Влияние рН на каталазу

Профиль рН фермента не обязательно симметричен. В качестве случайных примеров см. Рисунок 7 здесь или Рисунок 5b здесь . Или, если у вас есть доступ, профиль pH для каталазы Magnaporthe grisea можно увидеть на рисунке 7 по адресу http://dx.doi.org/10.1042/BJ20081478 .

Причины этого восходят к тому, почему ферменты в первую очередь зависят от pH . Одна из основных причин зависимости от pH заключается в том, что ключевые каталитические остатки становятся (де)протонированными при изменении pH. Но разные остатки имеют разные эффекты и разные pK as _s , поэтому вам нужно смотреть на сумму всех их эффектов.

Пример:

Представьте, что ключевой каталитический остаток должен находиться в депротонированной форме и иметь pK as _4,0 . При любом pH выше примерно 5,0 все это находится в депротонированной форме, так что остаток должен работать. Любой рН ниже примерно 3,0 означает, что фермент полностью мертв.

Но фермент может иметь более одного остатка, чувствительного к рН. Итак, теперь представьте, что есть еще один остаток, который в протонированной форме помогает реакции, но не так критичен для катализа, так что депротонированная все еще имеет остаточную активность. В качестве аргумента предположим, что этот остаток имеет pK _a 9,0.

Теперь представьте третий чувствительный к рН остаток с pKa 6,5, но он еще более удален от активного центра и оказывает еще меньшее влияние на катализ (например, это отдаленный электростатический эффект, основанный на поляризации переходного состояния).

Как будет выглядеть профиль pH для этого фермента? Вот пример:

«Активность» представляет собой предполагаемую общую активность, а «Остаток 1/2/3» представляет собой доли «активной» формы каждого остатка. - Диаграмма была построена с использованием уравнения Хендерсона-Хассельбаха для определения доли «активных» состояний каждого отдельного остатка, а затем предполагалось, что неактивные формы составляют 0%, 80% и 33% активности полностью активной формы для рК _а 4,0, 6,5 и 9,0 остатков соответственно.

Обратите внимание, что максимальная активность наблюдается при рН около 5,7, но активность падает асимметрично — фермент гораздо более чувствителен к низкому рН, чем к высокому.

То же самое происходит и с природными ферментами, за исключением того, что они могут иметь гораздо больше остатков, которые вносят незначительный вклад. Они также могут иметь$\ce{H+}$а также$\ce{OH-}$играют роль реагентов (таким образом влияя на внутреннюю скорость реакции), а pH может играть другие эффекты, такие как денатурация фермента. Вот что приводит к сложным профилям pH: множественные небольшие эффекты складываются вместе.