Кинетические закономерности ферментативных реакций

Одним из характерных проявлений жизни является удивительная способность живых организмов кинетически регулировать химические реакции, подавляя стремление к достижению термодинамического равновесия. Ферментативная кинетика занимается исследованием закономерностей влияния химической природы реагирующих веществ (ферментов, субстратов) и условий их взаимодействия (концентрация, pH среды, температуры, присутствие активаторов или ингибиторов) на скорость ферментативной реакции. Главной целью изучения кинетики ферментативных реакций является получение информации, которая может способствовать выяснению молекулярного механизма действия фермента. [c.134]

КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ В НЕСТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ [c.171]

Выявление кинетических закономерностей протекания ферментативных реакций составляет одну из самых актуальных проблем энзимологии. Исследование кинетики биокатализа в целом направлено на установление зависимости скорости ферментативных процессов от химической природы ферментов, а также на изучение условий взаимодействия субстратов с ферментами. Иначе говоря, кинетика биокатализа позволяет понять природу молекулярных механизмов действия различных факторов на скорость ферментативных процессов. [c.104]

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]

Кинетические закономерности ферментативных реакций с участием двух промежуточных соединений. Кинетика трехстадийной реакции с равновесной первой стадией. Детальный кинетический анализ действия ряда ферментов обнаруживает участие в механизме катализа по крайней мере двух промежуточных соединений. [c.190]

Основные кинетические закономерности протекания ферментативных реакций. В иммуноферментных методах анализа в качестве метки антигенов и антител могут использоваться как ферменты, так и их субстраты. Если меткой служит молекула фермента, то выбранный способ детекции должен обеспечивать регистрацию сигнала, пропорционально зависимого от концентрации (количества) фермента, а в случае применения в качестве метки субстрата — концентрации (количества) субстрата. В первом случае фермент выполняет роль маркера (он ковалентно связан с молекулой антигена или антитела), во втором — детектора (свободный фермент). Оптимизация условий каталитической реакции (выбор pH, оптимальных концентраций фермента и субстратов) осуществляется в соответствии с используемой модификацией ИФА. [c.61]

Рассмотрим кинетические закономерности ферментативной-реакции при условии, что инактивация протекает мономолекуляр-но через фермент-субстратный комплекс (схема (5.45)). В условиях стационарности по промежуточному соединению и при из- [c.110]

Рассмотрим кинетические закономерности ферментативной реакции при условии, что инактивация протекает мономолеку-лярно через фермент-субстратный комплекс [см. (2.229)]. В условиях стационарности по промежуточному соединению и при избытке субстрата кинетику процесса описывает система дифференциальных и алгебраических уравнений [c.250]

Выше рассмотрены кинетические закономерности ферментативных реакций, на динамику протекания которых оказывает влияние процесс инактивации фермента. Видно, что кинетические уравнения для различных механизмов инактивации в ряде случаев имеют разный вид, что дает возможность при сопостав- [c.259]

Для развития представлений о закономерностях сложных реакций оказалось весьма полезным применение одного из разделов линейной алгебры и топологии — теории графов. Основные положения теории можно найти в монографиях [332—335]. Она была использована Темкиным [307—309], а затем и другими авторами [336—340] для иллюстрации и анализа механизмов сложных реакций, а также вывода кинетических уравнений. Ранее графы были применены Кингом и Альтманом при выводе кинетических уравнений ферментативных реакций [3411. Остановимся сначала на основных понятиях теории графов. [c.169]

Все перечисленные в 2.1—2.3 механизмы ферментативных реакций основаны не только на теоретических уравнениях, но и на экспериментальном изучении этих реакций. Поэтому 2.4-2.5 посвящены специфическим методам изучения ферментативных реакций. Специфика данных методов заключается в потенциальной возможности определения числа промежуточных соединений в механизме ферментативного катализа. В 2.4 приведены нестационарные методы ферментной кинетики. Показано, что методы нестационарной кинетики позволяют определить число промежуточных соединений в ферментом катализе. В данном параграфе также описаны методы определения кинетических параметров ферментативных реакций с помощью нестационарной кинетики. В 2.5 освещены методы релаксационной кинетики, имеющие большое значение в изучении, в частности, механизмов химических реакций. Релаксационные методы основаны на изучении закономерностей протекания ферментативных реакций после быстрого выведения этих реакций из состояния равновесия. [c.332]

