Индукция ферментов в норме и патологии - Крицман М.Г.
Скачать (прямая ссылка):
непосредственно связана со скоростью ферментативной реакции и зависит от
трех факторов: от изменения энтальпии - теплосодержания (Я), изменения
энтропии (5) и температуры (Т). Так как свободная энергия AF = RT In Ks,
& AT - ЛЯ - TAS, то, зная AF и ДЯ, можно вычислить изменение энтропии
системы при образовании комплекса Михаэлиса:
ДЯ-Д F
Д5:
т
где АН - изменение энтальпии; AS - изменение эптро-
д н
пии. Из соотношения R In Кs = -f AS следует, что
чем больше возрастает энтропия и убывает энтальпия при образовании
комплекса Михаэлиса, тем меньше Ks и, следовательно, тем больше сдвиг
равновесия в сторону образования комплекса FS, т. е. тем больше скорость
ферментативной реакции.
Сродство фермента к субстрату тем больше, чем меньше Ks, поскольку
концентрация комплекса зависит от соотношения
[FS]=J-[F][S].
Обычно взаимодействие между субстратом и ферментом рассматривается в
аспекте теории переходного комплекса, согласно которой между указанными
компонентами реакции при их сближении образуется переходный
активированный комплекс. При этом ферментативную реакцию F + 5 zgi FS
F -Ь Р можно рассматривать как многостадийную F S FS FS* FP* F + Р\ знак
"*" отражает активное состояние.
165
Величина A# - изменение энтальпии говорит об изменении потенциальной
энергии системы при образовании и разрыве химических связей в ходе
образования комплекса FS.
Величина AS - энтропия - является мерой измерения числа степеней свободы
системы и, следовательно, связана со структурными пространственными
изменениями в ходе реакции при образовании переходного состояния
(энтропия активации). Энтропия образования активированного
ферментативного комплекса AS* является количественной мерой структурных
взаимодействий фермента и субстрата.
Для расчета AS* используется формула:
K1 = teKT'h-e-E'RT4i*8*'R,
где К\ - экспериментально измеренная скорость реакции; е - основание
натурального логарифма; Е - экспериментально измеренная энергия активации
для стадии ферментативной реакции, характеризующейся константой Кй Т -
абсолютная температура; t - трансмиссионный коэффициент; h - постоянная
Планка. Энтальпию активации можно рассчитывать по формуле:
АН* - Е-RT,
а изменение свободной энергии выразить уравнением: AF*~AH*- TAS*.
Снижение энергии активации - одна из главных причин ускорения реакции при
действии ферментов и других катализаторов. Вместе с этим при
ферментативных реакциях выступает особое значение энтропийного фактора
для скорости реакции.
На кинетику ферментативных реакций оказывает большое влияние концентрация
водородных ионов, что связано со структурой белкового компонента.
Особенности ферментативного катализа проявляются в характере зависимости
его от pH. У большинства ферментов пределы обратимого изменения
активности в зависимости от pH сравнительно мало отклоняются в обе
стороны от нейтральной реакции. Поскольку pH и изоэлектриче-ская точка
совпадают редко, считается, что активность фермента зависит от
диссоциации определенных групп его молекулы. По-видимому, ионизация
самого фермента влияет на его активность. Гидроксильные и водородные ионы
могут
166
непосредственно участвовать в реакциях комплекса фермент - субстрат,
меняя скорость образования продукта. Кроме того, они могут влиять на
величину Ks-
Можно предположить, что фермент обладает свойством катализатора в том
случае, если его активный центр находится в ионизированном состоянии, т.
е. активный центр способен приобретать или терять водородный ион.
Влияние pH на кинетику реакций дает возможность охарактеризовать природу
ионогенных группировок, связанных прямо или косвенно с каталитическим
действием. Зависимость кинетики ферментативных реакций от концентрации pH
можно выразить количественно, обозначив через FH+ активный центр,
способный к реакции с субстратом, a FFP+ и F две формы фермента,
неспособные к реакции. Взаимоотношение между ними можно выразить
уравнением:
ДН1+ ^ FH+ +Н+;
FH+ F + Н+.
В равновесной реакции находятся /ГЩ+ и F - две неактивные формы и одна
активная - FH+:
+он- +он-
FUI+ ----" FH+ > F,
+н+ +н+
kb ha
FUl+ FH+ F + S k+l 11 fe-1 k+2
FH+S -> FH+ + P.
В свою очередь концентрация неактивной формы фермента определяется
концентрацией (Н+) и константами диссоциации Къ и Ка, где Кь --
диссоциация (FH|+), Ка - диссоциация (FН+). После некоторых
математических преобразований, а также исходя из того, что скорости
реакций v = kyi [FH+5], можно получить уравнение, определяющее влияние
концентрации водородных ионов на скорость реакции:
k+2[S][F0]
167
На основании этого уравнения можно рассчитать оптимальную концентрацию
водородных ионов для ферментативных реакций. Кроме того, при высокой
концентрации субстрата [S], когда S значительно больше Кт, а Къ больше
Ка, максимальная скорость реакции не зависит от pH:
[НЧопт =КаКъ или [Н+]0ПТ. = У7СЛ.
Из этого следует, что оптимальная концентрация водородных ионов для
максимальной скорости ферментативной реакции может не зависеть от
