Значение показателя концентрации водородных ионов - рН

Небольшие изменения значения рН в реакционной смеси оказывают определенное влияние на ионное состояние фермента, а часто и субстрата. Как показывают измерения актив­ностей ферментов или скоростей ферментативных реакций при различных рН, оптимальная активность обычно наблюдается в интервале рН 5,0-9,0. Вместе с тем отде­льные ферменты активны при значениях рН, лежащих далеко за пределами этого ин­тервала, например пепсин активен при рН 1,5-2,0.

В основном влияние рН на активность ферментов выражается в сле­дующих проявлениях: денатурации фермента при очень высоких или очень низких значениях рН и изменении величины заряда молекул субстра­та или фермента. Активность фермента при увеличении или уменьшении рН может изме­няться в результате изменений его структуры, либо заряда функционально важных групп, принимающих участие в катализе или связывании субстрата. Рассмо­трим для примера взаимодействие фермента, несущего отрицательный за­ряд (E^–) с положительно заря­женным субстратом (SH ⁺):

При низких значениях рН происходит протонирование фермента Eˉ:

а при высоких значениях рН – депротонирование субстрата SH⁺:

Поскольку взаимодействовать друг с другом мо­гут только SH⁺ и Eˉ, при крайних значениях рН эффективные концентрации Eˉ или SH⁺ окажутся низ­кими, что в любом случае приведет к снижению скорости реакции (см. рис. 5.7).

Рис.5.7 Влияние рН на активность фермента.

Как следует из рис. 5.7, только в области, выделенной двойной штриховкой, при соответствующих значениях рН в активном ионном состоянии находятся одновременно E и S. Максимальной концен­трации активные ионные состояния E и S достигают при рН в точке X.

Величина рН может оказывать регуляторное действие на конформационное состояние белков и ферментов. Поддержание ак­тивной третичной или четвертичной структуры часто зависит от присутствия определен­ного заряда на конкретной группе, даже сильно удаленной от области связы­вания субстрата. Изменение заряда этой группы может привести к частичному разворачиванию белковой молекулы или, наоборот, к ее компактизации, или даже к диссоциации олигомерного белка на протомеры, что во всех случаях сопровождается потерей активности.