Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Структура и функции белков и ферментов
Ферменты: кинетика
Концентрация субстрата

Далее мы будем рассматривать ферментативные реакции, в которых имеется единственный субстрат и единственный продукт. Такая ситуация действительно наблюдается для некоторых ферментативных реакций, однако большинство из них протекает с участием двух и более субстратов и продуктов. Это, однако, нисколько не снижает ценности дальнейших рассуждений. То. что справедливо для одного субстрата, остается верным и для двух.

При увеличении концентрации субстрата [S] и сохранении всех остальных условий начальная скорость V (скорость, измеряемая в период, когда израсходована очень малая доля субстрата) будет повышаться до максимальной величины V_max, после чего останется постоянной (рис. 8.14).

По мере повышения концентрации субстрата скорость будет расти до тех пор, пока не произойдет насыщения фермента субстратом. Измеренная в таких условиях начальная скорость уже не будет возрастать при дальнейшем повышении концентрации субстрата. Отметим, что субстрат обычно берут в значительном молярном избытке по отношению к ферменту. Например, если фермент с мол. массой 100 000 взаимодействует с субстратом с мол. массой 100 и оба присутствуют в концентрации 1 мг/мл, то на каждый моль фермента будет приходиться 1000 молей субстрата. Более реальными являются следующие величины:

[Enz] = 0,1 мкг/мл = 10^-9 М,

[S] = 0,1 мг/мл = 10^-3 М,

т.е. молярный избыток субстрата по отношению к ферменту составляет 10⁶.

Рис. 8.14. Влияние концентрации субстрата на скорость ферментативной реакции.

Даже если [S] уменьшить в 100 раз, его концентрация все еще в 10000 раз будет превышать концентрацию фермента.

Ситуация, соответствующая точкам А, В и С на рис. 8.14, проиллюстрирована на рис. 8.15. В точках А и В в комплексе с субстратом находится лишь часть молекул фермента, хотя молекул субстрата намного больше, чем молекул фермента. Это происходит потому, что константа равновесия реакции Enz + S Enz — S (образование комплекса Enz — S) хотя и велика, но конечна. Таким образом, в точках А и В повышение или понижение [S] будет приводить к увеличению или уменьшению доли молекул Enz, связанных с S (т. е. доли молекул Enz — S), и v будет зависеть от [S]. В точке С практически все молекулы фермента связаны с субстратом, и дальнейшее повышение [S], хотя и повысит частоту столкновений Enz с S, не сможет привести к повышению скорости реакции — среди молекул фермента уже не будет таких, которые были бы свободны для реакции с субстратом.

Случай В представляет особый теоретический интерес, поскольку при этом ровно половина молекул фермента насыщена субстратом. Соответственно скорость равна половине максимальной скорости (V_mах/2), достижимой при данной концентрации фермента.