Наука о ферментативном катализе (как и наука о любых химических реакциях) имеет две стороны — это представления о механизме и формальное описание его кинетических (или термодинамических) закономерностей. В первой части книги рассмотрен именно первый (механистический) аспект проблемы вторая часть посвящена формальной (практической) кинетике ферментативных реакций. При этом раздельно проведен кинетический анализ реакций, протекающих в нестационарных условиях (гл. V) и в стационарном режиме (гл. VI). [c.4]

Практический курс, предлагаемый вниманию читателя, может рассматриваться как руководство по обработке экспериментальных данных ферментативной кинетики. В основу данной книги положены лекции и практические занятия по кинетике ферментативных реакций. Так как понимание кинетических закономерностей и механизма действия ферментов невозможно без знания кинетических законов простых химических реакций, последним в книге также уделено существенное внимание. [c.3]

Видимо, будущее развитие кинетики ферментативных реакций СО СЛОЖНОЙ стехиометрией покажет, насколько статистическая кинетика в ее современном варианте оказалась полезной для анализа конкретных экспериментальных данных. Автор, со своей стороны, полагает, что главное достоинство статистической ферментативной кинетики заключается не столько в ее значимости для расчета формальных эмпирических коэффициентов и количественного анализа экспериментальных кинетических кривых или в ее формулах, показывающих связь микроскопических и макроскопических параметров, сколько в ее общих выводах, иллюстрирующих принципиальные закономерности ферментативной деструкции полимерных субстратов во времени. Именно на эти закономерности будет обращаться основное внимание при изложении кинетики ферментативных превращений полимеров. В заключение данного раздела будут изложены кинетические подходы к деструкции полимерных субстратов, разработанные автором с коллегами, в которых сделана попытка уйти от формализованных статистических методов математического анализа и главное внимание уделено аналитической ферментативной кинетике. [c.107]

Краткое рассмотрение химизма ферментативного окисления углеводородов убедительно показывает, что в изучении его сделаны лишь первые шаги. Имеюш,иеся данные требуют систематизации и обобщения для составления полного представления о механизме этой реакции. Работ по физикохимическому и особенно по коллоидно-химическому изучению ферментативного окисления, по кинетике протекания отдельных его стадий в настоящее время очень мало. Однако в связи с актуальностью этого процесса и внедрением его в промышленность подобные сведения крайне необходимы, так как без знания физико-химических и кинетических закономерностей процесса трудно говорить о возможности рационального управления им. [c.84]

Кинетика такой реакции описывается уравнением (13). Это уравнение не содержит члена с произведением концентраций типа К/[АВ1[Х], который обычно входит в выражение для скорости реакции при наличии тройного комплекса или в случае других механизмов. Именно этот член и обусловливает пересечение прямых в координатной системе двойных обратных величин. Однако данный механизм кинетически нельзя доказать однозначно, поскольку отдельные кинетические константы реакции, например те, которые входят в член с произведением концентраций, могут быть слишком небольшими, чтобы этот член можно было обнаружить экспериментально. Следовательно, аналогичное кинетическое поведение может имитировать также и механизм с участием тройного комплекса, в котором первая стадия является медленной и по существу необратимой [14, 15 . Тем не менее наблюдение пинг-понг -кинетики приносит, по-видимому, наибольшую информацию из всех кинетических результатов, полученных при изучении ферментативных реакций в стационарных условиях. Дело в том, что на основании наблюдаемых кинетических закономерностей можно предположить определенный химический механизм, который затем можно проверить экспериментально. [c.54]

Анализируя ферментативные реакции, протекающие подобным образом, следует учитывать как термодинамические, так и кинетические закономерности этого процесса. [c.54]

Рассмотрим основные кинетические закономерности протекания ферментативных реакций и принципы, на которых базируется употребление ферментов в качестве меток в ИФА. [c.61]

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]

При анализе кинетических закономерностей в ферментативных реакторах широкое теоретическое и экспериментальное развитие получили идеальные модели реакторов. В определенном смысле проточные реакторы с иммобилизованными в них ферментами можно рассматривать как физические модели процессов, имеющих место при протекании ферментативных реакций в клетках. Степень идеализации моделей и соответственно степень приближения к реальной ситуации может варьировать в широких пределах. Закономерности, которые наблюдаются в реакторах с иммобилизованными ферментами, могут быть перенесены на открытые ферментативные системы чисто биологического характера. [c.290]

В ряде случаев кинетика действия ферментов осложняется влиянием ингибирования реакции избытком субстрата или продукта. Это вносит определенные изменения в уравнение скорости ферментативной реакции и соответственно в кинетические закономерности действия реактора. [c.297]

Кинетические закономерности протекания ферментативных реакций для двух идеализированных приближений (реактор идеального смешения и реактор идеального вытеснения) приведены в табл. 2.23, где для сравнения даны уравнения, описывающие кинетику реакций в периодическом непроточном реакторе с перемешиванием. Интересно отметить, что уравнения для проточного реактора с вытеснением аналогичны кинетическим уравнениям для периодического реактора, в которых переменная t заменена параметром F/t/ (эффективное время контакта). Как следует из данных, представленных в табл. 2.23, кинетика реакций в проточных реакторах определяется безразмерным модулем X (правые части всех кинетических уравнений равны 1/х). [c.308]

Перечислите основные факторы, приводящие к замедлению скорости роста клеточной культуры. 2. Напишите логистическое уравнение. 3. Выведите интегральное уравнение Моно. 4. Сравните закономерности роста клеточных культур в условиях различий порядков ферментативных реакций по лимитирующему субстрату. 5. Как приближенно можно анализировать кинетическую кривую роста клеточной популяции От каких факторов зависит точность приближения 6. В каких координатах можно линеаризовать уравнение Моно 7. Опишите процедуру получения параметров роста клеточной культуры разностным методом. [c.568]

Основы физической и коллоидной химии позволяют заложить фундамент развития качественных и количественных представлений об окружающем мире. Эти знания необходимы для дальнейшего изучения таких специальных дисциплин, как агрохимия, почвоведение, агрономия, физиология растений и животных и др. Современное состояние науки характеризуется рассмотрением основных физико-химических процессов на атомно-молекулярном уровне. Здесь главенствующую роль играют термодинамические и кинетические аспекты сложных физико-химических взаимодействий, определяющих в конечном счете направление химических превращений. Выявление закономерностей протекания химических реакций в свою очередь подводит к возможности управления этими реакциями при решении как научных, так и технологических задач. Роль каталитических (ферментативных) и фотохимических процессов в развитии и жизни растений и организмов чрезвычайно велика. Большинство технологических процессов также осуществляется с применением катализа. Поэтому изучение основ катализа и фотохимии необходимо для последующего правильного подхода к процессам, происходящим в природе, и четкого определения движущих сил этих процессов и влияния на них внешних факторов. Перенос энергии часто осуществляется с возникновением, передачей и изменением значений заряда частиц. Для понимания этой стороны сложных превращений необходимо знание электрохимических процессов. Зарождение жизни на Земле и ее развитие невозможно без участия растворов, представляющих собой ту необходимую среду, где облегчается переход от простого к сложному и создаются благоприятные условия для осуществления реакций, особенно успешно протекающих на разделе двух фаз. [c.379]

Выше рассмотрены кинетические закономерности ферментативных реакций, на динамику протекания которых оказывает влияние процесс инактив-ации фермента. Видно, что кинетические уравнения для различных механизмов инактивации в ряде случаев имеют различный вид, что дает возможность при сопоставлении экспериментальных данных с теоретическими уравнениями установить механизм инактивации фермента. [c.118]

Настоящее пособие — первое в мировой литературе учебное руководство по анализу и обработке кинетических данных ферментативных реакций. В первой части курса наложены методы анализа кинетических закономерностей простых химических реакций, изуче-иие их необходимо для дальнейшего понимания кинетики и механизма действия ферментов. Во второй части книги рассмотрены методы обработки кинетических данных ферментативных реакций-Особое внимание здесь уделено новым- подходам, не нашедшим до последнего времени отражения в учебной литературе (новые методы нахождения элементарных констант, влияние диффузии на кинетику действия иммобилизованных ферментов, использование интегральных форм кинетических уравнений и др.). Каждая глава сопровождается О ригинальными задачами с подробными решениями. [c.2]

Важно подчеркнуть, что каждая молекула полимерного субстрата фактически представляет собой цслы11 спектр субстратов (реакционных центров) с различной реакционной способностью. Это обстоятельство и отличает в первую очередь с точки зрения кинетики и механизмов реакций ферментативное превращение полимеров от превращения простых субстратов, имеющих только один реакционный центр на молекулу. При этом следует выделить два важней-щих положения, определяющих закономерности ферментативной деградации полимеров. Во-первых, при деградации одной молекулы полимерного субстрата (в особенности регулярного полимера) образуется много молекул конечного продукта, что может приводить к своеобразным кинетическим закономерностям подобных реакций (например, в ряде случаев может наблюдаться увеличение молярной концентрации образующегося продукта при неизменной — исходного субстрата). Во-вторых, реакционная способность-полимерного субстрата, как правило, убывает в ходе его ферментативной деградации. Иначе говоря, значения констант скоростей ферментативного превращения полимера прогрессивно уменьшаются по мере уменьшения степени полимеризации субстрата, что, в свою очередь, зачастую приводит к фактическому прекращению реакции при неполных степенях конверсии исходного полимера. [c.3]

