Материал: Ферменты

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

откуда следует


1		+		1				[I ] =				1				+					1				[I ],
[S]		+	[S] K					[I ] =			[S]					+		[S]					K		[I ],
[S]			[S] K			I					[S]			2				[S]			2		K	I
1				1		I								2							2			I
1					[I ] −				1				[I ]		=			1					−	1		,
[S] K					[I ] −	[S]				K			[I ]		=		[S]						−	[S]		,
[S] K			I			[S]			2	K	I						[S]			2				[S]
1			I						2		I									2				1
1				1														1						1
1		−		1			[I ] = −K I											1				−		1			,
[S]	2	−		[S]			[I ] = −K I										[S]		2			−		[S]			,
	2			1															2					1

и,наконец,

[I ] = −KI .

При этом значении концентрации

[I ] =

wmax KI

wmax

[S]

−

KI =

wmax KI

wmax

[S]

−

= 0,

wmax

[S]

wmax

[S]

следовательно, точка пересечения прямых Диксона лежит на оси абсцисс (рисунок 29).

В случае конкурентного ингибирования прямые Диксона

(рисунок 30) пересекаются в точке,определяемой равенством

1 +

[I ] =

[I ]

[S]

w K

[S]

w K

[S]

max

или

[I ] =

[I ] ,

[S]

откуда следует

[I ] = −KI .

Следовательно, абсцисса пересечения прямых Диксона, так же как и в

случае неконкурентного ингибирования,

равна − KI

(рисунок 29). Но в

случае конкурентного ингибирования ордината этой точки равна

, а не

max

нулю,как в случае неконкурентного ингибирования (рисунок 29).

1 +

−

KI =

[S]

w K

[S]

max

[S]2

[S]1

wmax

− KI

[I ]

Рисунок 30 – ЗависимостиДиксонадля

случая конкурентного ингибирования

Таким образом, графическое построение зависимостей Диксона позволяют экспериментально определить KI .

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.В чем заключается преимущество метода Диксона?

2.В чем отличие зависимостей Диксона для случаев конкурентного и неконкурентного ингибирования?

3.Чему численно равна абсцисса точки пересечения прямых Диксона?

27. рН-РЕГУЛЯЦИЯ СКОРОСТЕЙ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ

Типичная зависимость ферментативной активности от рН описывается колоколообразной кривой, как показано, например, на рисунке 31для фермента гистидазы.

Рисунок 31 – Активность фермента гистидазы в зависимости от рН при действии насубстрат гистидин

Ферменты проявляют оптимальную активность при разных рН (рисунок 32), что позволяет осуществлять тонкую регулировку путей метаболизма либо самим организмом, либо в результате внешних воздействий на организм.

Рисунок 32 – Зависимостьактивности ферментов от рН

Простейший механизм влияния рН заключается в том, что фермент может существовать в трех ионных формах EH22+ , EH + и E , из которых только в одной форме фермент способен к связыванию субстрата и к каталитическому превращению.

Примем для определенности, что каталитически активной является форма EH + . Модели зависимости ферментативной активности от рН рассмотрим на примере схемы

EH22+ ↔K1 EH + ↔K2 E ,

для которой константы диссоциации

K1 =		[EH + ][H		+ ]	,
			[EH22+ ]

K	2	=	[E][H +	]
			[EH + ]

и уравнение материального баланса

[E]0 =[E] +[EH + ] +[EH22+ ]

представляют собой систему трех уравнений с тремя неизвестными. Выразим из уравнения материального баланса

[E] =[E]0 −[EH + ] −[EH22+ ]

и подставим в выражение для K2 :

K2 =	([E]0 −[EH + ] −[EH22+ ])[H + ]	,
K2 =	[EH + ]	,
или

K2[EH + ] +[EH + ][H + ] =[E]0[H + ] −[EH22+ ][H + ] ,

откуда
		+		[E]		[H + ] −[EH 2+ ][H + ]
[EH			] =		0	2	.
[EH			] =			K2 +[H + ]	.
						K2 +[H + ]
Подставим [EH + ] в выражение для K1
K1 =		[H + ] [E]0[H + ] −[EH22+ ][H					+ ]	,
K1 =	[EH22+ ]					K2 +[H + ]		,

откуда

K1K2[EH22+ ] + K1[EH22+ ][H + ] =[H + ]2[E]0 −[EH22+ ][H + ]2 ,

и получим зависимость концентрации дважды протонированной формы фермента ([EH22+ ]) от кислотности системы:

[EH22+ ] =

[E]

+ ]2

K1K2 + K1[H + ] +[H +

Далее,для [EH + ]:

[E]0

[E]

[H + ] −

]

[H + ]

+ K1[H

] +

]

[EH

] =

K1K 2

K 2

+[H + ]

[E]

[H + ]K

+ K

[E]

[H + ]2

+[E]

+ ]3 −[E]

[H + ]3

(K 2

+[H + ])(K1 K 2 + K1[H + ] +[H + ]2 )

[E]0 [H + ]K1 K 2 + K1[E]0 [H + ]2

(K 2

+[H + ])(K1 K 2

+ K1[H + ] +[H + ]2 )

(K 2 +[H + ])[E]0 [H + ]K1

(K 2

+[H + ])(K1 K 2

+ K1[H + ] +[H + ]2 )

Таким образом, зависимость концентрации однократно протонированной формы фермента ([EH + ]) от концентрации протонов в системе:

[EH

] =

K1[E]0[H + ]

K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2

И,наконец,

[E] =[E]0

−[EH + ] −[EH 22+ ]

=[E]0

−

K1[E]0

[H + ]

−

[E]0 [H + ]2

K1 K 2

+ K1[H + ] +[H + ]2

K1 K 2

+ K1

[H +

] +[H + ]2

=[E]0

K1 K 2 + K1[H + ] +[H + ]2 − K1[H + ] −[H

+ ]2

K1 K 2

+ K1[H + ] +[H + ]2

Следовательно, для непротонированного фермента:

[E] =[E]0 K1K2 .

K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2

Относительная доля каждой из форм фермента
[EH 2+ ]							[H + ]2
	2			=						,
	[E]0						K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2

	[EH + ]			=			K1[H + ]		,
	[E]0					K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2
		[E]	=				K1K2
								.
		[E]0			K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2

Таким образом, если считать, что с субстратом может связываться и катализировать его превращение способна только форма EH + фермента, и поскольку максимальная скорость реакции wmax пропорциональна этой

концентрации,		то колоколообразная			форма зависимости			активности
фермента от рН объясняется уравнением
				w0	K	[H + ]
		wmax =		max	1		,
		wmax =	K1K2	+ K1[H + ] +[H + ]2			,
			K1K2	+ K1[H + ] +[H + ]2
где w0	–максимальная скорость ферментативной реакции,							которая бы
max

наблюдалась, если бы весь фермент находился в активной форме EH + , а

оставшийся множитель	K1[H + ]	характеризует долю общего
	K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2

количества фермента,находящуюся в форме EH + .

Относительное содержание EH22+ , EH + и E форм фермента при K1 =10−5 и K2 =10−10 ,рассчитанное по формулам

[EH 2+ ]							[H + ]2
	2			=						,
	[E]0			=			K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2			,
	[E]0						K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2
	[EH + ]			=			K1[H + ]		,
	[E]0			=		K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2			,
		[E]	=				K1K2	,
		[E]0	=		K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2			,

представлено на рисунке 33(а).

Отностиельноесодержание

формуказанных

a(x)

′

a (x)

Поскольку

, то

достаточно решить

1,0

b(x)

(b(x))

уравнение

pK1

pK2

K1(K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2 ) − K1[H + ](K1 + 2[H + ]) = 0

0,5

или

K1K2 −[H + ]2 = 0.

Таким образом, положение максимума кривой

0,0

[H ][EH + ]max

K1K2

=[H ]оптим.

Поскольку

pHоптим = −lg[H + ]оптим = − 1 (lg K1 + lg K 2 ) = 1

(pK1 + pK 2 ),

Отностиельноесодержание

указанныхформ

K1[H

+ ]оптим

+ ]

pK1 pK2

K1[H

то максимум колоколообразной кривой расположен при рН на середине

1,0

EH2

отрезка между рК1 и рК2 (рисунок 33).

Максимальное значение

[EH

K1[H

]оптим

]

[E]0

K1K2 + K1[H

]оптим

0,5

max

]оптим

Область рН, при которых активность фермента составляет более

половины максимального значения, определим из условия

2 K1K2 + K1[H + ]оптим +[H + ]оптим2

= K1K2 + K1[H + ] +[H + ]2 ,

0,0

или

]оптим (K1 K 2

K1[H

] +

]

) =

Рисунок 33 – Зависимость относительного содержания различных форм фермента

2[H

](K1 K 2

+ K1[H

]оптим

]

отрН для двух случаев: а–К

–5

,К2

–10

–7

–8

оптим ),

1 = 10

= 10 ; б –К 1 = 10

,К2 = 10

откуда

Относительное содержание

EH22+ ,

EH +

E форм фермента при

K1 K 2 [H + ]оптим + K1[H + ][H + ]оптим +[H + ]2 [H + ]оптим =

K1 =10

−7

и K2 =10

−8

представлено на рисунке 33(б).

= 2[H + ]K1 K 2

+ 2[H + ]K1[H + ]оптим + 2[H + ][H + ]оптим2

Максимум колоколообразной кривой найдем, приравняв нулю

K1 K 2 [H

+ ]оптим − K1[H + ][H + ]оптим +[H + ]2 [H + ]оптим −

производную

[H + ]

− 2[H + ]K1 K 2 − 2[H + ][H + ]оптим2 = 0.

=0 .

d[H

+ K1[H

]

+[H

] K1K2

]

Учитывая K1K2 = ([H + ]оптим )2 ,получаем

[H + ]3оптим − K1[H + ][H + ]оптим +[H + ]2[H + ]оптим − 4[H + ][H + ]оптим2 = 0

и,сокращая [H + ]оптим,

[H + ]оптим2 − K1[H + ] +[H + ]2 − 4[H + ][H + ]оптим = 0 ,

получим

[H + ]2 − (K1 + 4[H + ]оптим ) [H + ] +[H + ]оптим2 = 0 .

Корни этого уравнения дают значения [H + ], между которыми активность фермента превышает половину своего максимального значения.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Какой типичный вид зависимости активности ферментов от рН?

2.Сформулируйте простейший механизм, объясняющий колоколообразную форму зависимости ферментативной активности от рН.

3.Запишите выражения для относительного содержания трех ионных форм фермента при различных значениях рН.

4.Определите положение максимума кривой зависимости ферментативной активности от рН.

28. АЛЛОСТЕРИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ СКОРОСТЕЙ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ

Субъединичная четвертичная структура аллостерических ферментов способствует повышению чувствительности системы и усилению обратной связи в механизмах регулирования. Такая структура способствует увеличению чувствительности системы, так что малое изменение концентрации субстрата сильно влияет на скорость ферментативной реакции.

При этом характерный гиперболический ход зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата сменяется сигмоидной зависимостью. Так, например, на рисунке 34схематически представлено изменение вида зависимости w от [S] в ферментативной реакции, происходящей под действием одиночной каталитической единицы

фермента аспартаттранскарбамилазы на субстрат аспартат [2] (кривая 1), и под действием ассоциированного фермента, состоящего из двух каталитических и трех регуляторных полипептидных субъединиц (кривая 2).

Рисунок 34 –Зависимость	скорости появления продукта от концентрации
субстрата (аспартата)

Предложено много механизмов, объясняющих кинетические особенности аллостерических ферментов.

29. СОГЛАСОВАННЫЙ МЕХАНИЗМ АЛЛОСТЕРИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

В 1965 г. Жак Моно, Джефри Уайман и Жан-Пьер Шанже предложили объяснение кооперативности аллостерических эффектов в реакции связывания кислорода с гемоглобином.

Используя их подход, рассмотрим аллостерический фермент,

состоящий из двух идентичных субъединиц,		каждая с одним активным
центром. Субъединицы	могут находиться	в	двух конформациях –
R -состоянии( relaxed,	"расслабленное")	и	T -состоянии( tense,
"напряженное").
Конформация R	обладает высоким	сродством к субстрату,

T –низким (рисунок 35). Формы R и T могут переходить одна в другую. 79

Источник: https://studfile.net/preview/16685587/

Смотрите также:

ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
- Обратный порядок следования фаз 4
- Сопротивление изоляции 25
!Контрольная работа (задание)
!Фармакология препаратов для терапии заболеваний дыхательных путей
'Свадьба'. Керамика
"Проблема обеззараживания рук медицинского персонала"
«Материальное и процессуальное право»
«Предмет, метод предпринимательского права и принципы предпринимательского права» (Понятие предмета и метода российского предпринимательского права)