Fermentas: nomenklatūra, cheminė gamta ir mechanizmas

Fermentas: nomenklatūra, cheminė gamta ir mechanizmas!

Viena iš svarbiausių baltymų funkcijų gyvose ląstelėse yra kaip fermentai.

Žodis „fermentas“ pirmą kartą buvo pristatytas 1878 m. Kuhne. Jis kilęs iš originalo graikų kalbos fermento (Gr. En-in, zyme-raugo), o tai reiškia „mielėse“.

1896 m. Buchner iš mielių ląstelių pavyko išgauti fermentacijos metu aktyvią medžiagą. Vėliau ši medžiaga buvo vadinama zimaze ir yra fermentacijos sistemos dalis. 1926 m. Profesorius JB Sumneris izoliuotas nuo lizdinės pupelės, acetono, kristalinės fermento fermento.

Apibrėžimas:

Fermentas gali būti apibrėžiamas kaip kompleksinis biologinis katalizatorius, kurį gyvas organizmas gamina savo ląstelėse, kad reguliuotų įvairius kūno fiziologinius procesus. Fermentai, veikiantys už gyvų ląstelių ribų, vadinami exoenzymes, pvz., Virškinimo sultyse esantys fermentai, ašarų lizocimas. Gyviose ląstelėse veikiantys fermentai yra žinomi kaip endozimai, pvz., Krebso ciklo fermentai, glikolizės fermentai ir kt.

Medžiaga, dėl kurios fermentas veikia, vadinamas „substratu“, ir apskritai pats fermentas yra pavadintas substratu, pridedant priedėlį „ase“ į substratą. Taigi, pavyzdžiui, proteazės yra fermentų grupė, veikianti baltymus, lipazės yra fermentų grupė, veikianti lipidines medžiagas, o maltazė yra fermento, veikiančio maltozę, pavadinimas.

Kartais fermento pavadinimas nurodo reakcijos pobūdį. Pavyzdžiui, invertazė, kuri sulaužė sacharozę į gliukozę ir fruktozę, sukelia inversiją (tai yra procesas, kurio metu žaliavos, pasižyminčios vienos rūšies optiniu sukimu, pateikia galutinius produktus, kurie rodo priešingą optinio sukimosi tipą).

Nomenklatūra:

Išnagrinėjus fermentų nomenklatūrą paaiškėja, kad daugeliu atvejų jis yra ir nenuoseklus, ir klaidinantis. Taip pat trūksta atvejų, kai skirtingi biochemikai davė skirtingus pavadinimus tam pačiam fermentui. Ši anomalija buvo pašalinta Tarptautinėje fermentų komisijoje 1961 m. Ataskaitoje.

Komisija pripažino, kad kiekvienas fermentas turėtų būti: (1) substrato pavadinimas ir (2) žodis, baigiantis „ase“, nurodant vieną katalizinės reakcijos rūšį, kaip ir gintaro dehidrogenazėje, piruvato transaminazėje. Ši nomenklatūra yra tiksli ir sisteminga, nors kai kuriais atvejais ji yra ilga ir lenkta. Būtent dėl ​​šios priežasties nereikšmingi pavadinimai yra saugomi su oficialiomis sankcijomis, bet tik atsižvelgiant į jų sisteminius pavadinimus.

1961 m. Tarptautinė biochemijos sąjunga (IUB) įvedė šiuolaikinę fermentų klasifikavimo sistemą. Ji grupuoja fermentus į šias šešias kategorijas.

1. Oksidoreduktazės:

Jie dalyvauja oksidacijos ir redukcijos reakcijose arba elektronų perdavime. Oksidoreduktazės yra trijų tipų - oksidazės, dehidrogenazės ir reduktazės, pvz., Citochromo oksidazė (oksiduoja citochromą), sukcinato dehidrogenazė, nitrato reduktazė.

2. Transferas:

Jie perkelia grupę iš vienos molekulės į kitą, pvz., Glutamato-piruvato transaminazę (aminino grupė perkeliama iš glutamato į piruvatą alanino sintezės metu). Cheminės grupės perdavimas laisvojoje valstybėje nevyksta.

