предстационарна и релаксирачка кинетика на ензимските реакции.

Стационарна кинетика.Во стационарна состојба преку меѓуприклучоци. (dX јас/dt= 0, i = 1, ..., n) и со вишок на супстрат, каде што [S] 0 и [E] 0 се почетните концентрации, соодветно. супстрат и ензим, кинетиката на процесот се карактеризира со константно, временски непроменливо ниво на концентрации. конн., и изразот за брзината на процесот v 0, повикан почетна стационарна брзина, има форма (равенка Мајклис-Ментен):

(1)

каде што вредностите на k мачка и K m ->функции на константи на брзина од елементарни фази и се дадени со равенките:

Вредноста на k мачка повикани K m ->ефективен катализатор постојана брзина на процесот, параметар Михаелис константа. k мачка вредност определени со количини макс. бавни фази на катализатор области и понекогаш се нарекуваат број на вртежи на ензимот (ензимски систем); к мачка

го карактеризира бројот на каталитички циклуси кои ги изведува ензимскиот систем по единица време. Наиб. заеднички, со вредност k cat. за конкретни подлоги во опсег од 10 2 -10 3 s -1. Типичните вредности на константата Michaelis лежат во опсегот 10 -3 - 10 -4 M.

(2)

При високи концентрации на подлогата, кога, т.е., брзината на реакцијата не зависи од концентрацијата на подлогата и достигнува константна вредност, се нарекува. Макс. брзина. Графички, равенката Михаелис-Ментен е хипербола. Може да се линеаризира со користење на методот на двојни реципроци (метод Linewere-Burk), т.е., конструирање на зависноста 1/v од 1/[S] 0 или други методи. Линеарната форма на равенката (1) има форма: Тоа ви овозможува графички да ги одредите вредноститеК м

и v max (сл. 1).

Ориз. 1. График на линеарна трансформација на равенката Michaelis - Menten во двојни реципроци (според Lineweaver - Burke). Магнитуда K m > Тоа ви овозможува графички да ги одредите вредноститее нумерички еднаква на концентрацијата на подлогата, при која стапката на циркулација е еднаква, затоа

често служи како мерка за афинитетот на супстратот и ензимот, но тоа важи само ако МагнитудаКоличини И

Каде варираат во зависност од pH вредностите. Ова се должи на способноста на групите на ензимски молекули вклучени во катализата да ја променат нивната состојба на јонизација и, со тоа, нивната каталитичка активност. ефикасност. Во наједноставниот случај, промената на рН резултира со протонација или депротонација на најмалку две јонизирани групи на ензимот вклучен во катализата. Ако, во овој случај, само една форма на комплексот ензим-супстрат (на пример, ESH) од трите можни форми (ES, ESH и ESH 2) е способна да се претвори во производ на растворот, тогаш зависноста од стапката на pH е опишана со формулата: 1 + f = / И = 1 + ѓ" + K"б /> -Т. повикани pH-функции на Michaelis иКоличини К а, К бК" а, К" б -> јонизациони константи на групите a и bresp. бесплатно ензим и комплекс ензим-супстрат. Во lg координати - pH оваа зависност е претставена на сл. 2, а тангентите на аглите на наклонот на тангентите на растечките, независни од pH и опаѓачките гранки на кривата треба да бидат еднакви на +1, 0 и -1, соодветно. Од таков график можете да ги одредите вредностите pK a

групи вклучени во катализа.

Брзината на ензимската реакција не секогаш се покорува на равенката (1). Еден од најчестите случаи е учеството на алостерик во реакцијата. ензими (види Ензимски регулатори),за кои зависноста на степенот на заситеност на ензимот од [S] 0 е нехиперболична. карактер (сл. 3). Овој феномен се должи на кооперативноста на врзувањето на подлогата, т.е., кога врзувањето на супстратот на едно од местата на ензимската макромолекула го зголемува (позитивна кооперативност) или го намалува (негативна соработка) афинитетот за супстратот на друга локација.

Ориз. H Зависност на степенот на заситеност на ензимот со супстратот од концентрацијата на супстратот со позитивна (I) и негативна (II) кооперативност, како и во негово отсуство (III).

Кинетика на предстабилна состојба.Со брзо мешање на ензимски и супстратни раствори во временски интервал од 10 -6 -10 -1 s, може да се набљудуваат минливи процеси кои претходат на формирање на стабилна стационарна состојба. Во овој предстационарен режим, кога се користи голем вишок на подлога, диференцијалниот систем. Равенката што ја опишува кинетиката на процесите е линеарна. Решението на овој тип линеарни диференцијални системи. Равенката е дадена со збирот на експоненцијалните членови. Значи, за кинетичка шемата претставена погоре, кинетиката на акумулација на производот има форма:

каде што А јас ->, b, и n ->функции на елементарни константи на брзина; -корени на соодветната карактеристика. ниво.

Реципрочната величина се нарекува карактеристика време на процес:

За река што тече со учество на деветинтервали. врска, можете да добиете карактеристики. пати

Проучувањето на кинетиката на ензимската реакција во предстационарен режим ни овозможува да добиеме идеја за деталниот механизам на каталитичките реакции. циклус и одредување на константите на брзината на елементарните фази на процесот.

Експериментално, кинетиката на ензимската реакција во престационарен режим се изучува со помош на методот на запрен млаз (види. Млаз кинетички методи),овозможувајќи мешање на компонентите на растворот во рок од 1 ms.

Кинетика на релаксација.Со брз вознемирувачки ефект врз системот (промена на температурата, притисокот, електричното поле), времето потребно за системот да постигне нова рамнотежа или стационарна состојба зависи од брзината на процесите што ја одредуваат каталитичката реакција. ензимски циклус.

Системот на равенки што ја опишуваат кинетиката на процесот е линеарен ако поместувањето од рамнотежната положба е мало. Решението на системот доведува до зависности на концентрациите на компонентите, дек. фази на процесот во форма на збир на експоненцијални поими, чии експоненти имаат карактер на времиња на релаксација. Резултатот од студијата е спектар на времиња на релаксација што одговара на бројот на интервали. врски кои учествуваат во процесот. Времето на релаксација зависи од константите на брзината на основните фази на процесите.

Техники за релаксацијакинетиката овозможува да се одредат константите на брзината на поединечните елементарни фази на трансформација на меѓупроизводите. Методите за проучување на кинетиката на релаксација се разликуваат. резолуција: апсорпција на ултразвук - 10 -6 -10 -10 s, температурен скок - 1O -4 -10 -6 s, електричен метод. импулс - 10 -4 -10 -6 с, скок на притисок - 10 -2 с. При проучување на кинетиката на ензимските реакции, методот на температурен скок најде примена.

Макрокинетика на ензимските процеси.Развој на методи за производство на хетерогени катализатори со имобилизирање на ензими на распаѓање. медиуми (види Имобилизирани ензими) бараше анализа на кинетиката на процесите земајќи го предвид преносот на масата на подлогата. Кинетиката на реакциите е проучена теоретски и експериментално, земајќи ги предвид ефектите на слојот на дифузија и за системи со тешкотии во интрадифузијата за време на дистрибуцијата на ензимот во носачот.

Во услови кога кинетиката на процесот е под влијание на дифузиониот пренос на подлогата, каталитички. се намалува ефикасноста на системот. Факторот на ефикасност е еднаков на односот на густината на протокот на производот во услови на ензимски проток со дифузно намалена концентрација на супстратот до протокот што може да се реализира во отсуство на дифузни ограничувања. Во регионот на чисто дифузија, кога брзината на процесот се одредува со пренос на маса на подлогата, факторот на ефикасност за системи со надворешна инхибиција на дифузија е обратно пропорционален на модулот на дифузија:

Каде дебелина на слојот на дифузија, D - коефициент. дифузија на подлогата.

За системи со инхибиција на интрадифузија во региони од прв ред

каде што Ф Т- бездимензионален модул (Thiele modulus).

При анализа на кинетиката шемите во ензимските реактори се широко теоретски. и експеримент. Развиени се „идеални“ модели на реактор: проточен реактор (проточен реактор со идеално мешање), проточен реактор со идеално поместување и мембрански реактор.

Кинетика на мултиензимски процеси.Во телото (клетката), ензимите не дејствуваат изолирано, туку ги катализираат синџирите на трансформација на молекулите. R-јони во мултиензимски системи со кинетичка. гледиштата може да се сметаат за конзистентни. процеси, специфични Чија карактеристика се ензимите на секоја од фазите:

Каде , одн. макс, стапка на процес и Михаелисова константа јаста фаза од областа, соодветно.

Важна карактеристика на процесот е можноста за формирање стабилна стационарна состојба. Услов за нејзино појавување може да биде нееднаквоста > v 0 , каде што v 0 е брзината на ограничувачката етапа, која се карактеризира со најмала константа на брзина и со тоа одредување на брзината на сè што следи. процес. Во стабилна состојба, концентрациите на метаболитите по лимитирачката фаза се помали од Михаелисовата константа на соодветниот ензим.

Специфичен групата мултиензимски системи ја сочинуваат системи кои вршат оксидациско-редукција. р-јони со учество на протеински носители на електрони. Носачите формираат специфични структури, комплекси со детерминистичка низа на пренос на електрони. Кинетички. описот на овој вид системи ја разгледува состојбата на кола со распаѓање како независна променлива. степен на популација на електрони.

Апликација.Ф.р. к широко користен во истражувачка практикада ги проучува механизмите на дејство на ензимите и ензимските системи. Практично значајна област на ензимската наука е инженерска ензимологија,оперира со концептите на F. r. за оптимизација на биотехнологијата. процеси.

Осветлено: Poltorak O. M., Chukhrai E. S., Физичко-хемиски основи на ензимската катализа, М., 1971; Березин И.В., Мартинек К., Основи физичка хемијаЕнзимска катализа, М., 1977; Варфоломеев С. Д., Заицев С. В., Кинетичките методи во биохемиските истражувања, М.. 1982 година. С. Д. Варфоломеев.

Хемиска енциклопедија. - М.: Советска енциклопедија. Ед. I. L. Knunyants. 1988 .

Погледнете што е „КИНЕТИКА НА ЕНЗИМАТИВНА РЕАКЦИЈА“ во другите речници:

Каталитички радио циклична процес кој се состои од голем број елементарни движења, чии брзини се опишани со законот за масовно дејство. Овој закон има едноставна форма за идеални мешавини на гасови, идеални течности и идеални површински слоеви. ... Хемиска енциклопедија

Кинетика хемиски реакции, доктрината на хемиски процесиза законите на нивното појавување во времето, брзините и механизмите. Најважните области на модерната хемија и хемиски... ... се поврзани со студиите за кинетиката на хемиските реакции. Голема советска енциклопедија

ХЕМИСКА КИНЕТИКА- (од грчко движење кинезис), оддел теоретска хемија, посветен на проучувањето на законите на хемијата. реакции. Може да се идентификуваат неколку видови хемикалии. интеракции и, пред сè, да се разликуваат реакциите што се случуваат во хомогена (хомогена) средина од реакциите... ... Голема медицинска енциклопедија

- (биокатализа), забрзување на биохемиските. дажби со учество на протеински макромолекули наречени ензими. F. k е еден вид катализа, иако терминот ферментација (ферментација) е познат уште од античко време, кога не постоел концепт за хемија. катализа. Прво…… Хемиска енциклопедија

- (од латинскиот префикс re што значи спротивно дејство и акцио дејство), трансформација на некои во (почетни соединенија) во други (производи од исхраната) со непроменливост на атомските јадра (за разлика од нуклеарни реакции). Почетни соединенија во R. x. понекогаш се нарекува... ... Хемиска енциклопедија

- (од латински fermentum стартер) (ензими), протеини кои делуваат како катализатори во живите организми. Основни функции F. ја забрзуваат конверзијата на супстанции кои влегуваат во телото и се формираат за време на метаболизмот (за обновување клеточни структури, за да се обезбеди ... Хемиска енциклопедија

- (од грчкиот фармакон медицина и кинетикос поставување во движење), проучува кинетика. обрасци на процеси кои се случуваат со лек. Wed vom во телото. Основни фармакокинетски процеси: апсорпција, дистрибуција, метаболизам и екскреција (отстранување). Хемиска енциклопедија

Ензимската кинетика го проучува влијанието на различни фактори (концентрации на S и E, pH, температура, притисок, инхибитори и активатори) врз брзината на ензимските реакции. Главната цел на проучувањето на кинетиката на ензимските реакции е да се добијат информации кои овозможуваат подлабоко разбирање на механизмот на дејство на ензимите.

Кинетичка крива ви овозможува да ја одредите почетната брзина на реакција V 0 .

Крива на заситеност на подлогата.

Зависност на брзината на реакцијата од концентрацијата на ензимот.

