Решение задачи: Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата

Задача: Укажите верную зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата.

Решение:

Ферментативные реакции описываются кинетикой Михаэлиса-Ментен. Согласно этой кинетике, зависимость скорости реакции (V) от концентрации субстрата ([S]) имеет следующий вид:

Где:

• \(V\) – скорость реакции
• \(V_{max}\) – максимальная скорость реакции (достигается при насыщении фермента субстратом)
• \([S]\) – концентрация субстрата
• \(K_m\) – константа Михаэлиса (концентрация субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной скорости)

Рассмотрим, как меняется скорость реакции при различных концентрациях субстрата:

1. При низких концентрациях субстрата (когда \([S] \ll K_m\)):

В этом случае \(K_m + [S]\) приблизительно равно \(K_m\). Формула упрощается до:

\[V \approx \frac{V_{max}}{K_m} \cdot [S]\]

Это означает, что при низких концентрациях субстрата скорость реакции прямо пропорциональна концентрации субстрата. График в этой области будет выглядеть как прямая линия, проходящая через начало координат.

2. При высоких концентрациях субстрата (когда \([S] \gg K_m\)):

В этом случае \(K_m + [S]\) приблизительно равно \([S]\). Формула упрощается до:

\[V \approx \frac{V_{max} \cdot [S]}{[S]} = V_{max}\]

Это означает, что при высоких концентрациях субстрата скорость реакции достигает своего максимального значения (\(V_{max}\)) и перестает зависеть от дальнейшего увеличения концентрации субстрата. График в этой области будет выглядеть как горизонтальная линия (плато).

3. При промежуточных концентрациях субстрата:

Скорость реакции постепенно увеличивается, но темп увеличения замедляется по мере приближения к \(V_{max}\).

Таким образом, общая зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата имеет вид кривой, которая сначала линейно возрастает, а затем выходит на плато, достигая максимальной скорости. Эта кривая называется гиперболической.

Из предложенных графиков:

• Первый график показывает линейную зависимость скорости от концентрации субстрата, что соответствует только начальному участку ферментативной реакции.
• Второй график показывает убывающую зависимость, что не соответствует кинетике ферментативных реакций.

На изображении не представлен график, который полностью соответствует гиперболической зависимости Михаэлиса-Ментен. Однако, если выбирать из двух предложенных, ни один из них не является полностью верным для всего диапазона концентраций субстрата.

Если бы был предложен график, который сначала растет линейно, а затем выходит на плато, он был бы правильным. Поскольку такого графика нет, и есть только два варианта, то, возможно, вопрос подразумевает только начальный участок реакции, где зависимость близка к линейной. Но это не полная картина.

Важно: В стандартных учебниках по биохимии и ферментологии, зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата всегда изображается в виде гиперболы, которая начинается от нуля, сначала круто поднимается, а затем постепенно выходит на плато, приближаясь к \(V_{max}\).

Если бы мне пришлось выбирать из предложенных вариантов, и если бы вопрос был упрощенным, то первый график (линейная зависимость) мог бы быть рассмотрен как очень грубое приближение для очень низких концентраций субстрата. Однако, это не является полной и точной зависимостью.

Вывод: Ни один из представленных графиков не отражает полную и точную зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (гиперболическую кривую Михаэлиса-Ментен). Первый график (линейная зависимость) может быть рассмотрен как приближение для очень низких концентраций субстрата, но не для всего диапазона.