Tulad ng nalalaman, ang rate ng isang kemikal na reaksyon, ayon sa empirikal na tuntunin ni Van't Hoff, ay tumataas ng 2-4 beses na may pagtaas ng temperatura ng 10 o. Gayunpaman, para sa mga reaksyong enzymatic ito ay sinusunod lamang hanggang sa 50-60 o C. Sa mas mataas na temperatura, ang enzyme, na isang protina, ay nagde-denature, nagbabago ang conformation nito, at hindi na nito magagawa ang mga catalytic function nito. Samakatuwid, ang pag-asa ng rate ng isang reaksyon ng enzymatic sa temperatura ay may anyo ng isang curve na may maximum (figure)

Ang maximum ay tumutugma sa pinakamataas aktibidad enzyme, na karaniwang sinusukat sa mg, na nag-catalyze ng 1 mgmol ng substrate sa 1 min. Partikular na aktibidad sinusukat bawat 1 mg ng enzyme (mgmol/min). Aktibidad ng molar (rpm o catalytic constant) ay kinakalkula sa bawat mgmol ng enzyme (mgmol/mgmol ∙×min), ibig sabihin, ang aktibidad ng molar ay nagpapakita kung gaano karaming mga molekula ng substrate ang na-convert sa loob ng 1 minuto ng isang molekula ng enzyme.

Bilang karagdagan sa temperatura, ang aktibidad ng mga enzyme ay apektado ng pH ng kapaligiran at ang pagkakaroon ng mga inhibitor.

Epekto ng pH sa rate ng reaksyon ng enzymatic

Para sa karamihan ng mga reaksyong enzymatic, ang pinakamainam na halaga ng pH ng medium ay nasa hanay na 5−9. Ang curve ng dependence ng rate ng isang reaksyong enzymatic sa pH ay isang curve na may maximum (figure)

Ang ganitong uri ng curve ay dahil sa ang katunayan na mayroong isang pinakamainam na estado ng ionization ng substrate at ang molekula ng protina ng enzyme (mga residue ng amino acid nito), na nagsisiguro sa kanilang pinakamalakas na koneksyon sa aktibong sentro at, samakatuwid, ang pinakamataas na rate ng reaksyon.

Mga inhibitor ng enzyme

Ang pagkilos ng mga enzyme ay maaaring humina o ganap na pigilan gamit ang ilang mga sangkap - mga inhibitor. Ang kanilang pagkilos ay maaaring mababalik at hindi maibabalik.

Nababaligtad na mga inhibitor ay karaniwang nauugnay sa enzyme sa pamamagitan ng non-covalent bond at madaling matanggal sa kanila, at may mga tinatawag na mapagkumpitensyang nababaligtad na mga inhibitor, na may mga katulad na istruktura sa substrate at bawat isa ay nagsusumikap, una sa lahat, na makipag-ugnayan sa enzyme sa substrate-binding site ng aktibong site. Kung ang isang mapagkumpitensyang inhibitor I at isang substrate S ay idinagdag sa enzyme E, pagkatapos ay dalawang complex ang nabuo ayon sa mga reaksyon:

E + S « ES ® P + E

E + I « E I ≠ P

Dahil ang pagbuo ng EI complex ay hindi humahantong sa pagbuo ng mga produkto ng reaksyon, ang rate ng reaksyon ng kanilang pagbuo ay bumababa, dahil ang bilang ng mga aktibong site ng enzyme na may kakayahang makipag-ugnay sa substrate ay bumababa. Dahil ang isang mapagkumpitensyang inhibitor ay nagbubuklod sa enzyme na baligtarin, ang epekto nito ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagtaas ng konsentrasyon ng substrate, dahil pinatataas nito ang posibilidad ng enzyme na nagbubuklod sa substrate. Ang inhibitor, na nakakasagabal sa pagbuo ng enzyme-substrate complex, ay nagpapataas ng Michaelis constant K m, ngunit hindi nagbabago ng V max.

Non-competitive reversible inhibitor ay hindi katulad sa istraktura sa substrate, kaya maaari itong magbigkis sa enzyme sa presensya o kawalan ng substrate, at karaniwang nagbubuklod sa enzyme hindi sa aktibong site, ngunit sa ibang lugar, kadalasan sa sentro ng regulasyon. Sa kasong ito, nabuo ang isang ternary complex: enzyme-inhibitor-substrate (ESI), na hindi humahantong sa pagbuo ng mga produkto ng reaksyon:

E + S + I ® E I ≠ P

Sa ganitong uri ng pagsugpo, ang epekto ng inhibitor ay hindi maaaring pagtagumpayan sa pamamagitan ng pagtaas ng konsentrasyon ng substrate. Ang isang noncompetitive reversible inhibitor ay binabawasan ang Vmax at Km.

Mga hindi maibabalik na inhibitor Ang mga enzyme ay mga compound na bumubuo ng malakas na mga bono sa enzyme, partikular sa aktibong sentro nito. Sa pamamagitan ng pagbubuklod ng mahahalagang grupo sa substrate binding site, hindi na nila mababawi ang pagsasaayos nito. Ito ay kung paano kumikilos ang mga mabibigat na metal na Hg +2 at Pb +2 nang hindi maibabalik sa mga enzyme, na nagpapaliwanag ng kanilang nakakalason na epekto sa katawan ng tao.

Ang pagkilos ng mga enzyme ay kinokontrol ng mga hormone.

DYNAMIC BIOCHEMISTRY

Ang hanay ng mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa mga buhay na selula at nagbibigay sa katawan ng mga sangkap at enerhiya na kailangan nito ay tinatawag metabolismo o metabolismo. Makilala catabolism at anabolism. Ang pagbabagong-anyo ng catabolic ay ang pagkasira ng mga kumplikadong molekula, parehong ibinibigay sa pagkain at yaong matatagpuan sa selula; ang mga prosesong ito ay tinatawag na exogonic.

Ang mga proseso ng anabolic (mga proseso ng biosynthesis) ay naglalayong pagbuo at pag-renew ng mga elemento ng istruktura ng mga cell, iyon ay, sa synthesis ng mga kumplikadong molekula mula sa mga simple. Ang mga proseso ng biosynthesis ay mga proseso ng pagbabawas at sinamahan sila ng paggasta ng libreng enerhiya; ang mga naturang proseso ay tinatawag na endergonic. Ang magkabilang panig ng proseso ay magkakaugnay sa oras at espasyo. Ang mga proseso ng catabolic at anabolic ay nangyayari sa iba't ibang mga organelle ng cell, kung saan ang iba't ibang mga intracellular enzyme ay naisalokal. Ang lahat ng mga metabolic pathway ay magkakaugnay, tulad ng ipinapakita sa pinagsama-samang metabolic pathway diagram.

Rate ng reaksyon ng enzyme

Ang rate ng isang enzymatic reaksyon ay sinusukat sa pamamagitan ng dami ng substrate na na-convert sa bawat yunit ng oras o ang dami ng produkto na nabuo. Ang bilis ay tinutukoy ng anggulo ng pagkahilig ng tangent sa curve sa paunang yugto ng reaksyon.

kanin. 2 Rate ng reaksyong enzymatic.

Ang mas matarik na slope, mas malaki ang bilis. Sa paglipas ng panahon, ang rate ng reaksyon ay karaniwang bumababa, sa malaking bahagi bilang resulta ng pagbaba ng konsentrasyon ng substrate.

Mga salik na nakakaapekto sa aktibidad ng enzymatic

Ang pagkilos ni F. ay nakasalalay sa isang bilang ng mga kadahilanan: temperatura, reaksyon sa kapaligiran (pH), konsentrasyon ng enzyme, konsentrasyon ng substrate, at pagkakaroon ng mga partikular na activator at hindi tiyak o partikular na mga inhibitor.

Konsentrasyon ng enzyme

Sa mataas na konsentrasyon ng substrate at iba pang mga kadahilanan na nananatiling pare-pareho, ang rate ng reaksyon ng enzymatic ay proporsyonal sa konsentrasyon ng enzyme.

kanin. 3 Depende sa rate ng reaksyon ng enzymatic sa konsentrasyon ng enzyme.

Ang catalysis ay palaging nangyayari sa ilalim ng mga kondisyon kung saan ang konsentrasyon ng enzyme ay mas mababa kaysa sa konsentrasyon ng substrate. Samakatuwid, habang tumataas ang konsentrasyon ng enzyme, tumataas din ang rate ng reaksyon ng enzymatic.

Temperatura

Ang epekto ng temperatura sa bilis ng isang reaksyong enzymatic ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng koepisyent ng temperatura Q10: Q10 = (rate ng reaksyon sa (x + 10)°C) / (rate ng reaksyon sa x °C)

Sa pagitan ng 0-40°C, ang Q10 ng isang reaksyong enzymatic ay 2. Sa madaling salita, sa bawat 10°C na pagtaas ng temperatura, dumodoble ang rate ng reaksyong enzymatic.

kanin. 4 Ang impluwensya ng temperatura sa aktibidad ng isang enzyme tulad ng salivary amylase.

Habang tumataas ang temperatura, bumibilis ang paggalaw ng mga molekula, at mas malamang na magbanggaan ang mga molekula ng mga sangkap na tumutugon sa isa't isa. Dahil dito, tumataas ang posibilidad na magkaroon ng reaksyon sa pagitan nila. Ang temperatura na nagbibigay ng pinakamalaking aktibidad ay tinatawag na pinakamainam. Higit pa sa antas na ito, bumababa ang rate ng reaksyon ng enzymatic, sa kabila ng pagtaas ng dalas ng banggaan. Nangyayari ito dahil sa pagkasira ng pangalawang at tersiyaryong istruktura ng enzyme, sa madaling salita, dahil sa ang katunayan na ang enzyme ay sumasailalim sa denaturation.

kanin. 5 Ang kurso ng reaksyong enzymatic sa iba't ibang temperatura.

Kapag ang temperatura ay lumalapit o bumaba sa ibaba ng pagyeyelo, ang mga enzyme ay hindi aktibo, ngunit ang denaturation ay hindi nangyayari. Sa pagtaas ng temperatura, ang kanilang catalytic activity ay naibalik muli.

Dahil ang mga protina sa tuyong estado ay na-denatured nang mas mabagal kaysa sa mga hydrated na protina (sa anyo ng isang protina gel o solusyon), ang hindi aktibo na posporus sa tuyong estado ay nangyayari nang mas mabagal kaysa sa pagkakaroon ng kahalumigmigan. Samakatuwid, ang mga tuyong bacterial spores o tuyong buto ay makatiis sa pag-init sa mas mataas na temperatura kaysa sa parehong mga spore o buto sa isang basang estado.

Konsentrasyon ng substrate

Para sa isang ibinigay na konsentrasyon ng enzyme, ang rate ng reaksyon ng enzymatic ay tumataas sa pagtaas ng konsentrasyon ng substrate.

kanin. 6 Pag-asa ng rate ng reaksyon ng enzymatic sa konsentrasyon ng substrate.

Ang teoretikal na maximum na rate ng reaksyon na V max ay hindi kailanman naabot, ngunit darating ang isang punto kapag ang karagdagang pagtaas sa konsentrasyon ng substrate ay hindi na nangangailangan ng anumang kapansin-pansing pagbabago sa rate ng reaksyon. Dapat itong ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa mataas na konsentrasyon ng substrate, ang mga aktibong sentro ng mga molekula ng posporus ay halos puspos sa anumang naibigay na sandali. Kaya, gaano man karami ang magagamit na labis na substrate, maaari lamang itong pagsamahin sa enzyme pagkatapos na maghiwalay ang dating nabuong enzyme-substrate complex sa produkto at libreng enzyme. Samakatuwid, sa mataas na konsentrasyon ng substrate, ang rate ng reaksyong enzymatic ay limitado ng parehong konsentrasyon ng substrate at ang oras na kinakailangan para sa dissociation ng enzyme-substrate complex.

Sa isang pare-parehong temperatura, ang anumang posporus ay gumagana nang pinakamabisa sa loob ng isang makitid na hanay ng pH. Ang pinakamainam na halaga ng pH ay ang isa kung saan nagpapatuloy ang reaksyon sa pinakamataas na bilis.

kanin. 7 Pag-asa ng aktibidad ng enzyme sa pH.

Sa mas mataas at mas mababang pH, bumababa ang aktibidad ni F.. Binabago ng pH shift ang singil ng mga ionized acidic at basic na grupo, kung saan nakasalalay ang partikular na hugis ng mga molekula ng phosphorus. Bilang resulta, nagbabago ang hugis ng mga molekula ng phosphorus, at pangunahin ang hugis ng aktibong sentro nito. Kung masyadong matindi ang pagbabago ng pH, ang F. ay nagde-denature. Ang pinakamainam na katangian ng pH ng isang ibinigay na posporus ay hindi palaging nag-tutugma sa pH ng agarang intracellular na kapaligiran nito. Iminumungkahi nito na ang kapaligiran kung saan matatagpuan si F. ay kumokontrol sa kanyang aktibidad sa ilang lawak.

Pinag-aaralan ng enzyme kinetics ang impluwensya ng kemikal na katangian ng mga tumutugon na sangkap (enzymes, substrates) at ang mga kondisyon ng kanilang pakikipag-ugnayan (medium pH, temperatura, konsentrasyon, pagkakaroon ng mga activator o inhibitor) sa rate ng isang reaksyon ng enzymatic. Ang rate ng isang reaksyong enzymatic (u) ay sinusukat sa pamamagitan ng pagbaba sa dami ng substrate o pagtaas ng produkto ng reaksyon sa bawat yunit ng oras.

Sa mababang konsentrasyon ng substrate, ang rate ng reaksyon

ay direktang proporsyonal sa konsentrasyon nito. Sa mataas na konsentrasyon ng substrate, kapag ang lahat ng mga aktibong site ng enzyme ay inookupahan ng substrate ( saturation ng enzyme na may substrate), ang rate ng reaksyon ay pinakamataas, nagiging pare-pareho at independiyente sa konsentrasyon ng substrate [S] at ganap na nakasalalay sa konsentrasyon ng enzyme (Larawan 19).

K S – dissociation constant ng enzyme-substrate complex ES, reciprocal ng equilibrium constant:

.

Kung mas mababa ang halaga ng K S, mas mataas ang affinity ng enzyme para sa substrate.

kanin. 19. Pag-asa ng rate ng reaksyon ng enzymatic sa konsentrasyon ng substrate sa isang pare-parehong konsentrasyon ng enzyme

Ang dami ng relasyon sa pagitan ng konsentrasyon ng substrate at ang rate ng reaksyon ng enzymatic ay nagpapahayag Michaelis-Menten equation:

,

u ang bilis ng reaksyon, ang u max ay ang pinakamataas na bilis ng reaksyong enzymatic.

Pinahusay nina Briggs at Haldane ang equation sa pamamagitan ng pagpapakilala Michaelis constant K m, tinutukoy sa eksperimentong paraan.

Briggs–Haldane equation:

.

Ang Michaelis constant ay numerong katumbas ng substrate concentration (mol/l), kung saan ang rate ng enzymatic reaction ay kalahati ng maximum (Fig. 20). Ipinapakita ng K m ang affinity ng enzyme para sa substrate: mas mababa ang halaga nito, mas malaki ang affinity.

Ang mga pang-eksperimentong halaga ng K m para sa karamihan ng mga reaksyong enzymatic na kinasasangkutan ng isang substrate ay karaniwang 10 -2 -10 -5 M. Kung ang reaksyon ay nababaligtad, kung gayon ang pakikipag-ugnayan ng enzyme sa substrate ng direktang reaksyon ay nailalarawan sa K m naiiba mula doon para sa substrate ng reverse reaction.

Binago nina G. Lineweaver at D. Burke ang Briggs–Haldane equation at nakuha ang straight line equation: y = ax + b (Larawan 21):

.

Ang pamamaraang Lineweaver–Burk ay nagbibigay ng mas tumpak na resulta.

kanin. 21. Graphical na kahulugan ng Michaelis constant

ayon sa pamamaraang Lineweaver-Burk

MGA KATANGIAN NG ENZYME

Ang mga enzyme ay naiiba sa mga karaniwang catalyst sa ilang mga katangian.

Thermal lability, o sensitivity sa tumaas na temperatura (Fig. 22).

kanin. 22. Pag-asa ng rate ng reaksyon ng enzymatic sa temperatura

Sa temperaturang hindi hihigit sa 45–50 °C, ang rate ng karamihan sa mga biochemical reaction ay tumataas ng 2 beses na may pagtaas ng temperatura ng 10 °C ayon sa panuntunan ni Van't Hoff. Sa temperaturang higit sa 50 °C, ang rate ng reaksyon ay apektado ng thermal denaturation ng enzyme protein, na unti-unting humahantong sa kumpletong pag-deactivate nito.

Ang temperatura kung saan ang catalytic na aktibidad ng isang enzyme ay pinakamataas ay tinatawag na nito pinakamainam na temperatura. Ang pinakamainam na temperatura para sa karamihan ng mga mammalian enzyme ay nasa hanay na 37-40 °C. Sa mababang temperatura (0 °C at mas mababa), ang mga enzyme, bilang panuntunan, ay hindi nawasak, kahit na ang kanilang aktibidad ay bumababa sa halos zero.

Pag-asa ng aktibidad ng enzyme sa halaga ng pH ng daluyan(Larawan 23).

Para sa bawat enzyme mayroong pinakamainam na halaga ng pH kung saan ito ay nagpapakita ng pinakamataas na aktibidad. pinakamainam na pH ang pagkilos ng mga enzyme sa mga tisyu ng hayop ay nasa loob ng isang makitid na zone ng konsentrasyon ng hydrogen ion na naaayon sa mga halaga ng pisyolohikal na pH na 6.0-8.0 na binuo sa proseso ng ebolusyon. Ang mga pagbubukod ay pepsin - 1.5-2.5; arginase – 9.5-10.

kanin. 23. Pag-asa ng rate ng reaksyon ng enzymatic sa pH ng medium

Ang epekto ng mga pagbabago sa pH ng kapaligiran sa molekula ng enzyme ay nakakaapekto sa antas ng ionization ng mga aktibong grupo nito, at, dahil dito, ang tertiary na istraktura ng protina at ang estado ng aktibong sentro. Binabago din ng pH ang ionization ng mga cofactor, substrate, enzyme-substrate complex at mga produkto ng reaksyon.

Pagtitiyak. Ang mataas na pagtitiyak ng pagkilos ng mga enzyme ay dahil sa conformational at electrostatic complementarity sa pagitan ng mga molekula ng substrate at ng enzyme at ang natatanging istrukturang organisasyon ng aktibong sentro, na nagsisiguro sa pagpili ng reaksyon.

Ganap na pagtitiyak - ang kakayahan ng isang enzyme na mag-catalyze ng isang reaksyon. Halimbawa, urease catalyzes ang reaksyon ng hydrolysis ng urea sa NH 3 at CO 2, arginase - hydrolysis ng arginine.

Relatibong (pangkat) pagtitiyak - ang kakayahan ng isang enzyme na mag-catalyze ng isang pangkat ng mga reaksyon ng isang tiyak na uri. Halimbawa, ang hydrolytic enzymes peptidases, na nag-hydrolyze ng mga peptide bond sa protina at peptide molecule, at lipase, na nag-hydrolyze ng mga ester bond sa fat molecule, ay may relatibong pagtitiyak.

Pagtitiyak ng stereochemical nagtataglay ng mga enzyme na nagpapagana sa pagbabago ng isa lamang sa mga spatial na isomer. Ang enzyme fumarase ay nag-catalyze ng conversion ng trans isomer ng butenedioic acid, fumaric acid, sa malic acid, at hindi kumikilos sa cis isomer, maleic acid.

Ang mataas na pagtitiyak ng pagkilos ng mga enzyme ay nagsisiguro na ang ilang mga reaksiyong kemikal lamang ang nagaganap sa lahat ng posibleng pagbabago.

ENZYMATIVE REACTION KINETICS

pag-aaral ng mga pattern ng pagpasa ng mga reaksyon ng enzymatic sa paglipas ng panahon, pati na rin ang kanilang mekanismo; kabanata kinetika ng kemikal.

Catalytic ang cycle ng conversion ng substance S (substrate) sa produkto P sa ilalim ng pagkilos ng enzyme E ay nagpapatuloy sa pagbuo ng mga intermediate. conn. X i:

saan ki- rate constants ng mga indibidwal na antas ng elementarya, pagbuo ng enzyme-substrate complex X 1 (ES, Michaelis complex).

Sa isang naibigay na temperatura, ang bilis ng reaksyon ay nakasalalay sa mga konsentrasyon ng enzyme, substrate at komposisyon ng daluyan. Mayroong nakatigil, pre-stationary at relaxation kinetics ng mga reaksyong enzymatic.

Nakatigil na kinetics. Sa isang nakatigil na estado sa pamamagitan ng mga intermediate na koneksyon. (dX i/dt= 0, i = 1, ..., n) at may labis na substrate, kung saan ang [S] 0 at [E] 0 ay ang mga paunang konsentrasyon, ayon sa pagkakabanggit. substrate at enzyme, ang kinetics ng proseso ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pare-pareho, time-invariant na antas ng mga konsentrasyon. conn., at ang expression para sa bilis ng proseso v 0, tinawag paunang nakatigil na bilis, ay may anyo (Michaelis-Menten equation):

(1)

kung saan ang mga halaga ng k cat at K m -> mga function ng rate constants ng elementary stages at ibinibigay ng mga equation:

Ang halaga ng k pusa tinawag mabisang catalytic rate ng proseso pare-pareho, parameter K m -> Michaelis pare-pareho. k halaga ng pusa tinutukoy ng dami max. mabagal na yugto ng catalytic mga distrito at kung minsan ay tinatawag bilang ng mga rebolusyon ng enzyme (enzyme system); k pusa nagpapakilala sa bilang ng catalytic mga siklo na ginagawa ng sistema ng enzyme bawat yunit ng oras. Naib. karaniwan, pagkakaroon ng halaga k pusa. para sa tiyak substrates sa hanay ng 10 2 -10 3 s -1. Ang mga karaniwang halaga ng Michaelis constant ay nasa hanay na 10 -3 - 10 -4 M.

Sa mataas na konsentrasyon ng substrate, kapag, ibig sabihin, ang rate ng sirkulasyon ay hindi nakasalalay sa konsentrasyon ng substrate at umabot sa isang palaging halaga, na tinatawag. Max. bilis. Sa graphically, ang Michaelis-Menten equation ay isang hyperbole. Maaari itong i-linearize gamit ang paraan ng double reciprocals (Linewere-Burk method), ibig sabihin, pagbuo ng dependence 1/v sa 1/[S] 0, o iba pang pamamaraan. Ang linear na anyo ng equation (1) ay may anyo:

(2)

Binibigyang-daan ka nitong matukoy nang graphical ang mga halaga K m at v max (Larawan 1).

kanin. 1. Graph ng linear transformation ng Michaelis - Menten equation sa double reciprocals (ayon kay Lineweaver - Burke).

Magnitude K m > ay numerical na katumbas ng konsentrasyon ng substrate, kung saan ang rate ng sirkulasyon ay pantay, samakatuwid K m madalas nagsisilbing sukatan ng pagkakaugnay ng substrate at ng enzyme, ngunit ito ay wasto lamang kung

Dami K m > At nag-iiba depende sa mga halaga ng pH. Ito ay dahil sa kakayahan ng mga pangkat ng molekula ng enzyme na kasangkot sa catalysis na baguhin ang kanilang estado ng ionization at, sa gayon, ang kanilang catalytic na aktibidad. kahusayan. Sa pinakasimpleng kaso, ang pagbabago sa pH ay nagreresulta sa protonation o deprotonation ng hindi bababa sa dalawang ionizable na grupo ng enzyme na kasangkot sa catalysis. Kung, sa kasong ito, isang anyo lamang ng enzyme-substrate complex (halimbawa, ESH) sa tatlong posibleng anyo (ES, ESH at ESH 2) ang may kakayahang ma-convert sa isang produkto ng solusyon, kung gayon ang pag-asa ng ang rate sa pH ay inilarawan ng formula:

saan f = 1 + / At f" = 1 + +K" b />-T. tinawag pH-function ng Michaelis, at K a, K b At K" a, K" b -> ionization constants ng mga pangkat a at bresp. libre enzyme at enzyme-substrate complex. Sa lg coordinates - pH ang pag-asa na ito ay ipinakita sa Fig. 2, at ang mga tangent ng mga anggulo ng pagkahilig ng mga tangent sa pataas, independiyenteng pH, at pababang mga sanga ng curve ay dapat na katumbas ng +1, 0 at -1, ayon sa pagkakabanggit. Mula sa gayong graph matutukoy mo ang mga halaga pK a mga pangkat na kasangkot sa catalysis.

kanin. 2. Pag-asa ng catalytic mga constant mula pH hanggang logarithmic. mga coordinate

Ang bilis ng reaksyong enzymatic ay hindi palaging sumusunod sa equation (1). Ang isa sa mga pinakakaraniwang kaso ay ang paglahok ng allosteric sa reaksyon. mga enzyme (tingnan Mga regulator ng enzyme), kung saan ang pag-asa ng antas ng saturation ng enzyme sa [S] 0 ay hindi hyperbolic. karakter (Larawan 3). Ang phenomenon na ito ay dahil sa cooperativity ng substrate binding, ibig sabihin, kapag ang pagbubuklod ng isang substrate sa isa sa mga site ng enzyme macromolecule ay tumataas (positive cooperativity) o bumababa (negative cooperativity) ang affinity para sa substrate ng isa pang site.

kanin. H Ang pag-asa ng antas ng saturation ng enzyme na may substrate sa konsentrasyon ng substrate na may positibong (I) at negatibong (II) na kooperatiba, pati na rin sa kawalan nito (III).

Pre-steady-state kinetics. Sa mabilis na paghahalo ng mga solusyon ng enzyme at substrate sa pagitan ng oras na 10 -6 -10 -1 s, maaaring obserbahan ng isang tao ang mga lumilipas na proseso bago ang pagbuo ng isang matatag na nakatigil na estado. Sa pre-stationary mode na ito, kapag gumagamit ng malaking labis na substrate, ang differential system. Ang equation na naglalarawan sa kinetics ng mga proseso ay linear. Ang solusyon ng ganitong uri ng linear differential system. Ang equation ay ibinibigay ng kabuuan ng mga exponential terms. Kaya, para sa kinetic pamamaraan na ipinakita sa itaas, ang mga kinetika ng akumulasyon ng produkto ay may anyo:

kung saan A ako ->, b, at n -> mga function ng elementary rate constants; -ugat ng kaukulang katangian. antas.

Ang katumbas na dami ay tinatawag katangian oras ng proseso:

Para sa isang ilog na umaagos na may partisipasyon ng mga nintervals. koneksyon, maaari kang makakuha ng mga katangian. beses

Ang pag-aaral ng kinetics ng enzymatic reaction sa isang pre-stationary mode ay nagbibigay-daan sa amin upang makakuha ng ideya ng detalyadong mekanismo ng catalytic reactions. cycle at tukuyin ang rate constants ng elementary stages ng proseso.

Sa eksperimento, ang kinetics ng reaksyon ng enzymatic sa isang prestationary mode ay pinag-aaralan gamit ang stop jet method (tingnan. Mga pamamaraan ng jet kinetic), na nagpapahintulot sa paghahalo ng mga bahagi ng solusyon sa loob ng 1 ms.

Mga kinetika ng pagpapahinga. Sa isang mabilis na nakakagambalang epekto sa system (pagbabago sa temperatura, presyon, electric field), ang oras na kinakailangan para sa system upang makamit ang isang bagong equilibrium o nakatigil na estado ay nakasalalay sa bilis ng mga proseso na tumutukoy sa catalytic reaction. enzymatic cycle.

Ang sistema ng mga equation na naglalarawan sa mga kinetika ng proseso ay linear kung ang displacement mula sa posisyon ng equilibrium ay maliit. Ang solusyon ng system ay humahantong sa mga dependences ng mga konsentrasyon ng mga bahagi, dec. mga yugto ng proseso sa anyo ng isang kabuuan ng mga exponential terms, ang mga exponent nito ay may katangian ng mga oras ng pagpapahinga. Ang resulta ng pag-aaral ay isang spectrum ng mga oras ng pagpapahinga na tumutugma sa bilang ng mga agwat. mga koneksyon na nakikilahok sa proseso. Ang mga oras ng pagpapahinga ay nakasalalay sa mga pare-pareho ng rate ng mga elementarya na yugto ng mga proseso.

Mga diskarte sa pagpapahinga Ginagawang posible ng kinetics na matukoy ang mga constant ng rate ng mga indibidwal na elementarya na yugto ng pagbabagong-anyo ng mga intermediate. Iba-iba ang mga paraan para sa pag-aaral ng relaxation kinetics. resolution: ultrasound absorption - 10 -6 -10 -10 s, pagtalon ng temperatura - 1O -4 -10 -6 s, paraan ng elektrikal. salpok - 10 -4 -10 -6 s, pressure jump - 10 -2 s. Kapag pinag-aaralan ang kinetics ng mga reaksyon ng enzymatic, ang paraan ng pagtalon sa temperatura ay natagpuan ang application.

Macrokinetics ng mga proseso ng enzymatic. Pag-unlad ng mga pamamaraan para sa paggawa ng mga heterogenous catalyst sa pamamagitan ng immobilizing enzymes sa decomp. media (tingnan Hindi kumikilos na mga enzyme) kinakailangan ang pagsusuri ng mga kinetika ng mga proseso na isinasaalang-alang ang paglipat ng masa ng substrate. Ang mga kinetika ng mga reaksyon ay pinag-aralan nang teoretikal at eksperimental, na isinasaalang-alang ang mga epekto ng diffusion layer at para sa mga system na may mga kahirapan sa intradiffusion sa panahon ng pamamahagi ng enzyme sa loob ng carrier.

Sa ilalim ng mga kondisyon kung saan ang kinetics ng proseso ay apektado ng diffusion transfer ng substrate, catalytic. bumababa ang kahusayan ng system. Ang kadahilanan ng kahusayan ay katumbas ng ratio ng density ng daloy ng produkto sa ilalim ng mga kondisyon ng daloy ng enzymatic na may isang diffusively nabawasan na konsentrasyon ng substrate sa daloy na maaaring maisakatuparan sa kawalan ng mga paghihigpit sa pagsasabog. Sa purong rehiyon ng pagsasabog, kapag ang rate ng proseso ay tinutukoy ng mass transfer ng substrate, ang kadahilanan ng kahusayan para sa mga system na may panlabas na diffusion inhibition ay inversely proportional sa diffusion modulus:

saan kapal ng diffusion layer, D - koepisyent. pagsasabog ng substrate.

Para sa mga system na may intradiffusion inhibition sa mga first-order na rehiyon

kung saan ang Ф T- walang sukat na modulus (Thiele modulus).

Kapag sinusuri ang kinetic Ang mga pattern sa mga enzymatic reactor ay malawak na teoretikal. at eksperimento. Ang mga "ideal" na modelo ng reactor ay binuo: flow reactor (flow reactor na may perpektong paghahalo), flow reactor na may perpektong displacement, at membrane reactor.

Kinetics ng mga proseso ng multienzyme. Sa katawan (cell), ang mga enzyme ay hindi kumikilos sa paghihiwalay, ngunit catalyze ang mga kadena ng pagbabagong-anyo ng mga molekula. R-tions sa multienzyme system na may kinetic. ang mga punto ng pananaw ay maaaring ituring na pare-pareho. mga proseso, tiyak Ang isang tampok kung saan ay ang mga enzyme ng bawat isa sa mga yugto:

saan , resp. max, process rate at Michaelis constant i ika- yugto ng distrito, ayon sa pagkakabanggit.

Ang isang mahalagang tampok ng proseso ay ang posibilidad ng pagbuo ng isang matatag na nakatigil na estado. Ang kondisyon para sa paglitaw nito ay maaaring hindi pagkakapantay-pantay > v 0 , kung saan ang v 0 ay ang bilis ng yugto ng paglilimita, na nailalarawan sa pinakamaliit na rate constant at sa gayon ay tinutukoy ang bilis ng lahat ng sumusunod. proseso. Sa matatag na estado, ang mga konsentrasyon ng mga metabolite pagkatapos ng yugto ng paglilimita ay mas mababa kaysa sa Michaelis constant ng kaukulang enzyme.

Tukoy ang pangkat ng mga multienzyme system ay binubuo ng mga sistema na nagsasagawa ng oxidation-reduction. r-tions na may pakikilahok ng mga carrier ng protina ng elektron. Ang mga carrier ay tiyak na bumubuo mga istruktura, mga complex na may deterministikong pagkakasunud-sunod ng paglilipat ng elektron. Kinetic. ang paglalarawan ng ganitong uri ng mga sistema ay isinasaalang-alang ang estado ng mga circuit na may agnas bilang isang malayang variable. antas ng populasyon ng elektron.

Aplikasyon. Si F.r. K. ay malawakang ginagamit sa pagsasanay sa pananaliksik upang pag-aralan ang mga mekanismo ng pagkilos ng mga enzyme at mga sistema ng enzyme. Ang isang praktikal na makabuluhang lugar ng agham ng enzyme ay enzymology ng engineering, gumagana sa mga konsepto ng F. r. para sa pag-optimize ng biotechnol. mga proseso.

Lit.: Poltorak O. M., Chukhrai E. S., Physico-chemical na pundasyon ng enzymatic catalysis, M., 1971; Berezin I.V., Martinek K., Mga Batayan ng pisikal na kimika ng enzymatic catalysis, M., 1977; Varfolomeev S. D., Zaitsev S. V., Kinetic na pamamaraan sa biochemical research, M.. 1982. S. D. Varfolomeev.

Ensiklopedya ng kemikal. - M.: Encyclopedia ng Sobyet. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

Tingnan kung ano ang "ENZYMATIVE REACTION KINETICS" sa iba pang mga diksyunaryo:

Catalytic paikot sa radyo isang proseso na binubuo ng ilang elementarya na paggalaw, ang bilis nito ay inilalarawan ng batas ng mass action. Ang batas na ito ay may simpleng anyo para sa mga perpektong halo ng gas, perpektong likido at perpektong mga layer sa ibabaw.... ... Ensiklopedya ng kemikal

Kinetics ng mga reaksiyong kemikal, ang pag-aaral ng mga proseso ng kemikal, ang mga batas ng kanilang paglitaw sa oras, bilis at mekanismo. Ang pinakamahalagang lugar ng modernong kimika at agham ng kemikal ay nauugnay sa mga pag-aaral ng kinetika ng mga reaksiyong kemikal... ... Great Soviet Encyclopedia

CHEMICAL KINETICS- (mula sa kilusang Greek kinesis), isang departamento ng teoretikal na kimika na nakatuon sa pag-aaral ng mga batas ng kimika. mga reaksyon. Maraming uri ng kemikal ang makikilala. pakikipag-ugnayan at, una sa lahat, upang makilala ang mga reaksyon na nagaganap sa isang homogenous (homogeneous) medium mula sa mga reaksyon... ... Great Medical Encyclopedia

- (biocatalysis), pagpapabilis ng biochemical. rasyon na may partisipasyon ng mga macromolecule ng protina na tinatawag na enzymes. Ang F. k. ay isang uri ng catalysis, bagama't ang terminong fermentation (fermentation) ay kilala mula pa noong sinaunang panahon, noong walang konsepto ng chemistry. catalysis. Una…… Ensiklopedya ng kemikal

- (mula sa Latin na re prefix na nangangahulugang reverse action, at actio action), ang pagbabago ng ilan sa (mga paunang compound) tungo sa iba (mga produkto ng diyeta) na may immutability ng atomic nuclei (kumpara sa nuclear reactions). Mga paunang compound sa R. x. minsan tinatawag na...... Ensiklopedya ng kemikal

- (mula sa Latin na fermentum starter) (enzymes), mga protina na kumikilos bilang mga katalista sa mga buhay na organismo. Basic mga function ng F. upang mapabilis ang pagbabagong-anyo ng mga sangkap na pumapasok sa katawan at nabuo sa panahon ng metabolismo (upang i-renew ang mga istruktura ng cellular, upang matiyak ang ... Ensiklopedya ng kemikal

- (mula sa Greek pharmakon medicine at kinetikos setting in motion), nag-aaral ng kinetic. mga pattern ng mga prosesong nagaganap sa lek. Wed vom sa katawan. Basic pharmacokinetic mga proseso: absorption, distribution, metabolism at excretion (pagtanggal).... ... Ensiklopedya ng kemikal

Halos lahat ng biochemical reaksyon ay enzymatic. Mga enzyme(biocatalysts) ay mga sangkap ng protina na isinaaktibo ng mga metal na kasyon. Humigit-kumulang 2000 iba't ibang mga enzyme ang kilala, at humigit-kumulang 150 sa mga ito ang nahiwalay, na ang ilan ay ginagamit bilang mga gamot. Trypsin at chymotrypsin ay ginagamit upang gamutin ang brongkitis at pulmonya; pepsin - para sa paggamot ng gastritis; plasmin - para sa paggamot ng atake sa puso; Pancreatin – para sa paggamot ng pancreas. Ang mga enzyme ay naiiba sa mga karaniwang catalyst: (a) sa pamamagitan ng mas mataas na aktibidad ng catalytic; (b) mataas na pagtitiyak, ibig sabihin. pagpili ng pagkilos.

Ang mekanismo ng isang solong substrate na enzymatic na reaksyon ay maaaring kinakatawan ng sumusunod na diagram:

kung saan ang E ay isang enzyme,

S - substrate,

ES - enzyme-substrate complex,

Ang P ay ang produkto ng reaksyon.

Ang katangian ng unang yugto ng reaksyong enzymatic ay Michaelis constant (KM). Ang K M ay ang kapalit ng equilibrium constant:

Ang Michaelis constant (KM) ay nagpapakilala sa katatagan ng enzyme-substrate complex (ES). Ang mas mababa ang Michaelis constant (K M), mas matatag ang complex.

Ang rate ng isang enzymatic reaction ay katumbas ng rate ng rate-limiting stage nito:

kung saan ang k 2 ay ang rate constant, na tinatawag bilang ng mga rebolusyon o molekular na aktibidad ng enzyme.

aktibidad ng molekular na enzyme(k 2) ay katumbas ng bilang ng mga molekula ng substrate na sumasailalim sa mga pagbabagong-anyo sa ilalim ng impluwensya ng isang molekula ng enzyme sa 1 minuto sa 25 0 C. Ang pare-parehong ito ay tumatagal ng mga halaga sa saklaw: 1·10 4< k 2 < 6·10 6 мин‾ 1 .

Para sa urease, na nagpapabilis sa hydrolysis ng urea, k 2 = 1.85∙10 6 min‾ 1; para sa adenosine triphosphatase, na nagpapabilis ng ATP hydrolysis, k 2 = 6.24∙10 6 min‾ 1 ; para sa catalase, na nagpapabilis sa pagkabulok ng H 2 O 2, k 2 = 5∙10 6 min‾ 1.

Gayunpaman, ang kinetic equation ng enzymatic reaction sa anyo kung saan ito ay ibinigay sa itaas ay halos imposibleng gamitin dahil sa imposibilidad ng eksperimentong pagtukoy ng konsentrasyon ng enzyme-substrate complex (). Ipinahayag sa mga tuntunin ng iba pang mga dami na madaling matukoy sa eksperimento, nakukuha natin ang kinetic equation ng mga reaksyong enzymatic, tinawag sa pamamagitan ng Michaelis-Menten equation (1913):

,

kung saan ang kabuuan ng produkto k 2 [E] ay isang pare-parehong halaga, na tinutukoy (pinakamalaking bilis).

Ayon sa pagkakabanggit:

Isaalang-alang natin ang mga espesyal na kaso ng Michaelis-Menten equation.

1) Sa mababang konsentrasyon ng substrate K M >> [S], samakatuwid

na tumutugma sa kinetic equation ng first order reaction.

2) Sa mataas na konsentrasyon ng substrate K m<< [S], поэтому

na tumutugma sa kinetic equation ng zero-order reaction.

Kaya, sa isang mababang konsentrasyon ng substrate, ang rate ng reaksyon ng enzymatic ay tumataas sa pagtaas ng nilalaman ng substrate sa system, at sa isang mataas na konsentrasyon ng substrate, ang kinetic curve ay umabot sa isang talampas (ang rate ng reaksyon ay hindi nakasalalay sa konsentrasyon ng substrate) (Fig . 30).

Figure 30. - Kinetic curve ng isang enzymatic reaction

Kung [S] = K M, kung gayon

na nagbibigay-daan sa iyong graphically na matukoy ang Michaelis constant K m (Fig. 31).

Figure 31. - Graphical na kahulugan ng Michaelis constant

Ang aktibidad ng mga enzyme ay naiimpluwensyahan ng: (a) temperatura, (b) acidity ng medium, (c) ang pagkakaroon ng mga inhibitor. Ang epekto ng temperatura sa bilis ng isang reaksyong enzymatic ay tinalakay sa Kabanata 9.3.

Ang impluwensya ng acidity ng medium sa rate ng enzymatic reaction ay ipinakita sa Figure 32. Ang maximum na aktibidad ng enzyme ay tumutugma sa pinakamainam na halaga ng pH (pH opt).

Figure 32. - Epekto ng acidity ng solusyon sa aktibidad ng enzyme

Para sa karamihan ng mga enzyme, ang pinakamainam na mga halaga ng pH ay nag-tutugma sa mga halaga ng physiological (7.3 - 7.4). Gayunpaman, may mga enzyme na ang normal na paggana ay nangangailangan ng isang malakas na acidic (pepsin - 1.5 - 2.5) o sapat na alkaline na kapaligiran (arginase - 9.5 - 9.9).

Mga inhibitor ng enzyme- ito ay mga sangkap na sumasakop sa bahagi ng mga aktibong sentro ng mga molekula ng enzyme, bilang isang resulta kung saan bumababa ang rate ng reaksyon ng enzymatic. Ang mga mabibigat na metal na kasyon, mga organikong acid at iba pang mga compound ay kumikilos bilang mga inhibitor.

Lektura 11

Estraktura ng mga atom

Mayroong dalawang kahulugan ng konseptong "atom". Atom ay ang pinakamaliit na butil ng isang elemento ng kemikal na nagpapanatili ng mga katangiang kemikal nito.

Atom ay isang electrically neutral microsystem na binubuo ng isang positively charged core at isang negative charged electron shell.

Ang doktrina ng atom ay dumaan sa mahabang landas ng pag-unlad. Ang mga pangunahing yugto sa pagbuo ng atomismo ay kinabibilangan ng:

1) natural na pilosopikal na yugto - ang panahon ng pagbuo ng konsepto ng atomic na istraktura ng bagay, na hindi nakumpirma ng eksperimento (5th century BC - 16th century AD);

2) ang yugto ng pagbuo ng hypothesis tungkol sa atom bilang pinakamaliit na butil ng elemento ng kemikal (XVIII-XIX na siglo);

3) ang yugto ng paglikha ng mga pisikal na modelo na sumasalamin sa pagiging kumplikado ng istraktura ng atom at ginagawang posible na ilarawan ang mga katangian nito (simula ng ika-20 siglo)

4) ang modernong yugto ng atomismo ay tinatawag na quantum mechanical. Quantum mechanics ay isang sangay ng pisika na nag-aaral sa paggalaw ng mga elementarya na particle.

PLANO

11.1. Istraktura ng nucleus. Isotopes.

11.2. Quantum mechanical model ng electron shell ng isang atom.

11.3. Mga katangian ng physicochemical ng mga atomo.

Istraktura ng nucleus. Isotopes

Atomic nucleus ay isang positibong sisingilin na particle na binubuo ng mga proton, neutron at ilang iba pang elementarya na particle.

Karaniwang tinatanggap na ang mga pangunahing elementong particle ng nucleus ay mga proton at neutron. Proton (p) – ay isang elementarya na particle na ang relatibong atomic mass ay 1 amu at ang relatibong singil nito ay + 1. Neutron (n) – Ito ay isang elementarya na particle na walang electric charge at ang masa ay katumbas ng masa ng isang proton.

99.95% ng masa ng isang atom ay puro sa nucleus. Sa pagitan ng elementarya na mga particle ay may mga espesyal na nuklear na puwersa ng extension, na makabuluhang lumampas sa mga puwersa ng electrostatic repulsion.

Ang pangunahing katangian ng isang atom ay singilin kanyang mga butil, katumbas ng bilang ng mga proton at tumutugma sa atomic number ng elemento sa periodic table ng mga elemento ng kemikal. Ang isang set (uri) ng mga atomo na may parehong nuclear charge ay tinatawag elemento ng kemikal. Ang mga elemento na may mga numero mula 1 hanggang 92 ay matatagpuan sa kalikasan.

Isotopes- ito ay mga atomo ng parehong elemento ng kemikal na naglalaman ng parehong bilang ng mga proton at magkakaibang bilang ng mga neutron sa nucleus.

kung saan ang mass number (A) ay ang masa ng nucleus, z ang singil ng nucleus.

Ang bawat elemento ng kemikal ay pinaghalong isotopes. Bilang isang patakaran, ang pangalan ng isotopes ay tumutugma sa pangalan ng elemento ng kemikal. Gayunpaman, ang mga espesyal na pangalan ay ipinakilala para sa hydrogen isotopes. Ang kemikal na elemento ng hydrogen ay kinakatawan ng tatlong isotopes:

Bilang p Bilang n

Protium N 1 0

Deuterium D 1 1

Tritium T 1 2

Ang mga isotopes ng isang elemento ng kemikal ay maaaring maging parehong stable at radioactive. Ang radioactive isotopes ay naglalaman ng mga nuclei na kusang nasira, naglalabas ng mga particle at enerhiya. Ang katatagan ng isang nucleus ay tinutukoy ng neutron-proton ratio nito.

Sa sandaling nasa katawan, ang radionuclides ay nakakagambala sa pinakamahalagang proseso ng biochemical, binabawasan ang kaligtasan sa sakit, at ipahamak ang katawan sa sakit. Pinoprotektahan ng katawan ang sarili mula sa mga epekto ng radiation sa pamamagitan ng piling pagsipsip ng mga elemento mula sa kapaligiran. Ang mga matatag na isotopes ay may priyoridad kaysa sa mga radioactive isotopes. Sa madaling salita, hinaharangan ng mga matatag na isotopes ang akumulasyon ng radioactive isotopes sa mga buhay na organismo (Talahanayan 8).

Ang aklat ni S. Shannon na "Nutrition in the Atomic Age" ay nagbibigay ng sumusunod na data. Kung ang isang blocking dose na ~100 mg ng stable isotope iodine ay kinukuha nang hindi lalampas sa 2 oras pagkatapos makapasok ang I-131 sa katawan, ang radioiodine uptake sa thyroid gland ay mababawasan ng 90%.

Ginagamit ang mga radioisotop sa medisina

para sa diagnosis ng ilang mga sakit,

· para sa paggamot ng lahat ng uri ng kanser,

· para sa pag-aaral ng pathophysiological.

Talahanayan 8 - Epekto ng pagharang ng mga matatag na isotopes