Кинетика кооперативных процессов

Кинетика кооперативных процессов [c.477]

Все изложенное относится к статистической физике кооперативных систем, находящихся в условиях термодинамического равновесия. Несмотря на то, что биосистемы неравновесны, статистическая теория дает многое для их понимания. Не менее существенно, однако, исследование кинетики кооперативных процессов. [c.44]

В отличие от термодинамики кооперативных процессов, их кинетика разработана совершенно недостаточно. В сущности физика пока не располагает полной кинетической теорией кристаллизации или плавления. Однако были предложены некоторые приближенные подходы к одномерным задачам, особенно существенным для биофизики (матричный синтез биополимеров) (см., например, [43, 44]). [c.45]

То обстоятельство, что кинетика отжига объема полимеров удовлетворительно воспроизводится уравнением (1.24), подтверждено рядом данных в работах [166, 173]. Из уравнения (1.24) также следует разная скорость приближения к равновесному значению в зависимости от знака отклонения от него [174]. Указанный эффект можно интерпретировать кооперативным процессом, т. е. зависимостью активационных барьеров от числа кинетических единиц, перешедших из нормального состояния в возбужденное [175, 176]. Сравнение расчетных данных с экспериментальными указывает на недостаточность учета только температурной зависимости т. Даже в первом приближении для простейшей неравновесной системы с одним скрытым параметром внутреннего строения необходимо учитывать зависимость релаксации V от самой величины V. В ряде работ эту зависимость не учитывают, указывая на совпадение экспериментальных и рассчитанных кривых в случае охлаждения из равновесного состояния с определенной скоростью [177]. Такая проверка недостаточна. Действительно, для одного опыта удается удовлетворительно подобрать параметры уравнения, которое получается интегрированием (1.21), описывающего кривую охлаждения [c.70]

Перемещение Кат и К в полимерной матрице осуществляется как кооперативный процесс. Поэтому кинетика реакций деструкции оказывается связанной с кинетикой молекулярных движений, с физическими свойствами и структурой полимера. [c.172]

Предполагается, что разрыв цепных молекул под действием напряжения происходит путем кооперативного воздействия механических сил (снижение потенциального барьера разрыва соединяющих связей) и статистически флуктуирующих тепловых колебаний среды, восполняющих недостающую величину энергии, которая необходима для разъединения нагруженной связи. Также полагают, что уравнение (5.57) достаточно для адекватного описания влияния механической и тепловой энергий на скорость k процесса термомеханического разрыва цепи. Если данное предположение справедливо, то нехватка тепловой колебательной энергии будет увеличивать стабильность напряженной связи. Наоборот, с увеличением тепловой энергии ранее стабильные связи будут достигать критического уровня возбуждения и будет происходить их разрыв. Представляет интерес количественно проанализировать данный аспект взаимодействия вкладов тепловой и механической энергий в кинетику разрыва цепей ПА-6. [c.200]

Для них характерна большая зависимость между конформацией белковой молекулы и каталитической активностью. Их действие не подчиняется кинетике Михаэлиса-Ментен и описывается другими уравнениями, а графически зависимость скорости от концентрации субстрата имеет сигмоидный характер. Для аллостерических ферментов характерно проявление кооперативного эффекта, когда связывание одной молекулы субстрата усиливает способность присоединять следующую молекулу (активирующий кооперативный эффект), что видно на примере гемоглобина при связывании кислорода с одной субъединицей усиливается дальнейшее взаимодействие его с другими субъединицами. Тот факт, что аллостерический эффект проявляется часто на первой стадии процесса, объясняет выработанное в ходе эволюции экономное расходование веществ на последующих стадиях реакции. [c.35]

Второе слагаемое зависит от Т слабо, им можно пренебречь. Получаем линейную зависимость 1п к от 1/Г. По наклону прямой + + находим Я" ", по отрезку, отсекаемому на оси ординат, — 8 . Нелинейность зависимости 1п к от T свидетельствует об усложнении процесса, в частности, о его кооперативности. В таком процессе свободная энергия активации не постоянна, но зависит от числа уже прореагировавших систем и тем самым от Т. Представим себе процесс выхода из переполненного автобуса. В начале выйти трудно, для этого нужна большая энергия активации. По мере освобождения автобуса эта энергия убывает. Наглядный пример кооперативной кинетики. [c.176]

Межмолекулярный переход протона в системах с сильной водородной связью регистрируется спектроскопически непосредственно по полосам ионных пар, которые существуют в равновесии с молекулярными комплексами и со свободными молекулами. Количественное исследование таких систем позволяет измерить параметры потенциальной поверхности взаимодействия АН + В. Если протонодонорная способность молекулы АН невелика, то образования ионных пар не происходит, и потенциальная поверхность такой системы имеет единственный минимум, соответствующий молекулярному комплексу АН... В [I]. В таких случаях ряд сведений о процессах перехода протона в группах АН можно получить, исследуя кинетику водородного обмена между ними. Эта возможность определяется тем, что элементарный акт обмена осуществляется в циклическом комплексе путем кооперативного перехода протонов. Наличие на поверхности потенциальной энергии взаимодействия АН+АН ми- [c.65]

Специфика катализа с помощью К. п. связана 1) с влиянием на характер каталитич. процесса участков макромолекул, непосредственно не выполняющих каталитических функций, и 2) с кооперативным взаимодействием каталитически активных групп К. п. Кинетика реакций, катализируемых К. п., отличается от кинетики реакций в присутствии низкомолекулярпых соединений, содержащих те же, что и К. п., каталитически активные группы. [c.478]

Таким образом, исходя из выражений (12.30)—(12.32) и (12.35) — (12.37), можно сделать вывод о том, что добавление в систему большого избытка немеченого лиганда приводит к изменению кинетики процесса диссоциации. Следовательно, сравнительное изучение кинетики диссоциации в отсутствие большого избытка немеченого лиганда (например, при резком разбавлении системы) и в его присутствии позволяет установить наличие кооперативных взаимодействий в системе. [c.306]

При построении теории устойчивости и коагуляции лиофобных коллоидов обычно ограничиваются обсуждением потенциальных кривых для двух дисперсных частиц. Это оправдывается тем, что процессы ближней агрегации (коагуляции), протекающие в разбавленных золях, определяются парным взаимодействием, принятым в основу теории кинетики быстрой и медленной коагуляции. В случае дальнего взаимодействия микрообъектов и их фиксации во вторичном минимуме, когда возникают ПКС, необходим учет кооперативного эффекта. [c.38]

Также отметим, что вероятностное описание процесса взаимодействия лигандов с рецепторами позволяет понять возможные механизмы отклонения кинетики лиганд-рецепторного взаимодействия от уравнений (3.1) или (3.56), даже если оно протекает по схеме один лиганд-один рецептор . Эти отклонения будут наблюдаться в тех случаях, когда хотя бы одно из предположений вероятностной модели взаимодействия лигандов с рецепторами не выполняется. При этом наиболее возможным является предположение о нарущении статистической независимости лиганд-рецепторного взаимодействия. Статистическая независимость может нарушаться при взаимодействии соизмеримых концентраций лиганда и рецептора, при наличии нескольких типов мест связывания лиганда и (или) при кооперативном связывании, при наличии конформационных изменений рецепторов и (или) лиганда, при наличии процесса диффузии лиганда и т.д. [c.489]

Кинетика М. изучена разл. методами, используемыми для быстрых процессов. Показано, что М.-кооперативный процесс, включающий быстрые ассоциативно-диссоциативные равновесия. Релаксац. спектры мицеллярных систем имеют характерные времена от секунды до 10 с. Времена релаксации 10 -10" с связаны с процессом обмена типа неассоциир. молекула ПАВ-мицелла (быстрая релаксация), а времена релаксации от секунды до 10 с (медленная релаксация) связаны с изменением чисел агрегации мицелл. Одновременное определение времен быстрой и медленной релаксации позволяет независимым путем определять числа агрегации при М. [c.96]

