Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Для изучения влияния какого-либо фактора на скорость реакции все прочие факторы должны оставаться неизменными и по возможности иметь оптимальное значение. Измерять следует только начальные скорости, как указано выше.

Концентрация фермента

При высокой концентрации субстрата и при постоянстве других факторов, таких, например, как температура и pH, скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации фермента (рис. 4.6). Катализ осуществляется всегда в условиях, когда концентрация фермента гораздо ниже концентрации субстрата. Поэтому с возрастанием концентрации фермента растет и скорость ферментативной реакции.

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Концентрация субстрата

При данной концентрации фермента скорость ферментативной реакции возрастает с увеличением концентрации субстрата (рис. 4.7). Теоретическая максимальная скорость реакции Vmax никогда не достигается, но наступает момент, когда дальнейшее увеличение концентрации субстрата уже не влечет за собой сколько-нибудь заметного изменения скорости реакции.

Это следует объяснить тем, что при высоких концентрациях субстрата активные центры молекул фермента в любой данный момент оказываются практически насыщенными. Таким образом,

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

сколько бы ни было в наличии избыточного субстрата, он может соединиться с ферментом лишь после того, как образовавшийся ранее фермент- субстратный комплекс диссоциирует на продукт и свободный фермент.

Температура

С повышением температуры ускоряется движение молекул, вследствие чего у молекул субстрата и фермента оказывается больше шансов столкнуться друг с другом. В результате увеличивается и вероятность того, что реакция произойдет. Температура, обеспечивающая максимальную активность, называется оптимальной температурой.

Если температура поднимается выше этого уровня, скорость ферментативной реакции снижается, несмотря на увеличение частоты столкновений. Происходит это вследствие разрушения вторичной и третичной структур фермента, иными словами, вследствие того, что фермент претерпевает денатурацию (рис. 4.8).

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Молекула фермента развертывается и его активный центр постепенно утрачивает присущую ему форму. Наиболее чувствительны к воздействию высокой температуры водородные связи и гидрофобные взаимодействия. Температурный оптимум для большинства ферментов млекопитающих лежит в пределах 37—40 °C.

Существуют, однако, ферменты с более высоким температурным оптимумом; у бактерий, живущих в горячих источниках, он может, например, превышать 70 °C. Именно такие фер- менты используются в качестве добавок к стиральным порошкам для стирки в горячей воде. Когда температура приближается к точке замерзания или оказывается ниже ее, ферменты инактивируются, но денатурации при этом не происходит.

С повышением температуры их каталитическая активность вновь восстанавливается. В наше время для длительного хранения пищевых продуктов широко используют такой способ, как быстрое их замораживание. Оно предотвращает рост и размножение микроорганизмов, а также инактивирует их пищеварительные ферменты, так что они оказываются уже не в состоянии вызвать разложение пищевых продуктов.

Инактивируются также и ферменты, находящиеся в самих пищевых продуктах. Замороженные продукты необходимо хранить при низких температурах, не допуская их размораживания. Последнее следует делать непосредственно перед приготовлением пищи.

4.1. Ознакомьтесь с рис. 4.9. Что вы можете сказать по поводу формы трех кривых, описывающих ход ферментативной реакции при разных температурах? Температурный коэффициент Q10 Влияние температуры на скорость ферментативной реакции может быть выражено через температурный коэффициент Q10:

Q10 = Скорость реакции при х °С / Скорость реакции при (х + 10) °С

pH

При постоянной температуре любой фермент, как правило, работает наиболее эффективно в узких пределах pH. Оптимальным считается то значение pH, при котором реакция протекает с максимальной скоростью (рис. 4.10 и табл. 4.1).

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций. Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

При более высоких и более низких pH активность фермента снижается. С понижением pH возрастает кислотность и увеличивается концентрация Н+-ионов.

Увеличивается, следовательно, количество положительных зарядов в среде.

Сдвиг pH меняет заряд ионизированных кислотных и основных групп, что ведет к разрушению ионных связей, участвующих в поддержании специфичной формы молекул фермента (разд. 3.5.3).

В результате изменяется форма молекул фермента и в первую очередь форма его активного центра. При слишком резких сдвигах pH фермент денатурирует.

4.2. а) Укажите оптимальное значение pH для активности фермента B на рис. 4.11.

б)Назовите в качестве примера какие-либо известные вам ферменты, активность которых могла бы характеризоваться
1) кривой А и 2) кривой В.
в) Почему активность фермента С снижается между pH 8 и 9?
г)Почему регуляция активности ферментов путем изменения pH важна in vivo?

д)К раствору пероксида водорода добавляли при разных значениях pH по 1 мл раствора каталазы и отмечали время, за которое удавалось собрать 10 мл 02. При этом были получены следующие результаты:

pH раствора Время сбора газа, мин
4.00 20,00
12,50 5.00
10,00 6.00
13,60 7.00
17,40 8.00

Литература. Биология : в 3 т. Т. 1 / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут ; под ред. Р. Сопера

AOF | 04.01.2021 13:26:24

Конспект урока по теме "Влияние различных факторов на скорость ферментативных реакций"

  • Урок по теме:
  • «Влияние различных факторов на скорость ферментативных
  • реакций»
  • Колупаева Наталия Александровна,
  • учитель биологии
  • КОГОАУ «Лицей естественных
  • наук города Кирова»
  • Цель урока: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации о факторах, влияющих на скорость ферментативных реакций
  • Задачи:
  • обучающие – сформировать знания о влиянии температуры, рН среды, концентрации фермента и субстрата, ингибиторов и активаторов на скорость ферментативных реакции
  • развивающие – способствовать развитию умений работать с графиками, получать новые знания в процессе самостоятельной работы и обсуждения учебной информации, делать выводы и обобщения
  • воспитательные – формировать опыт сотрудничества учителя и учащихся в процессе получения знаний, показать значение биологических знаний в практической жизни
  1. Урок изучения нового материала и первичного закрепления
  2. Форма организации учебного занятия – урок
  3. Формы работы учащихся:
  4. — фронтальная
  5. — индивидуальная
  6. — групповая
  7. Основные методы обучения: метод проблемного изложения материала и частично-поисковый
  8. «Ферменты, есть так сказать, первый акт
  9. жизненной деятельности. Все химические
  10. процессы направляются в теле именно
  11. этими веществами, они есть возбудители всех химических превращений. Они обуславливают
  12. те процессы, благодаря которым проявляется
  13. жизнь, они и есть в полном смысле возбудители жизни»

/И.П. Павлов/

Ход учебного занятия

Этапы урока Деятельность учителя Деятельность учащихся
1. Организационный момент Приветствует учащихся, создает доброжелательную, рабочую атмосферу в классе, проверяет готовность рабочего места ученика Приветствуют учителя, проверяют готовность своего рабочего места, настраиваются на работу
2. Актуализация и целеполагание
  • Задает вопросы учащимся:
  • — Что такое ферменты?
  • — Какое строение имеет молекула фермента?
  • -Перечислите свойства ферментов?
  • — Что такое специфичность действия ферментов и чем она объясняется?
  • — Что такое денатурация?
  • — Какова роль ферментов в клетке?

— Почему И.П.Павлов назвал ферменты возбудителями жизни?

  1. Какими способами клетка может управлять скоростями протекающих в ней процессов?
  2. Цель сегодняшнего урока – изучить факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.
  3. Тема урока «Влияние различных факторов на скорость ферментативных реакций».
  • Отвечают на вопросы учителя.
  • Учащиеся отвечают на вопрос
  • Записывают тему урока в тетрадь.
3. Изучение нового материала -Учитель организует работу по группам с раздаточным материалом. -Предлагает рассмотреть графики зависимости скорости ферментативных реакций от различных факторов и ответить на вопросы (Приложение А). Учащиеся работают материалом Приложения А. Переносят графики в тетрадь. Отвечают на предложенные вопросы в тетради. В случае затруднения при ответах на вопросы они могут обратиться к материалам в Приложении Б.
4. Осознание и осмысление учебной информации Организует работу по обсуждению самостоятельной работы по вопросам Приложения А. Участвуют в обсуждении, отвечают на вопросы.
5. Первичное закрепление учебного материала Предлагает ответить на вопросы (Приложение В). Принимают участие в обсуждении, отвечают на вопросы
6. Рефлексия (подведение итогов урока) Просит высказывает собственное суждение об успешных достижениях на учебном занятии. Высказывают собственное суждение об успешных достижениях на учебном занятии. Делают выводы. Каталитическая активность ферментов обусловлена конформацией белковой молекулы. Зависит от температуры, рН среды, концентрация фермента и субстрата. Кроме того, на активность ферментов оказывают влияние различные химические вещества: активаторы и ингибиторы. Знания о зависимости скорости ферментативных реакций от различных факторов можно использовать в медицине, фармакологии и практической деятельности человека.
7. Информация о домашнем задании 1) Изучить текст §4 учебника и записи в тетради — Приведите примеры «теплолюбивых» ферментов и ферментов, предпочитающих низкую температуру. Как эти ферменты может использовать человек? — Какими способами организм человека может регулировать скорость химических реакций, протекающих в ней? Записывают домашнее задание
  1. ПРИЛОЖЕНИЕ А
  2. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций
  3. 1. Влияние температуры на скорость ферментативных реакций
Читайте также:  Патогенез столбняка. патогенез поражений столбняком. тетаноспазмин. тетанолизин. клиника столбняка. клинические проявления столбняка. формы столбняка.

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Ответьте на вопросы:

1. Как изменяется скорость реакции в пределах от 0-40̊ С и почему?

2. Почему при высоких температурах ферментативные реакции останавливаются?

3. Почему при низких температурах скорость ферментативных реакций мала?

4. Какая температура является оптимальной и почему?

2. Влияние рН среды на скорость ферментативных реакций

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Ответьте на вопросы:

  1. Как зависит активность фермента от рН среды? Почему ферменты работают в основном в среде, близкой к нейтральной, а не в сильно кислых или щелочных средах?

2. Как будет выглядеть график скорости реакции для фермента желудочного сока-пепсина? (нарисовать в тетради)

3. Влияние концентрации фермента и субстрата

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций. Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Рис.1 Рис.2

Ответьте на вопросы:

  1. Опишите по графикам зависимость скорости реакции от концентрации фермента (рис.1) и субстрата (рис.2).

  2. Почему при повышении концентрации субстрата скорость реакции возрастает до определенной величины, а далее остается неизменной?

4. Влияние ингибиторов и активаторов ферментов

Конкурентное ингибирование

В этом случае ингибитор связывается в активном центре фермента и конкурирует за него с субстратом. Таким образом, конкурентный ингибитор не связывается с фермент-субстратным комплексом (ES на рисунке).

Конкурентный ингибитор обычно структурно схож с субстратом, однако фермент не способен катализировать реакцию в присутствии ингибитора из-за отсутствия у последнего необходимых функциональных групп.

Неконкурентное ингибирование

Неконкурентный ингибитор не мешает связыванию субстрата с ферментом. Он способен присоединяться как к свободному ферменту, так и к фермент-субстратному комплексу с одинаковой эффективностью. Ингибитор вызывает такие конформационные изменения, которые не позволяют ферменту превращать субстрат в продукт, но не влияют на сродство фермента к субстрату.

Бесконкурентное ингибирование

При бесконкурентном ингибировании ингибитор связывается только с фермент-субстратным комплексом, но не со свободным ферментом. Субстрат, связываясь с ферментом, изменяет его конформацию, что делает возможным связывание с ингибитором. Ингибитор, в свою очередь, так меняет конформацию фермента, что катализ становится невозможным.

Необратимое ингибирование

Формирование стабильного комплекса ингибитора с ферментом, ведущее к его необратимой инактивации. Случай необратимого ингибирования можно обнаружить по тому признаку, что при разбавлении раствора не происходит повышения удельной активности фермента, как в случае обратимого ингибирования

Аллостерическое ингибирование

Аллостерические ингибиторы связываются с отдельными участками фермента вне активного центра. Такое связывание влечет за собой конформационные изменения в молекуле фермента, которые приводят к уменьшению его активности.

Ответьте на вопросы:

  1. Как влияют ингибиторы на активность ферментов?

  2. Какие виды ингибирования существуют?

  3. Опишите механизм действия каждого из них. В чем отличие их воздействия на фермент?

  4. Какие вещества называются активаторами? Опишите механизм действия активатора на фермент.

Приложение Б

В некотором ограниченном интервале температур скорость ферментативной реакции повышается с ростом температуры. В пределах от 0-40°С скорость ферментативной реакции удваивается при повышении температуры на каждые 10ºС.

С повышением температуры движение молекул ускоряется, и у молекул реагирующих веществ оказывается больше шансов столкнуться друг с другом. Следовательно, и вероятность того, что реакция между ними произойдет, увеличивается. Температура, обеспечивающая наибольшую активность, называется оптимальной.

Для большинства ферментов оптимальная температура равна той температуре, при которой они в норме находятся клетке (от 25 до 40°С).

При дальнейшем повышении температуры кинетическая энергия молекулы фермента становится достаточной для разрыва связей, поддерживающих вторичную и третичную структуру молекул фермента. (Как называется это явление?) Это сопровождается потерей каталитической активности.

Когда температура приближается к точке замерзания, ферменты инактивируются, но денатурация при этом не происходит. С повышением температуры их каталитическая активность восстанавливается.

На активность фермента и скорость реакции влияют различные концентрации ионов Н+ и ОН-, т.е. рН среды. Большинство ферментов активны в узких пределах рН, чаще в нейтральной среде.

