Кинетика предстационарного состояни

В полиферментных системах, примером которых является цел-люлазная (см. схему 117), установление стационарного состояния по отдельным компонентам обычно происходит в двух совершенно различных временных масштабах. Первым устанавливается стационарное состояние по фермент-субстратным комплексам (на схеме 117 не показано), когда скорости их образования и распада значительно превосходят разницу между этими скоростями (здесь и далее рассматривается кинетика при избытке субстрата по сравнению с концентрациями ферментов в системе). Как правило, данное условие начинает выполняться уже в начальный период реакции (в секундном диапазоне или еще быстрее), когда система в целом еще нестационарна по промежуточным метаболитам. Переход всей полиферментной системы в стационарное состояние, в котором концентрации промежуточных метаболитов практически не меняются во времени (точнее, когда скорости их образования и распада значительно превосходят разницу между этими скоростями), происходит обычно достаточно медленно (нередко стационарное состояние вообще не достигается), для большинства изученных целлюлолитических реакций в реальных условиях в течение нескольких часов [24—26]. Это позволяет считать при анализе предстационарной кинетики полиферментных систем, что стационарное состояние по фермент-субстратным комплексам устанавливается практически мгновенно и что образование и распад промежуточных метаболитов происходит в соответствии с обычным уравнением Михаэлиса — Ментен. Тогда в условиях превраи ения исходного субстрата на небольшую глубину, принимая гомогенное распределение ферментов и субстратов в целлюлазной системе и считая превращения практически необратимыми, кинетику ферментативного гидролиза целлюлозы (см. схему 117) описывает следующая система дифференциальных уравнений [c.125]

Концепция стационарного состояния широко используется в динамических системах. Система находится в стационарном состоянии, если некоторые сушественные для ее характеристики величины не меняются со временем или если скорость образования какого-либо сушественного компонента системы равна скорости его распада. Например, в стационарном состоянии скорость увеличения численности населения данной страны равна скорости его убыли. Аналогичным образом концентрация метаболита в клетке стационарна, если скорость его образования равна скорости распада. В ферментативной кинетике эта концепция применяется к концентрациям ферментсодержаших промежуточных соединений. При смешивании фермента с большим избытком субстрата наблюдается период, известный под названием предстационарного, во время которого концентрации этих промежуточных соединений выходят на стационарный уровень. Вслед за этим скорость реакции меняется со временем сравнительно медленно, и можно считать, что концентрации промежуточных соединений являются стационарными. По традиции скорость ферментативных реакций измеряют именно на этом стационарном участке. Стационарное состояние является известной аппроксимацией, поскольку субстрат постепенно расходуется в ходе эксперимента. Однако, если скорость измеряется за достаточно короткий отрезок времени и концентрация субстрата остается практически постоянной, это приближение является достаточно хорошим. [c.109]

Помимо методов стационарной кинетики, описанных в гл. X, имеются и другие методы, позволяющие получать количественные данные, важные для характеристики отдельных стадий ферментативных реакций и, следовательно, для понимания их механизма. Речь идет о прямом измерении скоростей ферментативных реакций в условиях, когда наблюдаемое свойство системы характеризует не стационарное состояние системы в целом, а лишь отдельную стадию процесса. Такого типа методы заключаются, в изучении переходной предстационарной стадии реакции с использованием специальных приборов, которые дают возможность регистрировать события, происходящие в течение милли- и микросекунд. [c.178]

Это стационарный уровень, соответствующий начальной скорости реакции, как это принято в обычной стационарной кинетике (фиг. 21). Действительно, в промежуток времени между моментом, когда система достигла стационарного состояния, и моментом, когда накопится достаточное количество продукта, можно с хорошим приближением принять, что (ЯЛ)о равно (ЕА). По истечении этого промежутка времени Ло следует заменить выражением (Ло — X), и мы получим общее уравнение для изменения (ЕА) в течение стационарной стадии процесса (если Ло о). Для отыскания зависимости (ЕА) от (ЕА)о в предстационарный период нужно проинтегрировать уравнение (47) [c.179]

