Скорость ферментативной реакции прямо пропорциональна концентрации молекул фермента. Когда концентрация молекул субстрата достаточно высока, чем больше молекул фермента, тем выше скорость превращения субстрата. Но на самом деле, когда концентрация фермента очень высока, эта связь не сохраняется и кривая постепенно становится плоской. Согласно анализу, это может быть вызвано высокой концентрацией субстрата, увлекаемого многими ингибиторами.
В биохимических реакциях, если концентрация фермента является постоянной величиной и начальная концентрация субстрата мала, скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации субстрата, т. е. увеличивается с увеличением концентрации субстрата. Когда все ферменты соединяются с субстратом с образованием промежуточных продуктов, даже если концентрация субстрата увеличивается, концентрация промежуточных продуктов не увеличивается и скорость ферментативной реакции не увеличивается. Можно также сделать вывод, что при одинаковых условиях концентрации субстрата скорость ферментативной реакции пропорциональна исходной концентрации фермента. Чем больше начальная концентрация фермента, тем выше скорость ферментативной реакции.
В реальных измерениях, даже если концентрация фермента достаточно высока, по мере увеличения концентрации субстрата скорость ферментативной реакции не увеличивается или даже ингибируется. Причина в том, что высокая концентрация субстрата снижает эффективную концентрацию воды и уменьшает диффузию молекул, тем самым снижая скорость ферментативной реакции. Избыточный субстрат накапливается на молекулах фермента, образуя неактивные промежуточные продукты, которые не могут высвободить молекулы фермента, тем самым также снижая скорость реакции.
Различные ферменты обладают наибольшей ферментативной активностью и наибольшей скоростью ферментативной реакции в оптимальном температурном диапазоне. В подходящем диапазоне температур на каждые 10°C повышения температуры скорость ферментативной реакции может увеличиваться в 1–2 раза.
Оптимальная температура ферментов у разных организмов различна. Например, оптимальная температура различных ферментов в тканях животных составляет 37–40 ℃, оптимальная температура различных ферментов в микроорганизмах — 25–60 ℃, но есть исключения. Например, оптимальная температура глюкоамилазы Нигера составляет 62–64 ℃. ℃; Оптимальная температура глюкозоизомеразы Bacillus megaterium, Lactobacillus brevis и Bacillus aerogenes — 80°С, оптимальная температура разжижения амилазы Bacillus subtilis — 85–94°С.
Видно, что термостабильность некоторых ферментов Bacillus относительно высока. Слишком высокие или слишком низкие температуры снизят каталитическую эффективность фермента, то есть снизят скорость ферментативной реакции.
Для ферментов с оптимальной температурой ниже 60°С при достижении температуры 60—80°С большая часть ферментов разрушается и подвергается необратимой денатурации; при приближении температуры к 100°С каталитическое действие фермента полностью теряется.
Ферменты проявляют активность в пределах оптимального диапазона pH. Если pH выше или ниже оптимального pH, активность фермента снижается.
В основном проявляется в двух аспектах:
① изменение заряженного состояния молекул субстрата и молекул фермента, тем самым влияя на комбинацию фермента и субстрата;
② слишком высокий или слишком низкий pH повлияет на стабильность фермента, тем самым вызывая необратимое повреждение фермента.
Вещества, способные активировать ферменты, называются активаторами ферментов.
Существует множество видов активаторов, основными из них являются:
① Неорганические катионы, такие как ионы натрия, ионы калия, ионы меди, ионы кальция и т. д.;
② Неорганические анионы, такие как хлорид-ионы, бромид-ионы, йодид-ионы, сульфат-ионы, фосфат-ионы и т. д.;
③ Органические соединения, такие как витамин С, цистеин, восстановленный глутатион и т. д.
Многие ферменты проявляют каталитическую активность или усиливают свою каталитическую активность только в присутствии соответствующего активатора, что называется активацией фермента. Некоторые ферменты после синтеза находятся в неактивном состоянии, и эти ферменты называются зимогенами. Чтобы стать активным, он должен быть активирован соответствующим активатором.
Вещества, способные снижать активность фермента, не вызывая денатурации ферментного белка, называются ингибиторами фермента. Факторы, которые денатурируют и инактивируют ферменты (так называемая пассивация ферментов), такие как сильные кислоты и сильные основания, не являются ингибиторами. Снижает скорость ферментативных реакций. Ингибиторы ферментов включают ионы тяжелых металлов, окись углерода, сероводород, синильную кислоту, фторид, йодуксусную кислоту, алкалоиды, красители, п-хлорртутную кислоту, диизопропилфторфосфорную кислоту, этилендиаминтетрауксусную кислоту, поверхностно-активные вещества.Агенты и т. д.
Ингибирование ферментативных реакций можно разделить на конкурентное ингибирование и неконкурентное ингибирование. Вещества, имеющие сходную с субстратом структуру, конкурируют за связывание с активным центром фермента, тем самым снижая скорость ферментативной реакции.Этот эффект называется конкурентным ингибированием.
Конкурентное ингибирование — это обратимое ингибирование, которое со временем можно снять путем увеличения концентрации субстрата и восстановления активности фермента. Вещества, структурно подобные субстрату, называются конкурентными ингибиторами.
После того, как ингибитор связывается с участком, отличным от активного центра фермента, субстрат все еще может связываться с активным центром фермента, но фермент не проявляет активности.Этот эффект называется неконкурентным ингибированием.
Неконкурентное ингибирование необратимо, и повышение концентрации субстрата не может снять ингибирование активности фермента. Ингибиторы, которые связываются с сайтами, отличными от активного центра фермента, называются неконкурентными ингибиторами.
Некоторые вещества могут действовать как ингибиторы одного фермента, так и активаторы другого.