Wpływ temperatury na aktywność enzymów
Wzrost temperatury zwiększa szybkość reakcji enzymatycznych, ale tylko w pewnym zakresie. Ponieważ enzym jest substancją białkową, wzrost temperatury powyżej temperatury optymalnej dla jego działania powoduje stopniową denaturacje i zanik zdolności katalitycznych. Dla większości enzymów optymalna temperatura jest bliska 40°C. Znane są jednak przykłady enzymów, których optymalna temperatura jest zarówno wyraźnie wyższa, jak i niższa niż 40°C. Nadmierny wzrost temperatury zwiększa prawdopodobieństwo zrywania licznych słabych wiązań stabilizujących strukturę przestrzenną białka, w tym strukturę centrum katalitycznego. Szybkość inaktywacji enzymu zależy w pewnym stopniu od stężenia enzymu, pH środowiska reakcji oraz siły jonowej roztworu. Krzywa zależności aktywności enzymatycznej od temperatury posiada charakterystyczne maksimum, przy którym szybkość katalizowanej reakcji jest największa (Rys. 1). Dla większości enzymów zmiany denaturacyjne zachodzą bardzo intensywnie powyżej 45-50°C, jednakże są i takie, które wykazują znaczną odporność na inaktywujące działanie podwyższonej temperatury - cechuje je wysoka termostabilność. Termostabilność enzymu określa się, podając najwyższą temperaturę, w której nie dochodzi jeszcze do termicznej inaktywacji enzymu.
Wpływ pH na aktywność enzymów
Do utrzymania aktywności katalitycznej enzymy wymagają odpowiedniego pH środowiska. Dla większości enzymów optymalne jest pH 5,5 - 7,4. Znane są jednak enzymy, które działają najlepiej w środowisku kwaśnym (np. pepsyna w pH 1,5 - 2,7; fosfataza kwaśna pH 4 - 6) lub zasadowym ( trypsyna, chymotrypsyna - pH 7 - 9; fosfataza zasadowa pH 8-9 ). Dla jeszcze innych enzymów najkorzystniejsze jest środowisko bliskie obojętnego (dehydrogenaza mleczanowa pH 7,2; kinaza pirogronianowa pH 7,4). Uwzględniając odczyn środowiska wewnątrzkomórkowego, należy zauważyć, iż w organizmie nie wszystkie enzymy działają przy optymalnym pH. Zależność aktywności enzymów od pH środowiska jest więc jednym z istotnych czynników regulujących szybkość reakcji. Niewielkie zmiany pH nie dezaktywują enzymu, ale obniżają szybkość reakcji, ponieważ wpływając na stopień jonizacji enzymu i substratu, zmieniają warunki tworzenia się kompleksu enzym-substrat. Środowisko silnie kwaśne i silnie zasadowe z reguły działa denaturująco, niszcząc nieodwracalnie wiązania stabilizujące cząsteczkę enzymu i zmieniają jonizację reszt aminokwasowych w łańcuchu polipeptydowym białka (Rys. 1).
Wpływ aktywatorów i inhibitorów na aktywność enzymów
Enzymy mogą podlegać zarówno inhibicji, jak i aktywacji przez różne specyficzne cząsteczki lub jony. Ma to szczególnie istotne znaczenie dla kontroli fizjologicznej ich działania w układach biologicznych. W ten sam sposób działa wiele leków i czynników toksycznych.
Większość enzymów wymaga dla zachowania swojej aktywności aktywatorów. Aktywatorami nazywamy związki niskocząsteczkowe, których obecność w miejscu katalizy enzymatycznej przyspiesza przebieg reakcji. Aktywatorami enzymów mogą być jony metali (np. Mn2+, Mg2+, Zn2+, Ca2+, rzadziej Co2+, Cu2+, Ni2+), czy aniony współdziałające z białkami (np. Cl-). Jon metalu może być zlokalizowany w katalitycznym centrum enzymu (bierze wówczas bezpośredni udział w reakcji) lub też w innym fragmencie molekuły (stabilizuje wtedy jej aktywną konformację).
Substancje hamujące działanie enzymów to inhibitory reakcji enzymatycznych. Inhibicja enzymu może zachodzić pod wpływem małych cząsteczek lub jonów, zarówno nieodwracalnie jak i odwracalnie. W inhibicji nieodwracalnej inhibitor wiąże się kowalencyjnie z enzymem tak silnie, że jego dysocjacja jest niemożliwa. W inhibicji odwracalnej szybko osiągany jest stan równowagi w układzie enzym-inhibitor. Podstawowe typy odwracalnej inhibicji, to:
Inhibicja kompetycyjna, kiedy inhibitor jest podobny do substratu i wiąże się w miejscu aktywnym enzymu, blokując wiązanie substratu. Inhibitor współzawodniczy z enzymem o centrum aktywne.
Inhibicja niekompetycyjna, kiedy inhibitor wiąże się z cząsteczka enzymu w innym miejscu niż centrum aktywne enzymu. Następuje wtedy zmiana konformacji enzymu, która pociąga za sobą zmianę konformacji centrum aktywnego.
Niespecyficznymi inhibitorami enzymów są jony metali ciężkich (Cu, Pb, Hg, Ag). Wiążą się one łatwo i w sposób nieodwracalny ze wszystkimi białkami, powodując rozległe zmiany ich konformacji, prowadzące do denaturacji, której często towarzyszy wypadanie białka w postaci osadu. Szczególnie podatne na wiązanie jonów metali ciężkich są grupy sulfhydrylowe (-SH); metal może się również wbudować w mostek disiarczkowy.
Wyszukiwarka