Кинетика ферментативных реакций

Кинетика ферментативных реакций определяется образованием фермент-субстратного комплекса:

Где Е – фермент, S - субстрат, ES - фермент-субстратный комплекс, реакция образования которого обратима и характеризуется константами К1 и К-1 соответственно.

Рис. 2.2. Кинетика ферментативных реакций.

Распад фермент-субстратного комплекса протекает по уравнению первого порядка, он практически необратим и характеризуется константой скорости К2. Эта стадия процесса является более медленной, т.е. лимитирующей.

Начальная скорость (V_o). При обычных условиях, когда [S] > [E], начальная скорость прямо пропорциональна концентрации фермента. Максимальная скорость (V_max). При фиксированной концентрации фермента, скорость реакции стремится к конечному максимальному значению, в то время как концентрация субстрата растет. Насыщение фермента субстратом наступает, когда весь фермент включен в фермент-субстратный комплекс.

Константа Михаэлиса (Km). В случае, когда все активные центры заняты, и свободные молекулы фермента отсутствуют, V_o=V_max. При таком условии говорят о 100% насыщении. При 50% насыщении, когда V_o=1/2 Vmax из уравнения Михаэлиса - Ментен следует: V_max / 2 = V_max [S] / K_m + [S], или в преобразованном виде: K_m + [S] = 2 [S]; K_m = [S]. Следовательно, K_m имеет размерность концентрации. Таким образом, К_m – это такая концентрация субстрата, которая необходима для связывания половины имеющегося фермента и достижения половины максимальной скорости. Из этого определения следует, что K_m можно использовать для оценки сродства фермента по отношению к данному субстрату.

Оценить субстратную специфичность можно по такому правилу: чем ниже значение K_m, тем лучше (предпочтительнее) субстрат для данного фермента. K_m и V_max - кинетические параметры, отражающие механизмы действия фермента. V_max отражает эффективность действия фермента. Для сравнения каталитической активности различных ферментов необходимо выразить V_max через количество каждого фермента. Такое преобразование приводит к величине, которую называют молярной активностью (или числом оборотов фермента). Она выражается числом моль субстрата, реагирующего с одним моль фермента за единицу времени. Активность фермента можно выразить также в единицах (ед. или Е) активности. Одна единица катализирует превращение субстрата со скоростью1 мкмоль /мин. Удельная активность - это активность в единицах, отнесённая к 1 мг белка.