Работа механическая фермента

Миозин, будучи АТФазой, относится к числу так называемых энергопреобразующих ферментов, так как при его непосредственном участии осуществляется трансформация энергии химических связей в механическую работу. Для ферментов такого типа характерна тесная связь катализа с конформационными перестройками. За счет этога возможна регуляция активности фермента путем воздействия на группы, не входящие непосредственно в активный центр, а также при воздействии на него веществ, влияющих на конформацию белка. Совершенно очевидно, что субстрат (АТФ) должен в большинстве случаев оказывать защитное действие, стабилизируя структуру в области активного центра. [c.398]

Я начну с релаксационной концепции ферментативного катализа. Первое указание на отклонение каталитического акта ферментативной реакции от классической термодинамики и классической кинетики было, по-видимому, высказано в 1971 году [34]. Было показано, что применение основных постулатов Аррениуса и Эйринга к большинству ферментативных процессов может привести к бессмысленным значениям активационных параметров. Функционирование фермента больше похоже на работу механической конструкции, чем на обычную каталитическую химическую реакцию. Феноменологическая самосогласованная релаксационная теория ферментативного катализа была предложена в 1972 году [35,36]. Принципиальная идея релаксационной концепции заключается не просто в том, что конформационная [c.67]

Движение клеток и организмов, выполнение ими механической работы например, мышечной) производятся особыми сократительными белками, служащими рабочими веществами этих процессов. Сократительные белки выполняют ферментативную, АТФ-азную функцию, реализуют превращение химической энергии (запасенной в АТФ, с. 40) в механическую работу. Зарядка аккумулятора , т. е. окислительное фосфорилирование, происходит в мембранах митохондрий при непременном участии ферментов дыхательной цепи. Окислительно-восстановительные ферментативные процессы происходят и при фотосинтезе. Другие мембранные белки ответственны за активный транспорт молекул и ионов сквозь мембраны и, тем самым, за генерацию и распространение нервного импульса. Белки определяют все метаболические и биоэнергетические процессы. [c.87]

Говоря о механической работе, мы имеем в виду надмолекулярную, макроскопическую систему. Если молекулы фермента входят в состав такой системы, то при надлежащей ее организации она может осуществлять механическое движение и производить работу за счет свободной энергии ферментативной реакции. Следовательно, рабочие вещества механохимических систем в живых организмах могут быть белками — ферментами. Более того, они должны ими быть. Источник механохимической работы — химическая энергия. Но любые биохимические реакции протекают с непременным участием ферментов. Механохимия живых систем есть ферментативная механохимия. [c.387]

Механохимическая функция сократительных белков, неразрывно связанная с ферментативной, ответственна за клеточные и внутриклеточные движения, т. е. за перемещение клетки, за движение протоплазмы, за перемещение веществ в делящейся клетке при митозе. Сократительные белки — это ферменты, в результате каталитической деятельности которых химическая энергия превращается в механическую работу. [c.176]

Напомним, что положение классической физической химии, согласно которому направление и реализация химического превращения полностью определяются изменениями свободной энергии системы, может оказаться неверным для элементарных актов реакций, катализируемых достаточно сложными молекулами ферментов. Как уже было подчеркнуто выше, энтропийная часть свободной энергии (2.26,2.29) не может быть непосредственно использована для совершения работы (в случае химической реакции — для преодоления активационного барьера, отделяющего 8 от Р). Энтропийная часть должна быть превращена в энтальпийную. Это верно даже для устройства, приведенного на рис. 2.3, где производство работы определяется разностью давлений газа. Детальное описание изотермической механической работы, совершаемой движущимся поршнем, очень сложно. Разность [c.83]

Скорости главных катаболических реакций, обеспечивающих расщепление глюкозы и извлечение химической энергии в форме АТР, в каждый данный момент регулируются в соответствии с потребностями клетки в АТР независимо от того, как будет затем этот АТР использоваться-в биосинтетических реакциях, для активного переноса веществ или для механической работы в сократительных структурах. Поскольку продукты расщепления глюкозы играют важную роль и в качестве предшественников, и как промежуточные продукты других метаболических процессов, регуляторные ферменты катаболизма углеводов распознают также соответствующие сигналы других метаболических путей и отвечают на эти сигналы. Теперь мы [c.461]

