Die Wirkung des pH auf Katalase

Das pH-Profil eines Enzyms ist nicht notwendigerweise symmetrisch. Als zufällige Beispiele siehe Abbildung 7 hier oder Abbildung 5b hier . Wenn Sie Zugriff haben, können Sie ein pH-Profil für Magnaporthe grisea - Katalase in Abbildung 7 von http://dx.doi.org/10.1042/BJ20081478 sehen

Die Gründe dafür gehen darauf zurück, warum Enzyme überhaupt pH-abhängig sind . Einer der Hauptgründe für eine pH-Abhängigkeit ist, dass wichtige katalytische Reste bei pH-Änderungen (de)protoniert werden. Aber unterschiedliche Reste haben unterschiedliche Wirkungen und unterschiedliche pKas _, also müssen Sie die Summe all ihrer Wirkungen betrachten.

Beispiel:

Stellen Sie sich vor, dass ein katalytischer Schlüsselrest in einer deprotonierten Form vorliegen muss und einen pK _a s von 4,0 hat. Bei jedem pH-Wert über etwa 5,0 liegt alles in der deprotonierten Form vor, sodass der Rückstand funktionieren sollte. Jeder pH-Wert unter etwa 3,0 und das Enzym ist vollständig tot.

Aber ein Enzym kann mehr als einen pH-empfindlichen Rest haben. Stellen Sie sich nun vor, dass es einen weiteren Rest gibt, der in der protonierten Form die Reaktion unterstützt, aber für die Katalyse nicht so kritisch ist, sodass das deprotonierte noch Restaktivität hat. Nehmen wir der Argumentation halber an, dass dieser Rest einen pK _a von 9,0 hat.

Stellen Sie sich nun einen dritten pH-empfindlichen Rest mit einem pKa von 6,5 vor, der jedoch noch weiter vom aktiven Zentrum entfernt ist und eine noch geringere Wirkung auf die Katalyse hat (z. B. ein elektrostatischer Ferneffekt, der auf der Polarisation des Übergangszustands basiert).

Wie würde das pH-Profil für dieses Enzym aussehen? Hier ist ein Beispiel:

"Aktivität" ist die geschätzte Gesamtaktivität, und Rest 1/2/3 sind die Fraktionen der "aktiven" Form jedes Rests. - Das Diagramm wurde unter Verwendung der Henderson-Hasselbalch-Gleichung erstellt, um den Anteil der "aktiven" Zustände jedes einzelnen Rests zu bestimmen, und dann angenommen, dass die inaktiven Formen 0 %, 80 % und 33 % der Aktivität der vollständig aktiven Form für die sind pKa _4,0 , 6,5 bzw. 9,0 Reste.

Beachten Sie, dass die maximale Aktivität bei etwa pH 5,7 auftritt, aber die Aktivität asymmetrisch abfällt – das Enzym ist viel empfindlicher gegenüber einem niedrigen pH-Wert als einem hohen pH-Wert.

Ähnliches passiert mit natürlichen Enzymen, außer dass sie viel mehr Reste haben können, die kleinere Beiträge leisten. Das haben sie vielleicht auch$\ce{H+}$und$\ce{OH-}$als Reaktanten eine Rolle spielen (wodurch die intrinsische Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst wird), und der pH-Wert kann andere Wirkungen haben, wie z. B. eine Denaturierung des Enzyms. Das führt zu den komplexen pH-Profilen: mehrere kleine Effekte, die sich alle addieren.