3. Hidrolazės:

Jie išskiria dideles molekules į mažesnes, naudodami vandenilio ir hidroksilo grupes. Šis reiškinys vadinamas hidrolize. Virškinimo fermentai priklauso šiai grupei, pvz., Amilazė (krakmolo hidrolizė), sacharazė ir laktazė.

4. Lyazės:

Fermentai sukelia skilimą, pašalina grupes be hidrolizės, prideda grupes prie dvigubų jungčių arba atvirkštinės, pvz., Histidino dekarboksilazė (histidinas pertrauka į histamino ir CO ₂ ), aldazazė (fruktozė-1, 6-difosfatas iki dihidroksi acetono fosfato ir gliceraldehido fosfatas ir gliceraldehido fosfatas) ).

5. Izomerazės:

Fermentai sukelia molekulinės struktūros pertvarkymą, kad padarytų izomerinius pokyčius. Jie yra trijų tipų: izomerazės (aldozės į ketozės grupę, atvirkščiai, kaip gliukozės 6-fosfatas, 6-fosfatas), epimerazės (vienos sudedamosios dalies arba anglies grupės, pvz., Ksilulozės fosfato, ribulozės fosfato padėtis) ir mutacijų (perskaičiavimas). šoninės grupės, kaip gliukozės-fosfato, padėtis gliukozės-l-fosfatui).

6. Lygos:

(Sintetazės). Fermentai katalizuoja dviejų cheminių medžiagų sujungimą su energija, gauta iš ATP, pvz., Fosenolio piruvato PEP karboksilazės (sujungia fosenolio piruvatą su anglies dioksidu, formuojant oksaloacetatą, kartu su ATP hidrolize).

Šiuolaikinė fermentų nomenklatūros sistema, įdiegta Tarptautinės biochemijos sąjungos (IUB), numato keturių skaičių suteikimo bet kuriam fermentui būdą, pirmasis skaičius, nurodantis pagrindinę klasę, į kurią nukrenta fermentas, antrasis ir trečiasis rodo atitinkamai poklasį ir poklasius ir ketvirtasis yra fermento serijos numeris savo konkrečioje subklasėje; keturi skaičiai yra atskirti taškais.

Tokiu būdu obuolių dehidrogenazei suteikiamas fermentų komisijos numeris (Ec. Nr. 1). 1.1.1.37. Pirmieji 1 rodo, kad fermentas yra oksidoreduktazė, antrasis 1 rodo, kad fermentas veikia CH-OH donorų grupę ir trečiasis 1 rodo, kad reakcijoje, kurią skatina fermentas, NAD arba NADP veikia kaip akceptoriaus molekulė, 37 yra paskutinis numeris, suteiktas šiam konkrečiam fermentui, yra grupė, kuriai būdingos savybės, kurios nurodo 1.1.1.

Cheminė fermentų prigimtis:

Visi fermentai yra baltyminiai (Sumner, 1926), išskyrus neseniai aptiktus RNR fermentus. Kai kurie fermentai gali papildomai turėti ne baltymų grupę.

Remiantis cheminio pobūdžio skirtumais, fermentai gali būti apibūdinami taip:

i) paprasti fermentai:

Kai kurie fermentai yra paprasti baltymai, ty hidrolizės metu jie duoda tik amino rūgštis. Tokie yra virškinimo fermentai, tokie kaip pepsinas, tripolis ir chimotripsinas.

ii) konjuguoti fermentai:

Tai fermentas, sudarytas iš dviejų dalių - baltymo dalies, vadinamos apoenzimu (pvz., Flavoproteinu) ir ne baltymų dalimi, pavadinta kofaktoriu. Pilnas konjuguotas fermentas, sudarytas iš apoenzimo ir kofaktoriaus, vadinamas holoenzimu.

Gali būti fermentinis aktyvumas tik tada, kai kartu yra abiejų komponentų (apoenzimo ir kofaktoriaus). Kofaktorius kartais yra paprastas dvivalentis metalinis jonas (pvz., £, Ca, Mg, Zn, Co ir tt), o kartais ir ne baltymų organinis junginys. Tačiau kai kuriems fermentams reikia abiejų rūšių kofaktorių. Jei kofaktorius yra tvirtai susietas su apoenzimu, tai vadinama protezų grupe.