Важнейшая задача согласования и регулирования работы ферментов, переносчиков и более сложных компонентов клетки требует, чтобы помимо проводников существовали и изоляторы, позволяющие некоторой части молекулы сохранять заданное состояние и допускающие иные возможности воздействия, кроме электронных (например, механическую деформацию молекулы или перенос группы). [c.163]

Для выполнения разнообразных жизненных функций отдельные электронные системы веществ клетки не должны быть связаны электронными проводниками. Важнейшая задача согласования и регулирования работы ферментов, переносчиков и более сложных компонентов клетки требует, чтобы, помимо проводников, существовали и изоляторы, позволяющие некоторой части молекулы сохранять заданные состояния и допускающие иные возможности воздействия, кроме электронных (например, механическую деформацию молекулы или перенос групп атомов). [c.59]

Именно работами советских энзимологов было установлено, что в основе ряда производств, имеющих дело с сырьем растительного или животного происхождения, в частности, ряда производств пищевых и вкусовых веществ лежат ферментативные процессы. При помоле зерна, томлении и сушке табака, выдавливании сока из виноградной ягоды, скручивании чайного листа на роллерах и т. д. живые клетки перечисленных объектов механически разрушаются, но заключенные в них ферменты сохраняют свою активность. В результате действия этих ферментов в различного рода производственных смесях (в тесте, в ферментирующемся чае и табаке, в пивоваренном сусле, в созревающем виноградном вине и т. д.) протекают химические изменения, которые составляют сущность технологического процесса и благодаря которым сырье превращается в готовый продукт, приобретает ценимые потребителем свойства цвет, аромат, вкус, усвояемость. Раньше все указанные производства строились на эмпирических основах, на многолетнем опыте мастера. Но такого рода положение удовлетворяло производство только до тех пор, пока оно находилось в мелком полукустарном состоянии. [c.668]

Механохимическая (конформационная) схема энергетического сопряжения предполагает использование химической энергии окисления сначала для совершения механической работы (например, создание напряженной конформации фермента, участвующего в переносе электронов), а затем использование этой энергии для синтеза высокоэнергетических соединений, в том числе и АТФ [14]. [c.409]

Наиболее важными функциональными факторами, лежащими в основе алактатной работоспособности, является активность ферментов, участвующих в мышечной деятельности. От АТФазной активности миозина зависит количество энергии АТФ, преобразованной в механическую работу, т. е. мощность выполняемых физических нагрузок. Активность кальциевой АТФазы (кальциевого насоса) определяет быстроту мышечной релаксации, от которой зависят скоростные качества мышцы. [c.193]

Клонирование фрагментов, полученных путем механического дробления, сопряжено с рядом технических трудностей в вектор легче встроить рестрикт. Однако сложность такого встраивания состоит в том, что сайты рестрикции могут находиться в неудобных местах, например в середине гена, который надо клонировать. Один из способов преодоления этой трудности состоит в использовании более чем одной рестриктазы, т.е. в повторении эксперимента с различными ферментами, сайты узнавания которых занимают разные положения. Но это требует дополнительного времени, и при работе с длинной последовательностью бывает сложно найти фермент, не разрезающий ее. [c.243]

Известно, что ферменты, катализирующие гидролитические реакции, могут катализировать обратные реакции (этерификация, полиэтерификации, переэтерификации) [419]. При проведении этерификации в присутствии ферментов возникают противоречивые моменты с одной стороны, ферменты приспособлены для работы в водной среде, с другой стороны, в присутствии воды в реакционной системе протекают реакции гидролиза. Термодинамически выгодно проводить этерификацию в среде органического растворителя, но в этих условиях фермент денатурирует. Это противоречие можно преодолеть двумя путями. Первый путь-стабилизация фермента путем его модификации закрепление белковой молекулы с помощью внутримолекулярных сшивок присоединением к носителю, механическим включением в поры носителя [420]. Второй путь пространственное отделение фермента от органического растворителя благодаря использованию двухфазных водноорганических систем. [c.265]

Сорок семь лет назад академик В. Энгельгардт открыл процесс окислительного фосфорилирования. положив основу изучению биоэнергетики клетки эта работа — классика советской и мировой науки. Аккумулятором энергии служит АТФ — аденозинтрифосфорная кислота. Затем выяснилось, что в процессе ее обмена участвует промежуточное соединение — креатинфосфат, причем образованием этого вещества за счет АТФ и, наоборот, АТФ за счет креатинфосфата управляет один и тот же фермент. Еще через десять лет В. Энгельгардт вместе с М. Любимовой установили, что АТФ служит источником энергии для мышечного белка (в том числе и сердечной мышцы). И далее долгое время считалось, что АТФ, которая синтезируется в митохондриях клеток, просто выбрасывается из них в цитоплазму и диффундирует сквозь мембраны в мышечные волокна, где и происходит превращение химической энергии в механическую энергию сокращения. Причем медики сделали из этого и практический вывод при ряде заболеваний, чтобы подкормить сердце энергией, больным назначали инъекции АТФ. [c.205]

Исследование обмена по циклу Кребса у грибов проводится теми же путями, что и при изучении процесса гликолиза. Оценка по анализу ферментативных систем цикла ТКК затрудняется тем, что большинство его ферментов, в противоположность ферментам путей гликолиза, находящимся в цитоплазме, локализуется в органоидах клетки — митохондриях, легко разрушающихся при их изоляции в бесклеточных экстрактах грибов. При работе с этими ферментами потребовалась разработка специальных мягких методов выделения митохондриальных фракций клеток и последующего отделения ферментов от структурных белков митохондрий, с которыми они связаны, без потери их активности. Для этого было применено быстрое механическое разрушение клеток в подходящем растворителе, заключение их в раствор сахарозы, препятствующий набуханию митохондрий, удаление вредных металлов и т. д. Дыхательные гранулы из митохондрий, активно дышащие и крася- [c.70]

Сферическая целлюлоза была предложена как удобная матрица для аффинной хроматографии ввиду правильной сферической формы ее частиц, высокой пористости и хорошей механической прочности, а также ярко выраженной гидрофильности. В одном сообщении [19] указывается на возможность хроматографии на иммобилизованном красителе, однако в работе [20] эти данные не подтвердились. В то же время ряд ферментов был успешно иммобилизован на сферической целлюлозе. [c.22]

По существу миозин является ферментом. При сокращении, когда актин скользит вдоль миозина, происходит взаимодействие актина с головками миозина это взаимодействие приводит к стократной (или более) активации актомиозиновой АТР азы. Следствием связывания актина с миозином является генерация напряжения, при этом источником энергии для осуществления механической работы служит гидролиз АТР. [c.64]

Ферменты и прочие белки, участвующие в процессах репликации и транскрипции ДНК, относятся к числу самых замечательных из всех известных биологических катализаторов. Они способны создавать эти гигантские макромолекулы из мононуклеотидо в-предшествен-ников, используя энергию фосфатной группы, и с исключительной точностью осуществлять перенос генетической информации от матрицы к новосинтезируе-мой цепи. Кроме того, при работе этих ферментов должны рещаться сложные механические проблемы, поскольку, прежде чем в дело вступят реплицирующие ферменты, должно произойти расплетание родительской двухцепочечной ДНК так, чтобы ферменты могли получить доступ к информации, закодированной в последовательности оснований внутри двойной спирали. Более того, в эукариотических клетках система репликации тесно связана со сложной трехмерной организацией хроматина и нуклеосом. [c.894]

Нуклеиновые кислоты являются очень трудным для работы материалом. Они чувствительны к расщеплению ферментами (ри-бонуклеаза, например, может быть обнаружена даже на кончиках пальцев исследователя). Они не терпят экстремальных значений pH и температуры и даже действия механических разрывающих сил. Длина молекулы ДНК, полученной из распространенной бактерии Е. oli, составляет примерно 1 мм, в то время как ее диаметр— около 2 нм. Таким образом, простое перемешивание или даже неосторожное взятие пипеткой раствора ДНК обычно приводит к существенному уменьшению ее молекулярной массы. Естественно, что наиболее ранние препараты ДНК представляли собой фрагментированный материал с низкой молекулярной массой. [c.35]

Таким образом, сложная игра слабых сил приводит к обра-вованию сильных химических пептидных связей. Образование химических связей и механические процессы — перемеш,ение фермента РНК-полимеразы вдоль цепи ДНК (см. 8.3), работа рибосомы и ее перемещение вдоль цепи мРНК (см. 8.5) требуют затраты энергии. Источниками энергии для этих процессов служат макроэргические нуклеозидтрифосфаты АТФ и ГТФ. [c.266]

Одновременно в клетке непрерывно функционирует фермент, катализирующий гидролиз цАМФ до АМФ - циклонуклеотид фосфогидролаза. Аденилатци-клаза вмонтирована в клеточную мембрану и. включается при поступлении на мембрану определенных сигналов. В частности, таким сигналом может служить гормон адреналин, активная наработка которого надпочечниками начинается в стрессовых ситуациях, когда организму требуется резкое усиление производства АТФ в связи с интенсификацией нервной деятельности, а зачастую и необходимостью совершить оперативно определенную механическую работу. [c.425]

Итак, согласно релаксационной концепции, скорость химического превращения субстрата в продукт определяется, как правило, скоростью конформационной релаксации. Температурная зависимость скорости обусловлена не изменениями числа молекул субстрата, способных преодолевать активационный барьер, а изменениями конструкции фермент-субстратного комплекса, которые влияют на путь и, следовательно, на скорость конформационной релаксации. Из приведенного анализа можно сделать еще один важный вывод прямой и обратный пути реакции, катализируемые ферментом, могут существенно отличаться. Это означает, что релаксационная схема может быть реализована только вне термодинамического равновесия системы субстрат-продукг. Другими словами, если фермент работает как механическая машина, то механизмы реакции вблизи термодинамического равновесия и вдали от него должны различаться. [c.70]

В результате проделанной работы мы считаем, что процесс прохождения гриба В. inerea по тканям яблока, можно представить следующим образом гриб проникает черёз кутикулу яблока или через механические поранения, или через открытые чечевички, а затем уже вступает в действие энзиматический аппарат гриба. Ферменты гриба вызывают мацерацию близлежащих клеток и нарушают целостность клеточных оболочек. Таким образом, открывается доступ токсическим выделениям гриба внутрь клетки. Эти токсические выделения нарушают но-рмальное течение обменных процессов в клетке, отравляют клеточные органоиды, вызывая гибель цитоплазмы и лизис ядра. [c.280]

Другим направлением исследовательской работы Института биохимии является работа о роли окислительно-восстановительных ферментов в живой клетке. Вопросом об окислительно-восстановительных процессах и катализаторах, которыми они управляются, я занимаюсь уже несколько десятков лет. Когда 15 лет назад А. И. Опарин вступил в сотрудничество со мной, он занялся изучением этих процессов. В течение всего времени, которое прошло с тех пор, он не терял эти явления из вида при исследовании роли пигментов в процессе дыхания. Когда у нас в Союзе стало развиваться производство чая из чайного листа, А. И. Опарин в контакте с Институтом чайного хозяйства и со всеми заинтересованными организациями поставил ряд работ частью иа местах, частью в пределах Института. Содержание этих работ изложено в статье А. И. Опарина. Я укажу здесь только на то, что в основном чайное производство покоится на окислительных процессах. Поэтому предшествующее углубленное исследование этих процессов позволило Опарину разобраться в весьма сложной картине тех явлений, которые имеют место при производстве чая. В результате этих работ были установлены определенные методы механической обработки чахшого листа. Надо сказать, что вопрос о технологических процессах в этой отрасли производства изучен чрезвычайно слабо. За границей, в капиталистических странах, эти процессы не вышли еще из стадии примитивной техники. [c.136]

Биохимический метод получения оптически активных соединений наряду с методом механического отбора (разд. 4-4а) и методом разделения, основанным на кристаллизации диастереомеров (разд. 4-46), был впервые применен Пастером [68]. Пастер заметил, что при брожении аммонийной соли рацемической винной кислоты, вызванном дрожжами или Peni illium glau um (грибковой плесенью), расходовалась преимущественно природная (правовращающая) форма и по истечении некоторого времени из подвергавшейся ферментации жидкости можно выделить соль чистой (—)-винной кислоты. Очевидно, это случай асимметрической деструкции грибковая плесень потребляет для своей жизнедеятельности преимущественно природный энантиомер и оставляет нетронутым другой, не встречающийся в природе (левовращающий) энантиомер. В более поздней работе, посвященной синтезу нитрила миндальной кислоты в присутствии эмульсина (см. выше), было ясно показано, что присутствие живого организма или живой клетки не обязательно для асимметрического синтеза этого типа и что активными агентами являются ферменты (которые могут функционировать как внутри, так и вне живого организма). [c.78]

Разработка в Институте первых искусственных форм пищи привела к развитию новых направлений в физико-химии полимеров, а также к созданию ряда новых методов исследования их свойств. Так, были развиты работы по изучению механических и других физических свойств смесей белков с углеводал1И, их растворов и студней, по выяснению влияния структуры таких систем на их свойства (в частности, на атакуемость ферментами), по определению смачиваемости и набухаемости отдельных частиц и зависимости этих свойств от состава исходного раствора и условий обработки и т. д. [c.523]

Способность к движению — одно из характерных свойств всех живых организмов, начиная от простейших и кончая самыми сложными. Сокраш ение разных мышц и движение листьев растений, биение ресничек и движение жгутиков, деление клеток и движение протоплазмы — все эти разнообразные формы проявления двигательной активности имеют обш ую черту — превраш ение химической энергии, освобо-ждаюш ейся при гидролизе АТФ, в механическую. Белковые структуры, участвую-ш ие в гидролизе АТФ и генерации силы, — это либо миозин и актин, либо кинезин (или динеин) и тубулин. При мышечном сокраш ении механическая работа осуш е-ствляется организованными в надмолекулярные структуры ферментом — АТФазой миозина — и актином. Регулятором двигательной активности в мышцах является кальций. В немышечных клетках, наряду с кальциевой, по-видимому, суш ествуют и другие способы регуляции. Выяснение молекулярных механизмов генерации силы, трансформации химической энергии гидролиза АТФ в механическую работу, а также механизмов регуляции этих процессов является основной задачей биофизики биологической подвижности. Наибольшие успехи в этом направлении достигнуты при исследовании наиболее организованных поперечно-полосатых мышц позвоноч- [c.225]

ДНК-геликазы были впервые выделены как белки, которые, присоединяясь к одиночной цепи ДНК, катализируют гидролиз АТР. Как уже отмечалось в гл. 3, гидролиз АТР может циклическим образом изменять форму молекулы белка, вследствие чего белок будет производить механическую работу (см. разд. 3.4.11). Именно этот принцип лежит в основе быстрого неремещения ДНК-геликаз по одиночной цени ДНК. Встречая на своем пути участок двойной спирали, эти ферменты продолжают двигаться вдоль своей цепи и тем самым расплетают двойную спираль (рис. 5-44). Расплетание ДНК-снирали в области репликационной вилки, вероятно, осуществляется двумя совместно действующими ДНК-геликазами, одна из которых перемещается по ведущей цепи, а другая - по отстающей. Ясно, что две эти геликазы должны двигаться вдоль одиночных ценей ДНК в противоположных направлениях, т. е. это должны быть разные ферменты. Действительно, оба указанных типа ДНК-геликаз удалось обнаружить. Нри этом исследования на бактериях показали, что главную роль играет ДНК-геликаза отстающей цепи. Причины этого мы обсудим ниже. [c.292]