Кинетические аспекты. Трудно представить, что белки могут принимать нативную физиологически активную конформацию, сворачиваясь случайным образом по принципу "проб и ошибок". Даже в условиях in vitro самопроизвольная сборка трехмерной структуры белка, не содержащего дисульфидных мостиков, происходит настолько быстро, что дает основание допустить во много раз большую скорость этого же процесса в условиях in vivo по сравнению со скоростью рибосомального матричного синтеза аминокислотной последовательности. Создание за считанные секунды из развернутой полипептидной цепи трехмерной структуры макромолекулы возможно только при высокой степени кооперативности процесса. Естественно было ожидать, что кинетика этого процесса будет соответствовать такому механизму ренатурации белка, при котором происходящие на каждом участке последовательности события увеличивают вероятность и, следовательно, скорость последующей укладки всех отдельных участков цепи в направлении правильной нативной конформации. Данному условию удовлетворяет самый простой механизм самоорганизации белков, включающий единственный переход между двумя состояниями (N D). Согласно теории этого процесса, которая только что была рассмотрена, никакие другие состояния белковой цепи, кроме N и D, не присутствуют в экспериментально обнаруживаемых количествах в течение всего времени прямой (N -> D) и обратной (N D) реакций. Если развертывание и свертывание белковой цепи действительно следуют двухстадийному процессу, то изучение кинетики и выяснение деталей конкретного механизма денатурации и ренатурации сталкивается с особенно серьезными трудностями. Они вызваны большими скоростями реакции и малыми концентрациями промежуточных состояний, а это требует быстрореагирующей и высокочувствительной экспериментальной техники. Наиболее часто используются спектральные методы (ЯМР, КД, УФ), ферментативный гидролиз, иммунологические методы. Для быстрой остановки процесса применяются методы стоп-флоу. [c.352]

Кинетика действия ферментов в растворе является одним из наиболее хорошо изученных разделов химической энзимологии. Кинетические закономерности катализа простыми ферментами подчиняются уравнению Михаэлиса—Ментен, предложенному еще в начале века. Кооперативные и аллостерические эффекты в катализе более сложными ферментами (в частности, олигомерными) описываются на основе модели Моно—Уаймена— Шанже, сформулированной в 60-х годах. Хорошо разработана теория влияния на кинетику ферментативных процессов таких факторов, как pH, присутствие ингибиторов и активаторов и т. п. Несколько более сложными закономерностями характеризуется кинетика действия ферментов на высокомолекулярные, в том числе, нерастворимые субстраты (белки, ДНК и РНК, целлюлозу). Однако и в этой области достигнут-очевидный прогресс. [c.97]

Гомогенные катализаторы и ферменты ускоряют процессы с 1 довольно сложной кинетикой. В реакциях участвует, как пра- вило, несколько субстратов, и часто наблюдается многоступен- чатый перенос электрона внутри ферментов, встречаются случаи кооперативного взаимодействия активных центров, обратной положительной и отрицательной связи и т. д. [c.467]

Особенности на кривых у( ), v I) могут возникать и в отсутствие кооперативных взаимодействий вследствие неравновесных конформационных свойств фермента. Допустим, что молекула фермента, переработавшая субстрат в продукт, выходит из реакции в активном конформационпом состоянии. Если время релаксации, т. е. время возвращения в исходное певозмущепное состояние, больше времени между встречами фермента с субстратом или того же порядка, то кинетика может имитировать кооперативную. Схема такого процесса показана на рис. 6.17. Здесь Ра — свободная от субстрата молекула фермента в исход-лой конформации, Р1 — неактивный ФСК, Р — активный ФСК, Ра — свободный фермент в активной конформации. Решая соответствующие уравнения стационарной кинетики, получаем скорость реакции [c.204]

В принципе особенности на кривой у(5) могут возникать не в результате кооперативного взаимодействия субъединиц, но вследствие неравновесных конформационных свойств фермента. Допустим, что молекула фермента, переработавшая субстрат в продукт, выходит из реакции в активном конформационно измененном состоянии. Если время возвращения в исходное невозмущенное состояние превышает время между встречами фермента с субстратом или того же порядка, то кинетика будет имитировать кооперативную. Соответствующая модель была предложена Рабином [82] (см. также более позднюю работу [83]). Схема процесса показана на рис. 7.30. Здесь Ро — свободная от субстрата молекула фермента в исходной конформации, Р, — [c.460]