Сдвиг концентрации ионов водорода может изменить электрический заряд белка фермента, что приведет к изменению конфигурации молекулы и падению активности. В первую очередь изменяется форма активного центра фермента.

При слишком резких сдвигах рН фермент денатурирует, но она, как правило, в клетках обратима. Это позволяет предположить, что среда в которой находится фермент регулирует его активность.

Известно, что скорость химических реакций зависит от концентрации веществ. У ферментативных реакций есть особенность. Их скорость зависит, прежде всего от концентрации фермента. Скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации фермента. С возрастанием концентрации фермента растет скорость ферментативных реакций.

При определенной концентрации фермента скорость реакции возрастает с увеличением концентрации субстрата.

Теоретически максимальная скорость реакции никогда не достигается, но наступает момент, когда дальнейшее увеличение концентрации субстрата не дает заметного изменения скорости реакции.

При больших концентрациях субстрата активные центры молекул фермента оказываются насыщенными и молекулы субстрата могут соединиться с ферментом лишь после того, как образовавшийся ранее фермент-субстратный комплекс диссоциирует на продукт и свободный фермент.

Приложение В

Вопросы для закрепления

  1. В настоящее время для длительного хранения пищевых продуктов широко используют такой способ как быстрое замораживание. Объясните, почему такой способ хранения продуктов эффективен?

  2. В чем польза и вред лихорадки?

  3. Вам даны три фермента – амилаза, пепсин и трипсин. Зная, где в пищеварительном тракте находятся эти ферменты, нарисуйте графики, которые соответствуют их активности каждого из ферментов.

  4. Изобразите схемой причину потери активности фермента при изменении рН среды.

  5. Во время второй мировой войны для борьбы с инфекционными заболеваниями широко использовали сульфаниламидные препараты. Известно, что в присутствии этих лекарств микроб не может синтезировать необходимые ему вещества из парааминобензойной кислоты. Как вы думаете почему?

От чего зависит активность ферментов?

Зависимость активности ферментов (скорости реакции) от температуры описывается колоколообразной кривой с максимумом скорости при значениях оптимальной температуры для данного фермента. Повышение скорости реакции при приближении к оптимальной температуре объясняется увеличением кинетической энергии реагирующих молекул.

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Зависимость скорости реакции от температуры

Закон о повышении скорости реакции в 2-4 раза при повышении температуры на 10°С справедлив и для ферментативных реакций, но только в пределах до 55-60°С, т.е. до температур денатурации белков. При понижении температуры активность ферментов понижается, но не исчезает совсем.

Как исключение, имеются ферменты некоторых микроорганизмов, существующих в воде горячих источников и гейзеров, у них оптимум температуры приближается к точке кипения воды. Так, кристаллическая α-амилаза, выделенная из Bacillus stearothermophilus сохраняет 90% своей активности после 60-минутной инкубации при 90ºС. Классическим примером является фермент аденилаткиназа, выдерживающая температуру 100ªС при рН равном 1,0. Примером слабой активности при низкой температуре может служить зимняя спячка некоторых животных (суслики, ежи), температура тела которых понижается до 3-5°С. Это свойство ферментов также используется в хирургической практике при проведении операций на грудной полости, когда больного подвергают охлаждению до 22°С.

Ферменты могут быть очень чувствительны к изменению температуры:

  • у сиамских кошек мордочка, кончики ушей, хвоста, лапок черного цвета. В этих областях температура всего на 0,5°С ниже, чем в центральных областях тела. Но это позволяет работать ферменту, образующему пигмент в волосяных луковицах, при малейшем повышении температуры фермент инактивируется,
  • обратный случай — при понижении температуры окружающего воздуха у зайца-беляка пигментообразующий фермент инактивируется и заяц получает белую шубку,
  • противовирусный белок интерферон начинает синтезироваться в клетках только при достижении температуры тела 38°С,

Бывают и уникальные ситуации:

  • для большинства людей повышение температуры тела на 5°С (до 42°С) несовместимо с жизнью из-за дисбаланса скорости ферментативных реакций. В то же время у некоторых спортсменов обнаружено, что при марафонском беге их температура тела составила около 40°С, максимальная зарегистрированная температура тела была 44°С.

2. Зависимость скорости реакции от рН

Зависимость также описывается колоколообразной кривой с максимумом скорости при оптимальном для данного фермента значении рН.

Данная особенность ферментов имеет существенное значение для организма в его адаптации к изменяющимся внешним и внутренним условиям. Сдвиги величины рН вне- и внутри клетки играет роль в патогенезе заболеваний, изменяя активность ферментов разных метаболических путей.

Для каждого фермента существует определенный узкий интервал рН среды, который является оптимальным для проявления его высшей активности. Например, оптимальные значения рН для пепсина 1,5-2,5, трипсина 8,0-8,5, амилазы слюны 7,2, аргиназы 9,7, кислой фосфатазы 4,5-5,0, сукцинатдегидрогеназы 9,0.

Читайте также:  Бронховаскулярный барьер легких при пневмонии.

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Зависимость скорости реакции от величины pH

Зависимость активности от кислотности среды объясняется наличием аминокислот в структуре фермента, заряд которых изменяется при сдвиге рН (глутамат, аспартат, лизин, аргинин, гистидин).

Изменение заряда радикалов этих аминокислот приводит к изменению их ионного взаимодействия при формировании третичной структуры белка, изменению его заряда и появлению другой конфигурации активного центра и, следовательно, субстрат связывается или не связывается с активным центром.

Изменение активности ферментов при сдвиге рН может нести и адаптивные функции. Так, например, в печени ферменты глюконеогенеза требуют меньшей рН, чем ферменты гликолиза, что удачно сочетается с закислением жидкостей организма при голодании или физической нагрузке.

Для большинства людей сдвиги величины рН крови за пределы 6,8-7,8 (при норме 7,35-7,45) несовместимы с жизнью из-за дисбаланса скорости ферментативных реакций. В то же время у некоторых марафонцев обнаружено снижение рН крови в конце дистанции до 6,8-7,0. И ведь при этом они сохраняли работоспособность!

3. Зависимость от количества фермента

При увеличении количества молекул фермента скорость реакции возрастает непрерывно и прямо пропорционально количеству фермента, т.к. большее количество молекул фермента производит большее число молекул продукта.

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Зависимость скорости реакцииот количества фермента

4. Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата

При увеличении концентрации субстрата скорость реакции сначала возрастает, т.к. к катализу добавляемых молекул субстрата подключаются новые и новые молекулы фермента. Т.е. скорость накопления продукта возрастает, и это означает увеличение активности фермента.

Затем наблюдается эффект насыщения (плато на кривой), когда все молекулы фермента заняты молекулами субстрата и непрерывно ведут катализ, здесь скорость реакции максимальна.

В некоторых случаях, при дальнейшем увеличении концентрации субстрата между его молекулами возникает конкуренция за активный центр фермента и активность фермента (скорость реакции) снижается.

Скорость ферментативных реакций. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций.

Зависимость скорости реакцииот концентрации субстрата

Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

Так же, как и скорость любых химических превращений, скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов. Основными из них являются следующие: время протекания ферментативной реакции (время инкубации); температура; pH окружающей среды и присутствие особых веществ — модификаторов фермента (ингибиторов и активаторов).

Рассмотрим влияние перечисленных факторов на скорость ферментативных реакций.

Время протекания. По мере того, как время инкубации фермента увеличивается, скорость реакции снижается.

Это может происходить по различным причинам, главными из которых являются: уменьшение концентрации субстрата, увеличение скорости обратной реакции (в результате накопления продукта), ингибирование фермента продуктом реакции, денатурация фермента. При кинетических исследованиях проводят измерения начальной скорости реакции.

Температура. Согласно правилу Вант-Гоффа, для химических реакций повышение температуры на 10°С приводит к увеличению скорости реакции в 2-4 раза.

Скорость ферментативной реакции с повышением температуры увеличивается, достигая максимума при какой-то оптимальной температуре (температурный оптимум фермента), а затем падает до нуля (рис. 12).

Следует заметить, что температурный коэффициент увеличения скорости для ферментативных реакций меньше, чем для обычных химических реакций: при увеличении температуры на каждые 10°С скорость возрастает не более, чем в 2 раза. Снижение скорости реакции до нуля вызвано инактивацией фермента вследствие денатурации его белковой части.

Большинство ферментов инактивируются при температурах 40-50°С. Отдельные ферменты инактивируются при температурах, близких к 100°С. Высокой термостабильностью отличаются ферменты, яв-

  • ———-1————1————-1————-1————-1———>
  • 0 2(J 40 60 80 1(M) t/’c

Рис. 12. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры

ляющиеся гликопротеинами, поскольку углеводный фрагмент придает белку термоустойчивость. Такие ферменты работают в микроорганизмах, обитающих в горячих источниках.

Кислотность среды. Изменение pH среды приводит к изменению степени ионизации кислотных и основных групп как активного центра фермента, так и самого субстрата.

Следовательно, изменение pH влияет на сродство субстрата к активному центру фермента и на каталитический механизм реакции. Обычно зависимость скорости ферментативной реакции от pH среды имеет колоколообразную форму (рис. 13).

Для каждого фермента существует свое оптимальное значение pH, при котором фермент проявляет наибольшую каталитическую активность (оптимум pH фермента).

Значение pH в оптимуме отвечает наилучшему связыванию субстрата ферментом и наибольшей скорости катализа. Оптимум pH для большинства ферментов лежит в пределах от 6 до 8, однако есть и исключения: например, пепсин имеет наибольшую активность при pH 2. Количественное определение активности ферментов проводят при оптимальном для данного фермента значении pH.

Регуляция активности ферментов. Ферменты являются катализаторами с регулируемой активностью. Регуляция активности ферментов является основным механизмом контроля за скоростью реакций, протекающих в биологических системах, и может осуществляться путем взаимодействия ферментов с модификаторами (как пра-

Рис. 13. Зависимость скорости ферментативной реакции от кислотности среды

вило, это небольшие специфические молекулы и ионы), ускоряющими (активаторы) или замедляющими (ингибиторы) скорость ферментативной реакции.

  •    На активность ферментов, а следовательно, и на скорость реакции ферментативного катализа оказывают влияние различные факторы. К числу основных относятся:
  • • концентрация и доступность субстрата;
  • • концентрация фермента;
  • • температура реакции;
  • • рН реакции;
  • • продолжительность процесса;
  • • наличие ингибиторов или активаторов.

   В общем случае при низких концентрациях субстратов реакции ферментации относятся к кинетическим реакциям нулевого порядка. Участие ферментов в пищевых технологиях исчисляется минутами, поэтому концентрации субстратов значительно превосходят концентрации ферментов. Скорость большинства реакций ферментации соответствует кинетическому уравнению первого порядка

   dP/dT = k(S-P),

   гдеdP/dT—  скорость образования продукта, (S-P) — остаточная концентрация субстрата в данный момент.

   Следовательно, скорость реакции зависит от остаточной концентрации субстрата. Важным практическим применением концентрации субстрата является использование его для повышения стабильности ферментов. Ферменты значительно быстрее денатурируют в разбавленных растворах.

При высоких концентрациях субстратов каталитические центры ферментов насыщаются (заполняются) субстратом, повышая стабильность. В практическом отношении принципиальной является доступность субстратов. Наличие высоких концентраций субстратов совершенно не гарантирует протекания реакции.

Для проведения катализа субстрат должен находиться в контакте с ферментом. Типичным примером вышесказанного является гидролиз триа-цилглицерина липазами. Фермент гидрофилен, в то время как субстрат гидрофобен.

Применение эмульгатора, обеспечивающего контакт фермента и субстрата, значительно увеличивает скорость гидролиза.

   Концентрация ферментов всегда относительно невелика. Для большинства пищевых применений скорость реакций пропорциональна концентрации ферментов Исключение составляют те случаи, когда реакции доводят до очень низких уровней субстрата.

   Влияние температуры на ферменты двояко Для большинства химических реакций скорость реакции с повышением температуры увеличивается за счет кинетической энергии реагентов До критической температуры ферменты ведут себя аналогично, выше критической — начинается снижение скорости процесса Поэтому температура процесса ферментации крайне важна При повышенных температурах скорости реакции и денатурации ферментов одинаково велики В большинстве случаев температура оптимизируется с учетом обеих реакций Температура также используется для стабилизации ферментов относительно других факторов. Например, при снижении температуры реакции может быть увеличен диапазон рН ферментативного катализа.

   Абсолютной является зависимость активности ферментов от величины рН При этом для одних ферментов диапазон оптимальных значений рН узкий, а для других — широкий Стабильность ферментов также зависит от рН.

Даже ограниченные изменения рН могут неблагоприятно сказываться на реакции, катализируемой ферментами В связи с чем обоснованным является введение ферментов в реакционную массу только после того, как достигнуто требуемое значение рН.

  1.    Важным фактором в реакциях ферментации является время Для реакции ферментативного катализа первого порядка скорость реакции со временем уменьшается, так как уменьшается доступность субстрата Такие реакции ферментативного катализа требуют достаточно много времени для ее завершения
  2.    Химические вещества, способные оказывать вредное воздействие на реакцию ферментации, получили название «ингибиторы» В качестве таких веществ могут выступать металлы (медь, железо, кальций) или соединения из субстратов. Примером ингибитора, связанного с субстратом, является трипсин — ингибитор из сои
  3.    В зависимости от вида воздействия ингибиторы подразделяют на пять групп
  4. • конкурирующие;
  5. • неконкурирующие,
  6. • смешанные,
  7. • специфические;
  8. • неспецифические

   Некоторые вещества способны, наоборот, активировать или стабилизировать ферменты В связи с этим в составе ферментных препаратов могут содержаться некоторые химические вещества из числа пищевых добавок (хлорид калия, фосфат натрия, глицерин и др.), введенные для стандартизации активности и повышения стабильности. Некоторые виды ферментных препаратов выпускаются в виде иммобилизованных, нанесенных на твердый или коллоидный носитель.

Читайте также:  Панлейкопения кошек. Парвовирусный энтерит собак.

ПОИСК

    На активность ферментов в организме, а следовательно на скорость ферментативной реакции, влияет ряд факторов сродство к субстрату, константа Михаэлиса, температура, pH среды, концентрация субстрата и различных кофакторов, необходимых для действия ферментов, наличие активаторов и ингибиторов.

[c.434]

    Ряд факторов влияет на скорость ферментативной реакции, и некоторые из них оказывают глубокое влияние таковы концентрации субстрата, концентрация фермента, концентрация ионов водорода или электролита, присутствие активаторов или ингибиторов и температура. ,  [c.

70]

    ДОЛЖНО сопровождаться их связывание, поскольку ати изменения определяют величину неэлектростатического вклада в энтропию связывания. Аналогичным образом, если максимальная скорость ферментативной реакции в разумном температурном интервале определяется в основном одной из констант скорости, то возникает возможность определить, в какой мере электронные факторы влияют на процесс катализа, поскольку это влияние отражается на величине энтальпии активации Ч [c.199]

    Примерами крупномасштабных турбулентных образований, возникающих в результате подобных движений, могут служить циркуляционные течения в барботажном и псевдоожиженном слоях, факелы дисперсной фазы вблизи диспергирующего устройства, пузыри газа в псевдоожиженном слое, крупные вихри в аппаратах с мешалкой и т. д.

Хорошо известно, что крупномасштабные движения оказывают большое влияние на протекание процессов переноса в соответствующих системах.

Так, значения коэффициентов турбулентной диффузии определяются в основном крупномасштабными пульсациями скорости скорость процессов гомогенизации многокомпонентной среды часто лимитируется скоростью процессов крупномасштабного перемешивания скорость ферментативных реакций в газожидкостной системе существенно зависит (см.

, например, [98]) от интенсивности циркуляционных течений. Отметим, что указанные факторы могут как положительно, так и отрицательно влиять на эффективность различных процессов переноса. [c.178]

    Ферменты как биокатализаторы влияют на повышение скорости биохимических реакций, что является их наиболее существенным признаком после специфичности.

Изучение влияния различных факторов на скорость реакции в присутствии ферментов относится к области ферментативной кинетики.

Знание основных кинетических параметров катализируемой реакции имеет как теоретическое, так и практическое значение для подбора эффективной дозы фермента при его использовании в лекарственной форме либо в технологическом процессе, позволяет установить механизм действия в применяемых условиях [22, 23]. Основные законы ферментативной кинетики базируются на теоретических положениях химической кинетики, при этом в силу специфичности отдельные положения вытекают в специальные законы, касающиеся только ферментов. [c.203]

    Вообще говоря, возможны четыре типа факторов, определяющих каталитическую активность фермента.

Во-первых, необходим химический аппарат в активном центре, способный деформировать или поляризовать химические связи субстрата, что делает последний более реакционноспособным, во-вторых,— связывающий центр, иммобилизующий субстрат в правильном положении к другим реакционным группам, участвующим в химическом превращении, в-третьих,— правильная и точная ориентация субстрата, благодаря которой каждая стадия реакции проходит с минимальным колебательным или вращательным движением вокруг связей субстрата, и, наконец, в-четвертых, способ фиксирования субстрата должен способствовать понижению энергии активации ферментсубстратного комплекса в переходном состоянии. Соответствующее распределение зарядов в активном центре и геометрия активного центра входят в число факторов, определяющих снижение суммарной энтропии переходного состояния. Все эти факторы в той или иной степени влияют на структуру активного центра фермента, и их нельзя рассматривать изолированно, вне связи друг с другом. В совокупности они увеличивают скорость ферментативной реакции и позволяют ферменту выступать в роли мощного катализатора [77]. [c.209]

    Температура влияет на все процессы жизнедеятельности растения. На температурной кривой имеются три основные точки фотосинтеза минимум, оптимум, максимум. Прн повышении температуры до 25—35 °С интенсивность фотосинтеза увеличивается. Это свидетельствует о том, что фотосинтез включает не только световые фотохимические, ио и обычные ферментативные биохимические реакции, которые не требуют света. Четкое влияние температуры на фотосинтез можно наблюдать только при высокой интенсивности света, что обусловлено фотохимической и ферментной системами, имеющими различную мощность, продуктивность и пропускную способиость. Кроме того, изменение температурного режима не оказывает заметного влияния на скорость фотохимических реакций, тогда как темновые ферментативные реакции чувствительны к ним. При этом потенциальная мощность и продуктивность фотохимических систем выше, чем пропускная способность ферментной системы. Поэтому при низкой интенсивности света фотосинтез лимитируется главным образом функционированием фотохимической системы, а при высоких— ферментных систем, для которых температура является одним из важных факторов. [c.215]

    Из всех тех факторов, от которых зависит определение активности фермента — концентрация фермента и субстрата, температура, pH и присутствие ингибиторов,— наибольший клинический интерес представляют последние три.

Активность ферментов растет с повышением температуры, поэтому скорость метаболических процессов значительно повышается при лихорадке. Если температура в конце концов не понизится, последствия будут фатальны.

С другой стороны, понижение температуры тела (гипотермия)— и, следовательно, понижение активности большинства ферментов—весьма полезно в тех случаях, когда требуется снизить общие метаболические потребности (например, при операции на сердце или транспортировке органов для трансплантационной хирургии).

Кардинальным биологическим принципом является гомеостаз — поддержание внутренней среды организма в состоянии, максимально близком к норме. Активность многих ферментов и белков изменяется даже при сравнительно небольших изменениях pH.

Большинство лекарственных препаратов оказывает свое действие, влияя на соответствующие ферментативные реакции. Многие такие препараты сходны с природными субстратами и потому могут действовать как конкурентные ингибиторы ферментов. Чтобы понять многие процессы, которые существенны для фармакологии и токсико- [c.76]

    Регуляция активности ферментов.

На активность ферментов могут влиять многие факторы, в частности концентрация субстрата и кофермента, наличие активаторов и ингибиторов, величина pH среды, температура, водная среда, состояние биологических мембран, химическая модификация структуры фермента путем фосфорилирования, протеоли-зом и др.

Наиболее простым регуляторным воздействием является концентрация субстрата и кофермента. Если фермент функционирует в области полунасыщения субстрата, то даже незначительные изменения в его концентрации могут привести к существенному изменению скорости биохимической реакции.

Изменение концентрации коферментов НАД, НАДФ, ФАД, КоА и др., а также витаминов, входящих в их состав, тоже влияет на скорость ферментативных реакций. Многообразие ферментативных процессов, скорость которых зависит от наличия витаминов, показано на рис. 104. [c.269]

    Если константу k+2 так или иначе удается измерить, то необходимо иметь в виду, что она зависит не только от химической природы реагирующих веществ, но также и от условий реакции (температуры, pH, состава электролитов среды, ионной силы и т. п.).

Все эти факторы, как будет показано ниже, часто весьма существенно влияют на скорость реакции и, следовательно, на кинетические константы (в данном случае Кт и k+ . Поэтому при определении констант необходимо строго соблюдать определенные условия реакции.

Пренебрежение учетом условий измерения кинетических констант ферментативных реакций привело к тому, что в обширной энзимологической литературе для одних и тех же реакций приводятся константы, часто весьма существенно различающиеся по [c.57]

    Изучение химических реакций в мицеллярных системах открывает следующие возможности [64] а) лучше понять факторы, которые влияют на скорость и механизм органических реакций б) проникнуть в механизм ферментативных реакций в) испогпьзовать мицел— лярные системы в органическом синтезе. [c.24]

    Кинетика отщепления ФАВ зависит от конструкции узла, связывающего ФАВ с полимером-носителем — типа связи полимер — ФАВ, пространственной затрудненности (зависящей от природы вставки и механизма гидролиза.

Электровалентные и некоторые ковалентные связи (например, альдиминовая) могут гидролизоваться в физиологических условиях без участия ферментов [2]. Большинство же ковалентных связей эффективно гидролизуется в организме только ферментами.

Ферментативный гидролиз, как известно, чувствителен к пространственным факторам и зарядовым эффектам. Порядок реакции отщепления обычно близок к первому. Происходящий одновременно процесс удаления отщепленного ФАВ приводит к длительному и постепенному снижению его концентрации.

Таким образом, подбором соответствующего типа связи и ее стериче-ского и зарядового окружения можно регулировать скорость отщепления ФАВ данного типа от носителя и тем самым влиять на уровень активности и длительность ее проявления. [c.38]

Смотреть страницы где упоминается термин Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций: [c.90]    [c.133]   
Смотреть главы в:

Биология Том1 Изд3 -> Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

Химические основы жизни -> Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

  • Реакции ферментативные
  • Ферментативные реакции факторы, влияющие
  • влияющие фактор

© 2022 chem21.info Реклама на сайте

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector