השפעת ריכוז הסובסטרט על קצב הפעילות
השפעת ריכוז הסובסטרט על קצב הפעילות
-
1
קליטה מבינים את החומר
הסבר אחד ברור של המנגנון, בלי מלל מיותר.
הווידאו יתווסף כאןההיגיון אומר שאם תכפילו את כמות הסובסטרט, תכפילו את כמות התוצר. בפועל, מרגע מסוים אפשר להוסיף פי עשרה סובסטרט והקצב לא יזוז אפילו באחוז אחד — והסיבה לכך אינה שהאנזים "נגמר" או "התעייף".
כשיש מעט סובסטרט: המפגש הוא הגורם המגביל
דמיינו מבחנה ובה 1,000 מולקולות אנזים, ולכל אחת מהן אֲתָר פָּעִיל (active site) אחד — כיס בעל צורה מוגדרת שאליו נקשרת מולקולת סוּבְּסְטְרָט (substrate) אחת בכל רגע נתון. בריכוז סובסטרט נמוך, רוב האתרים הפעילים ריקים ברוב הזמן. מולקולות הסובסטרט נעות בתמיסה בתנועה אקראית, והקצב נקבע פשוט על ידי תדירות המפגשים בין מולקולת סובסטרט לבין אתר פעיל פנוי.
מכאן שרשרת הסיבתיות בתחום הזה:
הכפלת ריכוז הסובסטרט ← הכפלת מספר המפגשים לשנייה ← יותר אתרים פעילים תפוסים בכל רגע ← הכפלת קצב התגובה.
זהו החלק העולה, כמעט הישר, של העקומה.
למה העקומה נעשית שטוחה
כל מולקולת אנזים עובדת במחזורים: קשירת הסובסטרט ← יצירת תרכובת אנזים־סובסטרט ← זירוז התגובה ← שחרור התוצר ← האתר הפעיל מתפנה. משך המחזור נקבע ממבנה האנזים ואינו תלוי כלל בכמות הסובסטרט שסביבו. באנזים מהיר במיוחד, פחמנית אנהידרז, מחזור אחד אורך פחות ממיליונית השנייה — כמיליון מחזורים בשנייה למולקולת אנזים אחת. גם זו תקרה.
נחזור למבחנה. נניח שכל מולקולת אנזים משלימה 1,000 מחזורים בשנייה. 1,000 מולקולות אנזים לא יוכלו לזרז יותר ממיליון תגובות בשנייה, ולא משנה כמה סובסטרט תוסיפו. כשריכוז הסובסטרט גבוה, ברגע שמולקולת תוצר משתחררת נקשרת מיד מולקולת סובסטרט חדשה, וכמעט כל האתרים הפעילים תפוסים בכל רגע נתון. תוספת סובסטרט מוסיפה מולקולות לתמיסה, אך אינה מוסיפה אתרים פעילים פנויים — המולקולות הנוספות נתקלות באנזימים תפוסים ואינן נקשרות.
ריכוז סובסטרט גבוה ← כל האתרים הפעילים תפוסים ← אין אתר פנוי למולקולה נוספת ← הקצב אינו עולה עוד. המצב הזה נקרא רְוִיָּה (saturation), והקצב הקבוע שאליו מגיעים הוא המְּהִירוּת הַמְּרַבִּית (maximum velocity, Vmax). בקצרה: הגורם המגביל התחלף. בריכוזים נמוכים הגורם המגביל הוא זמינות הסובסטרט; ברוויה הגורם המגביל הוא מספר האתרים הפעילים ומשך המחזור.
הטבלה מדגימה זאת במספרים (יחידות שרירותיות, לצורך המחשה):
ריכוז סובסטרט אחוז אתרים פעילים תפוסים קצב (% מהמהירות המרבית) 1 17% 17% 5 50% 50% 10 67% 67% 20 80% 80% 40 89% 89% 100 95% 95% שימו לב לתשואה הפוחתת: המעבר מ־10 ל־20 מוסיף 13 נקודות אחוז לקצב, המעבר מ־20 ל־40 מוסיף רק 9, והוספת פי 2.5 סובסטרט מ־40 ל־100 מוסיפה 6 בלבד. ככל שפחות אתרים פנויים נשארים, כך פחות מהסובסטרט הנוסף מוצא לעצמו מקום.
הבדל חשוב מעקומות הטמפרטורה וה־pH: שם, מעבר לערך המיטבי, הקצב יורד משום שהמבנה המרחבי נהרס. כאן העקומה מתיישרת ונשארת גבוהה — עודף סובסטרט אינו פוגע באנזים.
"האנזים מתעייף" — לא
אנזים הוא זרז: הוא אינו נצרך בתגובה ואינו משתנה בסופה, ולכן אותה מולקולה עצמה יכולה לחזור על המחזור מיליוני פעמים. שתי עובדות מפריכות את הסבר העייפות. ראשית, ברוויה הקצב נשאר קבוע לאורך זמן ואינו הולך ויורד, כפי שהיה קורה אילו האנזים היה נשחק. שנית, אם בתנאי רוויה תכפילו את כמות האנזים, הקצב יעלה מיד פי שניים — כלומר מה שהגביל היה מספר האתרים הפעילים, לא מצבן של מולקולות האנזים.
העמקה: כמה סובסטרט צריך כדי להגיע לחצי מהמהירות המרבית
ריכוז הסובסטרט שבו הקצב שווה למחצית המהירות המרבית נקרא קבוע מיכאליס (Km), והוא מדד לזיקת האנזים לסובסטרט: ערך נמוך פירושו שדי בריכוז קטן כדי לתפוס מחצית מהאתרים. הקסוקינאז בשריר קושר גלוקוז בערך Km של כ־0.1 מילימולר, בעוד גלוקוקינאז בכבד מגיע לחצי מהמהירות רק סביב 10 מילימולר. ריכוז הגלוקוז בדם הוא כ־5 מילימולר, ולכן אנזים השריר פועל קרוב לרוויה גם בין הארוחות, ואילו קצב אנזים הכבד עולה בחדות דווקא לאחר ארוחה, כשריכוז הגלוקוז מזנק. הנושא חורג מדרישות התוכנית ומובא להעמקה בלבד.
עצרו ובדקו
- מדוע בריכוז סובסטרט נמוך הכפלת הריכוז מכפילה בקירוב את הקצב?
- הסבירו במונחי אתרים פעילים מדוע העקומה מגיעה לרמה קבועה, בלי להשתמש במילה "עייפות".
- מערכת נמצאת ברוויה. מה יקרה לקצב אם נוסיף עוד סובסטרט, ומה יקרה אם נוסיף עוד אנזים? נמקו.
- במה שונה צורת עקומת ריכוז הסובסטרט מעקומת הטמפרטורה מעל הערך המיטבי, ומה מסביר את ההבדל?
שליפה תרגול פעיל מחזק זיכרוןמה תפקיד המיטוכונדריון בתא?
חשבו על "תחנת הכוח" של התאשאלות ותשובות על השיעור
המורים שלנו עונים לשאלות שלך
תקוע על מושג? קבל תשובה אישית מהמורים תוך 24 שעות, בכל שיעור.
מתחילים את המסלול שליביטול בכל רגע, בלי התחייבות
-
2
עיבוד מקבעים את הידע
שאלות שמכריחות אותך לחשוב, ורענון שמחזיר את המושג לפני שתשכח אותו.
השאלות של הנושא הזה עדיין נבנות. -
3
יישום פותרים בגרות
שאלות בגרות אמיתיות משאלון 043381, עם פתרון מלא וניתוח מסיחים.
שאלות הבגרות של הנושא הזה עדיין נאספות.