Часто можно услышать, что кинетика не в состоянии доказать правильность предложенного механизма, но зато всегда может исключить альтернативные механизмы. Это утверждение, несомненно, справедливо для стационарной кинетики, когда измеряются только скорости появления продуктов или исчезновения реагентов, но оно не распространяется на предстационарную кинетику. Если промежуточные соединения можно регистрировать и, таким образом, определить скорость их образования и исчезновения, исследователь в состоянии доказать адекватность данного механизма. В этом заключается главная сила предстационарной кинетики фермент берется в количествах, сравнимых [c.211]

Предстациоиарная кинетика. При быстром смешении р-ров фермента и субстрата в интервале времен 10 -10 с можно наблюдать переходные процессы, предшествующие образованию устойчивого стационарного состояния. В атом предстационарном режиме при использовании большого избытка субстрата ([S]o [E]q) система дифференц. ур-ний, описывающая кинетику процессов, линейна. Решение данного типа системы линейных дифференц. ур-ний дается суммой экспоненциальных членов. Так, для кинетич. схемы, представленной выше, кинетика накопления продукта имеет ввд [c.82]

Прежде чем рассматривать методы исследования предстационарной кинетики, необходимо остановиться на деталях хода ферментативной реакции во времени. Ранее было выведено дифференциальное уравнение, описывающее стационарное состояние односубстратной реакции. Интегрирование этого уравнения дает возможность построить кривые, описывающие временной ход реакции в стационарных условиях. [c.178]

Амиды аминокислот гидролизуются в условиях, когда кз>к2, и в стационарном состоянии справедливо уравнение (4.39). Прямое экспериментальное подтверждение участия промежуточных соединений ЕЗ и ЕА в катализе гидролиза эфиров N-aцили-. рованных Ь-аминокислот получено из анализа предстационарной кинетики реакции на длинах волн поглощения промежуточных соединений (Я, 290 нм) (Незз, МсСопп, Ки, МсСопкеу. 1970). Так, при смешении раствора а-химотрипсина с метиловым эфиром К-ацетил-Ь-фенилаланина наблюдается быстрое оптически регист- [c.81]

При изучении ферментативных реакций кинетические исследования проводят, как правило, в условиях, при которых свободный фермент и его промежуточные формы находятся в стационарном состоянии. Это позволяет значительно упростить уравнения для скорости реакций, но приводит к потере значительной части информации о механизме процесса и промежуточных формах фермента. Поэтому более тонкие кинетические исследования включают определение предстацнонарных характеристик системы. Этот подход более сложен технически, и к тому же при его использовании требуется трудоемкий математический анализ кинетических кривых. Исследования предстационарной кинетики значительно упрощают релаксационные методы, которые стали очень популярны в последние годы. [c.41]

Хотя концепция предстационарности, несомненно, весьма полезна для анализа химических механизмов ферментативного катализа (гл. 4 и 7), для анализа метаболизма более важны данные стационарной кинетики, поскольку они характеризуют каталитическую активность фермента в условиях существующего в клетке стационарного состояния. [c.109]

Предстационарная кинетика обладает рядом преимуществ с практической точки зрения. Она имеет дело с очень простыми по сути процессами например, с ее помощью определяют стехиометрию процесса, в ходе которого происходит всплеск концентрации продукта, находят константы скорости переноса связанных с ферментом промежуточных соединений на второй субстрат или исследуют индуцируемые лигандами конформационные изменения в белках. Кроме того, характеристики процессов первого порядка (которые обычно изучают) не зависят от концентрации фермента в отличие от констант скорости, измеряемых в стационарной кинетике. Для исследования быстрых реакций требуются очень высокие концентрации ферментов, но их значения близки к концентрациям in vivo. Более того, аналогичные концентрации обычно используются при прямом определении физического состояния белка, что позволяет получать, например, данные об агрегации в условиях, при которых протекает реакция. [c.212]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология