Ферментативные реакции уравнение скорости

С другой стороны изучение ферментативных реакций в стационарном режиме имеет ряд существенных недостатков. Наиболее важным из них является то, что стационарная кинетика дает весьма ограниченную информацию о детальном кинетическом механизме ферментативной реакции. Стационарная кинетика, отражая лишь лимитирующие стадии процесса, практически не дает информации о быстрых , нелимитирующих стадиях превращения субстрата в активном центре фермента. Определение элементарных констант скорости многостадийной ферментативной реакции из данных стационарной кинетики не представ-ляется.возможным. Действительно, кинетика каталитической реакции, включающей п промежуточных соединений (схема 5.16), описывается 2 п + 1) константами скорости. Стационарная же скорость этой обратимой реакции независимо от числа промежуточных соединений, принимающих участие в механизме реакции, дается уравнением (см. гл. VI) [c.174]

Во второй части книги, посвященной ферментам, рассматриваются как традиционные вопросы биокинетики (уравнение Миха-элиса — Ментен, различные виды ингибирования, влияние pH на скорость ферментативных реакций и т, д.), так и новые, не нашедшие пока отражения в учебной литературе (новые методы нахождения элементарных констант из данных стационарной кинетики, влияние диффузии на кинетику действия иммобилизованных ферментов, использование интегральных форм кинетических уравнений, кинетический анализ систем со взаимным истощением, анализ нетривиальных типов ингибирования, применение теории графов в ферментативной кинетике и др.). Требования систематизации курса способствовали созданию новых методов обработки кинетических данных ферментативных реакций, описываемых в главах 5—8, 10, 11. [c.4]

Это уравнение, выведенное Моно, напоминает уравнение Михаэлиса — Ментена для ферментативных реакдий. Это сходство не случайно, так как уравнение Михаэлиса — Ментена характеризует скорость отдельной ферментативной реакции, а скорость роста культуры зависит от скорости всех ферментативных реакций, идущих в клетке. Кз всегда больше нуля, т. е. величина положительная, но меньше единицы. В полноценной среде Ка по сравнению с 5 величина незначительная и ею можно пренебречь, тогда [c.71]

Применение интегральной формы уравнения скорости ферментативных реакций [c.247]

Сущность этого метода состоит в следующем. В систему, содержащую фермент и субстрат, вводят ингибитор в концентрации, существенно превышающей концентрации фермента, и измеряют кинетику ферментативной реакции по скорости превращения субстрата или образования продукта. При этом наиболее удобны методы измерения ферментативной кинетики, основанные не на отборе проб по времени и их анализе, а такие, которые позволяют непрерывное измерение скорости процесса в реагирующей системе (например, спектрофотометрические, потенциометрические и т. п. методы). При этом целесообразны такие условия эксперимента, когда реакция в отсутствие ингибитора имеет нулевой порядок. Тогда в отсутствие ингибитора ход ферментативной реакции выражается прямой (рис. 27, 1), тангенс угла наклона которой представляет скорость (и) процесса. Если в момент времени и в систему введен ингибитор, то скорость ферментативной реакции постепенно будет падать, причем для бимолекулярной реакции с избытком ингибитора это падение выражается экспоненциальной кривой (рис. 27, 2). Скорость ферментативной реакции (у / ) в присутствии ингибитора для любого момента времени (принимая и за нуль) может быть найдена как тангенс наклона касательной к кривой 2 = = tg 02. Расчет константы скорости взаимодействия фермента с ингибитором может быть проведен по уравнению [c.117]

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]

Другая, более существенная причина того, что исследователи слишком часто встречаются с нелинейностью зависимостей биологических функций в координатах Аррениуса, — неправомочная замена измеряемых параметров. Так, при исследовании ферментативных реакций константу скорости ферментативного процесса следовало бы находить из уравнения [c.96]

Уравнение зависимости удельной скорости клеток от концентрации лимитирующего субстрата по своей форме полностью аналогично уравнению Михаэлиса, используемого для анализа кинетики ферментативных реакций. Этот тип уравнений характерен для всех разделов биокинетики. Если читатель просмотрит всю книгу от начала до конца, то обнаружит, что одно и то же уравнение описывает концентрационную зависимость скорости ферментативной реакции (уравнение Михаэлиса), молекулярной рецепции (уравнение Кларка), удельной скорости роста микроорганизмов (уравнение Моно). В этот же ряд можно поставить уравнение Лэнгмюра, описывающее явление адсорбции. Этот тип уравнений отражает взаимодействия между молекулами при ограниченном ресурсе центров взаимодействия. [c.685]

В случае ферментативной реакции (2.1) учтем, что стационарное состояние ее устанавливается быстро (см. гл. V). Примем также обычное для ферментативных реакций условие об избытке концентрации одного из реагентов (субстрат) по сравнению с другим (катализатор), т. е. [ру] [ЕХ] (см. гл. V и VI). Тогда для стационарной скорости реакции, протекающ,ей по ферментативному пути, имеем выражение, известное как уравнение Михаэлиса [c.37]

Определение абсолютной концентрации активных центров фермента из кинетических данных. В предыдущих разделах была рассмотрена кинетика ферментативных реакций в условиях избытка субстрата по сравнению с ферментом ([S]q [Elg). Рассмотрим теперь случай, когда концентрация субстрата сравнима по величине с концентрацией. фермента ([Slg [Е] ), и выведем уравнение для скорости ферментативной реакции, протекающей по двухстадийному мез анизму при условии быстрого установления равновесия на стадии образования фермент-субстратного комплекса [c.232]

Анализ (6.82) при установившихся равновесиях и [S]g [Ejg приводит к следующему уравнению для начальной скорости ферментативной реакции [c.235]

Предположим, что присоединение дополнительных молекул субстрата к фермент-субстратному комплексу происходит независимо друг от друга и что связывание всех п дополнительных молекул субстрата характеризуется одинаковыми константами равновесия К/- В этом случае уравнение для начальной скорости ферментативной реакции, протекающей в режиме установившегося равновесия, при [З] [Е]о имеет следующий вид [c.238]

Анализ кинетических данных ферментативных реакций можно проводить как с использованием начальных скоростей (по зависимости начальной скорости ферментативной реакции от начальной концентрации субстрата или эффектора, как это было показано в предыдущих параграфах), так и с использованием временного хода реакции, применяя интегральную форму кинетического уравнения скорости. [c.247]

Из (6.154), если учесть (6.152) и (6.155), следует дифференциальное уравнение скорости ферментативной реакции [c.255]

Наконец, если в ходе ферментативной реакции фермент денатурирует по первому порядку с константой скорости инактивации и , причем субстрат не оказывает влияние на кинетику инактивации, то дифференциальное уравнение скорости ферментативной реакции можно записать в виде (при [S] [E]q) [c.258]

В результате подстановки из (6.179)—(6.180) в (6.178) получим общее уравнение для начальной скорости ферментативной реакции при установившихся равновесиях [c.260]

ТО уравнение скорости ферментативной реакции приобретает следующий вид [c.261]

Все эти рассуждения в равной мере можно отнести и к анализу температурных зависимостей кинетических параметров ферментативных реакций (например, которые зачастую представляют собой комбинации констант скоростей индивидуальных процессов [см. уравнение (6.10)], в свою очередь обычно зависящих от pH среды см., например, (6.181)]. Поэтому изучение температурных зависимостей может представить интерес лишь в том случае, когда известен механизм протекания реакции и установлена его лимитирующая стадия. [c.264]

Наиболее полную информацию о кинетике ферментативных реакций дает изучение их протекания в нестационарном режиме (см. гл. V). Исследование стационарной кинетики ферментативных процессов имеет ограниченное значение для понимания многостадийного механизма действия ферментов. Это связано прежде всего с тем,что в общем случае невозможно однозначно приписать экспериментально определяемые значения констант скоростей индивидуальным химическим стадиям (см. 1 гл. V и VI). Тем не менее кинетические параметры типа = = У/(Е](,и Кт.каж, которые, следуют из основного уравнения стационарной кинетики — из уравнения Михаэлиса (6.8), как показал Альберти с сотр. [1], позволяют оценить нижний предел константы скорости любой индивидуальной стадии ферментативной реакции [типа (6.9) или даже более сложного обратимого процесса (5.16)]. [c.268]

Уравнение (5.6) описывает зависимость скорости ферментативной реакции, протекающей по схеме (5.1), от начальной концентрации субстрата и позволяет определять на опыте значения констант йг и Кз, являющихся важнейшими характеристиками ферментативной реакции. В том случае, когда определяемые из эксперимента константы 2 и К являются эффективными величинами (зависящими от pH среды, присутствия в системе ингибиторов или активаторов, наличия дополнительных стадий в схеме (5.1) и т. д.), их называют соответственно каталитической константой ( кат) и кажущейся константой Михаэлиса (/(т(каш)) данной ферментативной реакции. Тогда уравнение (5.6) выглядит следующим образом [c.78]

Более строго уравнение (5.7) можно вывести, исходя из предположения о стационарном режиме протекания ферментативной реакции (5.1). В этом случае скорость образования фермент-субстратного комплекса Е5 должна быть практически равна скорости его расходования [c.78]

Кинетическая обработка схемы (6.1) обычными способами (см. 1, гл. 5) приводит к уравнению скорости ферментативной реакции [c.111]

Из проведенного анализа следует, что стационарная скорость реакции (6.1) при [S](, [E]q должна гиперболически зависеть от начальной концентрации субстрата и линейно от начальной концентрации фермента. Эти закономерности действительно характеризуют кинетику большинства ферментативных реакций. Дело в том, что уравнение Михаэлиса — Ментен [c.217]

В этом случае скорость ферментативной реакции будет описываться уравнением [c.112]

В отдельных случаях кинетические исследования ферментативных реакций удобно проводить в условиях избытка фермента по сравнению с субстратом (например, при малой растворимости субстрата в воде, или при высоком молекулярном весе субстрата). Детальный кинетический анализ подобного рода систем проводится в главе 9. Здесь отметим только, что уравнение скорости ферментативной реакции, протекающей в режиме установившегося равновесия в условиях [Е]о > [SJo, является симметричным классическому уравнению Михаэлиса — Ментен относительно концентраций реагентов. Так, при избытке фермента скорость реакции имеет первы.й порядок по концентрации субстрата, и смешанный — по концентрации фермента [c.116]

Большинство экспериментальных кинетических исследований ферментов выполнено в режиме стационарной кинетики в условиях, когда скорость изменения концентраций лабильных интермедиатов существенно ниже скоростей образования продуктов или расхода субстратов. Как правило, постановка экоперимен 1ч)в в стационарном кинетическом режиме не вызывает сложностей. При этом из данных стационарной кинетики получают принципиально важную информацию о скоростях лимитирующих стадий ферментативных реакций. Максимальная скорость ферментативной реакции характеризует самый медленный кинетический процесс (или группу самых медленных процессов), протекающий в активном центре катализатора. Действительно, яз рассмотренной выше кинетической схемы реакции с участием произвольного числа п лабильных интермедиатов следует, что если существует какая-либо реакция, характеризуемая наименьшим значением константы скорости (см. схему (1.20) и уравнение (1.23)), то эта константа будет определять величину максимальной скорости реакции. Если / = 2,. .., п, /=7 1, то кат = - Поскольку лимитирующие процессы представляют наибольший интерес, информацию, получаемую методами стационарной кинетики, трудно переоценить. [c.33]

Выражения для однонаправленных потоков и по форме и по сути аналогичны уравнению Михаэлиса — Ментен для скорости ферментативной реакции если скорость последней зависит от связывания субстрата с ферментом, то скорость переноса вещества — от связывания его с белком-переносчиком. [c.140]

Каталитическая активность ферментов проходит через максимум при изменении pH. В сильнокислых и сильнощелочных средах ферменты теряют каталитическую активность вследствие денатурации белка. В области 0- 40° С скорости реакций, катализируемых ( рмен-тами, при повыщении температуры возрастают в соответствии с уравнением Аррениуса. Энергия активации ферментативных реакций лежит в пределах 20 80 кДж/моль. При температурах 60—70 С белки денатурируются и полностью теряют каталитическую активность. [c.633]

Из уравнения (2.21) видно, что термодинамически эффективность ферментативного катализа определяется разницей свободных энергий межмолекулярного (при образовании комплекса Михаэлиса) и внутримолекулярного (в переходном состоянии реакции) образования связи Е-Я. Следовательно, в количественном отношении кинетическая роль комплексообразования Е Н в ускорении ферментативной реакции представляется несколько иной, чем в кинетическом режиме второго порядка (уравнение 2.19). Однако и здесь движущей силой катализа остается свободная энергия взаимодействия Е-Н именно в переходном состоянии реакции (а не в промежуточном комплексе). Действительно, чем более термодинамически выгодным будет внутримолекулярное взаимодействие Е-К в активированном состоянии (чем более отрицательные значения примет величина АОз внутр). тем более благоприятным должно быть отношение VI/ии для ферментативной реакции [см. (2.21)]. Это связано с тем (см. рис. 12), что барьер свободной энергии активации ферментативной реакции (ДО/. внутр) в этом случае уменьшается (по сравнению с ДОи) и, следовательно, скорость процесса [уравнение (2.20)] возрастает. Наоборот, при заданном значении ДО .ппутр термодинамически более благоприятное взаимодействиеЕ -Н в исходном состоянии реакции (фермент-субстратный комплекс ХЕ-КУ) будет тормозить ее протекание. Так, более отрицательные значения Д(3 приводят к неблагоприятным значениям VI /иц в отношении ферментативного процесса [уравнение (2.21)]. Это связано с тем, что активационный барьер Д01% утр (см. рис. 12), определяющий скорость превращения фермент-субстратного комплекса [уравнение (2.20)], при этом возрастает. [c.41]

При достаточно высоких концентрациях субстрата скорость ферментативной реакции определяется превращением промежуточного фер-мент-субстратного комплекса (уравнение 2.8). Ч.тобы оценить эффективность катализа в этих условиях, запишем на основании (2.11) соотношение скоростей ферментативной и гомогенно-каталитической реакций (2.21) в ином виде [c.50]

Уравнение (4.27) означает, что величина специфического эффекта в скорости ферментативной реакции линейно возрастает с увеличением показателя гидрофобности я субстратной группы R. Это находится в резком диссонансе с данными по модельной реакции щелочного гидролиза этиловых [107—109] или л-нитрофениловых [110—112] эфиров тех же карбоновых кислот, где константа скорости второго порядка практически не зависит от длины алифатической цепи. В ферментативной же реакции с увеличением углеводородного фрагмента в субстратном остатке понижается свободная энергия активации примерно на —600 кал/моль (—2,5 кДж/моль) на каждую СНа-группу [что следует из (4.27)], если учёсть, что значение я для СНа-группы равно 0,5. Найденное значениеЛЛ <7 согласуется с величиной свободной энергии сорбции на активном центре алифатических соединений (см. 4 этой главы). [c.149]

Исследование ферментативных реакций в предстационарном режиме нуждается в специальной экспериментальной технике, поскольку используемые методы должны иметь достаточно высокую временную разрешающую способность. Мертвое время экспериментальной методики должно быть существенно меньше времени протекания реакции в предстационарном режиме. В качестве примера рассмотрим случай реакции с участием одного промежуточного соединения. Экспериментальную методику можно считать удовлетворительной, если ее мертвое время будет меньше величины т [см. уравнение (5.109)]. Используя наиболее характерные для ферментативного катализа значения констант скоростей, можно оценить величину т. Величина константы скорости образования фермент-субстратного комплекса ( 1) для большинства ферментативных реакций лежит в диапазоне 10 —10 М" X Хс (см. гл. VII). Типичное значение Кт, характерное для многих ферментативных реакций, равно 10 М. Если положить минимальную концентрацию субстрата равной 10" М (эту концентрацию еще можно определить чувствительным спектрофотометрическим методом), зна-чениет будет лежать в диапазоне 10 —10" с. Это показывает, что для исследования предстационарной кинетики ферментативных реакций необходима специальная экспериментальная техника, позволяющая регистрировать кинетические процессы в микро- и миллисекундном временном диапазоне. [c.204]

Если регистрировать общий продукт, образующийся при одновременном протекании реакций (6.55), начальная общая скорость ферментативной реакции при установившихся равновесиях и [SJo. ISaJo [E]fl дана уравнением [c.230]

Ингибирование субстратом. Согласно уравнению Михаэлиса — Ментен (6.8), при увеличении концентрации субстрата начальная скорость ферментативной реакции гиперболически возрастает, стремясь к своему предельному значению. Однако в ряде случаев при увеличении концентрации субстрата начальная скорость ферментативной реакции проходит через максимум и затем уменьшается (рис. 88). Обычно подобный тип зависимости v от [S] можно количественно описать исходя из предположения об образовании тройного комплекса SES, не обла-даюш,его ферментативной активностью [c.235]

Бэн( )илд [21] предложил оригинальный метод определения кинетических параметров ферментативных реакций, основанный на определении площади под кинетической кривой в координатах ([S],/). Повторное интегрирование интегральной ( )ормы уравнения скорости ферментативной реакции (6.134) в пределах (О, [S]o) приводит к уравнению [c.249]

Анализ кинетической схемы ферментативной реакции типа (6.177) формально сводится к подсчету концентрации активной формы фермента иаходя из выражений для констант диссоциации ионогенных групп его активного центра (или ионогенных групп фермента, контролирующих состояние активного центра). Для этой цели запишем, как обычно, уравнение скорости [c.259]

ЭТО так называемое уравнение Михаэлиса — Ментен. Оно иллюстрирует гиперболическую зависимость скорости ферментативной реакции от начальной концентрации субстрата и линейную зависимость — от концентрации фермента. Произведение /Зкат [Е]о, имеющее размерность скорости реакции, обычно называют максимальной скоростью реакции и обозначают Ут (из уравнения (5.7) видно, что при [5]о>/(т(каж) ВЫПОЛНЯеТСЯ равенство и=Ут). [c.78]