4.9: Ідеальні ферменти

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4269

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Тепер, якщо ми подумаємо про те, яким може бути ідеальний фермент, це був би той, який має дуже високу швидкість і дуже високу спорідненість до свого субстрату. Тобто, не потрібно було б багато субстрату, щоб дістатися,\(V_{max}/2\) і вони\(K_{cat}\) були б дуже високими. Такі ферменти мали б значення\(K_{cat} / K_M\), які є максимальними. Цікаво, що існує кілька ферментів, які мають цю властивість і їх максимальні значення все приблизно однакові. Такі ферменти називають «ідеальними», оскільки вони досягли максимально можливого значення. Чому має бути максимально можливе значення\(K_{cat} / K_M\). Відповідь полягає в тому, що рух субстрату до ферменту стає обмежуючим фактором для ідеальних ферментів. Рух субстрату шляхом дифузії у воді має фіксовану швидкість, і це обмеження в кінцевому підсумку визначає, наскільки швидко фермент може працювати. У макроскопічній світовій аналогії заводи не можуть робити продукцію швидше, ніж постачальники можуть доставляти матеріали. Можна з упевненістю сказати для ідеального ферменту, що єдиною межею, яку він має, є швидкість дифузії субстрату у воді.

Малюнок 4.8.1: *Уникнення утворення нестійкого проміжного продукту в триозно-фосфатізомеразі*

Враховуючи «магію» ферментів, про які говорилося раніше, може здатися, що всі ферменти повинні були еволюціонувати, щоб бути «ідеальними». Є дуже вагомі причини, чому більшість з них не мають. Швидкість може бути небезпечною річчю. Чим швидше протікає реакція в каталізі ферментом, тим важче її контролювати. Як ми всі знаємо, навчившись керувати автомобілем, перевищення швидкості спричиняє аварію. Подібно до того, як водії повинні мати обмеження швидкості для експлуатації автомобілів, так і клітини повинні здійснювати певний контроль над «дросельною заслінкою» своїх ферментів. Зважаючи на це, можна задатися питанням, чому будь-які клітини еволюціонували будь-які ферменти до досконалості. Однозначної відповіді на питання немає, але загальний ілюструється ідеальним ферментом, відомим як триоза фосфатізомераза (TPI), який каталізує реакцію при гліколізі (малюнок на попередній сторінці). Фермент, здається, був обраний для цієї здатності, оскільки при менших швидкостях відбувається розпад нестабільного проміжного продукту ендіолу, який потім легко утворює метилгліоксаль, цитотоксичну сполуку. Прискорення реакції дає менше можливостей для накопичення нестабільного проміжного продукту і менше небажаних побічних продуктів.

Дописувачі

Template:ContribAhern