Bazele cineticii proceselor enzimatice au fost stabilite în lucrările lui Michaelis și Menten, în special, în ecuația complexului enzimă-substrat.

Cinetica proceselor enzimatice este înțeleasă ca o secțiune a științei enzimelor care studiază dependența vitezei unei reacții enzimatice de natura chimică a substratului, condițiile de mediu și factorii externi care afectează cursul reacției.
Când concentrația de substrat este suficient de mare, aceasta nu mai afectează viteza, deoarece aceasta din urmă a devenit maximă (indicând că întreaga enzimă este legată de substrat).
Studiul activității enzimatice se realizează la concentrații mari de substraturi (de ordinul zero al reacției). În aceste condiții, toate modificările vitezei de reacție vor depinde numai de cantitatea de enzimă. Cu toate acestea, în celulele vii, concentrațiile de substrat sunt, de regulă, departe de saturația enzimelor. Aceasta înseamnă că enzimele din celule nu își folosesc întreaga putere.
Dependența vitezei de reacție enzimatică de cantitatea de enzimă
Dacă substratul este în exces, ceea ce este practic cazul în condiții experimentale, atunci viteza de reacție este proporțională cu cantitatea de enzimă. Dar, dacă cantitatea de enzimă este crescută, astfel încât substratul să nu fie în exces, atunci această proporționalitate va fi încălcată.
Viteza reacției enzimatice crește liniar odată cu creșterea conținutului de enzimă. Dar o creștere excesivă a concentrației enzimei duce la faptul că substratul devine mai mic decât enzima, iar acest lucru se manifestă printr-o scădere a creșterii vitezei de reacție.
Efecte asupra modulatorilor enzimatici
Activitatea enzimelor se poate modifica nu numai din cauza modificărilor cantității de substrat, enzimă, pH-ul mediului, ci și sub influența diferitelor substanțe chimice. Substanțele care afectează cursul reacțiilor enzimatice se numesc modulatori sau efectori. Ele sunt împărțite în activatori și inhibitori, adică sub influența lor, reacția poate fi accelerată sau încetinită. Studiul acțiunii modulatorilor enzimatici este de importanță practică, deoarece permite o înțelegere mai profundă a naturii acțiunii enzimelor. Unele dintre ele joacă rolul de regulatori naturali ai metabolismului. Există multe tipuri de modulatori ai activității enzimatice care diferă ca structură și mecanism de acțiune.
activatori enzimatici
Rolul de activatori îl pot juca atât substanțele organice (acizi biliari, enzime etc.), cât și substanțele anorganice (ioni metalici, anioni). Adesea există cazuri când aceeași substanță în relație cu o enzimă este un activator, iar în relație cu alta - un inhibitor. Ionii metalici sunt activatori foarte specifici pentru anumite enzime. Ele pot contribui la atașarea substratului la enzimă, pot participa la formarea structurii terțiare a enzimei sau pot face parte din situsul activ. Ionii multor metale (sodiu, potasiu, calciu, magneziu, fier, cupru etc.) sunt componente esentiale care sunt necesare pentru functionarea normala a multor enzime. Uneori, unele enzime au nevoie de mai mulți ioni diferiți. De exemplu, pentru Na +, K + -ATPaza, care transportă ioni prin membrana plasmatică, ionii de potasiu, sodiu și magneziu sunt necesari pentru funcționarea normală.
Metalele pot face parte din grupul protetic de enzime. De exemplu, fierul din compoziția compușilor porfirine este o componentă necesară a enzimelor sistemului citocrom, catalaza și peroxidaza; cobaltul este inclus în grupul protetic al enzimelor homocisteină transmetilază și metimalonil izomerază; cupru - pentru a ascorba oxidaza; manganul este un activator al izocitrat dehidrogenazei.
Metaloenzimele care conțin predominant ioni divalenți și trivalenți în compoziția lor formează compuși chelați sub formă de gheare cu reziduurile grupurilor funcționale de aminoacizi și ionii corespunzători. În astfel de compuși, ionii oferă enzimelor cu o anumită structură spațială și contribuie la formarea complexelor enzimă-substrat. Unele enzime în absența metalelor pur și simplu nu prezintă acțiune enzimatică. De exemplu, anhidraza carbonică fără zinc nu are proprietățile unei enzime și acțiunea zincului nu poate fi înlocuită cu niciun alt ion.
Există un grup de enzime care sunt activate de cAMP. Astfel de enzime se numesc protein kinaze. Mecanismul de activare a acestora este următorul. Protein kinaza constă din două subunități: una catalitică care conține un situs activ și una reglatoare, în care se află situsul de legare a cAMP. Enzima este inactivă deoarece locul său activ este închis. Este eliberat numai prin interacțiunea dintre c-AMP și centrul de reglare al enzimei.

