находятся ферменты, участвующие в синтезе , белков, а также кислые фосфатазы, отщепляющие фосфорную кислоту от е? эфиров.

В цитоплазматической мембране имеются пермеазы, катализирующие транспорт веществ, и другие ферменты. i

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЯ ,

С субстратом ферменты образуют нестабильный промеж\- <

точный продукт, при этом получается фермент-субстратный ком- |

плекс, который затем распадается на свободный фермент и про- у.

дукт реакции (рис. 11). ;

Соединение фермента с субстратом идет в каталитическом, центре. Оно может происходить за счет ковалентных связей, при'

32 ^ !

участии электронов, за счет водородных связей или более слабых взаимодействий, например сил Ван-дер-Ваальса. Все это означает, что фермент и субстрат в районе каталитического Центра должны сблизиться до расстояния 1,5—2 нм. В этих условиях внутренние связи в молекуле субстрата ослабляются и происходит изменение этого соединения.

? субстрат

актибный центр

перегриппиробна электрических зард-—уУ\бо6 б процессе (ft субстрат ffip^ реакции

фермент- субстратный комплекс

продукты реакции отщепляются от фермента

^/рернент ё~

сближение фермента и субстрата

At субстрат

фермент

Рис. II. Схема воздействия фермента на субстрат

В общем виде ферментативный процесс можно отразить следующим уравнением:

E + S ? ES ЕР ?? Е + Р,

где ? — фермент; 1 5 — субстрат;

Р — продукт реакции.

Из уравнения видно, что фермент освобождается и может снова принять участие в реакции.

Скорость ферментативной реакции v можно охарактеризовать при помощи уравнения Михаэлиса —Ментена.

«м + Р1 '

•'Де Рмакс — максимальная скорость реакции; JS1 — концентрация субстрата; Км — константа Михаэлиса.

«-Я" 33

Численно константа Км равна концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину максимальной. Км имеет размерность Моль.

Встречаются реакции и других типов, например обратимые с одним субстратом. По такому типу идет ферментативное превращение фумаровой кислоты в присутствии фермента фумара-зы. Могут происходить необратимые реакции с несколькими субстратами.

В водном растворе вещества реагируют только при столкновении. Если бы не было ферментов, эти столкновения были бы крайне редки (1 : 1012). Таким образом, ферменты увеличивают вероятность протекания реакции.

Ферменты обладают очень высокой каталитической активностью. Одна молекула фермента за минуту может прореагировать с тысячами и даже миллионами молекул специфического субстрата. Так, алкогольдегидрогеназа, катализирующая превращение ацетальдегида в этиловый спирт, превращает в минуту 4700 молекул субстрата, а изомераза фосфотриоз — 500 тыс. молекул субстрата.

В клетках микроорганизмов обнаружено более 1000 различных ферментов. В каждой клетке имеется около 100 тыс. молекул ферментов. Благодаря большой каталитической активности ферментов, каждую реакцию в клетке могут катализировать 50—100 молекул соответствующих ферментов. Доказано, что каждый отдельный фермент составляет 0,1—5,0% общего количества белка в клетке. Из этого следует, что основная масса клеточных белков состоит из ферментов.

Каталитическая активность ферментов зависит от температуры, рН среды и присутствия различных веществ. Для действия каждого фермента характерна оптимальная температура, при которой скорость реакции максимальна. Так, а-амилаза культуры Aspergillus oryzae имеет оптимум температуры 50—55°С. При повышении температуры от 20 до 60°С скорость реакции растет; дальнейшее повышение температуры вызывает денатурацию белка и вместе с тем падение скорости реакции. Влияние температуры на активность ферментов показано на рис. 12. Оптимум температуры большинства используемых в биотехнологии ферментов микроорганизмов лежит в пределах 30—40°С.

Оптимум действия одних ферментов, например пепсина, наблюдается в кислой среде (рН 2,0), других — в щелочной, а у большинства ферментов — в нейтральной среде. Изменение активности лактатдегидрогеназы культуры Вас. subtilis в зависимости от рН среды показано на рис. 13.

Присутствие некоторых веществ может повышать активность действия ферментов (активаторы), а также снижать ее (инги34

5. 80$ 60

20биторы). Активаторами многих ферментов являются цистеин и глутатион, восстанавливающие дисулъфидную связь, образуя SH-группы, которые часто определяют ферментативную активность, входя в состав каталитических центров. Ингибиторы ферментов могут быть неспецифическими (например, соли тяжелых металлов, которые при связывании с белками осаждают их из растворов), или специфическими (например, синильная кислота, реагируя с определенными химическими группами ферментов, ингибирует действие железосодержащих дыхательных ферментов).

• юо

90а «ое TO1 GO

501 40

30

1 20%

Юсоон-сн=сн-соон

фумарат

Некоторые вещества в присутствии ферментов конкурируют с субстратом. Обычно это наблюдается при попадании в сферу действия фермента структурных аналогов субстрата^Такие вещества называют субстратными антиметабол