გრაფიკზე ნაჩვენებია ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება. ფერმენტული რეაქციების სიჩქარის დამოკიდებულება სუბსტრატის კონცენტრაციაზე, გარემოსა და ტემპერატურაზე

თითქმის ყველა ბიოქიმიური რეაქცია ფერმენტულია. ფერმენტები(ბიოკატალიზატორები) არის ცილოვანი ნივთიერებები, რომლებიც გააქტიურებულია ლითონის კათიონებით. ცნობილია 2000-მდე სხვადასხვა ფერმენტი და მათგან დაახლოებით 150 იზოლირებულია, რომელთაგან ზოგიერთი გამოიყენება სამკურნალოდ. ტრიფსინი და ქიმოტრიფსინი გამოიყენება ბრონქიტისა და პნევმონიის სამკურნალოდ; პეპსინი - გასტრიტის სამკურნალოდ; პლაზმინი - ინფარქტის სამკურნალოდ; პანკრეატინი - პანკრეასის სამკურნალოდ. ფერმენტები განსხვავდება ჩვეულებრივი კატალიზატორებისგან: (ა) უფრო მაღალი კატალიზური აქტივობით; (ბ) მაღალი სპეციფიკა, ე.ი. მოქმედების შერჩევითობა.

ერთი სუბსტრატის ფერმენტული რეაქციის მექანიზმი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი დიაგრამით:

სადაც E არის ფერმენტი,

S - სუბსტრატი,

ES - ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი,

P არის რეაქციის პროდუქტი.

ფერმენტული რეაქციის პირველი ეტაპის მახასიათებელია მიქაელის მუდმივი (K M). K M არის წონასწორობის მუდმივის ორმხრივი:

მაიკლისის მუდმივი (K M) ახასიათებს ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის (ES) სტაბილურობას. რაც უფრო დაბალია მიქაელის მუდმივი (K M), მით უფრო სტაბილურია კომპლექსი.

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე უდრის მისი სიჩქარის შემზღუდველი ეტაპის სიჩქარეს:

სადაც k 2 არის სიჩქარის მუდმივი, ე.წ რევოლუციების რაოდენობაან ფერმენტის მოლეკულური აქტივობა.

მოლეკულური ფერმენტის აქტივობა(k 2) უდრის სუბსტრატის მოლეკულების რაოდენობას, რომლებიც განიცდიან ტრანსფორმაციას ერთი ფერმენტის მოლეკულის გავლენის ქვეშ 1 წუთში 25 0 C ტემპერატურაზე. ეს მუდმივი იღებს მნიშვნელობებს დიაპაზონში: 1·10 4< k 2 < 6·10 6 мин‾ 1 .

ურეაზასთვის, რომელიც აჩქარებს შარდოვანას ჰიდროლიზს, k 2 = 1,85∙10 6 min‾ 1; ადენოზინტრიფოსფატაზასთვის, რომელიც აჩქარებს ATP ჰიდროლიზს, k 2 = 6,24∙10 6 min‾ 1; კატალაზასთვის, რომელიც აჩქარებს H 2 O 2-ის დაშლას, k 2 = 5∙10 6 min‾ 1.

ამასთან, ფერმენტული რეაქციის კინეტიკური განტოლება იმ ფორმით, რომელშიც იგი მოცემულია ზემოთ, პრაქტიკულად შეუძლებელია გამოყენება ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის კონცენტრაციის ექსპერიმენტულად განსაზღვრის შეუძლებლობის გამო. გამოხატული სხვა რაოდენობებით, რომლებიც ადვილად განისაზღვრება ექსპერიმენტულად, ვიღებთ ფერმენტული რეაქციების კინეტიკურ განტოლებას,დაურეკა მიქაელის-მენტენის განტოლებით (1913):

,

სადაც ნამრავლი k 2 [E] ჯამი არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელიც აღინიშნება (მაქსიმალური სიჩქარე).

შესაბამისად:

განვიხილოთ მაიკლის-მენტენის განტოლების განსაკუთრებული შემთხვევები.

1) სუბსტრატის დაბალ კონცენტრაციაზე K M >> [S], შესაბამისად

რომელიც შეესაბამება პირველი რიგის რეაქციის კინეტიკურ განტოლებას.

2) სუბსტრატის მაღალი კონცენტრაციისას Km<< [S], поэтому

რომელიც შეესაბამება ნულოვანი რიგის რეაქციის კინეტიკურ განტოლებას.

ამრიგად, სუბსტრატის დაბალი კონცენტრაციის დროს ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე იზრდება სისტემაში სუბსტრატის შემცველობის მატებასთან ერთად, ხოლო სუბსტრატის მაღალი კონცენტრაციის დროს კინეტიკური მრუდი აღწევს პლატოზე (რეაქციის სიჩქარე არ არის დამოკიდებული სუბსტრატის კონცენტრაციაზე) (ნახ. 30).

სურათი 30. - ფერმენტული რეაქციის კინეტიკური მრუდი

თუ [S] = K M, მაშინ

რომელიც საშუალებას გაძლევთ გრაფიკულად განსაზღვროთ მიქაელის მუდმივი K m (სურ. 31).

სურათი 31. - მიქაელის მუდმივის გრაფიკული განსაზღვრება

ფერმენტების აქტივობაზე გავლენას ახდენს: (ა) ტემპერატურა, (ბ) გარემოს მჟავიანობა, (გ) ინჰიბიტორების არსებობა. ტემპერატურის გავლენა ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეზე განხილულია 9.3 თავში.

გარემოს მჟავიანობის გავლენა ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეზე წარმოდგენილია ნახაზზე 32. ფერმენტის მაქსიმალური აქტივობა შეესაბამება ოპტიმალურ pH მნიშვნელობას (pH opt).

სურათი 32. - ხსნარის მჟავიანობის ეფექტი ფერმენტის აქტივობაზე

ფერმენტების უმეტესობისთვის, pH ოპტიმალური მნიშვნელობები ემთხვევა ფიზიოლოგიურ მნიშვნელობებს (7.3 - 7.4). თუმცა, არსებობს ფერმენტები, რომელთა ნორმალური ფუნქციონირებისთვის საჭიროა ძლიერ მჟავე (პეპსინი - 1,5 - 2,5) ან საკმარისად ტუტე გარემო (არგინაზა - 9,5 - 9,9).

ფერმენტის ინჰიბიტორები- ეს არის ნივთიერებები, რომლებიც იკავებენ ფერმენტის მოლეკულების აქტიური ცენტრების ნაწილს, რის შედეგადაც ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე მცირდება. მძიმე ლითონის კათიონები, ორგანული მჟავები და სხვა ნაერთები მოქმედებენ როგორც ინჰიბიტორები.

ლექცია 11

ატომური სტრუქტურა

ცნება "ატომის" ორი განმარტება არსებობს. ატომიარის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელიც ინარჩუნებს თავის ქიმიურ თვისებებს.

ატომიარის ელექტრულად ნეიტრალური მიკროსისტემა, რომელიც შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონული გარსისგან.