Cinetica enzimatică studiază influența diverșilor factori (concentrația S și E, pH, temperatură, presiune, inhibitori și activatori) asupra vitezei reacțiilor enzimatice. Scopul principal al studierii cineticii reacțiilor enzimatice este obținerea de informații care să permită o înțelegere mai profundă a mecanismului de acțiune al enzimelor.

Curba cinetică vă permite să determinați viteza de reacție inițială V 0 .

Curba de saturație a substratului.

Dependența vitezei de reacție de concentrația enzimei.

Dependența vitezei de reacție de temperatură.

Dependența vitezei de reacție de pH.

pH-ul optim pentru acțiunea majorității enzimelor se află în intervalul fiziologic de 6,0-8,0. Pepsina este activă la pH 1,5-2,0, ceea ce corespunde acidității sucului gastric. Arginaza, o enzimă hepatică specifică, este activă la 10,0. Influența pH-ului mediului asupra vitezei reacției enzimatice este asociată cu starea și gradul de ionizare a grupărilor ionogene din molecula enzimei și substratului. Acest factor determină conformația proteinei, starea centrului activ și a substratului, formarea complexului enzimă-substrat și procesul de cataliză în sine.

Descrierea matematică a curbei de saturație a substratului, constanta Michaelis .

Ecuația care descrie curba de saturație a substratului a fost propusă de Michaelis și Menton și poartă numele lor (ecuația Michaelis-Menten): V = (V MAX *[ S])/(km+[ S]) , unde Km este constanta Michaelis. Este ușor de calculat că pentru V = V MAX /2 Km = [S], adică. Km este concentrația de substrat la care viteza de reacție este ½ V MAX. Pentru a simplifica determinarea V MAX și Km, ecuația Michaelis-Menten poate fi recalculată. 1/V = (Km+[S])/(V MAX *[S]), 1/V = Km/(V MAX *[S]) + 1/V MAX ,

1/ V = km/ V MAX *1/[ S] + 1/ V MAX ecuația Lineweaver-Burk. Ecuația care descrie graficul Lineweaver-Burk este ecuația unei linii drepte (y = mx + c), unde 1/V MAX este segmentul interceptat de linia dreaptă pe axa y; Km/V MAX - tangenta pantei dreptei; intersectia dreptei cu axa x da valoarea 1/Km. Graficul Lineweaver-Burk permite determinarea Km dintr-un număr relativ mic de puncte. Acest grafic este folosit și la evaluarea efectului inhibitorilor, așa cum va fi discutat mai jos. Valorile Km variază într-o gamă largă: de la 10 -6 mol/l pentru enzimele foarte active până la 10 -2 pentru enzimele inactive.

Estimările Km au valoare practică. La concentrații de substrat de 100 de ori Km, enzima va funcționa aproape la viteza maximă, astfel încât rata maximă V MAX va reflecta cantitatea de enzimă activă prezentă. Această circumstanță este utilizată pentru a evalua conținutul de enzimă din preparat. În plus, Km este o caracteristică a enzimei, care este utilizată pentru a diagnostica enzimopatiile.

Inhibarea activității enzimatice.

O caracteristică extrem de caracteristică și importantă a enzimelor este inactivarea lor sub influența anumitor inhibitori.

Inhibitori - Sunt substanțe care provoacă inhibarea parțială sau completă a reacțiilor catalizate de enzime.

Inhibarea activității enzimatice poate fi ireversibilă sau reversibilă, competitivă sau necompetitivă.

inhibiție ireversibilă - aceasta este o inactivare persistentă a enzimei rezultată din legarea covalentă a unei molecule inhibitoare în situsul activ sau într-un alt situs special care modifică conformația enzimei. Este practic exclusă disocierea unor astfel de complexe stabile cu regenerarea enzimei libere. Pentru a depăși consecințele unei astfel de inhibiții, organismul trebuie să sintetizeze noi molecule de enzime.

Inhibare reversibilă – se caracterizează prin complexarea de echilibru a inhibitorului cu enzima datorită legăturilor necovalente, în urma căreia astfel de complexe sunt capabile să se disocieze cu restabilirea activității enzimatice.

Clasificarea inhibitorilor în competitivi și necompetitivi se bazează pe atenuarea ( inhibiție competitivă ) sau nu este slăbit ( inhibiție necompetitivă ) acţiunea lor inhibitoare cu creşterea concentraţiei substratului.

Inhibitori competitivi sunt, de regulă, compuși a căror structură este similară cu cea a substratului. Acest lucru le permite să se lege în același loc activ ca și substraturile, prevenind interacțiunea enzimei cu substratul aflat deja în stadiul de legare. Odată legat, inhibitorul poate fi transformat într-un produs sau poate rămâne în situsul activ până când apare disocierea.

Inhibarea competitivă reversibilă poate fi reprezentat sub formă de diagramă:

E↔ E-I → E + P 1

S (inactiv)

Gradul de inhibare a enzimei este determinat de raportul dintre concentrațiile de substrat și enzime.

Un exemplu clasic al acestui tip de inhibiție este inhibarea activității succinat dehidrogenazei (SDH) de către malat, care înlocuiește succinatul de la locul substratului și previne conversia acestuia în fumarat:

Legarea covalentă a inhibitorului la locul activ duce la inactivarea enzimei (inhibare ireversibilă). Un exemplu inhibiție competitivă ireversibilă poate servi inactivarea triozofosfat izomerazei de către 3-cloroacetolfosfat. Acest inhibitor este un analog structural al substratului, dihidroxiacetona fosfat, și se atașează ireversibil la reziduul de acid glutamic din situsul activ:

Unii inhibitori acționează mai puțin selectiv, interacționând cu un anumit grup funcțional din centrul activ al diferitelor enzime. Astfel, legarea iodoacetatului sau amidei sale de grupa SH a aminoacidului cisteină, care este situat în centrul activ al enzimei și participă la cataliză, duce la o pierdere completă a activității enzimatice:

R-SH + JCH2COOH → HJ + R-S-CH2COOH

Prin urmare, acești inhibitori inactivează toate enzimele care au grupări SH implicate în cataliză.

Inhibarea ireversibilă a hidrolazelor sub acțiunea gazelor nervoase (sarin, soman) se datorează legăturii lor covalente la reziduul de serină din centrul activ.

Metoda inhibiției competitive și-a găsit o largă aplicare în practica medicală. Medicamentele sulfanilamide - antagoniști ai acidului p-aminobenzoic, pot servi ca exemplu de inhibitori competitivi metabolizabili. Se leagă de dihidropterat sintetaza, o enzimă bacteriană care transformă p-aminobenzoatul în acid folic, care este necesar pentru creșterea bacteriilor. Bacteria moare ca urmare a faptului că sulfanilamida legată este transformată într-un alt compus și nu se formează acid folic.

Inhibitori necompetitivi de obicei se leagă de molecula de enzimă la un loc diferit de locul de legare a substratului, iar substratul nu concurează direct cu inhibitorul. Deoarece inhibitorul și substratul se leagă de centri diferiți, se pot forma atât complexul E-I cât și complexul S-E-I. Complexul S-E-I se descompune de asemenea pentru a forma un produs, dar cu o rată mai lent decât E-S, astfel încât reacția va încetini, dar nu se va opri. Astfel, pot avea loc următoarele reacții paralele:

E↔ E-I ↔ S-E-I → E-I + P

Inhibarea reversibilă necompetitivă este relativ rară.

Se numesc inhibitori necompetitivi alosterică spre deosebire de competitiv izosterică ).

Inhibarea reversibilă poate fi studiată cantitativ pe baza ecuației Michaelis-Menten.

Cu inhibiția competitivă, V MAX rămâne constantă, în timp ce Km crește.

Cu inhibiția necompetitivă, V MAX scade cu Km neschimbat.

Dacă produsul de reacție inhibă enzima care catalizează formarea acesteia, se numește această metodă de inhibare retroinhibarea sau inhibarea feedback-ului . De exemplu, glucoza inhibă glucoza-6-fosfataza, care catalizează hidroliza glucozei-6-fosfatului.

Semnificația biologică a acestei inhibiții este reglarea anumitor căi metabolice (vezi sesiunea următoare).

PARTEA PRACTICĂ

Temă către studenți

1. Să studieze denaturarea proteinelor sub acţiunea soluţiilor de acizi minerali şi organici şi la încălzire.

2. Detectați coenzima NAD în drojdie.

3. Determinați activitatea amilazei în urină (serul de sânge).

9. STANDARDE DE RĂSPUNSURI LA SARCINI, întrebări de testare utilizate în controlul cunoștințelor în clasă (pot fi sub forma unei aplicații)

10. NATURA ȘI SCOPUL POSIBILELOR LUCRĂRI DE FORMARE ȘI CERCETARE PE TEMA

(Indicați în mod specific natura și forma UIRS: pregătirea prezentărilor de rezumate, cercetare independentă, joc de simulare, înregistrarea unui istoric medical folosind literatura monografică etc. formulare)

Cinetica enzimatică studiază influența naturii chimice a substanțelor care reacţionează (enzime, substraturi) și condițiile de interacțiune a acestora (pH, temperatură, concentrație, prezența activatorilor sau inhibitorilor) asupra vitezei unei reacții enzimatice. Viteza de reacție enzimatică (u) este măsurată prin scăderea cantității de substrat sau creșterea produsului de reacție pe unitatea de timp.

La o concentrație scăzută de substrat, viteza de reacție

direct proporțională cu concentrația sa. La o concentrație mare de substrat, când toate locurile active ale enzimei sunt ocupate de substrat ( saturarea enzimei cu substratul), viteza de reacție este maximă, devine constantă și nu depinde de concentrația substratului [S] și depinde complet de concentrația enzimei (Fig. 19).

K S este constanta de disociere a complexului enzimă-substrat ES, invers constanta de echilibru:

.

Cu cât valoarea K S este mai mică, cu atât este mai mare afinitatea enzimei pentru substrat.

Orez. 19. Dependența vitezei reacției enzimatice de concentrația substratului la o concentrație constantă a enzimei

Relația cantitativă dintre concentrația substratului și viteza reacției enzimatice exprimă Ecuația Michaelis-Menten:

,

u este viteza de reacție, u max este viteza maximă a reacției enzimatice.

Briggs și Haldane au îmbunătățit ecuația introducând în ea constanta Michaelis K m determinat experimental.

Ecuația Briggs-Haldane:

,

.

Constanta Michaelis este numeric egală cu concentrația substratului (mol/l) la care viteza de reacție enzimatică este jumătate din maxim (Fig. 20). K m arată afinitatea enzimei față de substrat: cu cât valoarea sa este mai mică, cu atât este mai mare afinitatea.

Valorile experimentale ale Km pentru majoritatea reacțiilor enzimatice care implică un singur substrat sunt de obicei 10 -2 -10 -5 M. Dacă reacția este reversibilă, atunci interacțiunea enzimei cu substratul reacției directe este caracterizată de K m care diferă de cel pentru substratul reacției inverse.

G. Lineweaver și D. Burke au transformat ecuația Briggs-Haldane și au obținut ecuația unei linii drepte: y = ax + b (Fig. 21):

.

Metoda Lineweaver-Burk oferă un rezultat mai precis.

Orez. 21. Definirea grafică a constantei Michaelis

conform metodei Lineweaver-Burk

PROPRIETATI ALE ENZIMELOR

Enzimele diferă de catalizatorii convenționali în mai multe moduri.

Termolabilitatea, sau sensibilitatea la creșterea temperaturii (Fig. 22).

Orez. 22. Dependenţa vitezei de reacţie enzimatică de temperatură

La o temperatură care nu depășește 45–50 °C, viteza majorității reacțiilor biochimice crește cu un factor de 2 cu o creștere a temperaturii cu 10 °C conform regulii van't Hoff. La temperaturi peste 50 °C, viteza de reacție este afectată de denaturarea termică a proteinei enzimatice, ducând treptat la dezactivarea completă a acesteia.

Temperatura la care activitatea catalitică a unei enzime este maximă se numește ea temperatura optima. Temperatura optimă pentru majoritatea enzimelor de mamifere este în intervalul 37-40 °C. La temperaturi scăzute (0 °C și mai jos), enzimele, de regulă, nu sunt distruse, deși activitatea lor scade aproape la zero.

Dependența activității enzimatice de valoarea pH-ului mediului(Fig. 23).

Pentru fiecare enzimă, există o valoare optimă a pH-ului mediului la care prezintă activitate maximă. pH optim Acțiunea enzimelor din țesutul animal se află într-o zonă îngustă de concentrație a ionilor de hidrogen, corespunzătoare valorilor fiziologice ale pH-ului de 6,0-8,0 dezvoltate în procesul de evoluție. Excepție fac pepsina - 1,5-2,5; arginază - 9,5-10.

Orez. 23. Dependenţa vitezei de reacţie enzimatică de pH-ul mediului

Influența modificărilor pH-ului mediului asupra moleculei enzimatice constă în efectul asupra gradului de ionizare a grupelor sale active și, în consecință, asupra structurii terțiare a proteinei și a stării centrului activ. pH-ul modifică, de asemenea, ionizarea cofactorilor, substraturilor, complexelor enzimă-substrat și a produselor de reacție.

Specificitate. Specificitatea ridicată a acțiunii enzimelor se datorează complementarității conformaționale și electrostatice dintre moleculele substratului și enzimei și organizării structurale unice a centrului activ, care asigură selectivitatea reacției.

Specificitate absolută - capacitatea unei enzime de a cataliza o singură reacție. De exemplu, ureaza catalizează hidroliza ureei la NH3 și CO2, în timp ce arginaza catalizează hidroliza argininei.

Specificitate relativă (de grup) - capacitatea unei enzime de a cataliza un grup de reacții de un anumit tip. Specificitatea relativă, de exemplu, este posedată de enzimele hidrolitice peptidază, care hidrolizează legăturile peptidice în moleculele de proteine ​​și peptide și lipaza, care hidrolizează legăturile esterice din moleculele de grăsime.

specificitate stereochimică posedă enzime care catalizează transformarea doar a unuia dintre izomerii spațiali. Enzima fumarază catalizează conversia izomerului trans al acidului butendioic, acid fumaric, în acid malic și nu acționează asupra izomerului cis, acid maleic.

Specificitatea ridicată a acțiunii enzimelor asigură că din toate transformările posibile apar numai anumite reacții chimice.

Proprietăţile enzimelor

1. Dependența vitezei de reacție de temperatură

Este descrisă dependența activității enzimei (viteza de reacție) de temperatură curba clopotului cu o viteză maximă la valori temperatura optimă pentru o anumită enzimă. Creșterea vitezei de reacție pe măsură ce se apropie de temperatura optimă se explică prin creșterea energiei cinetice a moleculelor care reacţionează.

Dependența de temperatură a vitezei de reacție

Legea privind creșterea vitezei de reacție de 2-4 ori cu creșterea temperaturii cu 10°C este valabilă și pentru reacțiile enzimatice, dar numai în intervalul de până la 55-60°C, adică. până la temperaturi denaturare proteine. Odată cu scăderea temperaturii, activitatea enzimelor scade, dar nu dispare complet.

Prin excepție, există enzime ale unor microorganisme care există în apa izvoarelor termale și gheizerelor; temperatura optimă a acestora se apropie de punctul de fierbere al apei. Un exemplu de activitate slabă la temperaturi scăzute este hibernarea unor animale (veverițe de pământ, arici), a căror temperatură corporală scade la 3-5°C. Această proprietate a enzimelor este utilizată și în practica chirurgicală în timpul operațiilor pe cavitatea toracică, când pacientul este supus răcirii la 22°C.

Enzimele pot fi foarte sensibile la schimbările de temperatură:

• Pisicile siameze au botul negru, vârfurile urechilor, coadă, labe. În aceste zone, temperatura este cu doar 0,5 ° C mai mică decât în ​​regiunile centrale ale corpului. Dar acest lucru permite enzimei care formează pigmentul în foliculii de păr să funcționeze, cu cea mai mică creștere a temperaturii, enzima este inactivată,
• cazul opus - atunci când temperatura ambientală scade la iepure, enzima care formează pigment este inactivată și iepurele capătă o haină albă,
• proteine ​​antivirale interferonîncepe să fie sintetizat în celule numai când temperatura corpului atinge 38 ° C,

Există și situații unice:

• pentru majoritatea oamenilor, o creștere a temperaturii corpului cu 5°C (până la 42°C) este incompatibilă cu viața din cauza unui dezechilibru în rata reacțiilor enzimatice. În același timp, unii sportivi au descoperit că în timpul alergării la maraton temperatura corpului lor era de aproximativ 40°C, temperatura maximă înregistrată a corpului a fost de 44°C.

2. Dependența vitezei de reacție de pH

Este descrisă și dependența curba clopotului cu viteza maxima la optim pentru această enzimă Valoarea pH-ului.

Această caracteristică a enzimelor este esențială pentru adaptarea organismului la condițiile externe și interne în schimbare. Schimbările valorii pH în exteriorul și în interiorul celulei joacă un rol în patogeneza bolilor prin modificarea activității enzimelor din diferite căi metabolice.

Pentru fiecare enzimă, există un anumit interval de pH îngust al mediului, care este optim pentru manifestarea celei mai înalte activități. De exemplu, valorile optime ale pH-ului pentru pepsină sunt 1,5-2,5, tripsina 8,0-8,5, amilaza salivară 7,2, arginază 9,7, fosfatază acidă 4,5-5,0, succinat dehidrogenază 9,0.

Dependența vitezei de reacție de valoarea pH-ului

Dependența activității de aciditatea mediului se explică prin prezența aminoacizilor în structura enzimei, a căror sarcină se modifică odată cu schimbarea pH-ului (glutamat, aspartat, lizină, arginină, histidină). O modificare a încărcăturii radicalilor acestor aminoacizi duce la o modificare a interacțiunii ionice a acestora în timpul formării structurii terțiare a proteinei, la o modificare a sarcinii acesteia și la apariția unei configurații diferite a centrului activ și, prin urmare, , substratul se leagă sau nu se leagă de centrul activ.

Modificări ale activității enzimelor cu o schimbare a pH-ului pot, de asemenea adaptativ funcții. De exemplu, în ficat, enzimele de gluconeogeneză necesită un pH mai scăzut decât enzimele de glicoliză, care este combinat cu succes cu acidificarea fluidelor corporale în timpul postului sau efortului.

Pentru majoritatea oamenilor, schimbările pH-ului sângelui peste 6,8-7,8 (la o rată de 7,35-7,45) sunt incompatibile cu viața din cauza unui dezechilibru în rata reacțiilor enzimatice. În același timp, unii alergători de maraton au prezentat o scădere a pH-ului sângelui la sfârșitul distanței la 6,8-7,0. Și totuși au continuat să lucreze!

3. Dependența de cantitatea de enzimă

Odată cu creșterea numărului de molecule de enzimă, viteza de reacție crește continuu și este direct proporțională cu cantitatea de enzimă, deoarece mai multe molecule de enzime produc mai multe molecule de produs.