Суммируя, можно констатировать, что в настоящее время мы все еще достаточно далеки от полного понимания природы процессов Н-обмепа в системах с Н-связью. Простота этих реакций, предполагавшаяся на начальной стадии их исследования, оказалась кажущейся. Процессы в действительности характеризуются широким диапазоном скоростей и кинетических особенностей в зависимости от электронного строения взаимодействующих молекул и свойств окружающей среды. Имеющиеся данные, несомненно, свидетельствуют о том, что для кинетики обмена важную роль играет способность реагирующих молекул образовывать Н-связи. Накопленный материал показывает, что в инертной среде большинство реакций идет по молекулярному механизму через образование промежуточных циклических, как правило бимолекулярных, комплексов. Кооперативный механизм перехода протонов в них является, видимо, простейшим путем реакции осуществление его в чистом виде реальнее всего в системах с симметричными промежуточными комплексами, состоящими из одинаковых или близких по способности к образованию Н-связи молекул. Если эти свойства функциональных групп сильно различаются, то в принципе может реализовываться последовательный механизм с образованием Н-связанной ионной пары. [c.284]

Успехи экспериментального изучения диэлектрических потерь и поляризации полимеров в стеклоо.бразном состоянии и в растворах способствовали. развитию теоретических исследований кинетики процесса релаксации ма,кромолекулы, описывающих мелкомасштабные (высокочастотные) процессы релаксации. Была рассмотрена [201] модель полимерной цепи, в> которой элементарной кинетической единицей являлась не гибкая гауссовая субцепь, а жесткий элемент достаточно малых размеров — мономерное звено или несколько мономерных звеньев. Расчеты показали, что диэлектрически активным движением в гибких карбоцепных полимерах в растворе является кооперативный вид движения, включающий согласованные поворотноизомерные движения скелета цепи, внутреннее вращение в боковых группах и крупномасштабные низкочастотные крутильные колебания [201]. Предполагается, что подобный механизм движения диполей имеет место при высоких температурах в пластифицированных полимерах в условиях ослабленного межцепного взаимодействия. С использованием модели малых колебаний описан процесс установления дипольной поляризации ниже температуры стеклования, который вызван, вероятно, колебаниями дипольных.групп вблизи равновесного положения при наличии диссипативных сил, приводящих к релаксационным процессам в переменных полях. [c.123]

Анализируются литературные и оригинальные результаты по кинетике процессов образования и диссоциации циклических димеров карбоновых кислот в растворах. Методом динамического ЯМР впервые пол1 чены времена жизни димера трифторуксусной кислоты в газовой фазе. Анализируются возможные механизмы диссоциации димера делается вывод о последовательном разрыве двух водородных связей, причем лимитирующей стадией является разрыв первой связи. Показано, что времена жизни димеров пивалиновой кислоты и ее тиоаналога отличаются на 4-5 порядков. Показано, что вырожденный кооперативный перенос двух протонов внутри циклических димеров происходит весьма быстро (за времена, меньшие чем 10 с) даже при температурах, близких к температуре жвдкого азота. Этот обмен, однако, резко замедляется при образовании карбонильными группами димера дополнительных водородных связей (как в случае салициловой кислоты). Библиогр. 25 назв. Ил. 3. Табл. 2. [c.260]

Па рис. ХП1.23 представлены результаты обработки кинетики рекомбинации при различных температурах. Четыре серии точек соответствуют начальным значениям константы скорости рекомбинации в различные моменты времени. Разработанный выше подход позволяет непосредственно наблюдать за процессом конформационной релаксации. Видно, что при высоких температурах константа рекомбинации не зависит от времени, т. е. конформационная релаксация происходит за времена, суш ественно меньше, чем характерное время рекомбинации зарядов в начальном конформационном состоянии к 80 мс). При низких температурах Т < 200 К конформационная релаксация замедляется и кинетика фотоконформаци-онного перехода накладывается на кинетику рекомбинации. Из рис. ХП1.23 видно, что размораживание конформационной динамики происходит в районе температур 200 К. Подобный вывод был сделан также ранее из анализа данных мессбауэ-ровской спектроскопии (ср. рис. Х.21). Это указывает на кооперативный характер движений акцептора и его окружения. [c.416]

Фотоденатурация нуклеиновых кислот является следствием разрушения кооперативной системы слабых нековалентных связей (водородные, гидрофобные и т. д.) и частичного (локального) или полного нарушения двуспиральной структуры Уотсона — Крика (эффект расплетания ). Наиболее вероятно, что денатурация нуклеиновых кислот представляет собой вторичный темновой процесс, вызванный образованием фотопродуктов, хотя не исключена возможность прямого разрыва слабых связей при тепловой диссипации энергии электронного возбуждения оснований, как это предполагается для белков. Несмотря на то, что спектр действия денатурации ДНК совпадает со спектром поглощения тимидина, причастность тиминовых димеров к образованию денатурированных участков в ДНК остается до сих пор сомнительной. Г. Б. Завильгельским твердо установлено, что локальные нарушения вторичной структуры ДНК при ее облучении коротковолновым светом определяются индукцией сшивок между комплементарными нитями ДНК. Наиболее точно такой вывод подтверждается опытами, в которых миграционным путем с ацетофенона на тимин изменялось количество тиминовых димеров в ДНК. При этом каких-либо различий в кривых плавления, отражающих состояние вторичной структуры, у образцов ДНК, содержащих 0,17 и 30% димеров, обнаружить не удалось. В то же время кинетика образования сшивок и локальных денатурационных участков в ДНК идентична. [c.241]

Одна из особенностей Mg-АТФазы заключается в том, что этот фермент не подчиняется кинетике Михаэлиса — Ментен, проявляя свойства отрицательной кооперативности по отношению к субстрату, и инактивируется в присутствии АТФ (М. Р. Multon et al., 1986). На первый взгляд, это свидетельствует в пользу олигомерной структуры фермента. Однако не исключено, что ингибирование фермента обусловлено взаимодействием АТФ с дополнительным (некаталитическим) участком на молекуле Mg-АТФазы. Этот процесс предотвращается конканава-лином, после чего фермент обретает способность гидролизовать АТФ в соответствии с кинетикой Михаэлиса — Ментен. [c.59]

Аллостерические ферменты с кооперативной кинетикой могут терять свои регуляторные свойства (например, в процессе очистки, при изменении температуры, pH и т. д.), но сохранять при этом свои каталитические свойства и давать типичную кинетику Михаэлнса — Ментен. Отсутствие аллостерического контроля или 5-образной кинетической кривой не может служить строгим доказательством того, что фермент полностью утратил способность к такого рода регуляции. [c.384]

Каковы основные предпосылки модели лиганд-рецепторного взаимодействия, описываемой схемой (1.2) и уравнением (1.1) Какие из этих предположений могут нарушаться 2. Выведите уравнение, описывающее концентрацию лиганд-рецепторных комплексов в зависимости от количества добавленного лиганда, если концентрации лиганда и рецептора соизмеримы Как определять параметры рецепторного связывания в этом случае Приводит ли изменение концентрации лиганда за счет лиганд-рецепторного взаимодействия к изменению аналитического вида графиков, построенных в координатах Скэтчарда 3. Какие изменения наблюдаются в графиках, построенных в координатах Скэтчарда, при отсутствии равновесия в системе лиганд-рецептор 4. Какие характерные изменения наблюдаются в кинетике лиганд-рецепторного взаимодействия, если изменяется суммарная концентрация лиганда или рецепторов За счет каких процессов это может происходить 5. Как можно разграничить процессы рецепторного связывания, транспорта и деградации лиганда 6. Какие изменения в кинетике связывания наблюдаются при наличии двух типов мест связывания 7. Дайте определение понятию кооперативность . Какие виды кооперативного лиганд-рецепторного взаимодействия вы знаете 8. Выведите уравнение для преобразований Хилла. 9. Как с помощью координат Хилла определять степень кооперативности Сравните понятия степень кооперативности и кажущаяся степень кооперативности . 10. Выведите уравнение для преобразований Бьеррума. Как определять число мест связывания в координатах Бьеррума 11. Как с помощью координатных методов определить модель лиганд-рецепторного взаимодействия 12. Как определяются основные кинетические и равновесные параметры рецепторного связывания [c.404]

Взаимодействие соизмеримых концентраций лиганда и рецептора (372). Концентрация лиганда много меньше концентрации рецепторов (375). Изменение суммарной концентрации лиганда или рецептора (376). Дискриминация процессов изменения концентрации лиганда и рецептора (381). Диффузия лиганда (384). Кинетика ассоциации лиганда с рецептором при наличии нескольких типов связывающих мест (385). Связывание нескольких молекул лиганда с одной молекулой рецептора. Кооперативное лиганд-рецепторное взаимодействие (390). Дискриминация моделей рецепторного связывания (394). Метод преобразования координат Хилла (395). [c.712]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология