Существенное влияние на активность ферментов оказывает реакция среды. Изменения Н среды, очевидно, будут влиять на степень диссоциации ионогенных групп и в определенной мере изменять структуру фермента. Для большинства ферментов существует оптимум Н, ниже и выше которого активность фермента уменьшается. Характер этой зависимости будет определяться степенью диссоциации функциональных групп фермента и субстрата, участвующих в образовании фермент-субстратного комплекса, а также степенью диссоциации других ионогенных групп фермента, способных вызвать конформационные изменения его молекул. При значительном сдвиге Н среды структура фермента может настолько измениться, что он потеряет свою каталитическую активность.
Еще более сложным оказывается влияние температуры на активность ферментов. Оптимальная температура, при которой активность большинства ферментов наиболее высока, составляет 40—50° С. Выше этой температуры их активность обычно несколько возрастает и при достижении определенного уровня резко падает до нуля — наступает инактивация фермента. Инактивация фермента обусловлена быстро наступающей его денатурацией, которая для большинства белков наступает при температуре 50—60° С. С понижением температуры активность ферментов также уменьшается.
Активность некоторых ферментов полностью утрачивается уже при —20° С, тогда как другие ферментативные реакции идут с заметной скоростью даже при —60° С. Таким образом, по мере понижения температуры вместо ожидаемого понижения активности ферментов в ряде случаев наблюдается даже ее повышение.
Многие ферменты проявляют высокую активность при отрицательных температурах. Например, липаза и пероксидаза активны при —29° С, дегидрогеназы — ниже —21° С. Такие ферменты, как каталаза, тирозиназа и пероксидаза, более активны в замороженном состоянии, нежели в переохлажденном.
2. Физико-химические: концентрация фермента и, главным образом, субстрата,
температуры, рН и ингибиторы. Наибольший клинический интерес представляет
температура, рН и ингибиторы.
1). Концентрация субстрата
При низкой концентрации субстрата и последующем её увеличении зависимость между [субстрата] и V прямо пропорциональна. Дальнейшее увеличение концентрации субстрата приводит к снижению скорости, и наконец, наступает такое значение концентрации субстрата, после которой скорость ферментативной реакции остаётся неизменной. Это называется эффектом насыщения фермента субстратом. Для характеристики кинетики в ферментативных реакциях была вычислена константа Михаэлиса - Ментен, которая выражается: Km= (E)*(S)-(ES)/(ES)
По сути дела Km составляет l/2Vmax .
Для того, чтобы определить скорость реакции можно пользоваться уравнением:
V=Vmax*(S)/(S)+Km
Концентрация фермента не оказывает влияния на процесс.
2). Температура. Ферменты имеют белковую природу и являются термолабильными. В некотором ограническом интервале температур (от 0°до 25° С) скорость ферментативной реакции повышается, с ростом температуры (на 10°С) скорость повышается примерно в 2 раза. При дальнейшем повышении температуры скорость реакции постепенно понижается, высокие температуры приводят к денатурации фермента - белка и необратимой утрате ферментативной активности. Для большинства ферментов оптимум температурный приближается к нормальной температуре тела. В первые часы повышенной температуры вырабатывается фермент интерферон, выполняющий защитные функции. Пониженные температуры используют в трансплантации, искусственном оплодотворении. Растительные ферменты менее чувствительны к температуре.
3). Влияние рН на активность ферментов.
а) значение рН, которое соответствует максимальной активности фермента,
необязательно совпадает со значением рН, характерным для нормального внутри - и
внеклеточного окружения этого фермента;
б) всё-таки большинство ферментов имеют оптимум рН, близкий к рН окружающей
среды;
в) у многих ферментов оптимум рН приближается к изоэлектрической точке(кислотность среды (pH), при которой молекула не несёт электрического заряда);
г) для каждого фермента существует своё значение рН, при котором он проявляет
максимальную активность;
д) «Значение рН внутри клетки является, возможно, одним из самых важных элементов
регуляции клеточного метаболизма».
Согласно теории шведского учёного, влияние рН на активность ферментов определяется:
1) величина рК (константа диссоциации) ионизированных групп активного
центра фермента, которые участвуют в связывании субстрата;
2) величинами рК ионизированных групп самого субстрата;
3) величинами рК функциональных групп фермента, которые отвечают за
катализ;
4) величинами рК других участков молекул ферментов (аллостерические
центры)
4). активаторы и ингибиторы. Активирование или ингибирование различных ферментов веществами эндогенного и экзогенного происхождения является значимым фактором регуляции обмена веществ. Ингибиторы подразделяются на обратимые и необратимые. В свою очередь обратимое ингибирование бывает 3-ёх видов: аллостерическое, конкурентное и неконкурентное. Примером необратимого ингибирования может быть действие высоких температур, резкое изменение рН, приводящее к денатурации фермента или действие тяжёлых металлов, соединений мышьяка, которые связываются с ферментом или с фермент-субстратным комплексом в активном центре(АЦ) или блокируют функциональные группы молекул фермента, удаленных от АЦ. В наибольшей степени ингибирующему действию тяжелых металлов подвергаются тиоловые ферменты.
19.
