ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Активность ферментов при пониженных температурах из "Криохимия" Возможны и другие процессы совместного влияния растворителей и температуры на активность ферментов. Так, к снижению ферментативной активности может привести усиление взаимодействия между молекулами воды и субстратами за счет образования водородных связей. Аналогичный эффект может вызвать и ассоциация молекул фермента в полимерные образования при пониженных температурах, происходящая из-за усиления ван-дер-ва-альсовых сил, например образование нерастворимых криоформ глобулинов ([625]. [c.237] Авторам работы [630] удалось растворить мембранные ферменты в водно-органических растворах при низких температурах, избежав общепринятого метода солюбилизации с помощью детергентов путем образования мицелл в водных растворах. Они удалили липидные компоненты при —75 °С, при этом белок остался в нативном состоянии и сохранил активность. Таким образом, при низких температурах в растворителях, подобных смеси хлороформ—метанол, ферментативная активность не теряется, что открывает большие возможности в изучении мембранных белков. [c.238] В работе [631] ряд аналитических операций, таких как гомогенизация, центрифугирование, хроматографическое разделение, экстракция и некоторые другие, выполнен с биохимическими препаратами из ткани мозга при низких температурах (от —196 до —35 °С). Полученные результаты показывают, что биохимический анализ тканей при низких температурах вполне вероятен и дает возможность изучать механизм биохимических процессов, поскольку позволяет получать более непосредственную и менее искаженную вторичными процессами информацию. [c.238] Одной из центральных проблем биохимии в настоящее время является изучение поведения полиферментативных организованных систем. Ведутся исследования гидроксилирующей полиферментативной системы из микросом печени крысы в мембранных структурах, а также предпринимаются попытки включить некоторые ферменты в растворимые в водно-органических смесях агрегаты из синтетических полипептидов при низких температурах [632]. В последнем случае можно вести исследования в гомогенной и прозрачной среде, т. е. проводить спектроскопические, измерения. [c.238] Хорошо известно, что в водных буферных растворах в обычном для биологических объектов температурном интервале (0-ь40°С) энергия активации некоторых ферментов увеличивается при понижении температуры и при определенной температуре наблюдается излом в аррениусовской зависимости [637, 638]. Оказалось, что для ряда ферментативных реакций при низких температурах также наблюдаются отклонения скорости реакции от закона Аррениу-са [639]. На рис. 9.1 показана температурная зависимость константы скорости окисления гваякола перекисью водорода, катализируемого пероксидазой [625]. [c.239] Обстоятельное обсуждение физических аспектов функционирования ферментов содержится в работах [640, 641]. Развитие основной концепции приводит к выводу о том, 4 то кинетика ферментативных реакций может не подчиняться уравнению Аррениуса. Предполагается, что конформационная релаксация фермент-субстратного комплекса является существенным элементарным актом ферментативной реакции и скорость образования продукта определяется скоростью его конформационной перестройки. [c.239] Изменения энергий активации и отклонения скорости реакций от закона Аррениуса могут происходить и в результате температурных изменений физико-химических свойств исследуемой системы, как это было показано в работе [642]. Влияние температуры на физико-химические свойства среды при определении энергии активации и энтропии процесса было проведено с тем, чтобы исключить возможное влияние конформационных изменений молекулы фермента на примере гидролиза га-нитрофенилацетата. [c.239] Определяемая по уравнению Аррениуса энергия активации практически всегда является эффективной величиной и помимо прямого вклада от температурной зависимости скорости реакции содержит вклады от температурных изменений целого ряда параметров системы, прямо или косвенно влияющих на кинетику и термодинамику реакций. К нх числу можно отнести изменение фазового состояния системы и теплоемкости в процессе реакции, сдвиг кислотно-основных и других равновесий в системе, приводящий к изменению концентраций реагентов (ионов, молекул) [643], температурные изменения таких физико-химических параметров среды, как рН, р/С ионо-генных групп и е. [c.240] Следует отметить, что вклад температурных изменений свойств среды в Эксп определяется значениями производных д lg kaK n/di и di/d(l/T) в точках с фиксированными значениями i и Т, т. е. сужение интервала температур, в котором определяются актива-ционные параметры, не приводит к уменьшению этого вклада. Следовательно, для корректного учета влияния температуры на энергию активации исследуемой реакции необходимо знать температурную зависимость свойств среды и их влияние на константу скорости. В литературе имеются не связанные между собой данные о влиянии на константы скоростей реакций различных физико-химических параметров и о зависимостях этих параметров от температуры. Совместный анализ этих данных позволяет провести количественный учет вклада температурных изменений свойств среды в экспериментальную энергию активации. [c.241] Вид зависимостей рН буферных растворов от температуры определен в работах [619, 644, 645]. Эти данные позволяют оценить величину арН/д(1/Г). [c.242] Проведенный анализ показывает, что определенная в трисовом буфере энергия активации оказывается на 32 кДж/моль заниженной по сравнению с Полученное значение 10=45 кДж/моль близко к литературным данным для щелочного гидролиза п-нитро-фенилацетата (46 кДж/моль) [647, 648]. В литературе приводятся значения энергий активации водного, щелочного, кислотного и катализируемого имидазолом гидролиза л-нитрофенилацетата [647]. Они составляют соответственно 87, 46, 72. и 35 кДж/моль. Столь резкое различие энергий активации связано, по нашему мнению, с температурными изменениями свойств среды. [c.242] Для получения неискаженных активационных параметров и их правильной интерпретации необходим корректный учет влияния температурных изменений свойств среды на кинетику реакций. В случае ферментативных реакций это влияние будет еще более значительным в связи с изменением конформационного состояния фермента. [c.242] Вернуться к основной статье