Pavyzdžiui, citochromai yra fermentai, kurių protezų grupėse yra porfirinų. Jei vietoj to, kad kofaktorius būtų daugiau ar mažiau pastoviai prijungtas prie apoenzimo, jis reaguoja tik į apoenzimą tik reakcijos metu, jis vadinamas koenzimu.

iii) Metallo-fermentai:

Fermentinėse reakcijose dalyvaujantys metalo kofaktoriai yra tiek monovalentiniai (K ⁺ ), tiek dvivalentiai katijonai (Mg ⁺⁺, Mn ⁺⁺, Cu ⁺⁺ ). Šiuos fermentus gali laisvai laikyti arba kai kuriais atvejais patekti į pačios molekulės sudėtį. Jei metalas yra molekulės dalis, kaip hemoglobino arba citochromo geležis, fermentai vadinami metalo-fermentais.

iv) izoenzimai (izozimai):

Vienu metu buvo manoma, kad organizmas tam tikram metabolinio reakcijos etapui turi tik vieną fermentą. Vėliau buvo nustatyta, kad substratas gali veikti daugelio fermentų, gaminančių tą patį produktą, variantų.

Daugelio molekulių molekulių formos, esančios tame pačiame organizme ir turinčios panašų substrato aktyvumą, vadinamos izofermentais arba izozimais. Yra žinoma, kad daugiau kaip 100 fermentų yra izofermentų. Taigi kviečių endospermo amilazėje yra 16 izoenzimų, pieno dehidrogenazėje žmogui yra 5 izofermentai, o alkoholio dehidrogenazėje kukurūzuose yra 4 izoenzimai. Izoenzimai skiriasi aktyvumo optika ir slopinimu.

Labiausiai kruopščiai ištirtas isozimas yra pieno dehidrogenazė (LDH), kuri daugelyje stuburinių gyvūnų organuose atsiranda penkiose galimo formose, kaip nustatyta krakmolo gelio elektroforezės atskyrimu. Atsiranda du skirtingi LDH tipai. Viena rūšis, kurią stipriai slopina santykinai mažos piruvato koncentracijos, vyrauja širdyje ir yra vadinama širdies LDH.

Kitas tipas, mažiau lengvai slopinamas piruvatu, atsiranda daugelyje raumenų raumenų ir todėl vadinamas raumenų LDH. Širdies LDH susideda iš 4 identiškų subvienetų, vadinamų H subvienetais. Raumenų LDH susideda iš 4 identiškų M subvienetų. Dviejų tipų subvienetai, H ir M, turi skirtingas aminorūgščių kompozicijas, fermentų kinetiką ir imunologines savybes. Šie subvienetai skirtinguose deriniuose sukuria 5 izofermentus.

Taigi jie yra naudingi organizmui prisitaikant prie įvairių aplinkos sąlygų.

Fermento veiksmo mechanizmas:

Fermentas skatina tam tikrą reakciją, bet pats lieka nepakitęs reakcijos pabaigoje. 1913 m. Michaelis ir Menten pasiūlė, kad fermentinio aktyvumo metu susidarytų tarpinis fermentų substrato kompleksas. Toliau pateikta schema gali būti parašyta iliustruojant sąvoką:

Fermentai yra biologiniai katalizatoriai, pagreitinantys reakcijos greitį keičiant kinetines savybes. Taigi, fermentas (E) atlieka savo katalizinį vaidmenį substrate (S), suformuodamas fermento substrato kompleksą (ES) grįžtamąja reakcija, kur K1 yra greičio konstanta ES formavimui, o K2 yra greitis pastovus ES išskyrimui į E ir S.

Sukūrus ES, substratas (S) paverčiamas produktais, todėl fermentas (E) yra prieinamas tolesniam derinimui su daugiau substratų. ES konversijos į reakcijos produktus greitis gali būti nurodomas konstanta K3.

Kiekviena fermento katalizuota reakcija turi būdingą Km reikšmę, kuri yra konstanta Michalies-Menten, kuri yra fermento ir substrato tendencijos tarpusavyje susieti matas.

Tokiu būdu K _m reikšmė yra fermento afiniteto indeksas jo konkrečiam substratui. Kuo didesnis fermento afinitetas su jo substratu, tuo mažesnė K _m vertė.

Fermentai sumažina aktyvinimo energiją:

Aktyvavimo energija - tai minimalus energijos kiekis, kurio reikia iš molekulės, kad galėtų dalyvauti reakcijoje. Fermentų poveikis yra sumažinti aktyvinimo energijos poreikius, tokiu būdu skatinant pastebimas reakcijos greitis žemesnėje temperatūroje, nei būtų galima kitaip.

Katalitinės svetainės:

Fermentai yra daug didesni nei substratų molekulės. Todėl fermento substrate substratas liečiasi tik su labai mažu fermentinio paviršiaus plotu. Ši fermento dalis, apimanti aminorūgščių liekanas ir peptidines jungtis, kurios yra fiziškai susiliečiančios su substratu, bet yra būtinos kataliziniam aktyvumui, sujungtos sudaro aktyviąją vietą, šiuo metu vadinamą katalizine vieta.

Išskyrus katalizinę vietą, likusi fermento molekulė gali būti reikalinga norint išlaikyti teisingą trijų dimensijų katalizinės vietos konformaciją arba ji gali būti ten be jokio funkcinio vaidmens.

Katalizinės vietos struktūra buvo tiriama kai kuriuose fermentuose. Tai yra arba fermento plyšys, kaip ir papaino ir ribonukleazės, arba gili duobė, kaip anglies anhidrazėje. Nepriklausomai nuo katalizinės vietos formos, manoma, kad teisingas substratas jungiasi su katalizine vieta, gamindamas substrato katalizės vietą.

Šiam kompleksui dažnai taikomas terminas „produktyvus įpareigojimas“. Produktyviame rišime tiek fermentai, tiek substratai turi konformacinius pokyčius, sumažindami aktyvinimo energiją, todėl substratas paverčiamas produktu.

Fermento veiksmo teorijos:

1. Užraktas ir pagrindinė hipotezė:

Pirmą kartą Emil Fischer hipotezė apie 1884 m. Fermento dalis, su kuria substratas (arba substratai) jungiasi, kai jis yra konvertuojamas į produktą, vadinamas aktyvia vieta.

Jei aktyvi vieta buvo standi ir specifiška tam tikram substratui, reakcijos grįžtamumas nebūtų, nes produkto struktūra skiriasi nuo substrato struktūros ir netelpa.

2. Indukuotos teorijos:

Priešingai nei tvirtai išdėstyta aktyvi Fischerio vieta, Daniel E. Koshland (1973) rado įrodymų, kad aktyvi fermentų vieta gali būti paskatinta glaudžiai sutinkant substratą (arba produktą), kad būtų pakeista konformacija, kuri leidžia geriau derinti tarp dviejų.

Ši idėja dabar yra plačiai žinoma kaip indukuoto pritaikymo teorija ir yra parodyta toliau. Matyt, substrato struktūra taip pat keičiama daugeliu atvejų, kai atsiranda tinkamas derinys, tokiu būdu leidžiant funkcionalesniam fermentų kompleksui.

Fermentų savybės:

1. Katalizinis fermento pobūdis jau buvo išsamiai aptartas anksčiau.

2. Grįžtamumas:

Teoriškai visos fermento kontroliuojamos reakcijos yra grįžtamos. Tačiau grįžtamumas priklauso nuo energijos poreikio, reagento prieinamumo, galutinių produktų koncentracijos ir pH. Jei reagentų cheminis potencialas yra labai aukštas, palyginti su produktų cheminiu potencialu, reakcija gali vykti tik į produktų formavimąsi dėl cheminio masės poveikio teisės. Dauguma dekarboksilinimo ir hidrolizinių reakcijų yra negrįžtamos.

Tas pats fermentas palengvina reakcijos judėjimą į priekį ir atgal, jei tai įmanoma tik termodinaminiu būdu. Įspūdingas pavyzdys pastebimas kvėpavimo ir fotosintezės keliuose. Glikolizės ir pentozės fosfato kelio fermentai išskiria gliukozę. Kai kurie iš šių fermentų fotosintezės metu veikia atvirkščiai ir sukelia gliukozę iš anglies dioksido ir vandens.

3. Šilumos jautrumas:

Visi fermentai yra jautrūs šilumai arba termolabilūs. Dauguma fermentų veikia optimaliai tarp 25–35 ° C. Užšalimo temperatūroje jie tampa neaktyvūs ir denatūruojami 50 ° –55 ° C temperatūroje. Jų fermentai išlieka funkcionalūs net 80 ° C temperatūroje. Be to, 60–70 ° C temperatūroje sėklų ir sporų fermentai nėra denatūruoti.

4. jautrus pH:

Kiekvienas fermentas veikia esant tam tikram pH, pvz., Pepsinui (2 pH), sacharazei (4-5 pH), trippsinui (8, 5 pH). PH pasikeitimas daro fermentus neveiksmingus.

5. Veiksmų specifika:

Fermentai pasižymi specifiškumu substratų, kuriems jie atlieka katalizinį vaidmenį, atžvilgiu. Šią unikalią fermentų savybę lemia: (1) struktūrinė substrato molekulės konfigūracija, (2) fermento konformacija ir (3) fermento aktyviosios arba katalizinės vietos. Fermentų substrato specifiškumas yra dviejų rūšių: grupės specifiškumas ir stereo-specifiškumas.

Fermentai paprastai rodo grupės specifiškumą, ty jie užkrečia tik chemiškai susijusių junginių grupę. Grupės specifiškumas gali būti santykinis grupės specifiškumas, tokiu atveju fermentas veikia daugelyje homologinių substratų.

Taigi, heksokinazė perneša fosfatų grupę iš ATP į mažiausiai 23 heksozes arba jų darinius, pvz., Gliukozę, manozę, fruktozę ir gliukozaminą. Kai kurie specifiniai grupės fermentai pasižymi absoliučiu grupės specifiškumu, o tai reiškia, kad fermentas veikia tik vieną junginį, o ne jo homologus. Manozė, gliukokinazė ir frukokinazė dalyvauja atitinkamai heksozių, manozės, gliukozės ir fruktozės fosforilacijose.

Fermentai taip pat rodo stereo-specifiškumą substrato atžvilgiu ir yra rodomi tiek su optiniais, tiek geometriniais izomerais.

(i) Jei fermentas pasižymi optiniu specifiškumu, jis veikia junginių dextro (D) arba laevo (L) izomerą. Taigi, amino amino rūgščių oksidazė oksiduoja tik D. aminorūgštis ir L. amino rūgščių oksidazės reaguoja tik su L. amino rūgštimis.

(ii) Geometrinis specifiškumas rodomas cis ir trans izomerų atžvilgiu. Fumarinės ir obuolių rūgštys yra du geometriniai izomerai. Fumarinė hidratazė veikia tik trans-izomero fumaro rūgštį, bet ne cis-izomero obuolių rūgštimi.

6. Fermentų slopinimas:

Medžiagos ar junginiai, kurie mažina fermento katalizuojamos reakcijos greitį, yra žinomi kaip inhibitoriai, o reiškinys apibūdinamas kaip fermentų slopinimas. Yra trys slopinimo tipai.

i) Konkurencinis slopinimas:

Kai junginys konkuruoja su aktyviosios medžiagos substratu ant fermento baltymo ir taip sumažina katalizinį šio fermento aktyvumą, junginys laikomas konkurenciniu inhibitoriumi. Tokių struktūrinių analogų (vadinamų antimetabolitais) slopinimas, kuris yra atvirkštinis, tiesiog pridedant daugiau substrato į reakcijos mišinį, yra žinomas kaip konkurencinis slopinimas.

Pavyzdžiui, sukcinato dehidrogenazė lengvai oksiduoja gintaro rūgštį į fumaro rūgštį. Jei pridedama didėjančio maloninės rūgšties koncentracijos, artimai panaši į gintaro rūgšties struktūrą, gintaro dehidrogenazės aktyvumas labai sumažėja.

Dabar slopinimas gali būti pakeistas padidinant gintaro rūgšties substrato koncentraciją. Tokio slopinimo tipo inhibitorių kiekis yra susijęs su (i) inhibitoriaus koncentracija, (ii) substrato koncentracija ir santykiniu inhibitoriaus ir substrato afinitetu. Slopinantis poveikis yra grįžtamasis.

Nesvarbu, ar inhibitorius yra konkurencingas, ar ne, galima rasti statant „Lineiveaver-Burk Plot“. Konkurenciniai inhibitoriai keičia Km fermentą, nes jie užima aktyvias vietas. Tačiau jie nekeičia reakcijos V _max arba maksimalaus greičio.

ii) nekonkurencinis slopinimas:

Slopinimo tipas, kurio negalima padidinti, padidinant substrato koncentraciją, vadinamas nekonkurenciniu slopinimu. Inhibitorius gana stipriai susijungia su kita fermento vieta, išskyrus aktyviąją vietą, ir šis poveikis nėra įveikiamas tiesiog padidinant substrato koncentraciją.

Tokio slopinimo tipo inhibicijos kiekis yra susijęs su (a) inhibitoriaus koncentracija ir (b) inhibitorių afinumu fermentui. Substrato koncentracija neturi įtakos šiai sistemai, o nekonkurenciniai inhibitoriai keičia fermento Vmax, o ne Km.

Cianidas, azidas ir sunkusis metalas, pvz., Sidabras, gyvsidabris, švinas ir tt, yra keletas nekonkurencinių inhibitorių, kurie sujungia ar naikina esmines sulfhidrilo grupes arba fermentų metalinį komponentą, pavyzdžiai.

iii) grįžtamojo ryšio (galutinio produkto) slopinimas:

Kai reakcijos galutinis produktas padeda užkirsti kelią vieno iš jo pirmtakų susidarymui, slopindamas labai reakciją katalizuojančio fermento veikimą, slopinimas vadinamas grįžtamojo slopinimu.

A ir B konversijos X slopinimas būtų toks slopinimas. Čia X, galutinis reakcijos produktas, padeda užkirsti kelią vieno iš jo pirmtakų (B) susidarymui, slopindamas fermento a 'poveikį, kuris katalizuoja perėjimą nuo A į B.

Šiuo atveju fermentas „a“ gali būti vadinamas širdies stimuliatoriumi, nes visas jo sekas yra efektyviai reguliuojamas. Faktinis pavyzdys yra citidino trifosfato (CTP) susidarymas iš asparto rūgšties ir karbamilo fosfato E. coli.

Sukūrus kritinę CTP koncentraciją, trifosfatas sulėtina savo susidarymą, slopindamas fermentą, aspartato transkarbamilazę (ATCase), kuri katalizuoja širdies stimuliatoriaus žingsnį savo sintezėje. Kai trifosfato koncentracija yra pakankamai sumažėjusi metaboliniu naudojimu, slopinama, o jo sintezė atnaujinama.

Veiksniai, darantys įtaką fermentų veikimui ir fermentų kinetikai:

1. Fermentų koncentracija:

Biocheminės reakcijos greitis didėja, didėjant fermentų koncentracijai iki taško, vadinamo ribojančiu ar prisotinimo tašku. Be to, fermentų koncentracijos padidėjimas nedaug.

2. Substrato koncentracija:

Michaelis ir Menten (1913 m.) Atliko pirmąją patenkinamą matematinę substrato koncentracijos poveikio fermento katalizuojamos reakcijos greičiui analizę. Nustačius fiksuotą fermentų koncentraciją, substrato padidėjimas iš pradžių sukels labai greitą greičio arba reakcijos greičio padidėjimą.

Kadangi substrato koncentracija ir toliau didėja, reakcijos greičio padidėjimas pradeda sulėtėti, kol, esant didelei substrato koncentracijai, greičio pokyčių nepastebės. Reakcijos greitis, gautas esant aukštai substrato koncentracijai, yra apibrėžiamas kaip didžiausias fermento katalizuojamos reakcijos greitis (Vm) nustatytomis sąlygomis, o pradinis reakcijos greitis, gautas esant substrato koncentracijai žemiau soties lygio, vadinamas V.