Зависност на брзината на реакција од температурата.

Зависност на брзината на реакција од pH вредност.

Оптималната pH вредност за дејството на повеќето ензими лежи во физиолошки опсег од 6,0-8,0. Пепсинот е активен на pH 1,5-2,0, што одговара на киселоста на желудечниот сок. Аргиназата, ензим специфичен за црниот дроб, е активен на 10,0. Влијанието на pH на брзината на ензимската реакција е поврзано со состојбата и степенот на јонизација на јоногените групи во молекулите на ензимот и супстратот. Овој фактор ја одредува конформацијата на протеинот, состојбата на активниот центар и супстратот, формирањето на комплексот ензим-супстрат и самиот процес на катализа.

Математички опис на кривата на заситеност на подлогата, Михаелисова константа .

Равенката што ја опишува кривата на заситеност на подлогата беше предложена од Михаелис и Ментон и ги носи нивните имиња (равенка Мајклис-Ментен): В = (В МАКС *[ С])/(Km+[ С]) , каде Km е Михаелисовата константа. Лесно е да се пресмета дека кога V = V MAX /2 Km = [S], т.е. Km е концентрацијата на подлогата при која брзината на реакцијата е ½ V MAX. За да се поедностави определувањето на V MAX и Km, може повторно да се пресмета равенката Michaelis-Menten. 1/V = (Km+[S])/(V МАКС *[S]), 1/V = Km/(V МАКС *[S]) + 1/V МАКС ,

1/ В = Km/ В МАКС *1/[ С] + 1/ В МАКСЛиневивер-Бурк равенка. Равенката што ја опишува шемата Lineweaver-Burk е равенката на права линија (y = mx + c), каде што 1/V MAX е пресекот на правата линија на y-оската; Km/V MAX - тангента на права линија; пресекот на правата линија со оската на апсцисата ја дава вредноста 1/Km. Заплетот Lineweaver-Burk ви овозможува да одредите Km од релативно мал број точки. Овој графикон се користи и при проценка на ефектот на инхибиторите, што ќе се дискутира подолу.

Вредноста на Km варира многу: од 10 -6 mol/l за многу активни ензими, до 10 -2 за ниско-активни ензими.

Проценките на km имаат практична вредност. При концентрации на супстратот 100 пати поголеми од Km, ензимот ќе работи со речиси максимална брзина, така што максималната брзина V MAX ќе ја одразува количината на присутен активен ензим. Оваа околност се користи за да се процени содржината на ензимот во препаратот. Покрај тоа, Km е карактеристика на ензимот кој се користи за дијагностицирање на ензимопатии.

Инхибиција на ензимската активност.

Исклучително карактеристична и важна карактеристика на ензимите е нивната инактивација под влијание на одредени инхибитори. Инхибитори

- тоа се супстанции кои предизвикуваат делумна или целосна инхибиција на реакциите катализирани од ензими.

Инхибицијата на ензимската активност може да биде неповратна или реверзибилна, конкурентна или неконкурентна. Неповратна инхибиција

- ова е упорна инактивација на ензимот, како резултат на ковалентно врзување на инхибиторната молекула во активното место или во друг посебен центар што ја менува конформацијата на ензимот. Дисоцијацијата на таквите стабилни комплекси со регенерација на слободниот ензим е практично исклучена. За да се надминат последиците од таквата инхибиција, телото мора да синтетизира нови ензимски молекули. - се карактеризира со рамнотежна комплексност на инхибиторот со ензимот поради нековалентни врски, како резултат на што таквите комплекси се способни да се дисоцијаираат со обновување на ензимската активност.

Класификацијата на инхибиторите на конкурентни и неконкурентни се заснова на тоа дали е ослабена ( конкурентна инхибиција ) или не е ослабена ( неконкурентна инхибиција ) нивното инхибиторно дејство кога се зголемува концентрацијата на подлогата.

Конкурентни инхибитори - ова се, по правило, соединенија чија структура е слична на структурата на подлогата. Ова им овозможува да се врзат на истото активно место како и супстратите, спречувајќи го ензимот да комуницира со супстратот веќе во фазата на врзување. По врзувањето, инхибиторот може да се претвори во производ или да остане на активното место додека не дојде до дисоцијација.

Реверзибилна конкурентна инхибиција може да се претстави како дијаграм:

E↔ E-I → E + P 1

S (неактивен)

Степенот на ензимска инхибиција се одредува според односот на концентрациите на супстратот и ензимите.

Класичен пример за овој тип на инхибиција е инхибицијата на активноста на сукцинат дехидрогеназа (SDH) од страна на малат, кој го поместува сукцинатот од местото на подлогата и ја спречува неговата конверзија во фумарат:

Ковалентното врзување на инхибиторот со активното место резултира со инактивација на ензимот (неповратна инхибиција). Пример неповратна конкурентна инхибиција може да послужи како инактивација на триосефосфат изомеразата со 3-хлороацетол фосфат. Овој инхибитор е структурен аналог на подлогата, дихидроксиацетон фосфат, и неповратно се врзува за остатокот од глутаминската киселина во активното место:

Некои инхибитори дејствуваат помалку селективно, во интеракција со одредена функционална група во активното место на различни ензими. Така, врзувањето на јодоацетат или неговиот амид со SH групата на аминокиселината цистеин, лоцирана во активниот центар на ензимот и учествува во катализата, доведува до целосно губење на ензимската активност:

R-SH + JCH 2 COOH → HJ + R-S-CH 2 COOH

Затоа, овие инхибитори ги инактивираат сите ензими кои имаат SH групи вклучени во катализата.

Иреверзибилната инхибиција на хидролазите под дејство на нервните гасови (сарин, соман) се должи на нивното ковалентно врзување за серинскиот остаток во активниот центар.

Методот на конкурентна инхибиција најде широка примена во медицинската пракса. Сулфонамидните лекови, антагонисти на р-аминобензоева киселина, можат да послужат како пример за метаболизирани конкурентни инхибитори. Тие се врзуваат за дихидроптерат синтетаза, бактериски ензим кој го претвора р-аминобензоатот во фолна киселина, неопходна за раст на бактериите. Бактеријата умира како резултат на тоа што врзаниот сулфаниламид се претвора во друго соединение и не се формира фолна киселина.

Неконкурентни инхибитори обично се врзува за молекулата на ензимот на место различно од местото на врзување на подлогата и супстратот не се натпреварува директно со инхибиторот. Бидејќи инхибиторот и супстратот се врзуваат за различни центри, можно е формирање и на комплексот E-I и на комплексот S-E-I. Комплексот S-E-I исто така се распаѓа за да формира производ, но со побавна брзина од E-S, така што реакцијата ќе се забави, но нема да запре. Така, може да се појават следните паралелни реакции:

E↔ E-I ↔ S-E-I → E-I + P

Реверзибилна неконкурентна инхибиција е релативно ретка.

Се нарекуваат неконкурентни инхибитори алостерична за разлика од конкурентните ( изостерична ).

Реверзибилната инхибиција може квантитативно да се проучува врз основа на равенката Michaelis-Menten.

Со конкурентна инхибиција, V MAX останува константен, а Km се зголемува.

Со неконкурентна инхибиција, V MAX се намалува додека Km останува непроменет.

Ако производ на реакција го инхибира ензимот кој го катализира неговото формирање, овој метод на инхибиција се нарекува ретроинхибиција или инхибиција на повратни информации . На пример, гликозата ја инхибира глукозата-6-фосфатаза, која ја катализира хидролизата на глукоза-6-фосфатот.

Биолошкото значење на оваа инхибиција е регулирање на одредени метаболички патишта (види следната лекција).

ПРАКТИЧЕН ДЕЛ

Задача за ученици

1. Проучете ја денатурацијата на протеините под влијание на раствори на минерални и органски киселини и при загревање.

2. Откријте го коензимот NAD во квасецот.

3. Определете ја активноста на амилазата во урината (крвен серум).

9. СТАНДАРДИ НА ОДГОВОРИ НА ПРОБЛЕМИ, тест прашања кои се користат за контрола на знаењето на часот (може да се користи како додаток)

10. ПРИРОДА И ОБЕМ НА МОЖНА ОБРАЗОВНА И ИСТРАЖУВАЧКА РАБОТА НА ТЕМАТА

(Конкретно наведете ја природата и формата на UIRS: подготовка на апстрактни презентации, спроведување независно истражување, симулациски игри, пополнување медицинска историја користејќи монографска литература и други форми)

Брзина на ензимска реакција

Брзината на ензимската реакција се мери со количината на супстрат конвертирана по единица време или количината на формиран производ. Брзината се определува со аголот на наклон на тангентата на кривата во почетната фаза на реакцијата.

Ориз. 2 Брзина на ензимска реакција.

Колку е поостриот наклон, толку е поголема брзината. Со текот на времето, брзината на реакција обично се намалува, во голем дел како резултат на намалувањето на концентрацијата на подлогата.

Фактори кои влијаат на ензимската активност

Дејството на F. зависи од голем број фактори: температура, реакција на околината (pH), концентрација на ензимот, концентрација на супстратот и присуство на специфични активатори и неспецифични или специфични инхибитори.

Концентрација на ензими

При високи концентрации на супстратот и други фактори кои остануваат константни, брзината на ензимската реакција е пропорционална на концентрацијата на ензимот.

Ориз. 3 Зависност на брзината на ензимската реакција од концентрацијата на ензимот.

Катализата секогаш се случува во услови кога концентрацијата на ензимот е многу помала од концентрацијата на супстратот. Затоа, како што се зголемува концентрацијата на ензимот, се зголемува и брзината на ензимската реакција.

Температура

Ефектот на температурата врз брзината на ензимската реакција може да се изрази преку температурниот коефициент Q 10: Q 10 = (брзина на реакција на (x + 10) °C) / (брзина на реакција на x °C)

Помеѓу 0-40°C, Q10 на ензимската реакција е 2. Со други зборови, за секое зголемување на температурата од 10°C, брзината на ензимската реакција се удвојува.

Ориз. 4 Влијанието на температурата врз активноста на ензимот како што е плунковната амилаза.

Како што се зголемува температурата, движењето на молекулите се забрзува, а молекулите на супстанците кои реагираат имаат поголема веројатност да се судрат едни со други. Следствено, веројатноста дека ќе се појави реакција меѓу нив се зголемува. Температурата која обезбедува најголема активност се нарекува оптимална. Надвор од ова ниво, брзината на ензимската реакција се намалува, и покрај зголемувањето на фреквенцијата на судири. Ова се случува поради уништување на секундарните и терциерните структури на ензимот, со други зборови, поради фактот што ензимот се подложува на денатурација.

Ориз. 5 Текот на ензимската реакција на различни температури.

Кога температурата се приближува или паѓа под нулата, ензимите се деактивираат, но не доаѓа до денатурација. Со зголемување на температурата, нивната каталитичка активност повторно се обновува.

Бидејќи протеините во сува состојба се денатурираат многу побавно од хидрираните протеини (во форма на протеински гел или раствор), инактивирањето на фосфорот во сува состојба се случува многу побавно отколку во присуство на влага. Затоа, сувите бактериски спори или сувите семиња можат да издржат загревање на многу повисоки температури од истите спори или семиња во влажна состојба.

Концентрација на подлогата

За дадена концентрација на ензим, брзината на ензимската реакција се зголемува со зголемување на концентрацијата на супстратот.

Ориз. 6 Зависност на брзината на ензимската реакција од концентрацијата на супстратот.

Теоретската максимална брзина на реакција V max никогаш не се постигнува, но доаѓа момент кога натамошното зголемување на концентрацијата на подлогата повеќе не предизвикува забележителна промена во брзината на реакцијата. Ова треба да се објасни со фактот дека при високи концентрации на подлогата, активните центри на молекулите на фосфор во секој даден момент се практично заситени. Така, без разлика колку вишок супстрат е достапен, тој може да се комбинира со ензимот само откако претходно формираниот комплекс ензим-супстрат ќе се дисоцира во производ и во слободен ензим концентрација на супстратот и времето потребно за дисоцијација на комплексот ензим-супстрат.

На константна температура, секој фосфор работи најефективно во тесен опсег на pH. Оптималната pH вредност е онаа со која реакцијата се одвива со максимална брзина.

Ориз. 7 Зависност на ензимската активност од рН.

При повисока и пониска pH вредност, активноста на F. се намалува. Поместувањето на pH го менува полнежот на јонизираните киселински и базни групи, од кои зависи специфичната форма на молекулите на фосфорот. Ако pH вредноста се промени премногу нагло, F. денатурира. Оптималната pH карактеристика на даден фосфор не секогаш се совпаѓа со pH вредноста на неговата непосредна интрацелуларна средина. Тоа сугерира дека средината во која се наоѓа Ф. донекаде ја регулира неговата дејност.