Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата

Зависимость скорости реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата (кинетика ферментативных реакций) представлена соответственно на графиках.

График 1 График 2

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru

В ферментативной реакции выделяют скорости трёх составляющих этапов:

  1. образование фермент-субстратного комплекса FS;
  2. обратный распад фермент–субстратного комплекса;
  3. распад фермент-субстратного комплекса с образованием продуктов реакции.

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru

Скорость каждой из этих реакций подчиняется закону действующих масс:

V1 = К1 [F] ·[S]

V2 = K2 [FS]

V3 = K3 [FS]

В момент равновесия скорость реакции образования FS равна сумме скоростей его распада: V1=V2+V3. Из трёх этапов ферментативной реакции наиболее важным и медленным является третий, так как он связан с образованием продуктов реакции. По приведенной выше формуле найти скорость V3 невозможно, так как фермент- субстратный комплекс очень неустойчив и измерение его концентрации затруднено. В связи с этим, Л. Михаэлис, М. Ментен ввели константу Михаэлиса - Кm и преобразовали уравнение для измерения V3 в новое уравнение, в котором присутствуют реально измеримые величины. Ниже представлены два варианта данного уравнения

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru

[F0] – исходная концентрация фермента;

Кm – константа Михаэлиса.

Физический смысл Кm: Кm = (К23) /К1, т.е. она показывает соотношение констант скоростей распада фермент-субстратного комплекса и константы скорости его образования.

Уравнение Михаэлиса-Ментен является универсальным. Оно иллюстрирует зависимость скорости реакции от [F0] от [S].

1. Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата. Эта зависимость выявляется при малых концентрациях субстрата [S]<Km. В этом случае концентрацией субстрата в уравнении можно пренебречь и уравнение приобретает вид: Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru . В данном уравнении K3, [F0], Km – константы и могут быть заменены новой константой К*. Таким образом, при малой концентрации субстрата скорость реакции прямо пропорциональна этой концентрации V3 = K* · [S]. Эта зависимость соответствует первому участку графика 2.

2. Зависимость скорости от концентрации фермента проявляется при высокой концентрации субстрата. S > Km. В этом случае можно пренебречь Km и уравнение преобразуется в следующее: Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru . Таким образом, при высокой концентрации субстрата скорость реакции определяется концентрацией фермента и достигает максимального значения V3 = K3[F0]=Vmax. (третий участок графика 2).

3. Уравнение позволяет определить численное значение Km при условии Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru . В этом случае оно приобретает вид: Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru , откуда следует, что Km=[S]

Таким образом, Кm численно равна концентрации субстрата при скорости реакции, равной половине максимальной. Кm является очень важной характеристикой фермента, она измеряется в молях (10-2 – 10-6 моль) и характеризуют специфичность фермента: чем ниже Km, тем выше специфичность фермента.

Графическое определение константы Михаэлиса возможно на графике зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации фермента (слева).

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru

Удобнее использовать график, представляющий прямую линию. Такой график предложен Лайнуивером – Берком (график двойных обратных величин), который соответствует обратному уравнению Михаэлиса – Ментен (справа)

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и концентрации субстрата - student2.ru .

Наши рекомендации