Aproape toate reacțiile biochimice sunt enzimatice. Enzime(biocatalizatorii) sunt substanțe de natură proteică activate de cationi metalici. Sunt cunoscute aproximativ 2000 de enzime diferite, iar aproximativ 150 dintre ele au fost izolate, dintre care unele sunt folosite ca medicamente. Tripsina și chimotripsina sunt folosite pentru a trata bronșita și pneumonia; pepsină - pentru tratamentul gastritei; plasmină - pentru tratamentul atacului de cord; pancreatina - pentru tratamentul pancreasului. Enzimele diferă de catalizatorii convenționali prin (a) activitate catalitică mai mare; (b) specificitate ridicată, adică actiune selectiva.

Mecanismul unei reacții enzimatice cu un singur substrat poate fi reprezentat prin schema:

unde E este o enzimă,

S - substrat,

ES - complex enzimatic-substrat,

R este produsul reacției.

Caracteristica primei etape a reacţiei enzimatice este constanta Michaelis (K M). K M este reciproca constantei de echilibru:

constanta Michaelis (KM) caracterizează stabilitatea complexului enzimă-substrat (ES). Cu cât constanta Michaelis (KM) este mai mică, cu atât complexul este mai stabil.

Viteza unei reacții enzimatice este egală cu viteza etapei sale de limitare a vitezei:

unde k 2 este constanta vitezei, numită numărul de revoluții sau activitatea moleculară a enzimei.

activitatea moleculară a unei enzime(k 2) este egal cu numărul de molecule de substrat care suferă transformări sub influența unei molecule de enzimă într-un minut la 25 0 C. Această constantă ia valori în intervalul: 1 10 4< k 2 < 6·10 6 мин‾ 1 .

Pentru ureaza, care accelerează hidroliza ureei, k 2 = 1,85∙10 6 min‾ 1; pentru adenozin trifosfataza, care accelerează hidroliza ATP, k 2 = 6,24∙10 6 min‾ 1; pentru catalază, care accelerează descompunerea H 2 O 2, k 2 = 5∙10 6 min‾ 1.

Cu toate acestea, ecuația cinetică a reacției enzimatice în forma în care este dată mai sus este practic imposibil de utilizat din cauza imposibilității determinării experimentale a concentrației complexului enzimă-substrat (). Exprimarea în termeni de alte mărimi, ușor de determinat experimental, obținem ecuația cinetică a reacțiilor enzimatice, numit Ecuația Michaelis-Menten (1913):

,

unde produsul k 2 [E]tot este valoarea constantei, care se notează cu (viteza maximă).

Respectiv:

Luați în considerare cazuri speciale ale ecuației Michaelis-Menten.

1) La o concentrație scăzută de substrat, K M >> [S], prin urmare

care corespunde ecuaţiei cinetice a reacţiei de ordinul întâi.

2) La o concentrație mare a substratului K m<< [S], поэтому

care corespunde ecuaţiei cinetice a reacţiei de ordin zero.

Astfel, la o concentrație scăzută de substrat, viteza reacției enzimatice crește odată cu creșterea conținutului de substrat din sistem, iar la o concentrație mare de substrat, curba cinetică atinge un platou (viteza de reacție nu depinde de concentrația de substrat) ( Fig. 30).

Figura 30. - Curba cinetică a reacţiei enzimatice

Dacă [S] = K M, atunci

care vă permite să determinați grafic constanta Michaelis K m (Fig. 31).

Figura 31. - Definirea grafică a constantei Michaelis

Activitatea enzimatică este influențată de: (a) temperatură, (b) aciditatea mediului, (c) prezența inhibitorilor. Efectul temperaturii asupra vitezei unei reacții enzimatice este discutat în capitolul 9.3.

Influența acidității mediului asupra vitezei reacției enzimatice este prezentată în Figura 32. Activitatea maximă a enzimei corespunde valorii optime a valorii pH-ului (pH opt).

Figura 32. - Influența acidității soluțiilor asupra activității enzimelor

Pentru majoritatea enzimelor, valorile optime ale pH-ului coincid cu valorile fiziologice (7,3 - 7,4). Cu toate acestea, există enzime care necesită un mediu puternic acid (pepsină - 1,5-2,5) sau destul de alcalin (arginaza - 9,5 - 9,9) pentru funcționarea lor normală.

Inhibitori de enzime- Sunt substanțe care ocupă o parte din centrii activi ai moleculelor enzimatice, în urma cărora viteza reacției enzimatice scade. Cationii de metale grele, acizii organici și alți compuși acționează ca inhibitori.

Cursul 11

Structura atomului

Există două definiții ale termenului „atom”. Atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează proprietățile chimice.

Atom este un microsistem neutru din punct de vedere electric format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și un înveliș de electroni încărcat negativ.

Doctrina atomului a parcurs un drum lung de dezvoltare. Principalele etape ale dezvoltării atomisticii includ:

1) etapa naturalo-filosofică - perioada de formare a conceptului de structură atomică a materiei, neconfirmată prin experiment (sec. V î.Hr. - secolul XVI d.Hr.);

2) stadiul formării ipotezei despre atom ca cea mai mică particulă a unui element chimic (secolele XVIII-XIX);

3) etapa creării modelelor fizice care reflectă complexitatea structurii atomului și fac posibilă descrierea proprietăților acestuia (începutul secolului XX)

4) stadiul modern al atomisticii se numește mecanică cuantică. Mecanica cuantică este o ramură a fizicii care studiază mișcarea particulelor elementare.

PLAN

11.1. Structura nucleului. Izotopi.

11.2. Modelul mecanic cuantic al învelișului electronic al atomului.

11.3. Caracteristicile fizico-chimice ale atomilor.

Structura nucleului. izotopi

nucleul atomic- Aceasta este o particulă încărcată pozitiv, constând din protoni, neutroni și alte particule elementare.

Este în general acceptat că principalele particule elementare ale nucleului sunt protonii și neutronii. Proton (p) - este o particulă elementară a cărei masă atomică relativă este de 1 amu și a cărei sarcină relativă este + 1. Neutron (n) - este o particulă elementară care nu are o sarcină electrică, a cărei masă este egală cu masa unui proton.

Nucleul conține 99,95% din masa unui atom. Forțe nucleare speciale de extensie acționează între particulele elementare, depășind semnificativ forțele de repulsie electrostatică.

Caracteristica fundamentală a unui atom este încărca a lui nuclee, egal cu numărul de protoni și care coincide cu numărul de serie al elementului din sistemul periodic al elementelor chimice. Se numește o colecție (tip) de atomi cu aceeași sarcină nucleară element chimic. Elementele cu numere de la 1 la 92 se găsesc în natură.

izotopi- Aceștia sunt atomi ai aceluiași element chimic care conțin același număr de protoni și un număr diferit de neutroni în nucleu.

unde numărul de masă (A) este masa nucleului, z este sarcina nucleului.

Fiecare element chimic este un amestec de izotopi. De regulă, numele izotopilor coincide cu numele unui element chimic. Cu toate acestea, au fost introduse denumiri speciale pentru izotopii de hidrogen. Elementul chimic hidrogen este reprezentat de trei izotopi:

Numărul p Numărul n

Protium H10

Deuteriu D 1 1

Tritiu T 1 2

Izotopii unui element chimic pot fi stabili sau radioactivi. Izotopii radioactivi conțin nuclee care se prăbușesc spontan odată cu eliberarea de particule și energie. Stabilitatea unui nucleu este determinată de raportul neutron-protoni.

Intrând în organism, radionuclizii perturbă cursul celor mai importante procese biochimice, reduc imunitatea, condamnă organismul la boli. Organismul se protejează de efectele radiațiilor prin absorbția selectivă a elementelor din mediu. Izotopii stabili au prioritate față de izotopii radioactivi. Cu alte cuvinte, izotopii stabili blochează acumularea de izotopi radioactivi în organismele vii (Tabelul 8).

Cartea lui S. Shannon „Nutriția în era atomică” oferă următoarele date. Dacă o doză de blocare a unui izotop stabil de iod, egală cu ~100 mg, este luată nu mai târziu de 2 ore după ce I-131 intră în organism, atunci absorbția iodului radioactiv în glanda tiroidă va scădea cu 90%.

Radioizotopii sunt utilizați în medicină

pentru diagnosticul anumitor boli,

pentru tratamentul tuturor formelor de cancer,

pentru studii fiziopatologice.

Tabelul 8 - Efectul de blocare al izotopilor stabili