Советуем для ознакомления:

Физиология:

Популярные разделы сайта:

Влияние температуры на реакцию. Оптимальная температура ферментной реакции

Скорость ферментативных реакций в живых системах возрастает по мере повышения температуры, подобно тому как это бывает с химическими реакциями, происходящими вне организма. В отличие от обычных химических реакций ферментативные реакции, однако, не обладают свойством отвечать неограниченным увеличением скорости на повышение температуры. После достижения определенной температуры дальнейшее ее повышение лишь подавляет активность фермента.

Та температура, при которой скорость ферментативной реакции максимальна, называется оптимальной температурой для данного фермента. Объяснение этого феномена сообщает нам много нового о природе фермента и о механизме его действия.

Увеличение скорости, получаемое путем повышения температуры в зоне, лежащей ниже оптимальной величины, имеет отношение к энергетическим потребностям реакции. При этом должны быть соблюдены две энергетические предпосылки: во-первых, запас энергии в субстрате данной реакции должен быть больше, чем в ее продуктах (иными словами, реакция в энергетическом смысле будет осуществляться лишь в направлении сверху вниз); во-вторых, субстрат должен потребить часть энергии для достижения более высокого энергетического состояния прежде, чем атомы и электроны молекулы субстрата подвергнутся перестройке с образованием продукта реакции (иными словами, имеется определенный энергетический барьер, предотвращающий самопроизвольное протекание реакции в направлении сверху вниз).

ферментная реакция

Упомянутую потребляемую энергию называют энергией активации данной реакции. Доставку такой энергии обеспечивает, например, нагревание системы. При реакциях, происходящих без катализатора, количество тепловой энергии, необходимой для того, чтобы реакция началась, может быть значительным, и поэтому, если температуру значительно не повысить, лишь небольшая доля субстрата будет превращаться в продукты реакции. В большинстве случаев повышение температуры на каждые 10°С приводит к увеличению скорости реакции в два раза.

Это правило соблюдается также для большинства ферментативных реакций, при которых существенная скорость превращений наблюдается уже при значительно более низких температурах, что объясняется свойством ферментов снижать энергию активации для данной реакции. Не ясно, как это происходит, но возможно, что связанный с активным центром фермента субстрат уже в какой-то мере находится в активированном состоянии. В результате этого ферментативные реакции могут происходить с измеримыми скоростями при температурах, обычных для окружающей среды (0°—40°С), тогда как в отсутствие фермента эти же химические реакции достигают существенной скорости лишь при повышении температуры на несколько сотен градусов.

При превышении оптимальной температуры ферментативной реакции начинает мешать противодействующий фактор. Как было отмечено выше, молекула фермента представляет собой длинную цепь аминокислот. В активном состоянии эта линейная цепь свернута в пространстве весьма специфическим образом, благодаря чему аминокислоты, составляющие активный центр, сближены, что позволяет им реагировать с субстратом. Некоторые из химических сил, удерживающих белковую молекулу в этой активной конфигурации, очень слабы и легко разрушаются при нагревании.

Следовательно, результатом повышения температуры будет разворачивание белковых молекул. Этот процесс называют денатурацией. Разрушительное влияние чрезмерного нагревания на структуру активного центра фермента объясняет, почему при повышенной температуре ферменты инакти-вируются; в редких случаях при последующем охлаждении ферменты вновь обретают свою активность.

- Читать "Оптимальная температура человека. Влияние pH на реакции в организме"

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