úvod
O enzýmoch vieme z lekcie Enzýmy, že urýchľujú reakcie, majú aktívne miesto a pracujú najlepšie pri istej teplote a pH. Teraz zistíme, ako ich rýchlosť závisí od množstva substrátu.
teória
Nasýtenie enzýmu
Enzým E najprv naviaže substrát S do komplexu enzým a substrát ES a až potom ho premení na produkt P:
E + S ⇌ ES → E + P
Pri malej koncentrácii substrátu väčšina enzýmu čaká a rýchlosť rastie takmer úmerne koncentrácii. Pri veľkej koncentrácii sú všetky aktívne miesta obsadené a rýchlosť sa blíži k stropu, maximálnej rýchlosti V_max. Enzým je nasýtený, ako obchod, v ktorom pracujú všetky pokladne.
teória
Michaelisova konštanta
Koncentrácia substrátu, pri ktorej enzým pracuje polovičnou rýchlosťou, sa volá Michaelisova konštanta K_m. Vyjadruje, ako ochotne enzým substrát viaže: čím menšia K_m, tým väčšia afinita.
Pekný príklad sú dva enzýmy, ktoré robia to isté, fosforylujú glukózu:
| Enzým | Kde | K_m pre glukózu |
|---|---|---|
| hexokináza | svaly, mozog | asi 0,1 mmol/l |
| glukokináza | pečeň | asi 10 mmol/l |
V krvi je asi 5 mmol/l glukózy. Hexokináza je pri tom nasýtená, svaly a mozog berú glukózu stále. Glukokináza pracuje naplno až po jedle, keď glykémia stúpne, a pečeň vtedy ukladá nadbytok cukru.
vyskúšaj si
Enzýmový reaktor
Zmeraj rýchlosť reakcie pri rôznych koncentráciách substrátu a odhadni V_max a K_m.
0 / 0Koncentrácia substrátu v mmol/l:
| [S] v mmol/l | v v µmol/min |
|---|
Prečo sa reakcia s enzýmom pri veľkej koncentrácii substrátu už nezrýchľuje?
0 / 0Zapamätaj si: enzým sa najprv spojí so substrátom a potom ho premení. Keď je substrátu veľa, enzým je nasýtený a rýchlejšie to nejde, dosiahol V_max. Koncentrácia substrátu, pri ktorej enzým pracuje polovičnou rýchlosťou, je K_m. Malá K_m znamená, že enzým si substrát „všimne“ aj vo veľmi malom množstve.
Michaelisova-Mentenovej rovnica
Leonor Michaelis a Maud Mentenová v roku 1913 odvodili
v = V_max · [S] : (K_m + [S])
- pri [S] ≪ K_m je v ≈ (V_max/K_m) · [S], rýchlosť je úmerná koncentrácii,
- pri [S] = K_m je v = V_max/2,
- pri [S] ≫ K_m je v ≈ V_max.
Lineweaverov-Burkov graf
Z krivky sa V_max ťažko odčíta, lebo sa k nej blíži len pomaly. Pomôže prevrátenie oboch strán:
1/v = (K_m/V_max) · (1/[S]) + 1/V_max
Graf 1/v podľa 1/[S] je priamka. Priesečník s osou y je 1/V_max, priesečník s osou x je −1/K_m.
Inhibícia
- Kompetitívny inhibítor sa podobá substrátu a súťaží s ním o aktívne miesto. Veľký nadbytok substrátu ho vytlačí, preto V_max ostáva, ale K_m sa zväčší. Takto pôsobí etanol ako protijed pri otrave metanolom alebo statíny na znižovanie cholesterolu.
- Nekompetitívny inhibítor sa viaže inde a enzým poškodí. Substrát ho nevytlačí, V_max klesne, K_m ostáva. Podobne pôsobia ióny ťažkých kovov.
- Ireverzibilný inhibítor sa viaže natrvalo. Aspirín takto vyradí enzým cyklooxygenázu.
Regulácia enzýmov
Bunka rýchlosť dráh neriadi len množstvom substrátu. Alosterické enzýmy majú okrem aktívneho miesta aj regulačné miesto. Fosfofruktokináza v glykolýze sa spomalí, keď je v bunke veľa ATP, a zrýchli, keď pribudne AMP. Konečný produkt dráhy často brzdí jej prvý enzým, tomu sa hovorí spätná väzba.
rozšírenie Lieky ako inhibítory enzýmov
Väčšina liekov sú inhibítory enzýmov. Ibuprofén brzdí cyklooxygenázu, a tým tvorbu látok, ktoré spôsobujú bolesť a zápal. Lieky proti vysokému tlaku brzdia enzým, ktorý tvorí angiotenzín. Penicilín zablokuje enzým, ktorým baktérie stavajú bunkovú stenu. Pri vývoji nového lieku chemici hľadajú molekulu, ktorá do aktívneho miesta zapadne čo najlepšie, a K_m s inhibičnou konštantou sú pre nich kľúčové čísla.
teória
Časté chyby
- „Viac substrátu vždy znamená rýchlejšiu reakciu.“ Len kým enzým nie je nasýtený.
- „Veľká K_m znamená rýchly enzým.“ K_m hovorí o afinite. Rýchlosť určuje V_max.
- „Kompetitívny inhibítor zníži V_max.“ Nadbytok substrátu ho prevalcuje, V_max ostáva.
- „Inhibítor enzým vždy zničí.“ Väčšina inhibítorov sa viaže vratne.
Ako enzýmy spolupracujú v prvej dráhe rozkladu glukózy, ukáže lekcia Glykolýza.