Советуем для ознакомления:

Физиология:

Популярные разделы сайта:

Концентрация субстрата. Влияние концентрации субстрата на ферментативную реакцию

На скорость взаимодействия фермента с субстратом влияют самые разнообразные факторы. Влияние концентрации молекул субстрата очень важно в той ситуации, которая типична для живой клетки. В любой момент времени число ферментов и их концентрации, имеющиеся в клетке, строго ограничены, поскольку крупные белковые молекулы не могут свободно передвигаться из клетки в клетку. Молекулы субстратов, с другой стороны, обычно достаточно малы для того, чтобы свободно диффундировать сквозь клеточные мембраны из крови и других внеклеточных жидкостей.

В результате этого концентрации субстратов в клетке могут колебаться в широких пределах в зависимости от состояния питания организма в данный момент времени, потребностей в субстратах в условиях физической нагрузки разных органов и тканей и т. д. При малом количестве субстрата в системе вероятность его столкновения с молекулой соответствующего фермента совершенно ничтожна и образование продукта реакции будет происходить очень медленно.

С повышением концентрации субстрата возрастает вероятность столкновения с присутствующими в определенном постоянном количестве молекулами фермента; фактически на этой стадии процесса при удвоении концентрации субстрата скорость образования продукта реакции возрастает вдвое. В клетке при таких условиях процессы, описанные выше при рассмотрении ведущих к соединению фермента и субстрата стадий (1) и (2), будут факторами, лимитирующими скорость реакции. u = C*[S], где С — константа. Однако такая линейная зависимость не может продолжаться бесконечно.

Представим себе, например, человека, который блаженствует, отдыхая после сытного обеда и ощущая во всем теле приятное тепло. Пока он отдыхает душой, компоненты пищи всасываются из кишечника и быстро переносятся кровью к тканям. В клетках тканей приток субстратов вызывает прирост скоростей метаболических реакций, однако степень этого прироста постепенно уменьшается и наконец эти реакции достигают постоянных, или максимальных, скоростей; после этого дальнейшее повышение концентраций субстратов не вызывает дальнейшего увеличения скоростей реакций. Этот феномен объясняется очень просто: число молекул фермента в клетке ограничено и, когда в какой-то момент клетка переполняется субстратом, все активные центры фермента оказываются занятыми.

концентрация субстрата

Короче говоря, никакие факторы, способствующие столкновениям фермента g субстратом, не способны стимулировать их соединение друг с другом, поскольку фермент уже до предела насыщен субстратом. При этом лимитировать скорость реакции в целом будут процессы, соответствующие стадиям (3) и (4), в ходе которых фермент-субстратный комплекс диссоциирует с образованием продуктов реакции. Скорость реакции в этих условиях описывается уравнением
f = Vmax, где Vmax — постоянная максимальная скорость.

Математическое уравнение, описывающее зависимость скорости от концентрации субстрата в присутствии постоянного количества фермента на основе изложенных выше представлений о взаимодействии фермента и субстрата, было выведено Михаэлисом и Ментен в самом начале нынешнего столетия:

U=Vmax/Km+S, где Км — обобщенная константа скорости, называемая константой Михаэлиса. Это уравнение выражает изменение скорости при всех величинах концентрации субстрата и описывает кривую, имеющую форму прямоугольной гиперболы на графике зависимости v от [S]. Можно видеть, что те два линейных участка этой кривой, которые были описаны ранее, легко выводятся из этого уравнения. В первом случае, когда концентрация субстрата очень мала, [S] значительно меньше, чем Км. При этих крайних условиях знаменатель Км+S стремится к /См, поскольку [S] очень мала относительно Км. Уравнение при этом приобретает вид U=Vmax/Km, что эквивалентно соотношению, приведенному ранее: u=Cx[SJ, поскольку Vmaх и Км— постоянные величины.

Во втором случае, когда концентрация субстрата очень велика, [S] значительно больше, чем /См- При данных крайних условиях величина знаменателя Км+S стремится к [S], так как Км относительно [S] — столь малая величина, что ею можно пренебречь. Уравнение приобретает вид u=Vmax/S=Vmax, как было отмечено выше.

- Читать "Константа Михаэлиса. Влияние концентрации фермента на реакцию"

Оглавление темы "Ферментативные реакции в организме":
1. Ферментный катализ. Механизмы ферментного катализа
2. Соединение субстрата с ферментом. Конкурентное торможение
3. Концентрация субстрата. Влияние концентрации субстрата на ферментативную реакцию
4. Константа Михаэлиса. Влияние концентрации фермента на реакцию
5. Влияние температуры на реакцию. Оптимальная температура ферментной реакции
6. Оптимальная температура человека. Влияние pH на реакции в организме
7. Влияние ионов на химические реакции. Кофакторы и коферменты
8. Ингибиторы ферментов. Механизмы действия ингибиторов ферментов
9. Аллостерические модификаторы. Механизм действия модификаторов
10. Положительные модификаторы. Активация зимогенов