Эффективная концентрация групп молекуле фермента

Внутримолекулярный катализ эффективная концентрация групп на молекуле фермента [c.57]

Ранее упоминалось, что высокая эффективная концентрация внутримолекулярных групп — одна из основных причин эффективности ферментативного катализа. Таким образом, функция фермента прежде всего заключается в сближении субстрата с функциональными группами фермента путем связывания с активным центром. При этом происходит изменение энтропии системы. Отсюда следует, что различие при катализе внутримолекулярной реакции и межмолекулярной определяется энтропийным эффектом. При межмолекулярной реакции происходит соединение двух или большего числа молекул в одну, что вызывает увеличение упорядоченности и, следовательно, уменьшение энтропии. [c.210]

Если известна общая эффективная концентрация лиганда, способного связывать фермент (8 мкмоль в 1 мл геля), то можно определить расстояние между ножками , на которых молекулы лиганда прикреплены к гелю оно равно 29 А. Поскольку диаметр молекулы р-галактозидазы 140 А, можно сделать вывод, что приблизительно 19 ножек (пространственных групп) могут взаимодействовать с каждой молекулой белка. Это объясняет, почему в замещенных гелях настолько сильно проявляются неспецифические электростатические и гидрофобные взаимодействия. Если к этим пространственным группам привязан ингибитор, можно ожидать более специфических взаимодействий фермента с сорбентом при низком уровне модификации геля лигандом. [c.99]

Как мы видели, кислотно-основный катализ является эффективным средством ускорения химических реакций. Можно ли из этих данных определить, какова роль данного механизма в ферментативном катализе Непосредственное перенесение результатов предыдущего раздела на ферменты встречает принципиальные затруднения. Дело в том, что каталитические реакции в растворе — это реакции второго порядка (скорость реакции возрастает с увеличением концентрации катализатора), тогда как реакции, протекающие в пределах фермент-субстрат-ного комплекса, представляют собой реакции первого порядка, причем кислоты и основания являются составной частью молекулы фермента. Возникает вопрос какую концентрацию кислоты или основания следует использовать в расчетах Экспериментальный подход к этой проблеме состоит в синтезе соединений с каталитической группой, являющейся частью молекулы субстрата, и в последующем сравнении скоростей реакций с участием этих соединений со скоростями соответствующих внутримолекулярных реакций. [c.57]

Существуют следующие доказательства, свидетельствующие о том, что эстеразный центр отделен от анионного. Во-первых, эфирная группа субстрата (ацетилхолина или диметиламиноэтил-ацетата) отделена двумя метиленовыми группами от катионной части молекулы. Во-вторых, эффективность неионизированных и неспособных к ионизации ингибиторов, лишенных катионной структуры и поэтому не реагирующих с анионным центром, в значительной мере зависит от pH. Так, ТЭПФ имеет отчетливый максимум угнетения при pH 8 (см. рис. И, стр. 102). Поскольку структура ингибитора не может изменяться с изменением pH, этот максимум отражает изменения в активном центре фермента. Уилсон и Бергманн [56] объясняют наличие максимума возможностью наложения двух кривых рК кислотной и основной групп, которые имеются на активной поверхности фермента. Если обозначить кислотную группу — А, а основную — ВН+ при pH около 7, то, по их предположению, ингибитор может реагировать только с комбинацией этих групп (А+ ВН+). Оптимум pH такой поверхности, т. е. значение pH, при котором концентрация (А -Ь ВН+) является максимальной, находится между двумя значениями р/С . При низ- [c.30]

Четыре особенности отличают ферменты от всех прочих катализаторов. Во-первых, эти биокатализаторы исключительно эффективны. Нри оптимальных условиях большинство ферментативных реакций протекает в 10 —10 раз быстрее, чем те же реакции в отсутствие ферментов. Число оборотов (т. е. число молекул субстрата, превращаемых за одну минуту, на одну молекулу фермента) для большинства ферментов равно приблизительно 1000, а в некоторых случаях может превышать 10 . Следует при этом иметь в виду, что скорость отдельных стадий ферментативных реакций лимитируется диффузией реагирующих веществ или, во всяком случае, зависит от нее. Таким образом, многие химические реакции, которые обычно протекают только при высоких температурах или только в сильно кислой или сильно щелочной среде, в присутствии соответствующих ферментов могут идти быстро и количественно при комнатной температуре и при значениях pH, близких к нейтральному. Во-вторых, для большинства ферментативных реакций характерна высокая специфичность как в отношении природы катализируемой реакции, так и в отношении структуры используемого субстрата. В-третьих, круг реакций, катализируемых ферментами, необычайно широк. Ферменты катализируют реакции гидролиза, поликонденсации, окисления — восстановления, дегидрирования, альдольно11 конденсации, реакции переноса различных групп, а также ряд других реакций. Мы можем, таким образом, сказать, что белки — катализаторы с исключительно широким спектром действия. Наконец, в-четвертых, активность самих ферментов в клетке строго регулируется. Скорость синтеза ферментов, а также их конечная концентрация находятся под генетическим контролем и регулируются с помощью малых молекул эти малые молекулы часто являются субстратами или продуктами реакций, катализируемых теми н е ферментами. Кроме того, ферменты могут существовать как в активной, так и в неактивной форме, причем скорость и степень их превращения в каждом конкретном случае зависит от свойств окружающей среды. Почти все биоло- [c.189]

