Субстрат може бути інгібітором ферменту - студопедія
Зазвичай збільшення концентрації субстрату збільшує швидкість реакції ферменту. Однак на деякі ферменти великі кількості субстрату можуть надавати протилежний ефект і фактично сповільнювати реакцію. Прикладом може служити инвертаза або b- фруктофуранозидази (КФ.3.2.1.26), який каталізує реакцію гідролізу
Рис 2-13. Вплив концентрації субстрату на швидкість реакції
сахарози на складові моносахариди глюкозу і фруктозу.
Припускають, що причиною гальмування може бути спроба двох молекул субстрату одночасно зв'язатися з активним центром і поки молекули субстрату пов'язані з активним центром фермент неактивний. Для такого зв'язування необхідно, щоб друга молекула субстрату «вставила» в активний центр швидко слідом за першою, поки остання не встигла зайняти повноцінну позицію для каталізу. Оскільки зіткнення між ферментом і субстратом повністю випадкові, таке може трапитися тільки при високих концентраціях субстрату, коли частота випадкових зіткнень збільшується, і явище гальмування може бути помічено дослідником. Приклад такого впливу показаний на рис 2-13.
Так як гальмування субстратом відбувається при високому рівні субстрату, початкова частина (низька концентрація субстрату) цього графіка ідентична такій для нормального
Рис 2-14. Графік Лаінуівера-Берка за даними рис 2-13.
ферменту. При високому рівні субстрату крива знижується, що свідчить про гальмування швидкості реакції.
Так як фермент не виконує розпорядження рівняння Міхаеліса і Ментен (не прямокутна гіпербола), графік Лайнуівера Берка теж лине. Тому поблизу осі 1 / V на ділянці високої концентрації субстрату, лінія вигинається вгору, вказуючи на зниження швидкості. Продовжуючи лінійну частину графіка до перетину з осями можна визначити основні кінетичні параметри звичайним способом.
Табл 2 5. Ефекти оборотних інгібіторів на кінетичні константи
Конкурентний (I зв'язується тільки до E)
Збільшення Km, а Vmax залишається без змін
Неконкурентний (I зв'язується тільки з ES)
Знижено Vmax і Km Ставлення Vmax .Km залишається без змін
Змішаний неконкурентний (I зв'язується з E або ES)
Знижується Vmax. Km залишається без змін
Активність ферменту можна змінити шляхом ковалентного модифікації його структури.
Ковалентний модифікація структури ферментів може бути оборотною і безповоротною.
А. Необоротні зміни активності ферменту. Існує велика кількість реакцій, що каталізують протеолітичнимиферментами. Як правило, такі ферменти утворюються в формі неактивних попередників (проферментов), які потім активуються шляхом дії інших протеаз. Схемою активування химотрипсина показана нижче на ріс.2-15.
Рис 2-15. Схема протеолізу молекули химотрипсиногена. Спочатку під впливом трипсину відбувається відщеплення поліпептиду з 15 амінокислот з утворенням активного p-хімотрипсину, який шляхом аутокаталіз перетворюється в a -хімотріпсін
Нижче в таблиці наводяться приклади інших ферментів, які піддаються активуються шляхом протеолізу
стінка клітин дріжджів
Як приклад можна розглянути ферменти підшлункової залози. Ці ферменти синтезуються в формі проферментов клітинами підшлункової залози і зберігаються в них в складі гранул проферментов. Вивільнення проферментов регулюється гормонами холецистокинином, панкрезіміном і секретином. Засвоєння білків вимагає скоординованого дії різних ферментів. Трипсиноген активується ентеропептідази виділяється клітинами щеточной облямівки кишечника. Ентеропептідази каталізує видалення гексапептіда (Вал Асп Асп Асп Асп Ліз) від N кінця тріпсіногена. Завдання системи регуляції в даному випадку забезпечити активування ферменту в місці його дії. Якщо активування відбудеться в місці синтезу, то це спричинить за собою руйнування самої залози (гострий панкреатит). Невелика кількість ентеропептідази, необхідне для активування тріпсіногена забезпечить подальше посилення (ампліфікацію) сигналу за рахунок утворення великих кількостей активного трипсину, який в свою чергу активує інші протеази кишечника. Такі ланцюгові реакції посилення характерні для багатьох протеолітичних систем організму (згортання крові, система комплементу і т.д.) Процес зупиняється шляхом протеолізу самих ферментів Середня щоденна продукція короткоживучих гидролитических ферментів підшлунковою залозою - близько 10 м Протеолітичні ферменти широко поширені в клітинах і це могло створити значні проблеми, якби не спеціальні білкові игибиторами, присутні в тканинах і крові.
Б. Зворотні зміни активності ферменту шляхом ковалентного модифікації.
Фосфорилювання ферментів (рис 2-16) - одна з найбільш популярних реакцій, що дозволяє при приєднанні залишку фосфорної кислоти змінити конформацію ферменту і перевести фермент з активного стан в неактивний або навпаки. Цей механізм ковалентного модифікації забезпечується кіназами (приєднання залишків фосфорної кислоти за рахунок АТФ) і фосфатаза (гидролитическое видалення залишків фосфорної кислоти).
Більш докладно про ці механізми буде розказано в розділах, присвячених механізму дії гормонів.
Рис 2-16. Оборотна ковалентная модифікація шляхом фосфорилювання (кіназа фосфорілази) і дефосфорилирования (фосфатаза) фосфорілази.