Допустим, что полипептиды образуются из аминокислот (в присутствии конденсирующего агента, например полифосфата) на би-спиральных молекулах полинуклеотидов как на поверхности гетерогенного катализатора. Третичная структура образующихся полипептидов должна быть комплементарна к биспирали, т. е. такие белки должны иметь форму чехла . Напомним, что третичная структура биспиралей имеет стандартную форму и не зависит от последовательности нуклеотидов. На этом этапе белки-чехлы могут выполнять различные функции. Во-первых, они играют защитную роль, предохраняя биспираль ДНК от гидролиза. Во-вторых, и это главное, белки-чехлы могут играть роль фермента-репликазы. Для этого необходимо, чтобы комплементарное.соответствие между чехлом и ДНК было недостаточно полным. В этом случае молекула-чехол, располагаясь на биспирали, будет иметь механически напряженную структуру и тем самым будет способствовать репликации ДНК ). Важную роль при этом играет периодическое изменение внешних условий (например, температуры), обсуждавшееся в работе [6]. Изменение конформации, вызванное изменением условий, способствует расплетанию биспирали и репликации. Возврат к более комплементарной конформации препятствует репликации и тем самым способствует защите комплекса. Отсюда следует, что белки-чехлы могут обладать существенно различной (в том числе и отрицательной) репликазной активностью . Однако для дальнейшей эволюции достаточно, чтобы некоторые из них функционировали как репликазы. Подчеркнем еще раз, что эта функция белка образовалась не случайно — она вполне закономерно следует из способа его синтеза. [c.28]

Таким образом, в ходе эволюции должны возникнуть белки-ферменты, способные расщеплять АТФ с предельно высокой эффективностью преобразо1вания свободной энергии гидролиза макроэргических связей в механическую работу. [c.177]

Переход к двухкомпонентным. аистемам, преобразование химической энерги в. механическую работу— переход от совершения работы за счет коиформационных движений макромолекулы самого фермента — к скольжению — активному встречному перемещению двух макромолекулярных иомпонентов обеспечивает максимальную эффективность механо-химических преобразований. [c.182]

Процесс полимеризации весьма прост разогретый до 45 °С— 48°С каррагинан смешивают с суспензией клеток и дают затвердеть при охлаждении. Носителю можно придать форму частиц, шариков, мембран, волокон, трубок. Однако без дополнительной обработки механическая прочность его незначительна. Сшивка глутаровым альдегидом и обработка гексаметилендиамином резко повышает прочность носителя. Обработка повышает активность ферментов и стабильность одностадийных процессов, но снижает жизнеспособность клеток. Например, аспартазная активность клеток Е. oli, включенных в каррагинан, после указанной обработки значительно стабилизируется период полужизни увеличивается с 50 до 600 сут и более (колонки работали нри 37°С). [c.226]

Стекло с контролируемым размером пор — наиболее широко применяемая матрица неорганической природы для иммобилизации биологических молекул. Относительно небольшое число работ посвящено использованию стекла в качестве матрицы для аффинной хроматографии. Известно, что немодифицирован-ное стекло неспецифически адсорбирует ферменты и заметно растворимо при щелочных pH (> 8,0). Стекло обладает высокой механической прочностью, термической устойчивостью и, будучи аэрогелем, химически совместимо с большинством органических растворителей. [c.41]

Источником входной информации для биокомпьютера являются сверхчувствительные датчики-преобразователи на иммобилизованных ферментах. Работы по их созданию также миновали стадию эмпирического поиска благодаря успехам молекулярной биофизики. Можно конструировать датчики с нужными свойствами, избирательностью и высокой чувствительностью. Биологические устройства способны преобразовывать энергию самых различных видов — химическую, механическую, световую, электрическую, причем в ряде случаев возможно обратное ее преобразование, что позволяет использовать одни и те же биопреобразователи для измерения различных параметров коэффициент полезного действия их чрезвычайно высок и иногда близок к 100%. Биодатчики реагируют на самые разные вещества, улавливая отдельные молекулы как в воздухе, так и в растворах и обладают повышенной устойчивостью к физико-химическим воздействиям. Чувствительный элемент биопреобразователей получают путем иммобилизации белков, ферментов или колоний микроорганизмов к подложкам. На основе глобулярного белка, упругость которого различна в разных направлениях, конструируют хемомеханические датчики. [c.46]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология