Факторы, влияющие на ферментативную активность

Активность ферментов может быть усилена, ослаблена или подавлена за счет влияния ряда факторов (температуры, рН, наличия активаторов и ингибиторов, концентрации субстрата и фермента).

Температура. С повышением температуры скорость всех ферментативных реакций увеличивается. Оптимальная температура для действия большинства животных ферментов находится в интервале 40-50 ⁰С, растительных ^__ 40-60 °С. При более высоких температурах активность снижается, и многие ферменты разрушаются уже при температуре 70-80 °С. Это явление называется тепловой инактивацией и происходит из-за тепловой денатурации белков. При низких температурах активность ферментов также снижается, но они не разрушаются.

Оптимальная температура не является постоянной величиной, она зависит от длительности температурного воздействия и влажности среды, в которой фермент действует. Ферменты очень чувствительны к нагреванию в присутствии значительного количества воды. И наоборот, при низкой влажности и в сухом состоянии ферменты выдерживают температуру близкую к 100 °С без значительной инактивации.

Влияние рН. Каждый фермент проявляет свое действие в определенных, довольно узких пределах значений рН. Различные ферменты отличаются друг от друга по оптимальным величинам рН. Для большинства гидролитических ферментов оптимум рН находится в интервале 3-6.

Присутствие активаторов и ингибиторов. Активность ферментов зависит от наличия в реакционной среде различных соединений. Вещества, которые повышают каталитическую активность ферментов, называются активаторами. В качестве активаторов могут выступать ионы металлов (натрия, калия, магния, кальция, цинка, меди, марганца, железа) и другие вещества (ионы йода, брома, хлора, SH-группы).

Существуют также соединения (ингибиторы), которые подавляют действие ферментов. Они могут быть общими и специфическими. Общие – это те, которые инактивируют действие всех ферментов. К ним относятся соли тяжелых металлов (свинца, серебра, ртути), трихлоруксусная кислота (ТХУ), танин. Специфические - действуют только на определенную группу ферментов. Для ферментов дыхания и брожения ингибиторами являются галогенсодержащие соединения (хлорацетфенол, йодацетамид и т.д.).

Различают конкурентное и неконкурентное ингибирование.

Если концентрация молекул ингибитора значительно больше концентрации субстрата, то контактная площадка фермента почти всегда занята ингибитором. В этом случае субстрату некуда разместиться, так как площадка очень мала, и ферментативная реакция не идет.

Если количество молекул субстрата и ингибитора оказывается соизмеримым, то субстрату иногда удается попасть на контактную площадку. В этом случае ферментативная реакция не прекращается, а только замедляется. Скорость ее будет зависеть от количества ингибитора.

В обоих случаях связь ингибитора с ферментом непрочная и такие ингибиторы называются конкурентными.

Ряд ингибиторов, заняв контактную площадку, вступают в химическое взаимодействие с отдельными функциональными группами каталитически активного центра, прочно связываются с ферментом и блокируют его действие. Такой тип ингибирования называется неконкурентным или необратимым.

Существует также аллостерическая (структурно несвязанная) регуляция. В белковой части фермента кроме каталитического центра может находиться аллостерическиий центр, играющий очень важную роль в регуляции ферментативной активности. Данный тип регуляции основан на изменении конформации (пространственной конфигурации) фермента, ведущей к изменению его активности. Аллостерический центр распознает и связывает эффекторы, тем самым, влияя на каталитический центр, изменяя его активность. В качестве эффекторов выступают конечный продукт данной цепи реакций или иные низкомолекулярные вещества. Они отличаются по своей структуре от субстрата. Эффекторы могут быть положительными и отрицательными (соответственно увеличивают или снижают ферментативную активность).

Концентрация субстрата и фермента.

Скорость большинства ферментативных реакций прямо пропорциональна концентрации фермента (рис.14) в реакционной смеси (концентрация субстрата при этом постоянна).

Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата (рис.15) (концентрация фермента неизменна) выражается гиперболической кривой. При низких концентрациях субстрата скорость реакции растет прямо пропорционально его концентрации, при высоких концентрациях ^__ не зависит от нее. Максимальной скорости реакции можно достичь в случае насыщения активных центров фермента субстратом.

Активность фермента определяется по скорости реакции, которую в свою очередь можно определить либо по убыли субстрата или по количеству продуктов реакции.