Способность фермента катализировать химические реакции называется активностью фермента (или активностью фермента, активной единицей). Международная конференция по энзимологии 1961 года установила, что под единицей активности фермента понимается количество фермента, способное превратить 1 мкмоль субстрата за 1 минуту в определенных условиях (25°C, другие подходящие условия), или количество фермента, способное превратить 1 мкмоль соответствующего радикала в субстрате. Количество фермента в группе.

Влияющие факторы

Активность ферментов может регулироваться и контролироваться различными факторами, что позволяет организмам приспосабливаться к изменениям внешних условий и поддерживать жизнедеятельность. Без участия ферментов обмен веществ практически невозможен. Индекс активности ферментов использует единицы активности ферментов, и его можно узнать из уравнения Райса: на скорость ферментативной реакции влияют концентрация фермента и концентрация субстрата, а также температура, рН, активаторы и ингибиторы.

(1) Концентрация фермента

Из уравнения Райса и диаграммы зависимости между концентрацией фермента и скоростью ферментативной реакции видно, что скорость ферментативной реакции прямо пропорциональна концентрации молекул фермента. Когда концентрация молекул субстрата достаточна, чем больше молекул фермента, тем быстрее происходит превращение субстрата. Но на самом деле, когда концентрация фермента очень высока, эта зависимость не сохраняется, и кривая постепенно становится плоской. Согласно анализу, это может быть вызвано высокой концентрацией субстрата в сочетании с большим количеством ингибиторов.

(2) Концентрация субстрата

В биохимических реакциях, если концентрация фермента постоянна, а начальная концентрация субстрата мала, скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации субстрата, то есть увеличивается по мере роста концентрации субстрата. Когда все ферменты соединяются с субстратом, образуя промежуточные продукты, даже при увеличении концентрации субстрата концентрация промежуточных продуктов не увеличится, и скорость ферментативной реакции не возрастет.

Также можно сделать вывод, что при одинаковых условиях концентрации субстрата скорость ферментативной реакции пропорциональна начальной концентрации фермента. Чем больше начальная концентрация фермента, тем выше скорость ферментативной реакции.

В реальных измерениях, даже если концентрация фермента достаточно высока, при увеличении концентрации субстрата скорость ферментативной реакции не увеличивается или даже ингибируется. Причина в том, что высококонцентрированные субстраты снижают эффективную концентрацию воды и уменьшают молекулярную диффузию, тем самым снижая скорость ферментативной реакции. Избыток субстрата накапливается на молекулах фермента, образуя неактивные промежуточные продукты, которые не могут освободить молекулы фермента, что также снижает скорость реакции.

(3) Температура

Различные ферменты обладают сильной ферментативной активностью и высокой скоростью ферментативной реакции в подходящем диапазоне температур. В подходящем диапазоне температур при повышении температуры на каждые 10°C скорость ферментативной реакции может увеличиваться в 1-2 раза. Подходящие температуры для ферментов в разных организмах различны. Например, подходящая температура для различных ферментов в тканях животных составляет 37~40℃; подходящая температура для различных ферментов в микроорганизмах составляет 25~60℃, но есть и исключения, например, подходящая температура для глюкоамилазы нигера составляет 62~64℃; Оптимальная температура для изомеразы глюкозы в Bacillus, Lactobacillus brevis и Aerobacillus aerogenes составляет 80°C; Оптимальная температура для разжиженной амилазы Bacillus subtilis составляет 85-94°C. Как видно, термическая стабильность некоторых ферментов Bacillus относительно высока. Слишком высокие или слишком низкие температуры снижают каталитическую эффективность фермента, то есть уменьшают скорость ферментативной реакции.

Для ферментов с подходящей температурой ниже 60°C, когда температура достигает 60-80°C, большинство ферментов разрушаются и подвергаются необратимой денатурации; когда температура приближается к 100°C, каталитический эффект фермента полностью утрачивается. Вот почему люди не хотят есть, когда у них жар.

(4) pH

Ферменты проявляют активность в подходящем диапазоне pH. Если рН больше или меньше подходящего, активность фермента снижается. В основном это проявляется в двух аспектах: ① изменение заряженного состояния молекул субстрата и молекул фермента, тем самым влияя на сочетание фермента и субстрата; ② слишком высокий или слишком низкий pH влияет на стабильность фермента, тем самым вызывая его необратимое повреждение. Чем ближе значение pH большинства ферментов в человеческом организме к 7, тем лучше каталитический эффект. Однако для пепсина в человеческом организме подходит среда со значением pH от 1 до 2, а для трипсина - около 8.

(5)Активатор

Вещества, способные активировать ферменты, называются активаторами ферментов.

Тип активатора:

① Неорганические катионы, такие как ионы натрия, ионы калия, ионы меди, ионы кальция и т.д.;

②Неорганические анионы, такие как хлорид-ионы, бромид-ионы, йодид-ионы, сульфат-ионы, фосфат-ионы и т.д.;

③Органические 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 такие ферменты называются зимогенами. Чтобы фермент стал активным, его необходимо активировать соответствующим активатором.

(6)Ингибиторы

Вещества, которые могут ослаблять, подавлять или даже уничтожать активность ферментов, называются ингибиторами ферментов. Они могут снижать скорость ферментативных реакций. К ингибиторам ферментов относятся ионы тяжелых металлов, монооксид углерода, сероводород, синильная кислота, фторид, йодоуксусная кислота, алкалоиды, красители, п-хлормеркуриновая бензойная кислота, диизопропилфторфосфорная кислота, этилендиаминтетрауксусная кислота, поверхностно-активные вещества и др.

Ингибирование ферментативных реакций можно разделить на конкурентное и неконкурентное. Вещества, схожие по структуре с субстратом, конкурируют за право связываться с активным центром фермента, тем самым снижая скорость ферментативной реакции. Этот эффект называется конкурентным ингибированием. Конкурентное ингибирование - это обратимое ингибирование, которое может быть снято увеличением концентрации субстрата и восстановлением активности фермента. Вещества, структурно сходные с субстратом, называются конкурентными ингибиторами. После того как ингибитор связывается с участком, отличным от активного центра фермента, субстрат по-прежнему может связываться с активным центром фермента, но фермент не проявляет активности. Этот эффект называется неконкурентным ингибированием. Неконкурентное ингибирование необратимо, и увеличение концентрации субстрата не может снять ингибирование активности фермента. Ингибиторы, которые связываются с участками, отличными от активного центра фермента, называются неконкурентными ингибиторами.

Некоторые вещества могут действовать как ингибиторы одного фермента и как активаторы другого.