от времени не имеет обычно тон обшей «формы, которая характерна для гомогешгых химических реакций (рис. 4.18). Такое снижение скорости ферментативных реакций со временем может быть обусловлено тормозящим действием продуктов реакции, уменьшением степени насыщения фермента субстратом (поскольку по мере протекания реакции концентрация

субстрата снижается) или часпniiioli unaктивацией фермента при чa;mi >ix

значениях температуры и рН среды. Следует учитывать, кроме тою, влияние скорости обратной реакции, которая может оказаться существенной по мере увеличения концентрации продуктов ферментативной реакции. Учитывая эти обстоятельства, при исследовании скорости ферментативных реаюгий в тканях и биологиче ских жидкостях обычно спределяют начальную скорость реакции в условиях, когда скорость ферментативной реакции приближается к линейной (в том числе при достаточно высокой для пасыще1нш фермента концентрации субстрата).

Влияние концентраций субстрата и фермента на скорость ферментативной реакции

Из приведенного ранее материала вытекает важное заключение: ОДНИМ ИЗ наиболее существенных «факторов, определяющих скорость (|>ерментатив-нон реакции, является концентрация субстрата (или субстратов) и Продукта (продуктов). При постоянной концентрации фермента скорость реакции постепенно увеличивается, достигая определенного максимума (см. рис. 4.12, 4.13), когда дальнейшее увеличение количества субстрата практически не окатывает влияния па скорость ферментативной реакции. В таких случаях принято считать, что субстрат находится в избытке, а фермент полностью насыщен, т.е. все молекулы <|>срмента связаны С субстратом. Ограничивающим скорость реакции фактором в последнем случае становится концентрация фермента. Именно при этих условиях определяют величину максимальной скорости (V^J и значения константы Михаэлиса (Km) (см- рис. 4.13; 4.14).

(?корОСТЬ любой ферментативной реакции непосредственно зависит от жощентрациж фермента (рис. 4.19). Существующая линейная зависимость между ними величинами, когда скорость реакции прямо пропорциональна количеству присутствующего фермента, справедлива только в определенных условиях, например в начальный период ферментативной реакции, так как в этот период практически не происходит обратной реакции, а концентрация продукта оказывается недостаточной для обратимости реакции. Именно в этом случае скорость реакции (точнее, начальная скорость реакции v) будет пропорциональна концентрации фермента. Кж было

Рте. 419. Зависимость скорости реакции от концентрации фермента в присутствии насыщающих концентраций субстрата.

отмечено, фермент является одной из реагирующих молекул в химической реакции и при взаимодействии с субстратом образует промежуточный фермент-субстратный комплекс, который далее подвергается распаду на продукт и свободный фермент:

А и *ГV Е Л *.,

Если упростить это уравнение, исключив промежуточный ES-комгшекс:

к ,

f S t Р,

то в уравнениях для скоростей прямой и обратной реакций обязательным компонентом является концентрация фермента:

v+1 = ?+1[E]-[S]; v+2 = kJB] • [Р].

Однако в уравнениях для константы равновесия (К^ или К,,) концентрация фермента уже не имеет значения:

к Е ,Р' \ |

К - - * :f \s\ > '

Как видно, константа равновесия ферментативной реакции не

зависит от концентрации фермента. Определяя скорость и направление химической реакции, фермент тем не менее не оказывает влияния на конечные (равновесные) концентрации реагирующих молекул и продуктов, определяющих величину константы равновесия.

Активирование и ингибирование ферментов

Скорость ферментативной реакции, как и активность фермента, в значительной степени определяется также присутствием в среде активаторов и ингибиторов: первые повышают скорость реакции, а вторые тормозят эту реакцию. Активирующее влияние на скорость ферментативной реакции оказывают разнообразные вещества органической и не органической природы. Так, соляная кислота активирует действие пепсина желудочного сока;

желчные кислоты повышают активность панкреатической липазы; некоторые тканевые ферменты (оксид оредуктазы, кате псины, аргиназа), растительная протеиназа и др. в значительной степени активируются соединениями, содержащими свободные SH-группы (глутатион, цистеин), а ряд ферментов—также витамином С. Особенно часто активаторами выступают ионы двухвалентных и, реже, одновалентных металлов. Получены доказательства, что около четверти всех известных ферментов для проявления полной каталитической активности нуждаются в присутствии металлов. Многие ферменты вообще не активны в отсутствие металлов. Так, при удалении цинка угольная ангидраза (карбоангидраза), катализирующая биосинтез и распад Н2С03, практически теряет свою ферментативную активность; более того, цинк при этом не может быть заменен никаким другим металлом. Известны ферменты*, действие которых активируется ионами нескольких металлов; в частности, енолаза активируется Mg2+, Мп2+, К+ (табл. 4.4).

Таблиц