Один из возможных путей достижения этой цели состоит, помимо использования ионов металлов, в обработке носителя веществами, молекулы которых содержат большое число функциональных групп, способных взаимодействовать с группами на поверхности ферментной глобулы за счет электростатических и водородных связей (рис. 4,6). Например, полимеризация на поверхности силохрома акриловой кислоты, винилацетата и т. п. с последующей химической модификацией полимера приводит к образованию носителя, характеризующегося высокой поверхностной концентрацией функциональных групп (гидроксильных, аминоалкильных, аминоарильных и гидразидных). В качестве модификатора часто используется также альбумин, который наносится на носитель путем адсорбции, а затем подвергается денатурации нагреванием. Слой денатурированного альбумина образует на поверхности носителя мягкую подложку с большим числом функциональных групп, способную прочно связывать молекулы фермента, одновременно обеспечивая для них благоприятное микроокружение. В результате во многих случаях при обработке альбумином удается добиться повышения эффективности сорбции и улучшения каталитических характеристик иммобилизованного фермента. [c.52]

Упорядоченная структура растворителя, как следует из анализа свойств поглощения Со(11)-замещенного фермента в видимой области, необходима для каталитической функции и может оказаться существенной для каталитической эффективности различных изоферментов карбоангидразы. Величины Д я гидратации СОг ферментом быка [279, 280] возрастают с ростом pH, что указывает на величину рКа 6,9 каталитической группы, существенной для активности. Калифах [249] показал, что, в то время как в случае КАС наблюдается увеличение /г т с ростом pH, причем кажущаяся величина р/С этой зависимости близка к 7,0, в случае изофермента В величина / ат с увеличение.м pH непрерывно возрастает и при высоких значениях pH активность не запределива-ется. Интересно отметить, что pH однотипных спектральных изменений в видимой области для Со(И)-замещенных ферментов составляет 6,4 для фермента быка [257], 7,2 для КАС [261] и 8,1 для КАВ [281]. Витни [282] отмечал параллельное увеличение (эстеразной) активности Со(И)-замещенных КАВ и повышение концентрации соединений, поглощающих при 618—640 нм, в то же время Линдског [270] на основе исследования ингибиторов приходит к выводу, что активной формой фермента при гидратации СОг являются соединения, имеющие характерный двойной пик поглощения в области 618—640 нм. На основании корреляции структуры растворителя, свойств спектрального поглощения и каталитической эффективности изоферментов карбоангидразы можно заключить, что каталитическая способность фермента зависит от присутствия упорядоченных молекул воды в области активного центра. [c.111]

Интенсификация процессов гидролиза фосфолипидов в мембранах митохондрий, эритроцитов и других клеток становится возможной также благодаря и тому, что при низкотемпературном воздействии разрушаются природные антиоксидант-ные системы. Установлено, например, что в процессе замораживания митохондрий они теряют эндогенный глутатион, который 51вляется эффективным фактором защиты от процессов перекисного окисления липидов. Появление в составе мембраны пере-кисных группировок приводит к резкому ослаблению связей липидных молекул друг с другом, белками и другими компонентами, повышает вероятность окисления 8Н-групп белков, что существенно модифицирует функционирование ферментов-катализаторов, ионных переносчиков и т. д. Лизосомы, очень чувствительные к воздействию низких температур, в процессе замораживания— отогрева разрушаются, существенно повышая концентрацию в цитоплазме высокоактивных гидролаз, которые оказывают лизирующее действие на внутриклеточные структуры, например ядра, митохондрии и т. д. (табл. 4). [c.27]

Ферменты могут быть выведены из строя веществами, которые образуют очень прочные ковалентные связи с группами, расположенными внутри активного центра, и которые препятствуют тем самым образованию комплекса 5. Взаимодействия такого рода могут привести к необратимому ингибированию. Для внутриклеточных процессов в норме, однако, более характерно обратное ингибирование двух типов. Первый — конкурентное ингибирование — становится все более эффективным при увеличении субстрата, тогда как второй — неконкурентное ингибирование— от концентрации субстрата не зависит. Установлено, что конкурентные ингибиторы реагируют непосредственно с активным центром фермента, тогда как неконкурентные — с участком фермента вне активного центра. Конкурентные ингибиторы представляют собой обычно структурные аналоги субстрата, неконкурентные — напротив, могут совершенно не походить по химической структуре и составу на субстрат. Конкурентный ингибитор конкурирует с молекулами субстрата за активный центр. Поэтому при увеличении концентрации одного из этих компонентов уменьшается вероятность связывания другого. Поскольку неконкурентный ингибитор связывается с участком фермента вне активного центра, молекулы субстрата не могут конкурировать с ним за его место связывания, поскольку не обладают сродством к аллостери-ческому центру. [c.37]