Substrato koncentracija, reikalinga pusę didžiausio greičio (V _m / 2), gali būti lengvai nustatoma iš aukščiau pateikto skaičiaus ir yra svarbi fermento kinetikos konstanta. Jis apibrėžia Michaelio pastovumą arba K _m . Kitaip tariant, K yra apibrėžiamas kaip substrato koncentracija, kai V = ½ Vm -Per kruopščiai apibrėžtos buferio temperatūros, pH ir jonų stiprumo sąlygos, ši konstanta K _{m yra} artima fermento substrato komplekso disociacijos konstantai. Km arba 1 / K _m abipusis santykis atitinka fermento afinitetą su jo substratu.

Fermento veiksmo kinetika:

Michaelio konstanta K yra labai svarbi, nes ji užtikrina reakcijos katalizuojančio fermento veikimo būdą. Pažymėtina, kad esant mažai substrato koncentracijai, greičio santykis su substratu yra beveik linijinis ir paklūsta pirmojo laipsnio kinetikai, ty reakcijos greitis A – B yra tiesiogiai proporcingas substrato koncentracijai [A].

V = K '[A] mažas [substratas]

Kai V yra stebimas reakcijos greitis koncentracijoje [A] ir K 'yra specifinė greičio konstanta. Tačiau esant aukštai substrato koncentracijai, reakcijos greitis yra didžiausias ir nepriklausomas nuo substrato [A]; taigi ji laikosi nulinės eilės kinetikos.

V _m = K 'Saturing [Substrate]

Michaelis-Menten lygtis, apibūdinanti šiuos santykius ir taip pat patenkinamai paaiškina kreivę, yra tokia:

V = Vm [S] / K _m + [S]

Kur V = pradinis reakcijos greitis esant tam tikrai substrato koncentracijai [S]

K _m = Michaelis pastovus, molai / litre.

V _m = maksimalus greitis esant prisotintoms substrato koncentracijoms

[S] = substrato koncentracija moliais / litre

Praktiškai sunku nustatyti fermento reakcijos Km nustatymą Michaelis-Menten lygtimi. Tokiai nustatymui dažnai naudojamas šios lygties, vadinamos „Line-weaver-Burk“, rezultatas.

1. Temperatūra:

Fermentas yra aktyvus ribotame temperatūros intervale. Temperatūra, kuria fermentas pasižymi didžiausiu aktyvumu, vadinama optimalia temperatūra. Fermentų aktyvumas mažėja virš ir žemiau šios temperatūros. Kaip katalizatorius jie turi padidėjusį reaktyvumą su temperatūra, tačiau jų baltyminė prigimtis daro juos jautriu terminiam denatūravimui virš optimalios temperatūros.

2. pH:

PH, kuriam esant didžiausias fermentų aktyvumas, labai skiriasi nuo vieno fermento. Tai vadinama pH optimalumu. Bet koks nedidelis perėjimas prie abiejų krypčių žymiai sumažina fermentų aktyvumą. Kadangi fermentai yra baltymai, pH pokyčiai paprastai veikia amino ir karboksirūgščių grupių baltymų paviršiaus joninį pobūdį ir todėl žymiai veikia katalizinį fermento pobūdį.

3. Hidracija:

Enzimo funkcijos maksimaliai veikia esant padidintam substrato kinetiniam aktyvumui, nes nuolatinė fazė yra didesnė. Štai kodėl sėklos, turinčios mažą vandens kiekį, registruoja minimalų fermentinį aktyvumą, nors substratai juose yra gausūs. Tačiau dygimo metu fermentinis aktyvumas smarkiai pakyla ir tai yra dėl vandens absorbcijos ir dėl to skatinant substrato molekulių kinetinį aktyvumą.

Koenzimai:

Ląstelių fiziologijoje daugelis fermentinių reakcijų baigiamos dalyvaujant koenzimams. Tai yra junginiai, kurie veikia kaip fermentai, ty pagreitina biologines reakcijas, tačiau jie nėra baltymai, pavyzdžiui, tikrieji fermentai.

Apibrėžimas:

Koenzimas gali būti apibrėžiamas kaip specifinis kofaktoriaus tipas, ty ne baltymų organinis junginys, arba nešiklio molekulė, veikianti kartu su konkrečiu fermentu.

Jei kofaktorius yra tvirtai susietas su apoenzimu, tai vadinama protezų grupe; ir jei organinis kofaktorius vietoj to, kad būtų daugiau ar mažiau nuolat susietas su apoenzimu, jis pats prisijungia prie fermento baltymo tik reakcijos metu, vadinamas koenzimu.

Ląstelių procesuose kartais vandenilio atomai arba elektronai yra pašalinami iš vieno junginio ir perkeliami į kitą. Visais tokiais atvejais konkretus fermentas katalizuoja pašalinimą, tačiau, norint atlikti perdavimą, taip pat turi būti konkretus koenzimas. Koenzimas laikinai prisijungia prie pašalintos atomų grupės arba priima jį, ir vėliau gali jas perduoti kitam akceptoriaus junginiui.

Cheminė koenziminė gamta:

Dauguma koenzimų yra cheminiai nukleotidų dariniai. Konkrečiau, daugelyje koenzimų nukleotidų azoto bazinė dalis yra pakeista kitu cheminiu vienetu. Šis vienetas paprastai yra tam tikro vitamino darinys. Šie koenzimai yra svarbūs ląstelių fiziologijoje.

(i) Flavino dariniai arba Flavino nukleotidai (FMN ir FAD)

(ii) piridino dariniai arba piridino nukleotidai (NAD ir NADP).

iii) A koenzimas

(iv) Kofermentas Q

(iv) citochromai

(vi) tiamino pirofosfatas

Čia aprašomi tik du koenzimai.

1. Flavino nukleotidai arba flavoproteinai:

Didelė kvėpavimo fermentų grupė kaip kofaktorius naudoja vieną iš dviejų riboflavino darinių (vitaminas B ₂ ). Tai flavino mononukleotidas (FMN) ir flavino adenino nukleotidas (FAD).

Struktūra:

Riboflavinas yra junginys, susidedantis iš ribozės baltymo ir flavino dalies, pastaroji yra kompleksinė trigubo žiedo struktūra. Ląstelėse fosfatų grupė yra susieta su riboflavinu, todėl susidaro nukleotidų panašus kompleksas, žinomas kaip flavino mononukleotidas (FMN) arba riboflavino monofosfatas. Jei FMN prisijungia prie AMP, susidaro dinukleotidas, žinomas kaip flavino adenino dinukleotidas (FAD).

Funkcijos:

FMN arba FAD derinys su apoenzimu vadinamas flavoproteinu (FP). Flavoproteinai katalizavo hidrido jonų (H ^- ) ir hidrolizuoto jono (H ⁺ ) pašalinimą iš metabolito. Šiuose koenzimuose yra molekulės flavino dalis, kuri suteikia konkrečią vietą laikinai prijungti vandenilį.

FMN + MH ₂ ——–> FADH ₂ + M

FMN + MH ₂ ——–> FMNH ₂ + M

Šioje reakcijoje MH reiškia substratą, FADH, yra sumažinta FAD forma, o FMNH2 yra sumažinta FMN forma. Svarbus vandenilio šaltinis šiai reakcijai yra sumažintas piridino nukleotidas.

H ⁺ + NADH + FAD ——–> NAD ⁺ + FADH ₂

Visais atvejais sumažėję flavoproteinai savo elektronus perduoda citochromams.

2. Koenzimas Q:

Šis fermentas yra chinonas, žinomas kaip ubikinonas, ir jis dažniausiai randamas mitochondrijose, bet taip pat ir mikrosomų bei ląstelių branduoliuose ir kt.

Struktūra:

Koenzimą Q arba ubikinoną sudaro chinonas su šonine grandine, kurios ilgis kinta priklausomai nuo mitochondrijos šaltinio. Daugumoje gyvūnų audinių šoninėje grandinėje yra chinonas, turintis 10 izoprenozidų, vadinamas koenzimu Q ₁₀ .

Funkcija:

Kofermentas Q yra būtinas elektronų transportavimo grandinės komponentas mitochondrijose. Jis yra papildomas vandenilio nešiklis tarp flavino koenzimų (FAD ir FMN) ir citochromų.

Q + FADH ₂ ——-> QH2 + FAD

Sumažintas (QH ₂ ) perduoda savo elektronus į citochromą b mitochondrijose.