Bazele biochimiei
Condițiile standard pentru Hered manifestare a activității enzimei: temperatura de 25 ° C, pH-ul optim și cel mai semnificativ, saturarea completă a substratului enzimatic. Rata reacției enzimatice măsurată în aceste condiții este notată cu V și se numește viteza maximă a reacției enzimatice. Acesta este determinat prin concentrare și descompunere constantă enzimă rată de enzimă produs: V = k + 2 \ f] -
Rata reacției enzimatice observată în absența saturației complete a enzimei cu un substrat este notată cu v. Este în orice moment proporțional cu concentrația complexului enzimă-substrat: v = k + 2 [ES
\. Deoarece [aS] = * A + 1 [5], și k + 1lk-1 = 1 / K "
Astfel, rata observată a reacției enzimatice depinde de concentrația enzimei și a substratului și de afinitatea lor. Numeric, Km este egal cu concentrația substratului (în moli pe litru) la care v este 1 / 2K (Figura 48). о, 1 о, 2 аз ofi Concentrația enzimei și substratului
Concentrația substratului [Sh este de obicei exprimată în micromoli pe litru.
Cu toate acestea, deoarece greutatea moleculară exactă și numărul de centre mai enzime catalitice (activ) în moleculă sunt necunoscute, se utilizează metoda convențională de exprimare cantitatea absolută de enzimă. Pentru o unitate de oameni
Fig. 48. Dependența ratei de reacție enzimatică asupra concentrației substratului la o concentrație constantă a enzimei
La atingerea stării de saturație a enzimei de către substrat, viteza reacției enzimatice atinge o valoare maximă de V și curba merge paralel cu abscisa
enzima Dumnezeu (notat în limba rusă. și în acesta. E și în limba engleză. fr. ital. și App. U) luând suma care, în condițiile standard, catalizează conversia 1 micromol de substrat în 1 minut. Această valoare (1 pmol / min) este de asemenea o unitate de activitate enzimatică. Acest sistem standard pentru indicarea cantității de enzimă a fost introdus în 1961 de către Comisia pentru enzimele Uniunii Internaționale de Biochimie și a intrat ferm în fermentologie. Este încă folosit astăzi. Așa cum s-a menționat mai sus, în conformitate cu acest sistem, viteza reacției enzimatice a fost exprimată prin numărul de micromoli ai substratului transformat în 1 minut.
În 1972, în legătură cu trecerea la rata de expresie a transformărilor biocatalitice în substrat moli transformate pentru 1 s, sa propus înlocuirea unităților vechi, nenumite activității enzimatice (F sau U) introduce o nouă unitate-katal (kat-simbol) indică numărul enzimă, capabilă de 1 sec, pentru a asigura conversia a 1 mol de substrat (în condiții standard). Deoarece unitatea de activitate enzimatică în 1 categorie corespunzătoare vitezei reacției de 1 mol / s, puțin reală (de conversie sunt o rată mult mai scăzută), activitatea catalitică în noile unități de sistem exprimat mikrokatalah (mkkat) nanokatalah (nkat) și pikokatalah (pkat) , care corespund reacțiilor în viteză micromoli nano-moli și picomoles pe secundă, respectiv. Vechea unitate (E sau U) este de 16,67 nkat. În următorii câțiva ani se propune o tranziție la expresia activității enzimatice în catalaze.
Dacă se știe câte centre active sunt în molecula enzimei, activitatea sa este caracterizată prin numărul de molecule de substrat convertite cu ajutorul unui centru activ. Astfel, activitatea moleculara catalazei este 5 Mill. Întrucât activitatea centrului său catalitic (în molecula lor catalaza 4) este de numai 1 Mill. 250 mii. H202 molecule.
Fiind proteine, enzimele au toate proprietățile lor. În același timp, biocatalizatorii se caracterizează printr-o serie de calități specifice, care apar și datorită naturii lor de proteine. Aceste calități disting enzimele de catalizatorii convenționali. Acestea includ enzime termolabilității, dependența acțiunilor lor asupra valorii pH-ului, specificitatea, și, în final, susceptibilitatea la influența activatori și inhibitori.
Termolabilitatea enzimelor se explică prin faptul că temperatura, pe de o parte, afectează partea proteică a enzimei, conducând la valori prea mari ale denaturării proteinelor și la scăderea funcției catalitice,
Fig. 49. Efectul temperaturii în Fig. 50. Influența pH-ului mediului asupra ac-
activitatea enzimatică (explicarea activității enzimei
Pe de altă parte, influențează viteza de reacție de formare a complexului enzimă-substrat, și toate etapele ulterioare de conversie a substratului, ceea ce conduce la creșterea catalizei.
Dependența activității catalitice a enzimei asupra temperaturii este exprimată printr-o curbă tipică (Figura 49). Prin natura curbei se arată că până la o anumită valoare a temperaturii (medie de 50 ° C) crește activitatea catalitică, și la fiecare 10 ° C de aproximativ 2 ori mai rată îmbunătățită de conversie a substratului. În același timp, cantitatea de enzimă inactivată crește treptat datorită denaturării părții sale proteice. crește brusc și, cu toate că viteza reacțiilor de conversie a substratului continuă să crească, activitatea enzimei este exprimată cantitatea de substrat transformat, scade la o temperatură peste proteină enzimă Denaturarea 50 ° C.
Studii detaliate ale creșterii activității enzimei cu creșterea temperaturii, efectuate recent au demonstrat o natură mai complexă a acestei dependențe decât cele de mai sus, în multe cazuri, nu îndeplinește regula dublarea activității pentru fiecare 10 ° C, în principal datorită creșterii treptat schimbări conformaționale în molecula enzimă.
Temperatura la care activitatea catalitică a enzimei este maximă se numește temperatura optimă a acesteia.
Temperatura optimă pentru diferite enzime nu este aceeași. In general, pentru enzimele de animale se situează între 40 și 50 ° C, și legume între 50 și 60 ° C. Cu toate acestea, enzimele au o temperatură optimă mai mare, de exemplu la papaina (enzimă de origine vegetală, care accelerează hidroliza proteinei) optimă este la 80 ° C, în același timp, catalaza (o enzimă care accelerează descompunerea și H20 la H202 02) acţiunea de temperatură optimă este cuprinsă între 0 și 10 ° C, în timp ce la temperaturi mai mari există o oxidare viguroasă și inactivarea enzimei.
Dependența activității enzimei de pH-ul mediului a fost stabilită acum 50 de ani. Pentru fiecare enzimă, există un pH optim al mediului la care acesta prezintă activitate maximă. Cele mai multe enzime au activitate maximă în zona de pH aproape de punctul neutru. Într-un mediu puternic acid sau puternic alcalin, doar câteva enzime funcționează bine (Tabelul 10).
PH-ul optim al mediului pentru unele enzime
Natura reacției catalizate
Lipaza (din semințe de ricin)
Hidroliza proteinelor Hidroliza grăsimilor »uree» protein »arginină
Tranziția la o concentrație mai mare sau mai mică (comparativ cu cea optimă) a ionilor de hidrogen este însoțită de o scădere mai mult sau mai puțin uniformă a activității enzimei. În Fig. 50 este o curbă care exprimă o dependență tipică a acțiunii catalitice a enzimei asupra pH-ului mediului.
Efectul concentrației ionilor de hidrogen asupra activității catalitice a enzimei este expus la centrul său activ. La diferite valori ale pH-ului în mediul de reacție un centru activ poate fi ionizați slab sau mai puternic, mai mult sau mai puțin ecranate fragmente învecinate lanțului polipeptidic al părții de proteină a enzimei, și așa mai departe. N. În plus, pH-ul afectează gradul de ionizare a substratului, complexul enzimă-substrat, și produși de reacție are o mare influență asupra stării enzimei, determinând raportul său de cationici și anionici centre, care afectează structura terțiară a moleculei de proteină. Această din urmă circumstanță este deosebit de remarcat, ca structura terțiară definită de proteină enzimă necesară pentru formarea complexului enzimă-substrat.
Specificitatea este una dintre cele mai remarcabile calități ale enzimelor. Această proprietate a fost descoperită în secolul trecut, când sa constatat că structura foarte apropiată de substanțe - izomerii spațiale (a- și P-metilglucozide) sunt scindate prin legarea eterului de două enzime complet diferite:
Astfel, enzimele pot distinge între compușii chimici care diferă unul de celălalt prin detalii structurale foarte mici, cum ar fi, de exemplu, aranjamentul spațial al radicalului metoxi și atomul de hidrogen la atomul de carbon 1 al moleculei de glucozidă de metil.
Într-o expresie figurativă, adesea folosită în literatura biochimică, enzima se apropie de substrat ca o cheie a blocării. Această regulă faimoasă a fost formulată de către E. Fisher în 1894 pe baza faptului că specificitatea acțiunii enzimei este predeterminată de o corespondență strictă între structura geometrică a substratului și centrul activ al enzimei.
In cei 50 de ani ai acestui secol a fost înlocuită de o reprezentare statică a ipotezei induse E. Koshland conform substrat și enzimă.
a-metilglucozidă (hidrolizată prin legarea eterului cu o enzimă din malț)
In-Meti lgli kozid (hidrolizat prin legarea eterului de la o enzimă de semințe
Esența sa se reduce la faptul că corespondența spațială a structurii substratului și a centrului activ al enzimei este creată în momentul interacțiunii dintre ele, care poate fi exprimată prin formula "mănușă". În acest caz, unele legături de valență sunt deja deformate în substrat și astfel sunt preparate pentru o modificare ulterioară catalitică, iar reamenajările conformaționale au loc în molecula de enzimă. Ipoteza lui Koshland, bazată pe ipoteza flexibilității centrului activ al enzimei, a explicat în mod satisfăcător activarea și intubarea acțiunii enzimelor și reglementarea activității lor sub influența diverșilor factori. În special, modificările conformaționale ale enzimei în procesul de schimbare a activității sale D. Koshland în comparație cu fluctuațiile țesutului, atunci când extracția (substratul) a intrat în el, accentuând labilitatea extremă a structurii enzimatice în procesul actului catalitic.
În prezent, ipoteza lui Koshland este treptat înlocuită de ipoteza conformității topochimice. Păstrarea principalele prevederi ale interacțiunii ajustării induse de ipoteza de substrat și enzimă, acesta fixează atenția asupra faptului că specificitatea acțiunii enzimelor se datorează în primul rând recunoașterea părții a substratului, care nu se schimbă în timpul cataliza. Între această parte a punctului de substrat și enzimă centru de substrat, există numeroase interacțiuni hidrofobe și legături de hidrogen.
Nu există nici o îndoială că specificitatea enzimelor se datorează în principal coincidența configurații spațiale ale substratului enzimei și centrul de substrat. Aparent, doar atunci când un meci este destul de completă, se poate forma complexul enzimă-substrat și, prin urmare, pentru a începe procesul de cataliză enzimatică. Explicarea structurii terțiare a anumitor proteine enzimatice a justificat complet acest punct de vedere. Astfel, în molecula de lizozimul (o enzimă care accelerează hidroliza legăturilor glicozidice în polizaharide bacteriene ale peretelui celular) o degajare (gap) (vezi. Fig. 34) este detectată pentru substratul de conectare. În această adâncitură, porțiunea moleculei de substrat se întinde dens într-o lungime de exact șase legături:
Reziduul Reziduul acidului muraminic N-acetil-N-acetil-glucoamină
Restul moleculei de substrat, constând din câteva sute de resturi de amino-zaharuri sau derivații acestora, rămâne liberă. Nu numai forma generală a fantei în molecula de lizozim corespunde parametrilor incluși în acesta porțiunea de substrat, dar, de asemenea, localizarea resturilor de aminoacizi individuali în substratul acestui centru enzima este de acord exact cu plasarea anumitor atomi și grupări atomice din molecula de substrat. Aceasta se datorează acestor radicali și grupări de legătură de hidrogen, sunt închise între lizozimul și formarea de polizaharide în timpul Enzyme substrat complex (Tabel. 11).
Interacțiunea multiplă a unui fragment al moleculei de polizaharidă a peretelui celular bacterian cu lizozimă
Desemnarea literelor de unități polizaharidice Număr de conexiuni și interacțiuni slabe Energie de asociere, kJ / mol
hidrogen Van der Waals A. 1 7 7.5-9.6
Simultan împotriva centrului catalitic radicalilor (resturile Asp și Glu care ocupă în lanțul polipeptidic al lizozimul 35-lea și 52 poziții lea, respectiv), se stabilește o legătură glicozidică situată între inelele D și E a substratului și a catalizatorului seturi acționează:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: