8.6: Ферментативная активность

Важнейшим свойством ферментов является способность увеличивать скорость реакций, протекающих в живых организмах. Определение скорости ферментативной реакции является мерой ферментативная (или каталитическая) активность. Поскольку большинство ферментов являются белками, на их активность влияют факторы, нарушающие структуру белка, а также факторы, влияющие на катализаторы в целом. Эти факторы включают концентрацию, pH окружающей среды и температуру.

Концентрация

Как и в большинстве реакций, концентрация реагентов влияет на скорость реакции. Это также относится к концентрации ферментов. Когда концентрация субстрата или фермента низкая, скорость реакции будет ниже, чем при более высоких концентрациях. Два вида должны взаимодействовать, чтобы произошла реакция, и более высокие концентрации одного или обоих приведут к более эффективному взаимодействию между ними.

Концентрация субстрата

В присутствии заданного количества фермента скорость ферментативной реакции увеличивается по мере увеличения концентрации субстрата до тех пор, пока не будет достигнута предельная скорость, после чего дальнейшее увеличение концентрации субстрата не приводит к существенному изменению скорости реакции (рис. Индекс страницы)). В этот момент присутствует так много субстрата, что практически все активные центры фермента имеют связанный с ними субстрат. Другими словами, молекулы фермента насыщенный с подложкой. Избыточные молекулы субстрата не могут реагировать до тех пор, пока субстрат, уже связанный с ферментами, не прореагирует и не будет высвобожден (или не будет высвобожден без реакции). Когда фермент насыщается субстратом, он будет работать при устойчивое состояние, состояние, при котором фермент работает с максимальной активностью.

Рассмотрим аналогию. Десять такси (ферментные молекулы) ждут на стоянке такси, чтобы отвезти людей (субстрат) в 10-минутную поездку в концертный зал, по одному пассажиру за раз. Если на стенде присутствует всего 5 человек, скорость их прихода в зал составляет 5 приходов за 10 минут. При увеличении количества человек на стенде до 10 скорость увеличивается до 10 заездов за 10 минут. При 20 человек на стенде скорость все равно будет 10 прибытий за 10 минут. Такси были «насыщены». Если бы такси могли перевозить по 2 или 3 пассажира каждое, применялся бы тот же принцип. Скорость будет просто выше (20 или 30 человек за 10 минут), прежде чем она выровняется.

Концентрация фермента

Когда концентрация фермента значительно ниже концентрации субстрата (например, когда количество такси значительно меньше числа ожидающих пассажиров), скорость катализируемой ферментом реакции находится в прямой зависимости от концентрации фермента (рис. (ИндексСтраницы)). Это верно для любого катализатора; скорость реакции увеличивается с увеличением концентрации катализатора.

рН

Некоторые ферменты лучше всего работают при кислых значениях pH, тогда как другие лучше всего работают в нейтральной среде. Например, пищеварительные ферменты, выделяемые в кислой среде (низкий рН) желудка, помогают расщеплять белки на более мелкие молекулы. Основным пищеварительным ферментом в желудке является пепсин, который лучше всего работает при рН около 1,5. Эти ферменты не будут работать оптимально при других уровнях рН. Трипсин — еще один фермент пищеварительной системы, который расщепляет белковые цепочки в пище на более мелкие частицы. трипсин работает в тонком кишечнике, который не является кислой средой и имеет оптимальный рН около 8.

Различные реакции и различные ферменты достигают максимальной скорости при определенных значениях рН. Фермент наиболее активен в оптимальный рН, что является рН, при котором он поддерживает нативную третичную структуру. Как показано на рисунке (PageIndex), фермент достигает максимальной скорости реакции при рН 4. Обратите внимание, что реакция будет продолжаться при более низких и более высоких значениях рН, потому что фермент будет продолжать функционировать при других значениях рН, но не будет как эффективный. При очень высоких или очень низких значениях pH будет происходить денатурация, потому что фермент — это просто белок с определенной функцией.

Температура

Как и в случае с pH, реакции также имеют оптимальная температура где фермент действует наиболее эффективно. Он по-прежнему будет функционировать при более высоких и более низких температурах, но скорость будет меньше. Для многих биологических реакций оптимальная температура при физиологических условиях составляет около (37^text text), что соответствует нормальной температуре тела. Многие ферменты теряют свою функцию при более низких и более высоких температурах. При более высоких температурах форма фермента ухудшается. Только когда температура возвращается к норме, фермент восстанавливает свою форму и нормальную активность, если только температура не была настолько высокой, что вызвала необратимые повреждения.

Фермент имеет оптимальный рН 7,4. Что, скорее всего, произойдет с активностью фермента, если рН упадет до 6,3? Объяснять.

Решение

активность снизится; pH 6,3 более кислый, чем 7,4, и одна или несколько ключевых групп в активном центре могут связывать ион водорода, изменяя заряд этой группы.

Фермент имеет оптимальный рН 7,2. Что, скорее всего, произойдет с активностью фермента, если рН увеличится до 8,5? Объяснять.

Резюме

Первоначально увеличение концентрации субстрата приводит к увеличению скорости реакции, катализируемой ферментом. По мере насыщения молекул фермента субстратом это увеличение скорости реакции выравнивается. Скорость реакции, катализируемой ферментом, увеличивается с увеличением концентрации фермента. При низких температурах повышение температуры увеличивает скорость реакции, катализируемой ферментами.При более высоких температурах происходит денатурация белка, и скорость реакции резко снижается. Фермент имеет оптимальный диапазон рН, в котором он проявляет максимальную активность.

Дополнительные ресурсы

• Ферменты: https://youtu.be/E90D4BmaVJM

Авторы и атрибуция

• Эллисон Сульт, доктор философии (Кафедра химии, Университет Кентукки)
• «Ферментная активность» от LibreTexts находится под лицензией CC BY-NC-SA.

Эта страница под названием 8.6: Enzyme Activity распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Фондом CK-12 с использованием исходного контента, отредактированного в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

ПОД ЛИЦЕНЗИЕЙ

1. Вернуться к вершине
2. • 8.5: Ферменты — биологические катализаторы
   • 8.7: Ингибирование ферментов

• Эта статья была полезной?
• Да
• Нет