В целом функциональный характер рН-зависимых кинетических пара метров уравнения Михаэлиса обнаруживает глубокое сходство с закономерностями рассмотренного обратимого влияния э( к )екторов (см. 2 этой главы). Так, например, если при связывании субстрата ( )ерментом константы диссоциации ионогенных групп не претерпевают изменений (т. е. Ка = К в., Кв = К или, что то же самое, ионогенный процесс не оказывает влияния на сорбцию субстрата и, следовательно, К = К/ = К ), то величина наблюдаемой константы Михаэлиса ферментативной реакции не зависит от pH (/Ст(каж) = KsУ [c.260]

Наибольший интерес представляют кинетическое описание протяженных кривых ферментативной деградации полимеров и выявление соответствующих кинетических закономерностей. С этим вплотную связана проблема разработки методов оценки биополимеров с точки зрения их атакуемости ферментами, а также в отношении оценки перевариваемости белков протеазами [22—25]. Иэ немногочисленных количественных данных в литературе по ферментативной деградации биополимеров видно, что для них свойственно ингибирование низкомолекулярньши продуктами реакции (см. [22, 26—32]), При этом в большинстве случаев выводы об ингибировании продуктами были сделаны при кинетическом анализе так называемых полных кривых ферментативной деградации биополимера, или протяженных участков кинетических кривых, с помощью известных методов ферментативной кинетики (например, используя интегральную форму уравнения скорости, см. [21]). В ряде случаев не исключена возможность некоторого действия ингибирования продуктами так, в работе [33] выдвинуто и обосновано положение, что формально-кинетический анализ протяженных участков кинетических кривых ферментативной деградации полимеров практически неизбежно приводит к кажущимся эффектам ингибирования продуктами, даже если продукты не связываются с ферментом и ингибирование на самом деле отсутствует. Этот эффект наблюдается для ферментов, реакционная способность которых уменьшается при увеличении степени конверсии полимерного субстрата (за счет уменьшения степени полимеризации субстрата или доли наиболее реакционноспособных (доступных) связей в молекуле полимера). Подобные ферменты составляют подавляющее большинство ферментов-деполимераз (см. табл. 1). [c.30]

Рассмотрим далее основные подходы к разработке количественных закономерностей роста микроорганизмов. В табл. 2.4 представлены кинетические модели, полученные на основе обобщенных схем ферментативных реакций и наиболее щироко применяемые в практических задачах расчета процесса культивирования микроорганизмов. Другой подход к описанию кинетики роста популяции микроорганизмов (динамики изменения численности или массы) разработан на основе логистического закона с использова- [c.57]

В связи с этим соотношением следует отметить два момента. Во-первых, оно полностью согласуется с пред-, ставлениями Брауна кинетика процесса соответствует псевдопервому порядку реакции при низких концентрациях субстрата и псевдонулевому порядку при высоких его концентрациях. Во-вторых, почти все исследованные ферментативные реакции подчиняются кинетическим закономерностям такого типа. [c.41]

В соответстчзии с методологией кинетического исследования ниже будет рассмотрено (1) кинетическбе описание ферментативных реакций, протекающих в соответствии со схемой Михаэлиса— Ментен с учетом инактивации фермента по одному из указанных выше механизмов при истощении системы по субстрату в процессе ферментативного превращения (2) сопоставление кинетических зависимостей для различных механизмов инактивации с целью дискриминации различных механизмов, приводящих к потере каталитической активности (3) выявление общих закономерностей процессов, не зависящих от механизма инактивации, и (4) решение обратной задачи — определение истинных характеристик ферментативной реакции и процесса инактивации фермента. [c.107]

Некоторые вопросы кинетики действия лакказы рассматривались выше при обсуждении кинетических закономерностей многосубстратных ферментативных реакций. [c.143]

