Иммобилизованные ферменты - Березин И.В.
Скачать (прямая ссылка):
сильнее, а скорость ферментативной реакции еще больше возрастает. Иными
словами, в такой системе будет наблюдаться явление автокатализа.
Окончательно стационарное состояние будет достигнуто только тогда, когда
значительное повышение концентрации протонов будет оказывать лишь
незначительное влияние на скорость ферментативной реакции*.
Если значение pH начала реакции ниже pH-оптимума активности, то по мере
выделения протонов в ходе ферментативной реакции pH уменьшается еще
сильнее и реакция замедляется. На графике pH-зависимости относительной
ферментативной активности (рис. 19) это отразится следующим образом:
ветви кривой, соответствующие низким значениям pH для иммобилизованного и
нативного ферментов, практически совпадут, а "щелочная" ветвь кривой
(выше pH-оптимума активности) в случае иммобилизованного фермента
существенно расширится (сравни
* Возможны ситуации, ко1Да стационарное состояние не доспи аелся вообще H
->том случае наблюдаются кодебагель е процессы; о них речь .толст ниже
110
Антивность.% 100
50
кривые 1 к 2), причем до такой степени, что может превратиться ь плато
(кривая 3). В предельном случае, когда иммобилизованный фермент работает
при pH ниже значения pH оптимальной активности, рН-за-висимость
активности может трансформироваться к виду (кривая 4), т. е. с
достижением плато. Чем существеннее диффузионные ограничения протонов в
носителе и чем выше активность иммобилизованного фермента, тем ниже будет
высота плато на кривой 4. Если в ходе реакции происходит поглощение
протонов, то будут наблюдаться обратные явления.
Таким образом, если в эксперименте наблюдаются pH-зависимости активности,
аналогичные тем, что приведены на рис. 19, то это указывает на
ограничения диффузии протонов в системе с иммобилизованным ферментом.
Ускорение диффузии протонов в присутствии буферных растворов. Если
система с иммобилизованным ферментом (подобная той, что была описана в
конце предыдущего раздела)
pH
Рис. 19. Изменение pH-профилей активности иммобилизованного фермента в
результате ограничения диффузии протонов в частицах носителя.
Кривая /- свободный (неиммобилизован иый) фермент в растворе; кривая 2 -
иммобилизованный фермент при слабых ограничениях в диффузии протонов,
кривые 3 и-4 - иммобилизованный фермент по мере усиления ограничений в
диффузии протонов
РАСТВОР
Рис. 20. Схематическое изображение процесса переноса протонов
компонентами буферного раствора в системе с иммобилизованным ферментом
111
работает в присутствии компонентов буферного раствора, то они, связывая
образующиеся в ходе реакции протоны, могут переносить их, удалять из
микроокружения фермента. Обусловлено это тем, что на границе раздела
частица носителя/ /раствор создается градиент концентрации
протонированной формы основной компоненты буферного раствора (ВН+). Это
приведет к диффузии формы ВН+ в свободный раствор, где за счет более
высокого значения pH она продиссоци-ирует с высвобождением свободной
формы В, которая, в свою очередь, будет диффундировать по градиенту
концентрации в частицу носителя (см. рис. 20). В системе, где свободная
диффузия протонов сильно ограничена (кривая 2 на рис. 21), добавление
буферного раствора может привести к смещению плато в сторону более
высоких значений активности и к появлению S-образного характера у
"кислой" ветви pH-зависимости (см. кривые 3, 4 на рис. 21).
Таким образом, добавление буферных растворов в систему с иммобилизованным
ферментом может "снимать" ограничения в диффузии протонов и приводить к
увеличению ферментативной активности в области некоторых значений pH.
Сочетание эффектов распределения и диффузии протонов. Если в системе с
иммобилизованным ферментом одновременно имеют место эффекты распределения
протонов и ограничения их диффузии, то заранее трудно предсказать вид рН-
зависи-мости активности. Оба этих фактора могут действовать
взаимосогласованно: либо как синергисты (т. е. усиливать друг друга),
либо как антагонисты (ослаблять действие друг друга). Возможно несколько
различных вариантов: фермент иммобилизован на полианионном, поликатионном
или нейтральном носителе, и катализируемая им реакция протекает с
выделением или поглощением протонов, либо вообще не сопровождается
изменением их концентрации. Здесь не будут рассмотрены все эти возможные
варианты. Отметим, что только для фермента, иммобилизованного на
электронейтральном носителе и катализирующего процесс,
Активность, %
Рис. 21. Влияние буферной системы, ускоряющей перенос протонов в системе
с иммобилизованным ферментом, на вид pH-за виси мости его каталитической
активности Кривая / -свободный (неиммобилизованный) фермент в растворе;
кривая 2 - иммобилизованный фермент при значительных ограничениях в
диффузии протонов: кривые 3 и 4 - иммобилизованный фермент по мере снятия
ограничений в диффузии протонов увеличивающимися концентрациями буферного
раствора
112
не сопровождающийся изменением концентрации протонов, не должно
