ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетическая классификация ферментативных реакций из "Кинетика ферментативного катализа" Принципы изучения кинетики ферментативных реакций определяются не столько химической природой реагирующих веществ, сколько общим характером (механизмом) процесса, который может быть описан в кинетических терминах (обратимость реакций, число стадий, порядок реакций и т. п.). В связи с этим представляется необходимым рассмотреть отдельные типы механизмов ферментативных реакций, наиболее часто встречающихся в практике энзимологических исследований. [c.31] Ферментативные реакции, в которых принимают участие более двух субстратов, встречаются очень редко. [c.34] Однако следует сказать, что во многих ферментативных реакциях, помимо субстратов, претерпевающих химические превращения в соответствии с брутто-уравнением процесса, принимают участие коферменты и некоторые другие кофакторы, которые в ряде случаев могут рассматриваться как субстраты. Реакции, в которых ко-фермент и апофермент образуют диссоциирующую равновесную систему, взаимодействующую с одним субстратом, в результате чего претерпевают химические изменения и субстрат, и кофермент, кинетически описываются как двухсубстратные. [c.34] В случаях подобных ферментативных реакций кофермент и апофермент кинетически можно рассматривать как одно целое и кофермент не включать в число субстратов. [c.34] Представляют интерес также ферментативные реакции с участием воды (имеется в виду стехиометрически реагирующая вода). В разнообразных реакциях ферментативного гидролиза и дегидратации (как в приведенных выше примерах действия холинэстеразы и фумаратгидратазы) вода служит одним из субстратов действия ферментов и, следовательно, такие реакции надо рассматривать по сути дела не как односубстратные, а как двухсубстратные. Однако, ввиду того, что все ферментативные реакции протекают в разбавленных водных растворах, где концентрация воды превышает на несколько порядков концентрацию остальных партнеров реакции, кинетически гидролиз и дегидратация могут быть описаны без учета изменения концентрации воды, т. е. формально как односубстратные реакции. [c.35] В ходе ферментативного процесса субстраты претерпевают химические превращения с образованием конечных продуктов, которые освобождаются от связи с ферментом и выходят из сферы реакции. Число продуктов реакции, так же, как и число исходных субстратов, определяет кинетическую характеристику процесса. По числу образующихся продуктов ферментативные реакции, как правило, делятся на реакции с одним продуктом и двумя продуктами. Значительно реже встречаются процессы с образованием трех продуктов реакции или более. [c.35] При кинетическом анализе механизма ферментативных реакций большое значение имеет не только число исходных субстратов и образующихся продуктов реакции, но и количество ступеней (стадий) процесса. [c.36] При этом для ряда ферментативных реакций последовательность присоединения субстратов к ферменту не имеет существенного значения (беспорядочные двухсубстратные реакции), в других случаях необходим строго определенный порядок присоединения субстратов к ферменту для того, чтобы реакция могла осуществиться (упорядоченные двухсубстратные реакции). [c.36] Рассмотрим первоначально стационарную кинетику наиболее простой по механизму ферментативной реакции с участием одного субстрата и образованием одного продукта, предположив, что реакция проходит в две стадии — образование и распад фер-мент-субстратного комплекса. На примере этой простой реакции легко показать принцип подхода к кинетическому анализу и более сложных по механизму ферментативных реакций. [c.38] Уравнение (У.4) является основным уравнением стационарной кинетики простейших ферментативных реакций. Оно носит название уравнения Михаэлиса — Ментен — авторов, которые, развивая представления Брауна и Анри в области ферментативной кинетики, экспериментально показали приложимость этого уравнения ко многим ферментативным процессам. Следует, однако, сказать, что Михаэлис и Ментен придавали иной смысл величине Кт- Они считали, что концентрация комплекса Е5 определяется лишь соотношением констант -1/ +1, т. е., что на [Е8] существенно не влияет константа +2. Легко показать, что в этом случае получается уравнение такого же вида (У.4), однако в нем член Кт равен к- к+1, т. е. является константой диссоциации фермент-субстратного комплекса. Влияние А+2 на величину [Е5] было учтено Бриггсом и Холденом, однако уравнение ( .4) сохранило название первых авторов. Точно так же константа Кт, представляющая соотношение трех констант скорости, носит название константы Михаэлиса, хотя и имеет иной, более точный смысл. [c.39] В качестве примера на рис. 1 приведена такая зависимость для гидролиза фенилфосфата, катализируемого щелочной фосфатазой (фосфогидролазой моноэфиров ортофосфата КФ 3.1.3.1), изучавшегося А. П. Бресткиным с соавторами [1]. [c.40] Нужно иметь, однако, в виду, что такая зависимость сохраняется при основном условии, что [Е]о [5]. Повышение концентрации фермента за пределы этого неравенства нарушает линейную зависимость. [c.40] В соответствии с уравнением (У.4) зависимость стационарной скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата выражается гиперболической функцией. [c.40] Таким образом, при малых концентрациях субстрата скорость ферментативной реакции приблизительно линейно изменяется с изменением концентрации субстрата. [c.40] При значительном повышении концентрации субстрата, когда [5] Кт, можно считать, что Кт + [5] [5]. [c.40] Следовательно, при некоторой концентрации субстрата стационарная скорость реакции достигает постоянного значения, не зависящего от дальнейшего увеличения [5]. Постоянная скорость ферментативной реакции, достигаемая при полном насыщении фермента субстратом, носит название максимальной скорости ферментативной реакции 1/, т. е. [c.41] Для многих неосложненных ферментативных реакций эта зависимость строго выполняется, что свидетельствует о правильности положенных в основу теории представлений о механизме процесса. Для иллюстрации на рис. 2 показана такая зависимость стационарной скорости гидролиза бутирилхолина при действии холинэстеразы сыворотки крови лошади [2]. [c.41] Как ясно из анализа уравнения (У.4), при экспериментальном изучении зависимости скорости реакции от концентрации субстрата при постоянной концентрации фермента можно получить данные для вычисления константы Михаэлиса и максимальной скорости ферментативной реакции. [c.41] Вернуться к основной статье