Os fundamentos da cinética dos processos enzimáticos foram estabelecidos nos trabalhos de Michaelis e Menten, em particular, na equação do complexo enzima-substrato.

A cinética dos processos enzimáticos é entendida como uma seção da ciência das enzimas que estuda a dependência da velocidade de uma reação enzimática da natureza química do substrato, condições ambientais e fatores externos que afetam o curso da reação.
Quando a concentração de substrato é alta o suficiente, ela não afeta mais a taxa, porque esta se tornou máxima (indicando que toda a enzima está ligada ao substrato).
O estudo da atividade enzimática é realizado em altas concentrações de substratos (ordem zero da reação). Nessas condições, todas as mudanças na velocidade da reação dependerão apenas da quantidade de enzima. No entanto, em células vivas, as concentrações de substrato estão, via de regra, longe da saturação das enzimas. Isso significa que as enzimas nas células não usam todo o seu poder.
Dependência da taxa de reação enzimática na quantidade de enzima
Se o substrato está em excesso, o que é praticamente o caso em condições experimentais, então a velocidade da reação é proporcional à quantidade de enzima. Mas, se a quantidade de enzima for aumentada para que o substrato não fique em excesso, essa proporcionalidade será violada.
A velocidade da reação enzimática aumenta linearmente com o aumento do conteúdo da enzima. Mas um aumento excessivo na concentração da enzima leva ao fato de que o substrato se torna menor que a enzima, e isso se manifesta por uma diminuição no aumento da taxa de reação.
Efeitos sobre moduladores enzimáticos
A atividade das enzimas pode mudar não apenas devido a mudanças na quantidade de substrato, enzima, pH do meio, mas também sob a influência de vários produtos químicos. As substâncias que afetam o curso das reações enzimáticas são chamadas de moduladores ou efetores. Eles são divididos em ativadores e inibidores, ou seja, sob sua influência, a reação pode ser acelerada ou desacelerada. O estudo da ação de moduladores enzimáticos é de importância prática, pois permite uma compreensão mais profunda da natureza da ação das enzimas. Alguns deles desempenham o papel de reguladores naturais do metabolismo. Existem muitos tipos de moduladores de atividade enzimática que diferem em estrutura e mecanismo de ação.
ativadores de enzimas
O papel dos ativadores pode ser desempenhado por substâncias orgânicas (ácidos biliares, enzimas, etc.) e inorgânicas (íons metálicos, ânions). Muitas vezes, há casos em que a mesma substância em relação a uma enzima é um ativador e em relação a outra - um inibidor. Os íons metálicos são ativadores muito específicos para certas enzimas. Eles podem contribuir para a fixação do substrato à enzima, participar da formação da estrutura terciária da enzima ou fazer parte do sítio ativo. Íons de muitos metais (sódio, potássio, cálcio, magnésio, ferro, cobre, etc.) são componentes essenciais que são necessários para o funcionamento normal de muitas enzimas. Às vezes, algumas enzimas precisam de vários íons diferentes. Por exemplo, para Na +, K + -ATPase, que transporta íons através da membrana plasmática, os íons potássio, sódio e magnésio são necessários para o funcionamento normal.
Os metais podem fazer parte do grupo prostético de enzimas. Por exemplo, o ferro na composição de compostos de porfirina é um componente necessário das enzimas do sistema citocromo, catalase e peroxidase; o cobalto está incluído no grupo prostético das enzimas homocisteína transmetilase e metilmalonil isomerase; cobre - para ascorbato oxidase; O manganês é um ativador da isocitrato desidrogenase.
Metaloenzimas contendo predominantemente íons bivalentes e trivalentes em sua composição formam compostos quelatos tipo garra com os resíduos de grupos funcionais de aminoácidos e os íons correspondentes. Nesses compostos, os íons fornecem às enzimas uma certa estrutura espacial e contribuem para a formação de complexos enzima-substrato. Algumas enzimas na ausência de metais simplesmente não apresentam ação enzimática. Por exemplo, a anidrase carbônica sem zinco não possui as propriedades de uma enzima e a ação do zinco não pode ser substituída por nenhum outro íon.
Existe um grupo de enzimas que são ativadas pelo AMPc. Essas enzimas são chamadas de proteínas quinases. O mecanismo de sua ativação é o seguinte. A proteína quinase consiste em duas subunidades: uma catalítica contendo um sítio ativo e uma reguladora, na qual está localizado o sítio de ligação do AMPc. A enzima está inativa porque seu sítio ativo está fechado. É liberado apenas pela interação de c-AMP e o centro regulador da enzima.

A cinética enzimática estuda a influência de vários fatores (concentração de S e E, pH, temperatura, pressão, inibidores e ativadores) na velocidade das reações enzimáticas. O principal objetivo do estudo da cinética das reações enzimáticas é obter informações que permitam uma compreensão mais profunda do mecanismo de ação das enzimas.

Curva cinética permite determinar a taxa de reação inicial V 0 .

Curva de saturação do substrato.

Dependência da taxa de reação da concentração da enzima.

A dependência da velocidade da reação com a temperatura.

A dependência da taxa de reação em pH.

O pH ótimo para a ação da maioria das enzimas está dentro da faixa fisiológica de 6,0-8,0. A pepsina é ativa em pH 1,5-2,0, que corresponde à acidez do suco gástrico. A arginase, uma enzima específica do fígado, é ativa em 10,0. A influência do pH do meio na velocidade da reação enzimática está associada ao estado e grau de ionização dos grupos ionogênicos na molécula da enzima e do substrato. Esse fator determina a conformação da proteína, o estado do centro ativo e do substrato, a formação do complexo enzima-substrato e o próprio processo de catálise.

Descrição matemática da curva de saturação do substrato, constante de Michaelis .

A equação que descreve a curva de saturação do substrato foi proposta por Michaelis e Menton e leva seus nomes (a equação de Michaelis-Menten): V = (V MÁX. *[ S])/(km+[ S]) , onde Km é a constante de Michaelis. É fácil calcular que para V = V MAX /2 Km = [S], ou seja, Km é a concentração de substrato na qual a taxa de reação é ½ V MAX. Para simplificar a determinação de V MAX e Km, a equação de Michaelis-Menten pode ser recalculada. 1/V = (Km+[S])/(V MÁX. *[S]), 1/V = Km/(V MÁX. *[S]) + 1/V MÁX. ,

1/ V = km/ V MÁX. *1/[ S] + 1/ V MÁX. a equação de Lineweaver-Burk. A equação que descreve o gráfico de Lineweaver-Burk é a equação de uma linha reta (y = mx + c), onde 1/V MAX é o segmento interceptado pela linha reta no eixo y; Km/V MAX - tangente da inclinação da reta; a intersecção da linha reta com o eixo x dá o valor 1/Km. O gráfico Lineweaver-Burk permite que Km seja determinado a partir de um número relativamente pequeno de pontos. Este gráfico também é usado ao avaliar o efeito dos inibidores, como será discutido abaixo. Os valores de Km variam em uma ampla faixa: de 10 -6 mol/l para enzimas muito ativas a 10 -2 para enzimas inativas.

As estimativas de km são de valor prático. Em concentrações de substrato de 100 vezes Km, a enzima operará quase em sua taxa máxima, de modo que a taxa V MAX máxima refletirá a quantidade de enzima ativa presente. Esta circunstância é usada para avaliar o conteúdo da enzima na preparação. Além disso, Km é uma característica da enzima, que é usada para diagnosticar enzimopatias.

Inibição da atividade enzimática.

Uma característica extremamente característica e importante das enzimas é sua inativação sob a influência de certos inibidores.

Inibidores - São substâncias que causam inibição parcial ou completa de reações catalisadas por enzimas.

A inibição da atividade enzimática pode ser irreversível ou reversível, competitiva ou não competitiva.

inibição irreversível - trata-se de uma inativação persistente da enzima resultante da ligação covalente de uma molécula inibidora no sítio ativo ou em outro sítio especial que altera a conformação da enzima. A dissociação de tais complexos estáveis ​​com a regeneração da enzima livre é praticamente excluída. Para superar as consequências de tal inibição, o corpo deve sintetizar novas moléculas enzimáticas.

Inibição reversível – caracteriza-se pela complexação de equilíbrio do inibidor com a enzima devido a ligações não covalentes, pelo que tais complexos são capazes de dissociar-se com o restabelecimento da atividade enzimática.

A classificação dos inibidores em competitivos e não competitivos baseia-se em serem atenuados ( inibição competitiva ) ou não está enfraquecido ( inibição não competitiva ) sua ação inibitória com o aumento da concentração do substrato.

Inibidores competitivos são, via de regra, compostos cuja estrutura é semelhante à do substrato. Isso permite que eles se liguem no mesmo sítio ativo dos substratos, impedindo a interação da enzima com o substrato já na fase de ligação. Uma vez ligado, o inibidor pode ser convertido em um produto ou permanecer no sítio ativo até que ocorra a dissociação.

Inibição competitiva reversível pode ser representado como um diagrama:

E↔ E-I → E + P 1

S (inativo)

O grau de inibição enzimática é determinado pela razão entre as concentrações do substrato e da enzima.

Um exemplo clássico desse tipo de inibição é a inibição da atividade da succinato desidrogenase (SDH) pelo malato, que desloca o succinato do sítio substrato e impede sua conversão em fumarato:

A ligação covalente do inibidor ao sítio ativo leva à inativação da enzima (inibição irreversível). Um exemplo inibição competitiva irreversível a inativação da triosefosfato isomerase pelo 3-cloroacetolfosfato pode servir. Este inibidor é um análogo estrutural do substrato, fosfato de diidroxiacetona, e se liga irreversivelmente ao resíduo de ácido glutâmico no sítio ativo:

Alguns inibidores agem de forma menos seletiva, interagindo com um determinado grupo funcional no centro ativo de várias enzimas. Assim, a ligação do iodoacetato ou sua amida ao grupo SH do aminoácido cisteína, que está localizado no centro ativo da enzima e participa da catálise, leva à perda completa da atividade enzimática:

R-SH + JCH 2 COOH → HJ + R-S-CH 2 COOH

Portanto, esses inibidores inativam todas as enzimas que possuem grupos SH envolvidos na catálise.

A inibição irreversível das hidrolases sob a ação dos gases nervosos (sarin, soman) se deve à sua ligação covalente ao resíduo de serina no centro ativo.

O método de inibição competitiva encontrou ampla aplicação na prática médica. As drogas sulfanilamida - antagonistas do ácido p-aminobenzóico, podem servir como um exemplo de inibidores competitivos metabolizáveis. Eles se ligam à dihidropterato sintetase, uma enzima bacteriana que converte o p-aminobenzoato em ácido fólico, que é necessário para o crescimento bacteriano. A bactéria morre como resultado do fato de que a sulfanilamida ligada é convertida em outro composto e o ácido fólico não é formado.

Inibidores não competitivos geralmente se ligam à molécula da enzima em um sítio diferente do sítio de ligação do substrato, e o substrato não compete diretamente com o inibidor. Uma vez que o inibidor e o substrato se ligam a diferentes centros, tanto o complexo E-I quanto o complexo S-E-I podem ser formados. O complexo S-E-I também se decompõe para formar um produto, mas a uma taxa mais lenta do que E-S, de modo que a reação diminui, mas não para. Assim, as seguintes reações paralelas podem ocorrer:

E↔ E-I ↔ S-E-I → E-I + P

A inibição não competitiva reversível é relativamente rara.

Os inibidores não competitivos são chamados alostérico ao contrário do competitivo isostérico ).

A inibição reversível pode ser estudada quantitativamente com base na equação de Michaelis-Menten.

Com inibição competitiva, V MAX permanece constante, enquanto Km aumenta.

Com inibição não competitiva, V MAX diminui com Km inalterado.

Se o produto da reação inibe a enzima que catalisa sua formação, esse método de inibição é chamado de retroinibição ou inibição de feedback . Por exemplo, a glicose inibe a glicose-6-fosfatase, que catalisa a hidrólise da glicose-6-fosfato.

O significado biológico dessa inibição é a regulação de certas vias metabólicas (veja a próxima sessão).

PARTE PRÁTICA

Atribuição aos alunos

1. Estudar a desnaturação de proteínas sob a ação de soluções de ácidos minerais e orgânicos e quando aquecidas.

2. Detectar a coenzima NAD em levedura.

3. Determinar a atividade da amilase na urina (soro sanguíneo).

9. PADRÕES DE RESPOSTAS ÀS TAREFAS, questões de teste usadas no controle do conhecimento em sala de aula (pode ser na forma de um aplicativo)

10. NATUREZA E ÂMBITO DE POSSÍVEIS TRABALHOS DE FORMAÇÃO E INVESTIGAÇÃO SOBRE O TEMA

(Indicar especificamente a natureza e a forma da UIRS: preparação de apresentações de resumos, pesquisa independente, jogo de simulação, registro de uma história médica usando literatura monográfica, etc. formulários)

A cinética enzimática investiga a influência da natureza química das substâncias reagentes (enzimas, substratos) e as condições de sua interação (pH, temperatura, concentração, presença de ativadores ou inibidores) na velocidade de uma reação enzimática. A taxa de reação enzimática (u) é medida pela diminuição da quantidade de substrato ou pelo aumento do produto da reação por unidade de tempo.

Em uma baixa concentração de substrato, a taxa de reação

diretamente proporcional à sua concentração. Em uma alta concentração de substrato, quando todos os sítios ativos da enzima são ocupados pelo substrato. saturação da enzima com o substrato), a velocidade da reação é máxima, torna-se constante e não depende da concentração do substrato [S] e depende completamente da concentração da enzima (Fig. 19).

K S é a constante de dissociação do complexo enzima-substrato ES, inversa à constante de equilíbrio:

.

Quanto menor o valor de K S, maior a afinidade da enzima pelo substrato.

Arroz. 19. Dependência da taxa da reação enzimática na concentração do substrato em uma concentração constante da enzima

A relação quantitativa entre a concentração do substrato e a velocidade da reação enzimática expressa Equação de Michaelis-Menten:

,

u é a taxa de reação, u max é a taxa máxima da reação enzimática.

Briggs e Haldane melhoraram a equação introduzindo nela Constante de Michaelis K m determinado experimentalmente.

Equação de Briggs-Haldane:

,

.

A constante de Michaelis é numericamente igual à concentração de substrato (mol/l) na qual a taxa de reação enzimática é metade do máximo (Fig. 20). K m mostra a afinidade da enzima ao substrato: quanto menor o seu valor, maior a afinidade.

Os valores experimentais de K m para a maioria das reações enzimáticas envolvendo um único substrato são geralmente 10 -2 -10 -5 M. Se a reação é reversível, então a interação da enzima com o substrato da reação direta é caracterizada por K m que difere daquele para o substrato da reação inversa.

G. Lineweaver e D. Burke transformaram a equação de Briggs-Haldane e obtiveram a equação de uma linha reta: y = ax + b (Fig. 21):

.

O método Lineweaver-Burk fornece um resultado mais preciso.

Arroz. 21. Definição gráfica da constante de Michaelis

de acordo com o método Lineweaver-Burk

PROPRIEDADES DAS ENZIMAS

As enzimas diferem dos catalisadores convencionais de várias maneiras.

Termolabilidade, ou sensibilidade ao aumento de temperatura (Fig. 22).

Arroz. 22. Dependência da taxa de reação enzimática da temperatura

A uma temperatura não superior a 45-50°C, a velocidade da maioria das reações bioquímicas aumenta por um fator de 2 com um aumento de temperatura de 10°C de acordo com a regra de van't Hoff. Em temperaturas acima de 50°C, a velocidade da reação é afetada pela desnaturação térmica da proteína enzimática, levando gradualmente à sua desativação completa.

A temperatura na qual a atividade catalítica de uma enzima é máxima é chamada de temperatura ótima. A temperatura ótima para a maioria das enzimas de mamíferos está na faixa de 37-40°C. Em baixas temperaturas (0 °C e abaixo), as enzimas, via de regra, não são destruídas, embora sua atividade diminua quase a zero.

Dependência da atividade enzimática no valor de pH do meio(Fig. 23).

Para cada enzima, existe um valor de pH ótimo do meio no qual ela exibe atividade máxima. pH ótimo A ação das enzimas do tecido animal está dentro de uma estreita zona de concentração de íons de hidrogênio correspondente aos valores de pH fisiológico de 6,0-8,0 desenvolvidos no processo de evolução. As exceções são pepsina - 1,5-2,5; arginase - 9,5-10.

Arroz. 23. Dependência da taxa de reação enzimática do pH do meio

A influência das alterações do pH do meio sobre a molécula da enzima consiste no efeito sobre o grau de ionização de seus grupos ativos e, consequentemente, sobre a estrutura terciária da proteína e o estado do centro ativo. O pH também altera a ionização de cofatores, substratos, complexos enzima-substrato e produtos da reação.

Especificidade. A alta especificidade da ação das enzimas deve-se à complementaridade conformacional e eletrostática entre as moléculas do substrato e da enzima e à organização estrutural única do centro ativo, que garantem a seletividade da reação.

Especificidade absoluta - a capacidade de uma enzima para catalisar uma única reação. Por exemplo, a urease catalisa a hidrólise da uréia em NH3 e CO2, enquanto a arginase catalisa a hidrólise da arginina.

Especificidade relativa (grupo) - a capacidade de uma enzima para catalisar um grupo de reações de um certo tipo. A especificidade relativa, por exemplo, é possuída por enzimas hidrolíticas peptidase, que hidrolisam ligações peptídicas em moléculas de proteínas e peptídeos, e lipase, que hidrolisa ligações éster em moléculas de gordura.

especificidade estereoquímica possuem enzimas que catalisam a transformação de apenas um dos isômeros espaciais. A enzima fumarase catalisa a conversão do isômero trans do ácido butenodioico, ácido fumárico, em ácido málico, e não atua no isômero cis, ácido maleico.

A alta especificidade da ação das enzimas garante que apenas certas reações químicas ocorram de todas as transformações possíveis.

Propriedades da Enzima

1. Dependência da taxa de reação da temperatura

A dependência da atividade enzimática (taxa de reação) na temperatura é descrita curva de sino com uma velocidade máxima em valores temperatura ideal para uma determinada enzima. O aumento da taxa de reação à medida que a temperatura ótima se aproxima é explicado pelo aumento da energia cinética das moléculas reagentes.

Dependência da temperatura da taxa de reação

A lei do aumento da velocidade da reação em 2-4 vezes com um aumento na temperatura de 10°C também é válida para reações enzimáticas, mas apenas na faixa de até 55-60°C, ou seja, até temperaturas desnaturação proteínas. Com a diminuição da temperatura, a atividade das enzimas diminui, mas não desaparece completamente.

Como exceção, existem enzimas de alguns microrganismos que existem na água de fontes termais e gêiseres; sua temperatura ótima se aproxima do ponto de ebulição da água. Um exemplo de atividade fraca em baixas temperaturas é a hibernação de alguns animais (esquilos, ouriços), cuja temperatura corporal cai para 3-5°C. Essa propriedade das enzimas também é utilizada na prática cirúrgica durante operações na cavidade torácica, quando o paciente é submetido ao resfriamento a 22°C.

As enzimas podem ser muito sensíveis às mudanças de temperatura:

• Os gatos siameses têm focinho preto, pontas das orelhas, cauda, ​​patas. Nessas áreas, a temperatura é apenas 0,5°C mais baixa do que nas regiões centrais do corpo. Mas isso permite que a enzima que forma o pigmento nos folículos capilares funcione, com o menor aumento de temperatura, a enzima é inativada,
• o caso oposto - quando a temperatura ambiente cai na lebre, a enzima formadora de pigmento é inativada e a lebre recebe uma pelagem branca,
• proteína antiviral interferon começa a ser sintetizado nas células somente quando a temperatura corporal atinge 38°C,

Existem também situações únicas:

• para a maioria das pessoas, um aumento da temperatura corporal em 5°C (até 42°C) é incompatível com a vida devido a um desequilíbrio na velocidade das reações enzimáticas. Ao mesmo tempo, verificou-se em alguns atletas que durante a maratona a temperatura corporal era de cerca de 40°C, a temperatura corporal máxima registrada era de 44°C.

2. Dependência da taxa de reação em pH

A dependência também é descrita curva de sino com velocidade máxima em ideal para esta enzima valor do PH.

Essa característica das enzimas é essencial para o corpo em sua adaptação às mudanças nas condições externas e internas. Mudanças no valor de pH fora e dentro da célula desempenham um papel na patogênese de doenças, alterando a atividade de enzimas de várias vias metabólicas.

Para cada enzima, existe uma certa faixa estreita de pH do meio, que é ideal para a manifestação de sua maior atividade. Por exemplo, os valores ideais de pH para pepsina são 1,5-2,5, tripsina 8,0-8,5, amilase salivar 7,2, arginase 9,7, fosfatase ácida 4,5-5,0, succinato desidrogenase 9,0.

A dependência da taxa de reação no valor do pH

A dependência da atividade da acidez do meio é explicada pela presença de aminoácidos na estrutura da enzima, cuja carga muda com a mudança do pH (glutamato, aspartato, lisina, arginina, histidina). Uma mudança na carga dos radicais desses aminoácidos leva a uma mudança em sua interação iônica durante a formação da estrutura terciária da proteína, uma mudança em sua carga e o aparecimento de uma configuração diferente do centro ativo e, portanto, , o substrato se liga ou não ao centro ativo.

Mudanças na atividade de enzimas com uma mudança no pH também podem adaptável funções. Por exemplo, no fígado, as enzimas da gliconeogênese requerem um pH mais baixo do que as enzimas da glicólise, o que é combinado com sucesso com a acidificação dos fluidos corporais durante o jejum ou o exercício.

Para a maioria das pessoas, mudanças no pH do sangue além de 6,8-7,8 (a uma taxa de 7,35-7,45) são incompatíveis com a vida devido a um desequilíbrio na taxa de reações enzimáticas. Ao mesmo tempo, alguns maratonistas mostraram uma diminuição no pH do sangue no final da distância para 6,8-7,0. E mesmo assim continuaram trabalhando!

3. Dependência da quantidade de enzima

Com o aumento do número de moléculas de enzima, a velocidade da reação aumenta continuamente e é diretamente proporcional à quantidade de enzima, porque mais moléculas de enzima produzem mais moléculas de produto.

Quase todas as reações bioquímicas são enzimáticas. Enzimas(biocatalisadores) são substâncias de natureza proteica ativadas por cátions metálicos. Cerca de 2.000 enzimas diferentes são conhecidas, e cerca de 150 delas foram isoladas, algumas das quais são usadas como drogas. A tripsina e a quimotripsina são usadas para tratar bronquite e pneumonia; pepsina - para o tratamento de gastrite; plasmina - para o tratamento de ataque cardíaco; pancreatina - para o tratamento do pâncreas. As enzimas diferem dos catalisadores convencionais em (a) maior atividade catalítica; (b) alta especificidade, i.e. ação seletiva.

O mecanismo de uma reação enzimática de substrato único pode ser representado pelo esquema:

onde E é uma enzima,

S - substrato,

ES - complexo enzima-substrato,

R é o produto da reação.

A característica do primeiro estágio da reação enzimática é Constante de Michaelis (K M). K M é o inverso da constante de equilíbrio:

a constante de Michaelis (KM) caracteriza a estabilidade do complexo enzima-substrato (ES). Quanto menor a constante de Michaelis (KM), mais estável é o complexo.

A velocidade de uma reação enzimática é igual à velocidade de sua etapa limitante de velocidade:

onde k 2 é a constante de velocidade, chamada número de revoluções ou atividade molecular da enzima.

atividade molecular de uma enzima(k 2) é igual ao número de moléculas de substrato que sofrem transformações sob a influência de uma molécula de enzima em 1 minuto a 25 0 C. Esta constante assume valores na faixa: 1 10 4< k 2 < 6·10 6 мин‾ 1 .

Para a urease, que acelera a hidrólise da uréia, k 2 = 1,85∙10 6 min‾ 1; para a adenosina trifosfatase, que acelera a hidrólise do ATP, k 2 = 6,24∙10 6 min‾ 1; para catalase, que acelera a decomposição de H 2 O 2, k 2 = 5∙10 6 min‾ 1.

No entanto, a equação cinética da reação enzimática na forma em que é dada acima é praticamente impossível de usar devido à impossibilidade de determinar experimentalmente a concentração do complexo enzima-substrato (). Expressando em termos de outras quantidades, facilmente determinadas experimentalmente, obtemos a equação cinética das reações enzimáticas, chamado Equação de Michaelis-Menten (1913):

,

onde o produto k 2 [E]tot é o valor da constante, que é denotada por (velocidade máxima).

Respectivamente:

Considere casos especiais da equação de Michaelis-Menten.

1) Em uma baixa concentração de substrato, K M >> [S], portanto

que corresponde à equação cinética da reação de primeira ordem.

2) Em uma alta concentração do substrato K m<< [S], поэтому

que corresponde à equação cinética da reação de ordem zero.

Assim, em uma baixa concentração de substrato, a taxa de reação enzimática aumenta com o aumento do conteúdo de substrato no sistema, e em uma alta concentração de substrato, a curva cinética atinge um platô (a taxa de reação não depende da concentração de substrato) ( Fig. 30).

Figura 30. - Curva cinética da reação enzimática

Se [S] = K M, então

que permite determinar graficamente a constante de Michaelis K m (Fig. 31).

Figura 31. - Definição gráfica da constante de Michaelis

A atividade enzimática é influenciada por: (a) temperatura, (b) acidez do meio, (c) presença de inibidores. O efeito da temperatura na velocidade de uma reação enzimática é discutido no capítulo 9.3.

A influência da acidez do meio na velocidade da reação enzimática é mostrada na Figura 32. A atividade máxima da enzima corresponde ao valor ótimo do valor de pH (pH opt).

Figura 32. - Influência da acidez das soluções na atividade das enzimas

Para a maioria das enzimas, os valores de pH ideais coincidem com os valores fisiológicos (7,3 - 7,4). No entanto, existem enzimas que requerem um ambiente fortemente ácido (pepsina - 1,5-2,5) ou bastante alcalino (arginase - 9,5 - 9,9) para seu funcionamento normal.

Inibidores de enzimas- São substâncias que ocupam parte dos centros ativos das moléculas enzimáticas, pelo que a velocidade da reação enzimática diminui. Cátions de metais pesados, ácidos orgânicos e outros compostos atuam como inibidores.

Aula 11

A estrutura do átomo

Existem duas definições para o termo "átomo". Átomoé a menor partícula de um elemento químico que mantém suas propriedades químicas.

Átomoé um microssistema eletricamente neutro que consiste em um núcleo carregado positivamente e uma camada eletrônica carregada negativamente.

A doutrina do átomo percorreu um longo caminho de desenvolvimento. Os principais estágios no desenvolvimento da atomística incluem:

1) estágio natural-filosófico - o período de formação do conceito de estrutura atômica da matéria, não confirmado pela experiência (século V aC - século XVI dC);

2) o estágio de formação da hipótese sobre o átomo como a menor partícula de um elemento químico (séculos XVIII-XIX);

3) a etapa de criação de modelos físicos que refletem a complexidade da estrutura do átomo e permitem descrever suas propriedades (início do século XX)

4) o estágio moderno da atomística é chamado de mecânica quântica. Mecânica quânticaé um ramo da física que estuda o movimento das partículas elementares.

PLANO

11.1. A estrutura do núcleo. Isótopos.

11.2. Modelo quântico-mecânico da camada eletrônica do átomo.

11.3. Características físicas e químicas dos átomos.

A estrutura do núcleo. isótopos

núcleo do átomo- Esta é uma partícula carregada positivamente, consistindo de prótons, nêutrons e algumas outras partículas elementares.

É geralmente aceito que as principais partículas elementares do núcleo são prótons e nêutrons. Próton (p) -é uma partícula elementar cuja massa atômica relativa é 1 amu e cuja carga relativa é + 1. Nêutron (n) -é uma partícula elementar que não tem carga elétrica, cuja massa é igual à massa de um próton.

O núcleo contém 99,95% da massa de um átomo. Forças nucleares especiais de extensão atuam entre partículas elementares, excedendo significativamente as forças de repulsão eletrostática.

A característica fundamental de um átomo é carregar seu núcleos, igual ao número de prótons e coincidente com o número de série do elemento no sistema periódico de elementos químicos. Uma coleção (tipo) de átomos com a mesma carga nuclear é chamada Elemento químico. Elementos com números de 1 a 92 são encontrados na natureza.

isótopos- São átomos do mesmo elemento químico contendo o mesmo número de prótons e um número diferente de nêutrons no núcleo.

onde o número de massa (A) é a massa do núcleo, z é a carga do núcleo.

Cada elemento químico é uma mistura de isótopos. Como regra, o nome dos isótopos coincide com o nome de um elemento químico. No entanto, nomes especiais foram introduzidos para isótopos de hidrogênio. O elemento químico hidrogênio é representado por três isótopos:

Número p Número n

Prótio H 1 0

Deutério D 1 1

Trítio T 1 2

Os isótopos de um elemento químico podem ser estáveis ​​ou radioativos. Os isótopos radioativos contêm núcleos que colapsam espontaneamente com a liberação de partículas e energia. A estabilidade de um núcleo é determinada pela sua razão nêutron-próton.

Entrando no corpo, os radionuclídeos interrompem o curso dos processos bioquímicos mais importantes, reduzem a imunidade, condenam o corpo a doenças. O corpo se protege dos efeitos da radiação absorvendo seletivamente elementos do ambiente. Os isótopos estáveis ​​têm precedência sobre os isótopos radioativos. Em outras palavras, isótopos estáveis ​​bloqueiam o acúmulo de isótopos radioativos em organismos vivos (Tabela 8).

O livro de S. Shannon "Nutrition in the Atomic Age" fornece os seguintes dados. Se uma dose bloqueadora de um isótopo estável de iodo, igual a ~100 mg, for tomada no máximo 2 horas após a entrada do I-131 no corpo, a absorção de radioiodo na glândula tireoide diminuirá em 90%.

Os radioisótopos são usados ​​na medicina

para o diagnóstico de algumas doenças,

para o tratamento de todas as formas de câncer,

para estudos fisiopatológicos.

Tabela 8 - Efeito de bloqueio de isótopos estáveis