ატომის დოქტრინამ განვითარების გრძელი გზა გაიარა. ატომიზმის განვითარების ძირითადი ეტაპები მოიცავს:

1) ნატურფილოსოფიური ეტაპი - ექსპერიმენტით დაუდასტურებელი მატერიის ატომური სტრუქტურის კონცეფციის ფორმირების პერიოდი (ძვ. წ. V ს. - ახ. წ. XVI ს.);

2) ატომის, როგორც ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკის შესახებ ჰიპოთეზის ფორმირების ეტაპი (XVIII-XIX სს.);

3) ფიზიკური მოდელების შექმნის ეტაპი, რომელიც ასახავს ატომის სტრუქტურის სირთულეს და შესაძლებელს ხდის მისი თვისებების აღწერას (მე-20 საუკუნის დასაწყისი)

4) ატომიზმის თანამედროვე სტადიას ეწოდება კვანტური მექანიკა. Კვანტური მექანიკაარის ფიზიკის დარგი, რომელიც სწავლობს ელემენტარული ნაწილაკების მოძრაობას.

ᲒᲔᲒᲛᲐ

11.1. ბირთვის სტრუქტურა. იზოტოპები.

11.2. ატომის ელექტრონული გარსის კვანტური მექანიკური მოდელი.

11.3. ატომების ფიზიკოქიმიური მახასიათებლები.

ბირთვის სტრუქტურა. იზოტოპები

ატომური ბირთვიარის დადებითად დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც შედგება პროტონებისგან, ნეიტრონებისა და სხვა ელემენტარული ნაწილაკებისგან.

ზოგადად მიღებულია, რომ ბირთვის ძირითადი ელემენტარული ნაწილაკები პროტონები და ნეიტრონებია. პროტონი (p) -არის ელემენტარული ნაწილაკი, რომლის ფარდობითი ატომური მასა არის 1 ამუ და მისი ფარდობითი მუხტი +1. ნეიტრონი (n) –ეს არის ელემენტარული ნაწილაკი, რომელსაც არ აქვს ელექტრული მუხტი და რომლის მასა პროტონის მასის ტოლია.

ატომის მასის 99,95% კონცენტრირებულია ბირთვში. ელემენტარულ ნაწილაკებს შორის არის გაფართოების სპეციალური ბირთვული ძალები, რომლებიც მნიშვნელოვნად აღემატება ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალებს.

ატომის ფუნდამენტური მახასიათებელია დააკისროსმისი ბირთვებიპროტონების რაოდენობის ტოლია და ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში ელემენტის ატომურ რიცხვს ემთხვევა. ერთნაირი ბირთვული მუხტის მქონე ატომების ერთობლიობას (ტიპს) ეწოდება ქიმიური ელემენტი. ელემენტები 1-დან 92-მდე რიცხვებით გვხვდება ბუნებაში.

იზოტოპები- ეს არის ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის ატომები, რომლებიც შეიცავს ერთნაირი რაოდენობის პროტონებს და სხვადასხვა რაოდენობის ნეიტრონებს ბირთვში.

სადაც მასური რიცხვი (A) არის ბირთვის მასა, z არის ბირთვის მუხტი.

თითოეული ქიმიური ელემენტი არის იზოტოპების ნაზავი. როგორც წესი, იზოტოპების სახელწოდება ემთხვევა ქიმიური ელემენტის სახელს. თუმცა წყალბადის იზოტოპებისთვის სპეციალური სახელებია შემოღებული. ქიმიური ელემენტი წყალბადი წარმოდგენილია სამი იზოტოპით:

რიცხვი p რიცხვი n

პროტიუმი N 1 0

დეიტერიუმი D 1 1

ტრიტიუმი T 1 2

ქიმიური ელემენტის იზოტოპები შეიძლება იყოს როგორც სტაბილური, ასევე რადიოაქტიური. რადიოაქტიური იზოტოპები შეიცავს ბირთვებს, რომლებიც სპონტანურად იშლება, ათავისუფლებს ნაწილაკებს და ენერგიას. ბირთვის სტაბილურობა განისაზღვრება მისი ნეიტრონ-პროტონის თანაფარდობით.

სხეულში მოხვედრის შემდეგ რადიონუკლიდები არღვევენ ყველაზე მნიშვნელოვან ბიოქიმიურ პროცესებს, ამცირებენ იმუნიტეტს და ანადგურებენ ორგანიზმს ავადმყოფობისთვის. ორგანიზმი თავს იცავს რადიაციის გავლენისგან გარემოდან ელემენტების შერჩევითი შთანთქმით. სტაბილურ იზოტოპებს პრიორიტეტი აქვთ რადიოაქტიურ იზოტოპებთან შედარებით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სტაბილური იზოტოპები ბლოკავს რადიოაქტიური იზოტოპების დაგროვებას ცოცხალ ორგანიზმებში (ცხრილი 8).

ს.შენონის წიგნში "კვება ატომურ ხანაში" მოცემულია შემდეგი მონაცემები. თუ იოდის სტაბილური იზოტოპის ~100 მგ მაბლოკირებელი დოზა მიიღება ორგანიზმში I-131-ის მოხვედრიდან არაუგვიანეს 2 საათისა, ფარისებრი ჯირკვალში რადიოიოდის ათვისება 90%-ით შემცირდება.

მედიცინაში გამოიყენება რადიოიზოტოპები

გარკვეული დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის,

· კიბოს ყველა ფორმის სამკურნალოდ,

· პათოფიზიოლოგიური კვლევებისთვის.

ცხრილი 8 - სტაბილური იზოტოპების ბლოკირების ეფექტი

ფერმენტების კინეტიკა სწავლობს ფერმენტების მიერ კატალიზებული რეაქციების სიჩქარეს, რაც დამოკიდებულია სუბსტრატთან მათი ურთიერთქმედების სხვადასხვა პირობებზე (კონცენტრაცია, ტემპერატურა, pH და ა.შ.).

თუმცა, ფერმენტები არის ცილები, რომლებიც მგრძნობიარეა სხვადასხვა გარე გავლენის გავლენის მიმართ. ამიტომ, ფერმენტული რეაქციების სიჩქარის შესწავლისას, ისინი ძირითადად ითვალისწინებენ რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაციებს და ცდილობენ მინიმუმამდე დაიყვანონ ტემპერატურის, გარემოს pH-ის, აქტივატორების, ინჰიბიტორების და სხვა ფაქტორების გავლენა და შექმნან სტანდარტული პირობები. პირველ რიგში, ეს არის გარემოს pH მნიშვნელობა, რომელიც ოპტიმალურია მოცემული ფერმენტისთვის. მეორეც, რეკომენდებულია ტემპერატურის შენარჩუნება 25°C, სადაც ეს შესაძლებელია. მესამე, მიიღწევა ფერმენტის სრული გაჯერება სუბსტრატით. ეს წერტილი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია, რადგან სუბსტრატის დაბალი კონცენტრაციის დროს, ყველა ფერმენტის მოლეკულა არ მონაწილეობს რეაქციაში (ნახ. 6.5, ა), რაც ნიშნავს, რომ შედეგი შორს იქნება შესაძლო მაქსიმუმისგან. კატალიზებული რეაქციის უდიდესი ძალა, სხვა თანაბარი მნიშვნელობებით, მიიღწევა, თუ თითოეული ფერმენტის მოლეკულა მონაწილეობს ტრანსფორმაციაში, ე.ი. ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის მაღალ კონცენტრაციაზე (ნახ. 6.5, V).თუ სუბსტრატის კონცენტრაცია არ უზრუნველყოფს ფერმენტის სრულ გაჯერებას (ნახ. 6.5, ბ), მაშინ რეაქციის სიჩქარე არ აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას.

ბრინჯი. 65.