Закономерностям угнетения ферментативной активности посвящены два следующих параграфа. В 2.7 анализируются процессы ингибирования ферментативных реакций. Приводится классификация ингибиторов по механизму действия. Инактивация ферментов — процесс, дающий богатую информацию о каталитических свойствах белков. Рассмотрены закономерности влияния ингибиторов на многосубстратные реакции. 2.8 посвящен процессам инактивации ферментов. Рассмотрены кинетические закономерности инактивации. Анализируются как и классические закономерности инактивации ферментов, так особенности инактивации олигомерных ферментов инактивация ферментов, индуцированная взаимодействием с субстратом. [c.333]

Наибольшую известность среди исследований такого рода приобрели работы, выполненные в 30-х годах молодым тогда еще немецким химиком В.Лангенбеком (134). Эти исследования имели значение как для выяснения чисто химических, структурных факторов в биокаталитических процессах и для выяснения химической природы и строения биокатали-заторов, так и для решения общих вопросов механизма ферментативных реакций, в частности вопросов фермент-суб-стратного взаимодействия, которые начали интенсивно исследоваться после публикаций первых работ Л.Михаэлиса (135) и его последователей о кинетических закономерностях течения ферментативных реакций. [c.150]

Некоторые кинетические закономерности проявляются в сельском хозяйстве. Например, ускорение роста растений с повышением температуры связано с тем, что с увеличением температуры возрастают скорости почти всех реакций. Разные культуры быстро развиваются при неодинаковых оптимальных температурах. В этом проявляется настроенность ферментативных систем растений на определенные температуры. Сельскохозяйственные продукты хранят при пониженных температурах, так как охлаждение замедляет нежелательные ферментативные процессы. Многие вещества, применяемые для протравливания семян или для консервирования, резко снижа- [c.27]

Фотореактивация. Это фотобиологический процесс, направленный на устранение УФ-индуцированных летальных фотопродуктов ДНК. Механизм этого процесса предполагает участие специального фоточувствительного фермента фотолиазы, субстратом которого являются только пиримидиновые димеры. Фотореактивация приводит к распаду димеров пиримидина. Кинетические закономерности реакции фотоферментативного расщепления димеров соответствуют кинетике классических ферментативных процессов, описываемых по схеме Михаэлиса—Ментен [c.443]

Исследуя возможности непрямого действия радиации через водные радикалы, радиобиологи еще не уделяли внимания важнейшей для жизнедеятельности клетки липидной фазе и системам, связанны.м с ней. В середине 50-х гг. был достигнут значительный прогресс в понимании структурной организации и биологической роли субклеточных мембранных структур. В этот и последующий периоды накапливается обширный экспериментальный материал о роли липидов мембран в функционировании липопротеидных ферментативных комплексов, в функциональной активности субклеточных структур. Появились первые работы, посвященные физико-химическим процессам в липидной фазе облученных клеток, липидным радиотоксинам, начались исследования механизмов перекисного окисления липидов под действием ионизирующей радиации. Так, в 1954 г. Б. Н. Тарусов сделал предположение о решающей роли цепных окислительных реакций в развитии пусковых процессов лучевого поражения. Это предположение было обосновано анализом кинетических закономерностей развития лучевого поражения при низких и средних летальных дозах и сравнением их с критерием цепных реакций. Инициирование цепей в результате распада молекул на радикалы осуществляется неодинаково для различных молекул и систем. И. Н. Семенов (1958) придавал большое значение наличию в сложных гетерогенных системах веществ ( примесей ), облегчающих развитие цепных реакций. Такие вещества легко образуют свободные атомы и радикалы. Например, радикалы перекисей являются наиболее универсальными инициаторами цепей. Анализируя реакционную способность различных субстратов и развивающихся цепных реакций, Б. Н. Тарусов и др. (1957— 1966), Н. М. Эмануэль и др. (1958—1976) установили, что наиболее вероятной для развития первичных лучевых процессов является реакция окисления липидов — структурных элементов клеточных мембран. О важнейшей роли окисления биосубстратов в пусковых химических процессах лучевого поражения свидетельствуют также работы А. М. Кузина (1962—1973). В развива- [c.226]

Ацилферменты в механизме катаЛйза сериновыми протеазами (139). Определение кинетических параметров (147). Структура и реакционная способность ацилферментных производных а-химотрипсина (150). Молекулярная модель катализа а-химотрипсином (158). Предстационарная кинетика многостадийной ферментативной реакции (159). Экспериментальные методы исследования нестационарной кинетики (162). Нестационарная кинетика ферментативных реакций при переменной концентрации субстрата. Кинетические закономерности реакции с участием одного промежуточного соединения (165). Каталаза и пероксидаза (170). [c.710]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология