Fermentativ reaksiyanın temperaturdan asılılığı
Laboratoriyada substratın fermentativ çevrilməsi tədqiq olunur. 20 °C-də reaksiya sürəti 12 µmol/dəq, 30 °C-də 22 µmol/dəq, 37 °C-də 31 µmol/dəq, 45 °C-də 18 µmol/dəq, 55 °C-də 4 µmol/dəq olmuşdur. Təcrübəçi 30 °C-dən 37 °C-yə keçidi "sırf temperatur effekti" adlandırır və fermentin 45 °C-dən yuxarıda da sadəcə yavaşladığını, zədələnmədiyini iddia edir. Eyni zamanda 37 °C-də substrat konsentrasiyası iki dəfə artırıldıqda sürət yalnız 33 µmol/dəq-ə qalxır. Fermentin optimal temperaturu, denaturasiya və substratla doyma vəziyyəti ayrı-ayrılıqda qiymətləndirilməlidir. Bütün ölçmələr eyni pH-da və eyni ferment konsentrasiyasında aparılmışdır.
1. Verilən məlumatlara əsasən fermentin optimal temperaturunu müəyyən edin və 45–55 °C aralığında sürətin azalmasının səbəbini izah edin.
Read the worked answer
Ölçmələr arasında ən yüksək sürət 37 °C-də (31 µmol/dəq) alınır, ona görə optimal temperatur təqribən 37 °C-dir. 30 °C-dən 37 °C-yə keçiddə sürət 22-dən 31-ə, yəni ~1,4 dəfə artır; bu, molekulların kinetik enerjisinin artması ilə uyğundur, lakin tək səbəb bu deyil. 37 °C-dən sonra sürətin 18-ə, sonra 4-ə düşməsi sadə yavaşlama deyil: yüksək temperaturda fermentin üçölçülü quruluşu pozulur, aktiv mərkəz deformasiya olunur və denaturasiya baş verir. Denaturasiya çox vaxt dönməz olur, buna görə temperaturu yenidən 37 °C-yə qaytarmaq sürəti tam bərpa etməyə bilər. Təcrübəçinin "sırf temperatur effekti" ifadəsi yanlışdır, çünki 37 °C-dən yuxarıda struktur dəyişikliyi də iştirak edir. Düzgün nəticə: optimal 37 °C ətrafındadır, 45 °C-dən yuxarıda isə denaturasiya üstünlük təşkil edir.
2. 37 °C-də substrat konsentrasiyasının iki dəfə artırılmasının sürəti yalnız 31-dən 33 µmol/dəq-ə qaldırması nəyi göstərir? Bu, Michaelis–Menten modeli ilə necə uzlaşır?
Read the worked answer
Substratın iki dəfə artırılması sürəti cəmi ~6% artırıbsa, ferment praktiki olaraq substratla doymuş vəziyyətdədir; sürət maksimuma (Vmax) yaxındır. Michaelis–Menten tənliyinə görə v = Vmax·[S]/(Km+[S]). Əgər [S] >> Km olarsa, kəsr 1-ə yaxınlaşır və v ≈ Vmax olur, yəni substrat əlavə etmək sürəti demək olar ki, dəyişmir. Buradan belə nəticə çıxır ki, 37 °C-də müşahidə olunan 31–33 µmol/dəq həmin şəraitdə Vmax-a yaxın dəyərdir və fermentin miqdarı (aktiv mərkəzlərin sayı) məhdudlaşdırıcı amildir. Əgər ferment doymamış olsaydı, substratın ikiqat artırılması sürəti nəzərəçarpacaq dərəcədə, təqribən 1,5–2 dəfə artırardı. Bu müşahidə həm də göstərir ki, temperatur təcrübələrində substratın doyma səviyyəsi nəzərə alınmalıdır, əks halda temperaturun təsiri düzgün qiymətləndirilməz.
3. Təcrübənin nəticələrinə əsasən fermentin praktik tətbiqi üçün temperatur rejimi necə seçilməlidir? Riskləri qeyd edin.
Read the worked answer
Praktik tətbiq üçün 37 °C ətrafı seçilməlidir, çünki burada həm sürət maksimuma yaxındır, həm də denaturasiya hələ üstünlük təşkil etmir. Bununla belə, 37 °C optimalın tam mərkəzində deyilsə, kiçik temperatur dəyişmələri sürəti kəskin azalda bilər; 45 °C-də sürətin 31-dən 18-ə düşməsi göstərir ki, hətta 8 °C artım belə ciddi itkiyə səbəb olur. Uzunmüddətli proseslərdə fermentin temperatur stabilliyi ayrıca yoxlanmalıdır, çünki qısamüddətli ölçmə denaturasiyanın yavaş getdiyini göstərməyə bilər. Həmçinin substratla doyma səbəbindən temperaturun artırılması sürəti əhəmiyyətli dərəcədə yüksəltməyə bilər; buna görə əvvəlcə ferment konsentrasiyası və substrat səviyyəsi optimallaşdırılmalı, sonra temperatur seçilməlidir. Tövsiyə: 30–37 °C aralığında işləmək, 45 °C-dən yuxarı qalxmamaq və proses müddətində temperaturu davamlı nəzarətdə saxlamaq.