A -სუბსტრატის დაბალი კონცენტრაციის დროს; 6 - სუბსტრატის არასაკმარისი კონცენტრაციით; V -როდესაც ფერმენტი მთლიანად გაჯერებულია სუბსტრატით

ზემოაღნიშნულ პირობებში გაზომილი ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე და სუბსტრატით ფერმენტის სრული გაჯერება ე.წ. ფერმენტული რეაქციის მაქსიმალური სიჩქარე (V).

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე, რომელიც განისაზღვრება მაშინ, როდესაც ფერმენტი არ არის მთლიანად გაჯერებული სუბსტრატით, აღინიშნება ვ.

ფერმენტების კატალიზი შეიძლება გამარტივდეს შემდეგი სქემით:

სადაც F არის ფერმენტი; S - სუბსტრატი; FS - ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი.

ამ პროცესის თითოეული ეტაპი ხასიათდება გარკვეული სიჩქარით. ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის საზომი ერთეული არის სუბსტრატის მოლების რაოდენობა, რომლებიც გარდაიქმნება დროის ერთეულზე.(იგივე ნორმალური რეაქციის სიჩქარე).

ფერმენტის სუბსტრატთან ურთიერთქმედება იწვევს ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის წარმოქმნას, მაგრამ ეს პროცესი შექცევადია. წინა და საპირისპირო რეაქციების სიჩქარე დამოკიდებულია რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაციაზე და აღწერილია შესაბამისი განტოლებით:

წონასწორობაში, განტოლება (6.3) მოქმედებს, რადგან წინა და საპირისპირო რეაქციების სიხშირეები ტოლია.

წინა (6.1) და საპირისპირო (6.2) რეაქციების სიჩქარის მნიშვნელობების ჩანაცვლებით განტოლებაში (6.3), მივიღებთ ტოლობას:

წონასწორობის მდგომარეობა ხასიათდება შესაბამისი წონასწორობის მუდმივი K p,უდრის წინა და საპირისპირო რეაქციების მუდმივთა თანაფარდობას (6.5). წონასწორობის მუდმივის ორმხრივი ეწოდება სუბსტრატის მუდმივი Ks,ან ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის დისოციაციის მუდმივი:

(6.6) განტოლებიდან ირკვევა, რომ სუბსტრატის მუდმივი მცირდება ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის მაღალ კონცენტრაციებზე, ე.ი. დიდი სტაბილურობით. შესაბამისად, სუბსტრატის მუდმივი ახასიათებს ფერმენტისა და სუბსტრატის აფინურობას და სიჩქარის მუდმივთა თანაფარდობას ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის წარმოქმნისა და დისოციაციისთვის.

სუბსტრატით ფერმენტის გაჯერების ფენომენი შეისწავლეს ლეონორ მიქაელისმა და მოდ მეპტენმა. შედეგების მათემატიკური დამუშავების საფუძველზე მათ გამოიღეს განტოლება (6.7), რომელმაც მიიღო მათი სახელები, საიდანაც ირკვევა, რომ სუბსტრატის მაღალი კონცენტრაციისა და სუბსტრატის მუდმივის დაბალი მნიშვნელობისას ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე მიისწრაფვის მაქსიმუმამდე. . თუმცა, ეს განტოლება შეზღუდულია, რადგან ის არ ითვალისწინებს ყველა პარამეტრს:

ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი რეაქციის დროს შეიძლება განიცადოს ტრანსფორმაციები სხვადასხვა მიმართულებით:

• დაშლა ძირითად ნივთიერებებად;
• გარდაიქმნება პროდუქტად, საიდანაც ფერმენტი გამოყოფილია უცვლელად.

მაშასადამე, ფერმენტული პროცესის საერთო მოქმედების აღსაწერად, კონცეფცია მაიკლისის მუდმივები Kt,რომელიც გამოხატავს კავშირს ფერმენტული კატალიზის სამივე რეაქციის სიჩქარის მუდმივებს შორის (6.8). თუ ორივე ტერმინი იყოფა რეაქციის სიჩქარის მუდმივზე ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის ფორმირებისთვის, მივიღებთ გამოხატულებას (6.9):

მნიშვნელოვანი დასკვნა გამომდინარეობს განტოლებიდან (6.9): მიქაელის მუდმივა ყოველთვის მეტია სუბსტრატის მუდმივზე ოდენობით. k 2 /k v

რიცხობრივად კ ტუდრის სუბსტრატის კონცენტრაციას, რომლის დროსაც რეაქციის სიჩქარე არის მაქსიმალური შესაძლო სიჩქარის ნახევარი და შეესაბამება სუბსტრატით ფერმენტის გაჯერებას, როგორც ნახ. 6.5, ბ.ვინაიდან პრაქტიკაში ყოველთვის არ არის შესაძლებელი სუბსტრატით ფერმენტის სრული გაჯერების მიღწევა, ეს არის ზუსტად კ ტგამოიყენება ფერმენტების კინეტიკური მახასიათებლების შედარებითი დახასიათებისთვის.

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე, როდესაც ფერმენტი არ არის მთლიანად გაჯერებული სუბსტრატით (6.10), დამოკიდებულია ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის კონცენტრაციაზე. პროპორციულობის კოეფიციენტი არის რეაქციის მუდმივი ფერმენტისა და პროდუქტის გამოთავისუფლებისთვის, რადგან ეს ცვლის ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის კონცენტრაციას:

გარდაქმნების შემდეგ, ზემოაღნიშნული დამოკიდებულებების გათვალისწინებით, ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე, როდესაც ფერმენტი სუბსტრატით ბოლომდე არ არის გაჯერებული, აღწერილია განტოლებით (6.11), ე.ი. დამოკიდებულია ფერმენტის, სუბსტრატის კონცენტრაციაზე და მათ აფინურობაზე K s:

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის გრაფიკული დამოკიდებულება სუბსტრატის კონცენტრაციაზე არ არის წრფივი. როგორც აშკარაა ნახ. 6.6, სუბსტრატის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, შეინიშნება ფერმენტის აქტივობის ზრდა. თუმცა, როდესაც სუბსტრატით ფერმენტის მაქსიმალური გაჯერება მიიღწევა, ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე მაქსიმალური ხდება. ამიტომ რეაქციის სიჩქარის შემზღუდველი ფაქტორი არის ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის წარმოქმნა.

პრაქტიკამ აჩვენა, რომ სუბსტრატის კონცენტრაციები, როგორც წესი, გამოიხატება ერთიანობაზე გაცილებით ნაკლები მნიშვნელობებით (10 6 -10 3 მოლი). გამოთვლებში ასეთი რაოდენობით მუშაობა საკმაოდ რთულია. ამიტომ, G. Lineweaver და D. Burke შემოგვთავაზეს ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის გრაფიკული დამოკიდებულების გამოხატვა არა პირდაპირ კოორდინატებში, არამედ შებრუნებულებში. ისინი გამოვიდნენ დაშვებიდან, რომ თანაბარი რაოდენობით მათი ინვერსიები ასევე ტოლია:

ბრინჯი. 6.6.

გამოხატვის (6.13) ტრანსფორმაციის შემდეგ ვიღებთ გამონათქვამს, რომელსაც ე.წ ლაინვივერ-ბურკის განტოლება (6.14):

Lineweaver-Burk განტოლების გრაფიკული დამოკიდებულება წრფივია (ნახ. 6.7). ფერმენტის კინეტიკური მახასიათებლები განისაზღვრება შემდეგნაირად:

• ორდინატთა ღერძზე მოწყვეტილი სეგმენტი უდრის 1/V;
• აბსცისის ღერძზე მოწყვეტილი სეგმენტი -1-ის ტოლია /თ.

ბრინჯი. 6.7.

ითვლება, რომ Lineweaver-Burk მეთოდი შესაძლებელს ხდის რეაქციის მაქსიმალური სიჩქარის უფრო ზუსტად განსაზღვრას, ვიდრე პირდაპირ კოორდინატებში. ღირებული ინფორმაცია ფერმენტების დათრგუნვის შესახებ ასევე შეიძლება მოიპოვოს ამ გრაფიკიდან.

მიქაელის-მენტენის განტოლების გარდაქმნის სხვა გზებიც არსებობს. გრაფიკული დამოკიდებულებები გამოიყენება ფერმენტულ პროცესზე სხვადასხვა გარეგანი გავლენის გავლენის შესასწავლად.

ფერმენტოლოგიის ეს ფილიალი სწავლობს სხვადასხვა ფაქტორების გავლენას ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეზე. ერთი სუბსტრატის ერთ პროდუქტად გადაქცევის შექცევადი რეაქციის ფერმენტული კატალიზის ზოგადი განტოლების გათვალისწინებით (1),

ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეზე, უნდა დასახელდეს: სუბსტრატის კონცენტრაცია [S], ფერმენტის კონცენტრაცია [E] და რეაქციის პროდუქტის კონცენტრაცია [P].

ზოგიერთი ფერმენტის ურთიერთქმედება მათ სუბსტრატთან შეიძლება აღწერილი იყოს ფერმენტული რეაქციის V სიჩქარის დამოკიდებულების ჰიპერბოლური მრუდით სუბსტრატის [S] კონცენტრაციაზე (ნახ. 19):

სურ. 19. ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება სუბსტრატის კონცენტრაციაზე.

ამ მრუდზე შეიძლება გამოიყოს სამი მონაკვეთი, რაც აიხსნება ფერმენტის სუბსტრატთან ურთიერთქმედების მექანიზმის დებულებებით: OA - V-ის პირდაპირპროპორციული დამოკიდებულების მონაკვეთი [S]-ზე, ფერმენტის აქტიურ ცენტრებზე. თანდათან ივსება სუბსტრატის მოლეკულებით არასტაბილური კომპლექსური ES-ის წარმოქმნით; სექცია AB - V-ის მრუდი დამოკიდებულება [S]-ზე, ფერმენტის აქტიური ცენტრების სრული გაჯერება სუბსტრატის მოლეკულებით ჯერ არ არის მიღწეული. ES კომპლექსი არასტაბილურია გარდამავალი მდგომარეობის მიღწევამდე, E და S-ის საპირისპირო დისოციაციის ალბათობა ჯერ კიდევ მაღალია; მონაკვეთი BC - დამოკიდებულება აღწერილია ნულოვანი რიგის განტოლებით, მონაკვეთი პარალელურია [S] ღერძის, მიღწეულია აქტიური ფერმენტების სრული გაჯერება სუბსტრატის მოლეკულებით, V=V max.

მრუდის დამახასიათებელი ფორმა მათემატიკურად არის აღწერილი ბრიგს-ჰალდანის განტოლებით:

V=V მაქსიმალური ● [S]/კმ + [S] (2),

სადაც Km არის მიქაელის-მენტენის მუდმივი, რიცხობრივად ტოლია სუბსტრატის კონცენტრაციისა, რომლის დროსაც ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე უდრის ნახევარ V max-ს.

რაც უფრო დაბალია ფერმენტის Km, მით უფრო მაღალია ფერმენტის აფინურობა სუბსტრატთან, მით უფრო სწრაფად მიიღწევა სუბსტრატის გარდამავალი მდგომარეობა და ის გადაიქცევა რეაქციის პროდუქტად. თითოეული ჯგუფისთვის სპეციფიკური ფერმენტის სუბსტრატისთვის Km-ის მნიშვნელობების პოვნა მნიშვნელოვანია უჯრედში ამ ფერმენტის ბიოლოგიური როლის დადგენაში.

ფერმენტების უმეტესობისთვის შეუძლებელია ჰიპერბოლური მრუდის აგება (ნახ. 19) ამ შემთხვევაში გამოიყენება ორმაგი რეციპროკალების მეთოდი (Lineweaver-Burk), ე.ი. გამოსახულია 1/[V]-ის გრაფიკული დამოკიდებულება 1/[S]-ზე (სურ. 20). ექსპერიმენტში ასეთი მრუდების აგების მეთოდი ძალიან მოსახერხებელია ფერმენტის აქტივობაზე სხვადასხვა ტიპის ინჰიბიტორების გავლენის შესწავლისას (იხილეთ შემდგომ ტექსტში).

სურ.20. გრაფიკი 1/[V] წინააღმდეგ 1/[S] (Lineweaver-Burk მეთოდი),

სადაც y არის ამოჭრილი განყოფილება - , და x არის ამოჭრილი განყოფილება - , კუთხის α - ტანგენსი.

ფერმენტული რეაქციის V სიჩქარის დამოკიდებულება ფერმენტის კონცენტრაციაზე [E].

ეს გრაფიკული დამოკიდებულება (ნახ. 21) განიხილება გარემოს ოპტიმალურ ტემპერატურაზე და pH-ზე, სუბსტრატის კონცენტრაციებზე მნიშვნელოვნად აღემატება ფერმენტის აქტიური ცენტრების გაჯერების კონცენტრაციას.

ბრინჯი. 21. ფერმენტის კონცენტრაციის გავლენა ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეზე.

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება კოფაქტორის ან კოენზიმის კონცენტრაციაზე.კომპლექსური ფერმენტებისთვის გასათვალისწინებელია, რომ ჰიპოვიტამინოზის დროს ვიტამინების კოენზიმური ფორმების დეფიციტი და ორგანიზმში ლითონის იონების შეყვანის დარღვევა აუცილებლად იწვევს კურსისთვის საჭირო შესაბამისი ფერმენტების კონცენტრაციის დაქვეითებას. მეტაბოლური პროცესები. აქედან გამომდინარე, უნდა დავასკვნათ, რომ ფერმენტის აქტივობა პირდაპირ არის დამოკიდებული კოფაქტორის ან კოენზიმის კონცენტრაციაზე.

პროდუქტის კონცენტრაციის გავლენა ფერმენტული რეაქციის სიჩქარეზე.ადამიანის ორგანიზმში წარმოქმნილი შექცევადი რეაქციებისთვის, გასათვალისწინებელია, რომ პირდაპირი რეაქციის პროდუქტები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფერმენტის მიერ, როგორც სუბსტრატები საპირისპირო რეაქციისთვის. ამიტომ, დინების მიმართულება და Vmax-ის მიღწევის მომენტი დამოკიდებულია საწყისი სუბსტრატებისა და რეაქციის პროდუქტების კონცენტრაციების თანაფარდობაზე. მაგალითად, ალანინ ამინოტრანსფერაზას აქტივობა, რომელიც ახდენს ტრანსფორმაციის კატალიზებას:

ალანინი + ალფა-კეტოგლუტარატი ↔ პირუვატი + გლუტამატი

დამოკიდებულია უჯრედში კონცენტრაციის თანაფარდობაზე:

[ალანინი + ალფა-კეტოგლუტარატი] / [პირუვატი + გლუტამატი].

ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი. ფერმენტების კატალიზის თეორიები

ფერმენტები, ისევე როგორც არაცილოვანი კატალიზატორები, ზრდის ქიმიური რეაქციის სიჩქარეს ამ რეაქციის აქტივაციის ენერგიის შემცირების უნარის გამო. ფერმენტული რეაქციის აქტივაციის ენერგია გამოითვლება, როგორც სხვაობა მიმდინარე რეაქციის სისტემაში ენერგიის მნიშვნელობასა და რეაქციის დასაწყისში განსაზღვრულ ენერგიას შორის (იხ. გრაფიკული დამოკიდებულება ნახ. 22).

ბრინჯი. 22. ქიმიური რეაქციის ენერგეტიკული მდგომარეობის გრაფიკული დამოკიდებულება ფერმენტის გარეშე (1) და ფერმენტის (2) არსებობისას რეაქციის დროზე.

ვ. ჰენრის და, კერძოდ, ლ. მიქაელის, მ. მენტენის ნაშრომმა მონოსუბსტრატის შექცევადი ფერმენტული რეაქციების მექანიზმის შესწავლაზე შესაძლებელი გახადა პოსტულაცია, რომ ფერმენტ E პირველად შექცევადად და შედარებით სწრაფად ერწყმის თავის სუბსტრატს S-ს ფერმენტის წარმოქმნით. სუბსტრატის კომპლექსი (ES):

E+S<=>ES (1)

ES-ის წარმოქმნა ხდება წყალბადის ბმების, ელექტროსტატიკური, ჰიდროფობიური ურთიერთქმედების, ზოგიერთ შემთხვევაში კოვალენტური, საკოორდინაციო ბმების გამო, აქტიური ცენტრის ამინომჟავის ნარჩენების გვერდით რადიკალებსა და სუბსტრატის ფუნქციურ ჯგუფებს შორის. კომპლექსურ ფერმენტებში სუბსტრატთან კონტაქტის ფუნქცია შეიძლება შეასრულოს სტრუქტურის არაცილოვანმა ნაწილმაც.

შემდეგ ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი იშლება მეორე, უფრო ნელ, შექცევად რეაქციაში, რათა წარმოქმნას რეაქციის პროდუქტი P და თავისუფალი ფერმენტი E:

ES<=>EP<=>E+P (2)

ამჟამად, ზემოხსენებული მეცნიერების, ისევე როგორც კეილინ დ., ჩენს ბ., კოშლანდი დ. („გამოწვეული კორესპონდენციის თეორია“) მუშაობის წყალობით, არსებობს თეორიული დებულებები მოქმედების მექანიზმში ოთხი ძირითადი პუნქტის შესახებ. სუბსტრატზე არსებული ფერმენტი, რომელიც განსაზღვრავს ფერმენტების უნარს დააჩქაროს ქიმიური რეაქციები:

1. ორიენტაცია და მიდგომა . ფერმენტს შეუძლია სუბსტრატის მოლეკულის შებოჭვა ისე, რომ ფერმენტის მიერ თავდასხმული ბმა არა მხოლოდ კატალიზური ჯგუფის სიახლოვეს მდებარეობს, არამედ სწორად არის ორიენტირებული მის მიმართ. საგრძნობლად გაიზარდა ალბათობა იმისა, რომ ES კომპლექსი მიაღწიოს გარდამავალ მდგომარეობას ორიენტაციისა და სიახლოვის გზით.

2. სტრესი და დაძაბულობა : გამოწვეული მიმოწერა. სუბსტრატის მიმაგრებამ შეიძლება გამოიწვიოს კონფორმაციული ცვლილებები ფერმენტის მოლეკულაში, რაც იწვევს აქტიური ცენტრის სტრუქტურაში დაძაბულობას და ასევე გარკვეულწილად დეფორმირებს შეკრული სუბსტრატს, რითაც ხელს უწყობს ES კომპლექსის მიერ გარდამავალი მდგომარეობის მიღწევას. E და S მოლეკულებს შორის წარმოიქმნება ეგრეთ წოდებული ინდუცირებული კორესპონდენცია.

ფერმენტული რეაქციების კინეტიკა

Vfr განისაზღვრება ნივთიერების რაოდენობით, რომელიც გარდაიქმნება დროის ერთეულზე. ამ რეაქციების V დამოკიდებულია გარე ფაქტორების (ტემპერატურა, pH, ბუნებრივი და უცხო ნაერთების ზემოქმედება და ა.შ.) გავლენაზე.

Vfr არის კატალიზური აქტივობის საზომი და მას უბრალოდ ფერმენტის აქტივობას უწოდებენ.
ფერმენტის აქტივობა შეიძლება შეფასდეს მხოლოდ ირიბად:
1) გადაყვანილი S-ის ოდენობით;
2) P კონცენტრაციის ზრდა დროის ერთეულზე.
ფერმენტის კონცენტრაციის გამოხატვის მიზნით გამოიყენეთ:
ა) ფერმენტების საზომი ერთეული არის ფერმენტის რაოდენობა, რომელიც კატალიზებს 1 მკმოლ S-ის გადაქცევას წუთში. [მკმოლი/წთ];
ბ) 1 კატა (კატა) - ფერმენტების რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია გამოიწვიოს 1 მოლი S-ის P-ად გადაქცევა 1 წამში. [მოლ/წმ].
1 კატა = 6×107E; 1E = 16.67 (n კატა)
ფერმენტის აქტივობის გამოსახატავად გამოიყენეთ:
ა) ფერმენტების სპეციფიკური აქტივობა არის ფერმენტების რაოდენობა 1 მგ-ზე ან კატის რაოდენობა. 1 კგ ცილაზე;
ბ) მოლეკულური აქტივობა ან ბრუნვის რიცხვი არის S მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც განიცდიან გარდაქმნას ერთი მოლეკულით E 1 წუთში.
ერითროციტების კატალაზას ერთი მოლეკულა 1 წუთში არღვევს H2O2-ის 5 × 106 მოლეკულას.

ფერმენტის მოქმედების სპეციფიკა
E S კომპლექსის კონცეფცია და ACP მჭიდრო კავშირშია ფერმენტების განსაკუთრებულ თვისებასთან - მათ სპეციფიკურობასთან. სპეციფიკურობის ხარისხის მიხედვით (კლებადობით) გამოირჩევა:
I. სტერეოქიმიური სუბსტრატის სპეციფიკა - ამ შემთხვევაში ფერმენტები ახდენენ S-ის მხოლოდ 1 ფორმას (1 იზომერი) კატალიზებას. მაგალითად, ფუმარატ ჰიდრატაზა კატალიზებს მხოლოდ ფუმარინის მჟავას გარდაქმნას, მაგრამ არ ახდენს მისი იზომერის, მალეინის მჟავის გარდაქმნას.
II. სუბსტრატის აბსოლუტური სპეციფიკა - E გარდაიქმნება მხოლოდ 1S-ით. მაგალითად, ურეაზა გარდაქმნის მხოლოდ შარდოვანას.
III. S ჯგუფის აბსოლუტური სპეციფიკა. ფერმენტები მოქმედებენ მსგავსი S-b ჯგუფზე. მაგალითად, ალკოჰოლი DG გარდაქმნის არა მხოლოდ ეთანოლს, არამედ სხვა ალიფატურ სპირტებსაც.
IV. S ჯგუფის შედარებითი სპეციფიკა. ფერმენტი მოქმედებს არა S მოლეკულების ჯგუფზე, არამედ გარკვეული S ჯგუფების გარკვეულ ობლიგაციებზე. მაგალითად, პეპსინი და ტრიპსინი სპეციფიკურია პეპტიდური ობლიგაციებისთვის სხვადასხვა ცილებში.
V. შედარებითი S სპეციფიკა. ფერმენტი კატალიზებს, გადაიქცევა S-b-ად, რომელიც მიეკუთვნება ქიმიურ ნაერთების სხვადასხვა ჯგუფს. მაგალითად, ფერმენტი ციტოქრომ-450 აკატალიზებს 7000-მდე სხვადასხვა S-b ჰიდროქსილირების რეაქციებს. ეს არის ყველაზე ნაკლებად სპეციფიკური ფერმენტული სისტემა.

არსებობს ორი თეორია ფერმენტის სპეციფიკის ასახსნელად.
ე. ფიშერის ჰიპოთეზა არის „გასაღებისა და საკეტის“ ჰიპოთეზა ან „თარგის“ ჰიპოთეზა. ფიშერის აზრით, ფერმენტი არის ხისტი სტრუქტურა, რომლის ACP არის S-ის ზუსტი „ჩასხმა“. თუ S შეესაბამება E-ს, როგორც საკეტის გასაღები, მაშინ რეაქცია მოხდება. თუ S ოდნავ შეიცვალა ("გასაღები"), მაშინ ის არ შეესაბამება ACF-ს ("საკეტი") და რეაქცია შეუძლებელი ხდება. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ახსნა ლოგიკურია, ფიშერის ჰიპოთეზა არ განმარტავს, რაზეა დაფუძნებული მაშინ ჯგუფის აბსოლუტური და ფარდობითი სპეციფიკა. მაგალითად, ციტოქრომ-450 აერთიანებს S-b-ის ასეთ დიდ რაოდენობას, განსხვავებული სტრუქტურით.
ეს გარეგანი წინააღმდეგობები აიხსნება კოშლანდის ჰიპოთეზათ, ანუ იძულებითი მიმოწერის ჰიპოთეზათ. კოშლანდის თქმით, ფერმენტის მოლეკულა არ არის "ხისტი", მაგრამ მოქნილი, ფერმენტის სტრუქტურა და კონფიგურაცია და მისი ACP იწყებს ცვლილებას იმ მომენტიდან, როდესაც ფერმენტი მიმაგრებულია S ან სხვა ლიგანდებთან. E-S კომპლექსის ფორმირებისას, გარდა გეომეტრიული კომპლემენტარობისა, ხდება ელექტროსტატიკური კომპლემენტარულობაც, რაც ხდება საპირისპიროდ დამუხტული მოლეკულების E და S დაწყვილების გამო. სინამდვილეში, როგორც ჩანს, ხდება მიმატების ორივე ვარიანტი.

კოშლანდის ჰიპოთეზა საშუალებას გვაძლევს ავხსნათ, რატომ ხდება S-in-ის ახლო ანალოგების ტრანსფორმაცია. თუ "ცრუ" სუბსტრატი (კვაზი-S) განსხვავდება ბუნებრივისაგან და ACP იღებს კონფორმაციას ნამდვილ სუბსტრატთან ახლოს, მაშინ კატალიზური ჯგუფების განლაგება ასეთ E-S კომპლექსში საშუალებას მისცემს რეაქციის წარმოქმნას. როგორც ჩანს, ფერმენტი ვერ ამჩნევს ამ "მოტყუებას", თუმცა რეაქცია არ მიმდინარეობს ისე სწრაფად, როგორც ჭეშმარიტ სუბსტრატს. თუ კვაზი-სუბსტრატის კონფიგურაცია არ იძლევა კატალიზური ჯგუფის სწორ განლაგებას, მაშინ ამ შემთხვევაში რეაქცია არ გაგრძელდება. იმათ. თუ კონფორმაციული გადაწყობის დიაპაზონი შემოიფარგლება მხოლოდ ერთი შესაძლოთ, მაშინ ფერმენტი უაღრესად სპეციფიკურია და თუ ACP-ის გადაწყობის შესაძლებლობები დიდია, მაშინ ფერმენტი ასევე მუშაობს კვაზი-სუბსტრატებზე.

Vfr-ის დამოკიდებულება pH გარემოზე
თითოეულ ფერმენტს აქვს თავისი ოპტიმალური pH, რომლის დროსაც Vfr არის მაქსიმალური. pH-ის გადახრა ამა თუ იმ მიმართულებით იწვევს ფერმენტის აქტივობის შემცირებას. ფერმენტების უმეტესობას აქვს pH ~7.0, ანუ ის ემთხვევა ფიზიოლოგიურ pH მნიშვნელობებს.
ოპტიმალური pH მნიშვნელობისას, ACP-ისა და S-ის ფუნქციური ჯგუფები შემაკავშირებლად ყველაზე სასურველ ფორმაშია. ზოგიერთ ფერმენტს აქვს ოპტიმალური pH, რომელიც მკვეთრად განსხვავდება ფიზიოლოგიური მნიშვნელობებისგან, პეპსინი 100% აქტიურია pH = 1,5-2,5; არგინაზა - pH = 10-ზე.

Vfr-ის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე
გარემოს ტემპერატურის მატებასთან ერთად, Vfr იზრდება და აღწევს ოპტიმალურ მნიშვნელობებს ~ 20-40ºС უმეტეს ფერმენტებისთვის.
ფერმენტების თერმომობილურობა დაკავშირებულია მათ ცილოვან სტრუქტურასთან: როდესაც ტემპერატურა 40-50ºC-მდე და ზემოთ იზრდება, ისინი დენატურაციას განიცდიან.
ზოგიერთი ფერმენტისთვის დენატურაცია ხდება 0ºC ტემპერატურაზე.
ნებისმიერი ქიმიური რეაქციისთვის, ტემპერატურის მატებასთან ერთად ყოველ 10ºC-ზე, რეაქციის V 2-3-ჯერ იზრდება; ფერმენტული რეაქციებისთვის ეს კოეფიციენტი უფრო დაბალია - 2 ან თუნდაც ნაკლები. გამონაკლისი: თერმოსტაბილური ფერმენტი ადენიმატ ციკლაზა უძლებს 100ºC ტემპერატურას, ხოლო ფერმენტ კატალაზა აქტიურია 0ºC ტემპერატურაზე.

Vfr-ის დამოკიდებულება კონცენტრაციაზე. ს.
ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი აღწერილია მიქაელის-მენტენის განტოლებით. Vfr-ის დამოკიდებულება [S]-ზე შეიძლება დადგინდეს გრაფიკულად.
ა) მიქაელისის მრუდის მიხედვით: რაც უფრო მცირეა Km, მით მეტია Vm და მით უფრო მაღალია E-ს აფინურობა S-თან.
Vmax შეესაბამება ფერმენტ S-vol-ის სრული გაჯერების მდგომარეობას.

ხსნარში არის ჭარბი E (3 mol S, 5 mol E) ეს არის ფერმენტის S-vol გაჯერების ადგილი.
ბ) ლაინცივერ-ბურკის რეციპროკული მეთოდი, სადაც Vfr-ის დამოკიდებულება [S]-ზე გამოითვლება საპასუხო რაოდენობით.

ფერმენტის აქტივობის რეგულირება.
ფერმენტები არის კატალიზატორები კონტროლირებადი აქტივობით, ამიტომ Vfr შეიძლება კონტროლდებოდეს ფერმენტების საშუალებით. აქტივობის რეგულირება შეიძლება განხორციელდეს ფერმენტების ურთიერთქმედების გზით სხვადასხვა ბიოლოგიურ კომპონენტებთან ან უცხო ნაერთებთან (ნარკოტიკები, შხამები), რომლებსაც მოდიფიკატორებს უწოდებენ. თუ მოდიფიკატორის თანდასწრებით Vfr იზრდება, მაშინ ასეთ მოდიფიკატორებს უწოდებენ აქტივატორებს, ხოლო თუ ის მცირდება, მათ უწოდებენ ინჰიბიტორებს.

ფერმენტების გააქტიურება.
არსებობს ფერმენტების აქტივაციის რამდენიმე ტიპი.
1. აქტივაცია ფერმენტის მოლეკულების ქვედანაყოფებზე ზემოქმედებით. ზოგიერთ ფერმენტს აქვს SN 2 ქვედანაყოფის სახით: კატალიზური და მარეგულირებელი. საგანგებო სიტუაციის შენახვისას, ACF იმალება.

მაგალითად, ორგანიზმში ბევრი ფერმენტი წარმოიქმნება პროენზიმების ან ზიმოგენების სახით, ანუ არააქტიურ მდგომარეობაში. საჭიროებისამებრ, მათი გარკვეული რაოდენობა გააქტიურებულია. მაგალითად, არააქტიური ტრიფსინოგენი გარდაიქმნება აქტიურ ტრიფსინად ფერმენტ ენტეროკინაზას მიერ.
2. იონები გავლენას ახდენენ ფერმენტების გააქტიურებაზე:
ა) კათიონები - მათი მოქმედება უფრო სპეციფიკურია, ვიდრე ანიონები. თავად კატიონებს შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც პროთეზური ჯგუფები ფერმენტებში (Fe ციტოქრომში) ან მათი არსებობით ზეგავლენას ახდენენ ფერმენტზე და ააქტიურებენ მას. მაგალითად, კარბოანჰიდრაზა აქტიურდება Zn+2-ის თანდასწრებით.
ბ) ანიონები - მოქმედებენ ნაკლებად კონკრეტულად და ჩვეულებრივ გავლენას ახდენენ დ.ფ.-ის მე-2 სტადიაზე. – ES კომპლექსის დაშლა. თუმცა, ზოგჯერ ანიონები ფერმენტების უშუალო აქტივატორები არიან. მაგალითად, Cl– ააქტიურებს არააქტიურ პეპსინოგენს და გარდაქმნის მას აქტიურ პეპსინად.
3. გააქტიურება ფერმენტების დაცვით სხვადასხვა გავლენის ინაქტივაციის გავლენისგან. უზრუნველყოფილია სპეციფიკური ნივთიერებებით, რომლებიც ხელს უშლიან ფერმენტებზე უარყოფით გავლენას.

ფერმენტის ინჰიბირება.
ნივთიერებებს, რომლებიც იწვევენ ფერმენტების ნაწილობრივ ან სრულ დათრგუნვას, ეწოდება ინჰიბიტორები (I). ინჰიბიტორებს აქვთ ფერმენტთან მჭიდროდ შეკავშირების თვისება. ამის საფუძველზე განასხვავებენ ინჰიბირებას: შექცევადს და შეუქცევადს.
შექცევადი ინჰიბიციით, I და E ურთიერთქმედებენ. თუ ინჰიბიტორი როგორმე განეიტრალება (მაგალითად, დიალიზით), მაშინ E-ის აქტივობა აღდგება. თუ ამის მიღწევა შეუძლებელია, მაშინ ჩვენ ვსაუბრობთ შეუქცევად დათრგუნვაზე.
შექცევადი ინჰიბიცია

კონკურენტუნარიანი არაკონკურენტული
კონკურენტული დათრგუნვა შეიძლება გამოწვეული იყოს ჭეშმარიტი S-ის სტრუქტურის მსგავსი ნივთიერებებით.

I და S კონკურენციას უწევენ ACP-სთვის და ფერმენტთან კომპლექსი ქმნის ნაერთს, რომელსაც აქვს მეტი მოლეკულა. ან I ან S უკავშირდება ფერმენტს; ასეთი დათრგუნვისთვის მართებულია განტოლება: .
კონკურენტული დათრგუნვის დროს, სამმხრივი E S I კომპლექსი არასოდეს წარმოიქმნება, რაც ამ ტიპის ინჰიბიციის განსხვავდება სხვებისგან.
მაგალითად, DG სუქცინატი შედის ფერმებში. CTK სისტემები. მისი ბუნებრივი S არის სუქცინატი. ინჰიბიტორები შეიძლება იყოს ოქსალოაცეტატი, მალონატი (კვაზი-სუბსტრატები).

ჭარბი რაოდენობით, ინჰიბიტორი პოლარიზებულ ჯგუფებში უკავშირდება ACP სუქცინატ DG-ს.
კონკურენტული ინჰიბიციით, Vmax არასოდეს იცვლება, მაგრამ Km იცვლება. I-ის თანდასწრებით მოსახვევების დახრილობა იზრდება, შედეგად იზრდება კმ

მიქაელის-მენტენის მრუდის გამოყენებით ჩატარებული ექსპერიმენტის შედეგებზე დაყრდნობით, შესაძლებელია დადგინდეს I-ის კონკურენტული ბუნება (კმ-ის გაზრდით და Vmax-ის სტაბილურობით). ამ მრუდის ბუნება ასევე მიუთითებს იმაზე, რომ პროცესი შექცევადია, ანუ [S]-ის გაზრდით შეიძლება შემცირდეს Vmax-ის მიღწევის დრო.
კონკურენტული ინჰიბირების მეთოდმა ფართო გამოყენება ჰპოვა სამედიცინო პრაქტიკაში.

მსგავსი სტრუქტურა აქვთ პარაამინობენზოის მჟავას და სულფონამიდს. ბაქტერიული უჯრედი იყენებს p-ABA-ს ფოლიუმის მჟავას სინთეზისთვის, რომელიც ბაქტერიული ფერმენტების კომპონენტია. S/a ბლოკავს ფერმენტების მოქმედებას, რომლებიც ასინთეზირებენ ფოლიუმის მჟავას, რის შედეგადაც ჩერდება ბაქტერიების ზრდა.

არაკონკურენტული დათრგუნვა არის შექცევადი ინჰიბიცია, როდესაც მე ვურთიერთობ არა ACP-თან, არამედ ფერმენტების სხვა ფუნქციურ ჯგუფებთან, ანუ ამ შემთხვევაში მე არ მაქვს სტრუქტურული მსგავსება S-თან. ასეთი ინჰიბიტორის დამატება ამცირებს ფერმენტის აქტივობას, და არა მისი აფინურობა S-თან, ანუ ინჰიბიტორი არ ცვლის კმ-ს, მაგრამ ამცირებს მაქს. ვფრ.

ამ ტიპის ინჰიბირებით წარმოიქმნება არააქტიური დაბალი დისოციაციის კომპლექსები E I ან E I S. მაგალითად, HCN-ის, სხვა ქიმიური ნაერთების მოქმედება, რომლებიც აკავშირებენ Me იონებს ან ფერმენტის მოლეკულაში არსებულ სხვა ფუნქციურ ჯგუფებს.

შერეული დათრგუნვა (ან ნაწილობრივ არაკონკურენტული ტიპი) - Vmax-ის შემცირება შერწყმულია კმ-ის მატებასთან.

ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება E I S კომპლექსი და S მასში ნელი კატალიზური ტრანსფორმაცია ხდება.

სუბსტრატის ინჰიბირება არის Vfr-ის შემცირება [S]-ის მნიშვნელოვანი მატებით. თავდაპირველად, [S]-ის მატებასთან ერთად, Vfr იზრდება და აღწევს მაქსიმუმს, მაგრამ [S]-ის შემდგომი მატებასთან ერთად, Vfr იწყებს დაცემას.
ჭარბი S-ის ინჰიბიტორული ეფექტის მექანიზმი მრავალფეროვანია. ყველაზე ხშირად, ეს არის შუალედური ნაერთების E S ურთიერთქმედება S-ის ერთ ან მეტ მოლეკულასთან, რის შედეგადაც წარმოიქმნება არააქტიური ნაერთი, შემდეგ
არის კომპლექსი, რომელიც არ აწარმოებს რეაქციის პროდუქტებს.

ფერმენტების აქტივობის რეგულირების მეთოდები
ცოცხალ ორგანიზმში ერთდროულად ხდება ათასობით სხვადასხვა ნივთიერების სინთეზის, დაშლისა და ურთიერთგადაქცევის რეაქციები. ყველა ეს მრავალი რეაქცია ორგანიზმში რეგულირდება სხვადასხვა მექანიზმით, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია:
ა) უკუკავშირის ტიპის რეგულირება; ჩვეულებრივ დამახასიათებელია სინთეზური რეაქციებისთვის. რეაქციის პროდუქტების დაგროვებას დასაშვებ დონეზე ზევით აქვს ძლიერი ინჰიბიტორული ეფექტი პროცესის პირველ ეტაპზე:

ბ) ფერმენტის აქტივობის ალოსტერული რეგულირება - დამახასიათებელია მხოლოდ SN-ის მქონე ფერმენტების სპეციალური ჯგუფისთვის, რომლებსაც აქვთ ალოსტერული ეფექტორების შებოჭვის მარეგულირებელი ცენტრები. ნეგატიური ეფექტორები აფერხებენ S-ის გარდაქმნას და მოქმედებენ როგორც ალოსტერიული ინჰიბიტორები. პირიქით, დადებითი ეფექტორები აჩქარებენ Vfr-ს, ამიტომ ისინი კლასიფიცირდება როგორც ალოსტერული აქტივატორები.

ალოსტერული ინჰიბიტორების მოქმედების მექანიზმი ფერმენტზე არის ამ ფერმენტის ACP-ის შეცვლა. Vfr-ის დაქვეითება ან Km-ის გაზრდის შედეგია, ან Vmax-ის შემცირების შედეგი, S. ალოსტერული აქტივატორების იგივე გაჯერების კონცენტრაციებში, პირიქით, ხელს უწყობს S-ის ACP-ად გადაქცევას, რასაც თან ახლავს. ან კმ-ის შემცირება ან Vmax-ის გაზრდა.

დანაწევრება არის ფენომენი, რომლის დროსაც მემბრანები გამოიყენება სივრცითი განცალკევების მიზნით
ა) ფერმენტი მისი S-დან (მაგალითად, ლიზომური ფერმენტები იმ ნივთიერებებიდან, რომლებზეც ისინი მოქმედებენ ციტოპლაზმაში);
ბ) პროცესები, რომლებიც ერთდროულად შეუთავსებელია ერთმანეთთან. ცხიმოვანი მჟავების სინთეზი ხდება ციტოპლაზმის ხსნად ნაწილში, ხოლო ცხიმოვანი მჟავების დაშლა მიტოქონდრიაში.

ფერმენტული რეაქციების კინეტიკა. ფერმენტოლოგიის ეს ფილიალი სწავლობს ქიმიური და ფიზიკური ფაქტორების გავლენას ფერმენტული რეაქციების სიჩქარეზე. 1913 წელს მიქაელისმა და მენტენმა შექმნეს ფერმენტული კინეტიკის თეორია, რომელიც ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ფერმენტი (E) ურთიერთქმედებს სუბსტრატთან (S) და წარმოქმნის შუალედურ ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსს (ES), რომელიც შემდგომ იშლება ფერმენტად და რეაქციის პროდუქტი განტოლების მიხედვით:

სუბსტრატსა და ფერმენტს შორის ურთიერთქმედების თითოეული ეტაპი ხასიათდება საკუთარი სიჩქარის მუდმივებით. ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის დაშლის სიჩქარის მუდმივთა ჯამის თანაფარდობას ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის წარმოქმნის სიჩქარის მუდმივთან ეწოდება მიქაელის მუდმივა (Km). ისინი განსაზღვრავენ ფერმენტის აფინურობას სუბსტრატის მიმართ. რაც უფრო დაბალია მიქაელისის მუდმივი, მით უფრო მაღალია ფერმენტის მიდრეკილება სუბსტრატთან, მით უფრო მაღალია რეაქციის სიჩქარე, რომელიც მას კატალიზებს. Km მნიშვნელობიდან გამომდინარე, კატალიზური რეაქციები შეიძლება დაიყოს სწრაფ (კმ 106 მოლ/ლ ან ნაკლები) და ნელი (კმ 102-დან 106-მდე).

ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, რეაქციის გარემოზე, რეაგენტების კონცენტრაციაზე, ფერმენტის რაოდენობაზე და სხვა ფაქტორებზე.

1. განვიხილოთ რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ფერმენტის რაოდენობაზე. სუბსტრატის ჭარბი არსებობის შემთხვევაში, რეაქციის სიჩქარე ფერმენტის რაოდენობის პროპორციულია, მაგრამ ფერმენტის ჭარბი რაოდენობით, რეაქციის სიჩქარის ზრდა შემცირდება, რადგან აღარ იქნება საკმარისი სუბსტრატი.

2. ქიმიური რეაქციების სიჩქარე პროპორციულია რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების კონცენტრაციისა (მასობრივი მოქმედების კანონი). ეს კანონი ასევე ვრცელდება ფერმენტულ რეაქციებზე, მაგრამ გარკვეული შეზღუდვებით. მუდმივზე

ფერმენტის დიდი რაოდენობით, რეაქციის სიჩქარე მართლაც პროპორციულია სუბსტრატის კონცენტრაციასთან, მაგრამ მხოლოდ დაბალი კონცენტრაციის რეგიონში. სუბსტრატის მაღალი კონცენტრაციის დროს ფერმენტი ხდება სუბსტრატით გაჯერებული, ანუ დგება მომენტი, როდესაც ყველა ფერმენტის მოლეკულა უკვე ჩართულია კატალიზურ პროცესში და არ იქნება რეაქციის სიჩქარის ზრდა. რეაქციის სიჩქარე აღწევს მაქსიმალურ დონეს (Vmax) და შემდეგ აღარ არის დამოკიდებული სუბსტრატის კონცენტრაციაზე. რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება სუბსტრატის კონცენტრაციაზე უნდა განისაზღვროს მრუდის იმ ნაწილში, რომელიც Vmax-ზე დაბალია. ტექნიკურად უფრო ადვილია არა მაქსიმალური სიჩქარის, არამედ ½ Vmax-ის დადგენა. ეს პარამეტრი ფერმენტული რეაქციის მთავარი მახასიათებელია და შესაძლებელს ხდის მიქაელისის მუდმივის (კმ) განსაზღვრას.

კმ (მიქაელის მუდმივი) არის სუბსტრატის კონცენტრაცია, რომლის დროსაც ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე მაქსიმუმის ნახევარია. აქედან ვიღებთ მიქაელის-მენტენის განტოლებას ფერმენტული რეაქციის სიჩქარისთვის.