Кинетика действия стационарного механизма

Исследования кинетики ферментативных реакций в стационарном режиме — один из наиболее распространенных способов изучения механизма действия ферментов. Это определяется рядом особенностей ферментативных реакций и прежде всего тем, что для ферментативных реакций стационарное состояние устанавливается весьма быстро. Для простейшей схемы ферментативного процесса с участием одного промежуточного соединения (схема Михаэлиса — Ментен) [c.171]

Таким образом, метод Мэйна для определения константы субстрата по данным стационарной кинетики нельзя считать универсальным, однако принцип Слейтера, положенный в его основу,— избирательное влияние на одну из стадий процесса — является цдодотворным. Видимо, подбирая для каждой конкретной ферментативной реакции свой специальный способ воздействия на одну из стадий процесса, можно добиться положительного результата в измерении Кв, что чрезвычайно важно в исследовании кинетики и механизма действия ферментов. [c.56]

В книге освещены наиболее важные аспекты ферментативной кинетики — способы вывода уравнений стационарной скорости, действие ингибиторов и активаторов на ферменты, кинетические механизмы ферментативных реакций, влияние pH и температуры на скорость ферментативных процессов, кинетические свойства аллостерических ферментов, интегральные формы кинетических уравнений, использование методов быстрой кинетики для исследования протекания ферментативных реакций и принципы статистической обработки данных кинетических измерений. [c.4]

Изучение динамических свойств биологических систем способствует лучшему пониманию взаимосвязей между их структурой, функцией и механизмом действия. Первичная цель таких исследований заключается в том, чтобы определить кинетические закономерности изучаемой системы и, таким образом, установить кинетический механизм процесса и характеризующие его параметры. Для последовательных мономолекулярных реакций решение уравнений скорости возможно, в то время как при анализе даже простых схем, включающих бимолекулярные стадии, возникают значительные трудности. В случае ферментативных реакций, которые являются наиболее хорошо изученными кинетическими системами, уравнения скорости обычно получают в упрощенной форме, используя принцип стационарности, когда предполагают, что каждая форма фермента находится в стационарном состоянии. На основании исследований стационарной кинетики в понимании механизма действия ферментов достигнуты значительные успехи. [c.81]

Превращение субстрата под действием фермента проходит обычно через ряд короткоживущих промежуточных соединений, изучение реакционной способности которых помогает выяснить механизм ферментативного катализа. К настоящему времени рав работаны такие методы, которые позволяют определять значения констант скоростей промежуточных стадий ферментативных реакций при изучении кинетики их протекания в стационарном режиме (см. гл. 7). Однако наиболее прямую и надежную информацию о кинетике промежуточных стадий можно получить, изучая ферментативные реакции в нестационарном режиме их протекания (с применением методов изучения быстрых реакций в растворах). [c.186]

Вторая часть книги посвящена кинетическим закономерностям ферментативных реакций. В теоретическом и методическом плане рассматривается ряд подходов как нестационарной, так и стационарной кинетики, наиболее полезных для выяснения механизма действия ферментов и топографии их активных центров. [c.2]

ВАЖНЕЙШИЕ МЕТОДЫ СТАЦИОНАРНОЙ КИНЕТИКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ И МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ [c.216]

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]

Исключение концентраций промежуточных веществ из кинетических уравнений в случае, когда механизм реакции содержит нелинейные стадии, может оказаться неосуществимым. Это, однако, не является непреодолимым препятствием для сопоставления гипотезы о механизме реакции с опытом. В сущности, если задана схема механизма реакции, то тем самым задана в неявной форме и ее кинетика. Как показано в докладе Малкина, Островского и Снаговского на этом Симпозиуме [19], при современном состоянии электронной вычислительной техники такое задание кинетики достаточно, так что можно обойтись без алгебраического решения системы уравнений, выражающих закон действующих масс и условия стационарности. [c.70]

Метод построения поляризационных кривых, использованный для изучения действия ингибиторов коррозии [1—4], позволяет рассматривать лишь стационарные значения скоростей электрохимических реакций. Ценную информацию о влиянии ингибиторов коррозии на кинетику процессов, происходящих на электроде, можно получить при изучении кинетических кривых при постоянном потенциале. Этот метод и был использован для исследования механизма действия ингибиторов коррозии. [c.136]

Эта процедура является, несомненно, наиболее широко используемым методом изучения кинетики реакций. Однако этот метод имеет свои недостатки, главным образом потому, что часто имеется несколько вероятных механизмов реакции, которые могли бы привести к одинаковому результату в стационарном состоянии. Примерами такого рода неопределенности, которая может возникнуть, служат две реакции, изучавшиеся в первых разделах настоящей главы. При изучении распада ДНК (раздел ЗЗв) были предложены три совершенно различных механизма для объяснения хода всей реакции. При изучении действия фумаразы (см. раздел 35), исходя из данных опыта, можно было получить ряд различных констант скоростей образования комплексов фермента с субстратом. [c.739]

Как мы видели, существует достаточно много возможных регуляторных механизмов на уровне индивидуальных ферментов. Исследуем теперь механизмы регуляции, которые могли бы возникать при одновременном действии более чем одного фермента. Это необходимо потому, что вполне можно представить себе такие свойства фермента, которые будут понятны только в том случае, если рассматривать их в связи с сопряженными реакциями. Конкретный вопрос, стоящий перед нами, заключается в следующем является ли способность к регуляции неотъемлемым свойством системы последовательных реакций и важен ли в этом отношении характер реакционной системы Чтобы ответить на этот вопрос, мы рассмотрим стационарную кинетику участка открытой системы с линейной последовательностью реакций, а затем то же для циклической системы. Для открытых систем характерен постоянный стационарный приток и отток веществ, обеспечивающий минимум энтропии (аналогично равновесному состоянию в замкнутой системе) [1,2]. [c.245]

Детальное исследование стационарной кинетики ферментативной реакции может дать важную информацию о механизме действия фермента. Рассмотрим особенности и логику исследования механизма реакций в стационарном режиме на примере изучения гидрогеназы — фермента, образующего и активирующего молекулярный водород. [c.36]

Исследование субстратов с известной лимитирующей стадией. В большинстве случаев непосредственное определение характеристических времен реакции встречает экспериментальные трудности. При условии, что механизм реакции достаточно изучен для определения элементарных констант, можно воспользоваться данными стационарной кинетики. Так, для гидролиза сложноэфирных субстратов под действием а-химотрипсина лимитирующей является стадия гидролиза ацилфермента. Соответственно определяемая [c.82]

Поскольку при одном из исследований мы наблюдали пассивирование золота кислородом в растворах цианида, следовало уточнить механизм его действия на кинетику процесса цианирования. С этой целью были сняты поляризационные кривые при давлении кислорода 0,21 и 1 ат, анализ которых показал, что с ростом концентрации кислорода в растворе при прочих равных условиях значительно снижается ток саморастворения и стационарный потенциал смещается в область положительных значений. [c.61]

Как было показано выше, для определения механизма действия ингибиторов целесообразно сопоставлять коррозионные и адсорбционные измерения. Адсорбцию ингибиторов чаще всего оценивают измерением дифференциальной емкости двойного электрического слоя. При этом рассматривают равновесное или стационарное состояние. В то же время интерес представляет изучение кинетики адсорбции ингибиторов. Так, знание времени и скорости адсорбции добавки необходимо при [c.59]

Несмотря на многочисленные теоретические и экспериментальные работы, исследование стационарной кинетики редко оказывало решающее влияние на объяснение механизма ферментативного действия . Единствен- [c.53]

При анализе числа и устойчивости стационарных решений системы уравнений (1.4.1) важно провести классификацию механизмов с тем, чтобы дать ответ на вопрос какой класс механизмов характеризуется единственным и устойчивым стационарным состоянием, а в каком возможно появление несколько таких состояний Простейший из таких классов — линейные механизмы. Они содержат только элементарные стадии вида X Xj, т. е. в каждой реакции участвует только одна молекула промежуточного вещества. Уравнение кинетики (1.4.1) для линейного механизма в рамках закона действия масс имеют вид [c.75]

Успехи, достигнутые в области рентгеноструктурного анализа, кинетики переходных процессов и химического катализа за последние 20 лет, в корне изменили наши представления о ферментативном катализе и механизме действия ферментов. Данная монография представляет собой краткий обзор последних достижений в этой сфере и адресована студентам и аспирантам, уже прослушавшим соответствующие курсы по химии и биохимии. В книге в теоретическом и методологическом аспектах рассматриваются два вопроса природа взаимодействия между ферментом и его субстратами, обусловливающего ферментативный катализ и специфичность действия фермента, и взаимосвязь между структурой фермента и механизмом ферментативного процесса. Обсуждаются экспериментальные подходы, позволяющие проводить прямые исследования ферментов на молекулярном уровне. Большое внимание уделяется, например, исследованию ферментативных реакций в предстационарных условиях, когда ферменты используются в концентрациях, сопоставимых с концентрациями субстратов, и можно непосредственно наблюдать за промежуточными фермент-содержащими соединениями. Кратко освещены проблемы взаимодействия ферментов с несколькими субстратами в стационарных условиях, а также некоторые вопросы химии коферментов и кофакторов. [c.9]

Различные исследователи искали пути сокращения алгебраических действий при выводе кинетических уравнений стационарных реакций. В 1936 г. Христиансен дал формулу для скорости одномаршрутных реакций с механизмами определенного вида. Эти механизмы включают только линейные стадии со стехиометрическими числами, равными единице. Метод Христиансена изложен в известной книге Гаммета [9] ив обзорной статье Христиансена [10]. В этой статье Христиансен рассматривает также линейные каталитические механизмы, а с помощью искусственных приемов использует свой метод и для получения кинетики, отвечающей линейному механизму с двумя базисными маршрутами. Он применяет графическое изображение линейных механизмов, сходноес описанным выше. В 1956 г, Кинг и Альтман дали общий графический метод получения кинетических уравнений для линейных каталитических механизмов [11]. Этот метод изложен в книге Диксона и Уэбба [12]. Кинг и Альтман используют граф механизма реакции, построенный так, как это было сделано в рассмотренных примерах, т. е. с вершинами, отвечающими промежуточным веществам, и ребрами, отвечающими стадиям [c.67]

В этих книгах отражены успехи в изучении кинетических механизмов сложных ферментативных процессов, в разработке правил вывода уравнений стационарной скорости, в анализе кинетики действия аллостерических и многокомпонентных ферментных систем. В последние годы особенно большое внимание стали уделять отклонениям от линейности различных графиков — двойных обратных величин, V от v/S, S/v от S и других, в которых обычно принято представлять кинетические данные для определения параметров Кт и Vmax. Всс больше наблюдается случаев, когда в уравнение скорости реакции необходимо вводить концентрационные члены в квадрате и высших степенях. Однако даже в одном из самых поздних изданий ( Ферменты М. Диксона и Э. Уэбба) подобные примеры рассмотрены в разделе Особые случаи стационарной кинетики , хотя есть основания считать, что отклонения от кинетики Михаэлиса — Ментен являются скорее правилом, чем исключением. В данной книге авторы попытались изложить основные прин- [c.5]

Кинетику квазистационарной р-ции с достаточным приближением рассматривают так, как если бы р-ция была строго стационарной. Этот прием, наз. етодом Боден-штейна, значительно облегчает вывод кинетич ур-ний, связывающих скорости р-ции по отдельным в-вам с концентрациями в-в. Система дифференц. ур-ний, получаемых в результате применения закона действующих масс к элементарным стадиям, сводится к системе алгебраич ур-ний, поскольку все производные концентраций промежут в-в по времени полагают равными нулю. Согласно условию Хрис-тиансена, метод Боденштейна применим, если времена жизни промежут. в-в малы по сравнению с временем, за к-рое состав реагирующей системы существенно изменяется. Кроме того, разумеется, необходимо, чтобы механизм р-ции допускал ее стационарное протекание, т. е. чтобы упомянутая систе.ма алгебраич. ур-ний имела решение (нли конечное число решений). [c.362]

Исследование кинетики ферментативных реакций в стационарном режиме — один из наиболее распространенных способов изучения механизма действия ферментов. При исследовании реальных ферментативных систем условие стационарности выполняется лишь приблизительно. Например, если механизм реакции включает несколько промежуточных соединений, то кинетика в строгом смысле не может быть стационарной, т. е. ни в какой момент времени не может быть достигнуто условие г бр = = Грасп- Более детальную информацию о механизме ферментативной реакции с участием ряда промежуточных соединений дает изучение процесса в нестационарном режиме. Именно поэтому в последнее время исследо- [c.108]

Чтобы определить кинетику С.р., т.е. представить скорости ее по итоговым ур-ниям в виде ф-ции концентраций исходных в-в и продуктов, нужно из системы ур-ний, получаемой применением действующих масс закона к элементарным р-циям, исключить неизвестные концентрации промежут. в-в. Эта задача упрощается, если р-ция строго стационарна или если ее с достаточным приближением можно считать квазистационарной вместо системы дифференц. ур-ний имеем тогда систему алгебраич. ур-ннй, все производные концентрации промежут. в-в по времени равны нулю (см. Квазистационарности приближение). С др. стороны, исследуя нестационарную кинетику, можно получить больше информации о механизме С. р., чем если ограничиться лишь стационарной кинетикой. [c.365]

Идеальный адсорбированный слой. Основные предположения. В рамках теории идеального адсорбированного слоя Ленгмюра [35] учитывается детальный механизм протекания гетерогенных каталитических реакций на поверхности. При этом предполагается, что адсорбция частиц ограничивается одним слоем. Основными допугцениями этой теории являются также на поверхности имеется конечное и не изменяюш,ееся в ходе процесса число активных мест, каждое из которых может адсорбировать одну частицу места энергетически равноценны и одинаково доступны для адсорбции между адсорбированными частицами отсутствует какое-либо физическое взаимное влияние, приводягцее к изменению характера и прочности адсорбционной связи кинетика реакций в идеальных адсорбированных слоях определяется законом действующих поверхностей. При исследовании аэродинамического нагрева обычно предполагается, что каталитические реакции протекают стационарно. [c.17]

В кинетическом плане отметим лекцию Темкина о кинетике стационарных сложных реакций и доклады Островского [15] и Иоффе [16] с сотрудниками, посвященные применениям электронных счетных машин к анализу кинетики каталитических процессов. Последнее направление завоевало заметное место в современных кинетических исследованиях и в прикладном катализе, несмотря на возражения скептиков, подчеркивающих недостаточность и ненадежность части информации, лежащей в основе расчетов. Напротив, энтузиасты этих методов ожидают от применения счетных машин, чрезвычайно ускоряющих математический анализ и конкретные расчеты, большой пользыдля выяснения стадийного механизма сложного катализа. В какой-то мере правы и те и другие. Математику (по образному сравнению нашего известного математика, покойного академика Крылова) можно уподобить жерновам, перерабатывающим тот материал, который закладывается в мельницу. Она не способна создавать того, что не заложено заранее в материале, подаваемом на помол. Поэтому повышение точности и диапазона измерений и более полный учет действующих факторов несомненно важен для повышения эффективности машинной обработки кинетических данных. Но, с другой стороны, выводы, получаемые из совокупности кинетических данных с помощью счетных машин, в принципе должны быть полнее и точнее результатов, получаемых при традиционной безмашинной обработке тех же данных. [c.8]

Как и в кинетике химической, исследования зависимости скорости реакции от темп-ры в интервале, когда не наблюдается тепловой денатурации Ф., позволяют оценивать энергетич. характеристику процесса, важную для понимания механизма действия Ф. Трудность интерпретации экспериментальных данных зависимости стационарной скорости реакции от темп-ры связана с тем, что ферментативные реакции представляют сложные последовательные процессы. Если измеряемая скорость лимитируется к.-л. одной из последовательных реакций, нанр. если ею является максимальная скорость реакции, определяемая одноступенчатым распадом фермент-субстратного комплекса К=А+г[Е]о, то исследование зависимости V= Т) позволяет оценить энергию активации этой стадии реакции. При возможности измерения констант скорости отдельных стадий реакции при различных темп-рах могут быть оценены соответствующие величины энергии активации. Изучение зависимости константы субстрата (К ) от темп-ры позволяет оценивать термодинамич. константы образования ЕВ-комплекса (ДЯ, АР, А8). Применение теории абс. скоростей реакций (теории переходного состояния) при анализе кинетики нек-рых ферментативных реакций позволило оценить энтальпию, энтропию и свободную энергию активации. Общий вывод из относительно небольшого пока числа таких исследований состоит в том, что высокая каталитич. активность Ф. объясняется как существенным снижением энергии активации, так и значительным благоприятным изменехгнем энтропии системы в ходе реакции. [c.210]

Как и в случае других ферментов, о которых шла речь выше, формальный механизм действия роданезы (показанный на фиг. 19, где приведено также уравнение начальной скорости реакции, выведенное для этого механизма методом стационарной кинетики) согласуется с результатами, полученными другими методами. Как упомянуто в гл. VII, серусодержащее замещенное производное роданезй было выделено и стехиометрия реакции для субстратов и продуктов была исследована непосредственно. [c.152]

Тщательное исследование рН-функций оказалось весьма ценным при изучении механизма действия гидролаз. Возможность изолировать индивидуальные кинетические стадии с помощью методов остановленного потока, стационарной кинетики и релаксационной техники позволила получить вполне четкие результаты. Наиболее определенные данные при использовании некоторых субстратов были получены для трипсина и химотрипсина [2,3]. Именно с помощью такого подхода впервые было уста-йовлено участие остатков гистидина в механизме действия химотрипсина на стадиях ацилирования и деацилирования. Некоторые данные стационарной кинетики привели к полезным выводам о механизме действия негидролитических ферментов. Можно думать, что этот метод анализа механизмов ферментативных реакций будет быстро развиваться. Группа Альберти [4] провела очень тщательное измерение величин р/С и энтальпии ионизации связывающих группировок фумаразы. Данные о [c.217]

Таким образом, при изучении гидрогеназы из данных стацио-, нарной кинетики яолучена интересная информация о механизме действия биокатализатора. Важно подчеркнуть этапы исследования экспериментальное изучение зависимости стационарной скорости реакции от концентрации субстратов и pH, построение, анализ и дискриминация кинетических моделей, определение численных значений констант скоростей и равновесий, построение энергетического профиля реакции и молекулярной модели активации водорода железо-серным кластером. [c.51]

После открытия фотосенсибилизированной г ггс-транс-изомеризации полибутадиена Голуб [42, 43] установил, что подобная реакция может протекать и при облучении у-лучами раствора полимера в бензоле в присутствии тех же сенсибилизаторов, которые используются и при фотоизомеризации. Детальное изучение кинетики радиационной изомеризации показало, что механизм этой реакции, имеющей первый порядок как по концентрации 1 цс-звеньев, так и по Концентрации Вг или СвНбЗ в условиях стационарного состояния, по существу, аналогичен механизму фотоизомеризации и может быть описан рядом последовательных стадий, приведенных в уравнении (И-13). Реакция характеризуется образованием длинных кинетических цепей, при этом радикал СвНб8 и атом Вг, образующиеся под действием облучения, способны до своего исчезновения в результате актов рекомбинации или обрыва изомеризовать соответственно около 1000—1300 [43а] и 300-400 1 ис-двойных связей. Сили [436] установил, что и в случае сенсибилизированной изомеризации полибутадиена в присутствии дифенилдисульфида каждый тиорадикал может способствовать изомеризации приблизительно 370 двойных связей полимера. [c.111]

Отметим специфические черты динамической системы, отвечающей превращениям на поверхности катализатора. Структурной единицей детального механизма каталитической реакции обязательно является цикл последовательных превращений поверхностных веществ, по-видимому, это было впервые отчетливо показано Христиансеном [410]. Промежуточные вещества участвуют в каждой реакции детального механизма (прямой и обратной). В данном случае не рассматриваются схемы с ноль-веществом в смысле М. И. Темкина [380]. Следует сказать, что теория стационарных реакций, использующая аппарат линейной алгебры и методы теории графов, является эффективной для каталитических механизмов, линейных относительно промежуточных веществ. Работы, посвященные теории нелинейной каталитической кинетики, стали появляться лишь в середине 70-х гг. [14,86, 116, 145,362]. Нелинейность модели может обусловить ее значительно более сложное динамическое поведение по сравнению с линейным случаем. Интересно, что в рамках нелинейной кинетики, удовлетворяющей закону действия масс без обычно делаемых дополнительных предположений, могут быть интерпретированы критические эффекты, полученные экспериментально — например, ранее упоминавшаяся множественность стационарных значений скорости катали-ческой реакции, возможность которой следовала из опытов, проведенных еще в 1931 г. Г. К. Боресковым и В. П. Плигуновым [65] (реакция окисления ЗОг). Как показано в работах [14,86,116,362], множественность стационарных значений скорости каталитической реакции с) должна интерпретироваться в рамках механизмов, содержащих стадии типа [c.31]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология