Кинетика ингибирования ферментативных реакций

Рис. 22. Влияние ограничения диффузии субстрата на кинетику действия иммобилизованного фермента, подверженного ингибированию субстратом прямые 1, 2 к 3 — зависимости скорости диффузии субстрата к ферменту от [5] о кривая 4 —. зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в отсутствие диффузионных ограничений точки А, В, С, О, Е) — стационарные состояния, когда скорость диффузии субстрата к ферменту равна скорости реакции для иммобилизованного фермента

В зависимости от численных значений множителей а и (3 эффектор Э может выступать в роли либо ингибитора (I), либо активатора (А, промотора) ферментативной реакции. Полный кинетический анализ и сводная таблица возможных частных случаев ингибирования и активации фермента в рамках схемы (6.14) даны в работе [6]. Некоторые частные случаи имеют особое значение и широко применяются для описания кинетики ферментативных процессов. К их числу относится полное конкурентное ингибирование, полное неконкурентное ингибирование, бесконкурентное ингибирование, простая активация и некоторые типы смешанного ингибирования и активации. [c.219]

В работе [10] изучали влияние н-бутаиола на-кинетику реакций гидролиза сложных эфиров, катализируемых карбокси-пептидазой В. На основании зависимости скорости ферментативной реакции от начальной концентрации субстрата (табл. 11) предложить кинетическую схему реакции (приняв двухстадийный механизм действия фермента) и определить константу ингибирования н-бутанолом. [c.91]

Применение метода Диксона к анализу нетривиальных типов ингибирования. Как отмечалось выше, обработка данных по влиянию ингибиторов на кинетику ферментативных реакций может быть проведена в, координатах Лайнуивера-Берка (1/ц, 1/[8]о) или, согласно методу Диксона, в координатах l v, [I]). Метод Диксона обладает тем преимуществом, что он позволяет определять значение константы ингибирования непосредственно из кинетических данных, не прибегая к дополнительным построениям. С другой стороны, вид графика в координатах Диксона не позволяет отличить смешанный тип ингибирования от конкурентного или неконкурентного ингибирования, как это обычно можно сделать при построении в координатах Лайнуивера-Берка. Однако [c.82]

Ингибирование продуктом реакции. При, интегральном анализе кинетики ферментативных реакций особый интерес приобретает случай конкурентного ингибирования продуктом реакции [c.251]

Рис. 93. Итеративная линеаризация экспериментальных данных [9] по кинетике гидролиза монофенилфосфата, катализируемого щелочной фосфатазой, в условиях ингибирования ферментативной реакции (6.90) субстратом с образованием неактивного комплекса Е5

Мы рассмотрели лишь два крайних случая ингибирования. Зачастую приходится иметь дело с более сложными типами торможения (или, напротив, активации, когда модификатор ускоряет реакцию), например, со смешанным конкурентным и неконкурентным ингибированием и т. д. Эти процессы даже при стационарных условиях требуют решения более сложных уравнений. Математические методы стационарной кинетики сложных ферментативных реакций описаны в 7.6. [c.366]

Во второй части книги, посвященной ферментам, рассматриваются как традиционные вопросы биокинетики (уравнение Миха-элиса — Ментен, различные виды ингибирования, влияние pH на скорость ферментативных реакций и т, д.), так и новые, не нашедшие пока отражения в учебной литературе (новые методы нахождения элементарных констант из данных стационарной кинетики, влияние диффузии на кинетику действия иммобилизованных ферментов, использование интегральных форм кинетических уравнений, кинетический анализ систем со взаимным истощением, анализ нетривиальных типов ингибирования, применение теории графов в ферментативной кинетике и др.). Требования систематизации курса способствовали созданию новых методов обработки кинетических данных ферментативных реакций, описываемых в главах 5—8, 10, 11. [c.4]

Кинетика ингибирования ферментативных реакций [c.78]

При интегральном анализе кинетики ферментативных реакций особый интерес приобретает случай конкурентного ингибирования продуктом реакции [c.168]

Изложенное выше, по-видимому, применимо и к отщеплению продуктов ферментативной реакции из связи с активным центром и регенерации свободного фермента. Видимо, и в этом случае происходит последовательный разрыв связей, в ходе которого может освобождаться функциональная группа активного центра, способная к реакции с ингибитором (например, гидроксил серина). Другие группировки, оказывающие влияние на реакционноспособность этой группы, могут оказаться в момент реакции с ингибитором еще занятыми. Очевидно, что при этом фосфорорганический ингибитор будет реагировать с ферментом с иной скоростью, чем при полностью свободном активном центре. Такое явление особенно должно сказываться на кинетике ингибирования при концентрациях субстрата, значительно превышающих величину константы Михаэлиса, т. е. тогда, когда активные центры насыщены молекулами субстрата и для реакции с фосфорорганическим ингибитором доступны лишь те, которые освобождаются в ходе ферментативной реакции. При этом, естественно, скорость ингибирования фермента будет зависеть от соотношения констант скорости к+х (реакция с субстратом) и к1 (реакция с ингибитором). Это соотношение будет неизменным, если реакция идет с полностью свободным активным центром. Оно будет изменяться (при избытке субстрата), если ингибитор будет взаимодействовать с неполностью освобожденным активным центром. Если эти соображения выразить языком кинетики, то можно получить уравнение, вполне аналогичное уравнению (Х.8). Для этого достаточно считать, что с ингибитором реагирует не ацилированный фермент, а продукт его превращения, в котором гидроксил серина уже свободен, но фермент еще не принял исходного структурного состояния. Такое предположение в равной мере объясняет различие соотношения констант скорости ингибирования в отсутствие и в присутствии субстрата для разных по структуре ингибиторов. [c.231]

Кинетика необратимого ингибирования ферментативных реакций [c.113]

Рассмотрим сначала стационарную кинетику ингибирования субстратом простейшей по механизму ферментативной реакции. Пусть имеется стационарная система, в которой, помимо одного активного комплекса Е8, образуется один неактивный комплекс состава ЕЗг [c.93]

В последнее время внимание исследователей привлекают вопросы, связанные с кинетикой и механизмом органических реакций в присутствии поверхностноактивных веществ (ПАВ) [1]. Эти соединения, называемые также амфифильными, или детергентами, обычно содержат длинную углеводородную цепь — гидрофобную часть и полярную или ионную группу — гидрофильную часть. В разбавленных растворах они образуют агрегаты с высоким молекулярным весом, или мицеллы. Взаимодействие между субстратом реакции и специфически ориентированными гидрофобной и гидрофильной частями молекул в мицеллах является основной причиной поразительного ускорения или ингибирования поверхностноактивными веществами многих органических реакций. Во многих случаях в мицеллярном катализе обнаруживается отчетливая субстратная специфичность, а кинетика подчиняется уравнению Михаэлиса — Ментен (с насыщением по концентрации субстрата), и в этом отношении мицеллярный катализ во многом аналогичен ферментативному. Кинетическая аналогия мицеллярных катализаторов с ферментами и известное структурное сходство мицелл и белковых глобул явились существенным стимулом исследований в этой области. Мицеллы детергентов, значительно более простые в структурном отношении, чем белки, позволяют подойти к объяснению кинетических свойств ферментативных и мицеллярных систем. Изучая изменения физических свойств системы при образовании мицелл, можно оценить роль гидрофобных взаимодействий и, таким образом, моделировать гидрофобные взаимодействия в белках и липидах. [c.222]

В этих случаях удобным является метод совмещения самой ферментативной реакции с процессом ингибирования, т. е. исследование кинетики взаимодействия фермента с ингибитором в присутствии, субстрата. [c.117]

Из этого уравнения ясно видны особенности ингибирования уравнение имеет тот же самый вид (линейность графиков сохраняется), максимальная скорость реакции не изменяется, но кажущаяся константа Михаэлиса возрастает по сравнению с Кт для неингибиро-ванной реакции в (СЯд-ЬО раз. На этом основании значение Кд можно определить экспериментально, поскольку определение в отсутствие Q дает Кт, а в присутствии Р получается /(т(<Э/Сд1)4 Если Р = 0 или /С<з очень мала, что указывает на низкое сродство р к ферменту, то ингибирования не наблюдается и кажущаяся Кт имеет нормальное значение. Далее, если Ао настолько велико, что определяет значение знаменателя в уравнении (17), т. е. если концентрация субстрата достаточна для достижения максимальной скорости реакции, то член QKQ опять-таки не влияет на величину знаменателя и максимальная скорость реакции не изменяется. Таким образом, ингибирование носит конкурентный характер оно выражено в наибольшей степени при высокой концентрации ингибитора или низкой концентрации субстрата и исчезает при очень низкой концентрации ингибитора или очень высокой концентрации субстрата. Это весьма наглядно видно на графиках, изображающих кинетику нормальной и конкурентно ингибированной ферментативных реакций (фиг. 8). [c.69]

Следует заметить, однако, что при использовании этого критерия кинетика ферментативной реакции, сопровождающейся ингибированием фермента продуктом [c.39]

Это трехпараметрическое уравнение. Такого типа уравнения достаточно часто встречаются в стационарной кинетике ферментативного катализа. Помимо субстратного торможения трехпараметрическое уравнение описывает рН-зависимости ферментативных реакций, активацию и ингибирование ионами металлов и некоторые другие задачи. При определении численных параметров в случае, если параметры и / K s < Л, достаточной степенью [c.103]

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]

Как мы видим, обратимое взаимодействие с субстратом приводит к тому же самому результату (фиг. 9), что и классическое конкурентное ингибирование это вполне естественно, поскольку можно считать, что О конкурирует с ферментом за субстрат. Значение этогО вывода для практики зависит от того, как исследуется кинетика ферментативной реакции. Если- начальная концентрация субстрата Ло принимается просто равной концентрации, введенной в реакционную смесь, а скорость реакции оценивается по скорости образования продукта X, отличить кинетически О от истинного конкурентного ингибитора невозможно. Обнаружить отсутствие взаимодействия О с самим ферментом можно только в том случае, бели Ло действительно измеряется в реакционной смеси с помощью метода, позволяющего отличать свободный А от [c.72]

Каждая молекула полимерного субстрата фактически представляет собой целый спектр субстратов (реакционных центров) с различной реакционной способностью. При этом реакционная способность полимеров, как правило, убывает в ходе его ферментативной деструкции. Это приводит к своеобразным эффектам в кинетике ферментативной деградации полимерных субстратов, которые трудно (а часто невозможно) отличить от эффекта ингибирования реакции продуктами ферментативного гидролиза. Поэтому, прежде чем на основании кинетического изучения реакции делать окончательный вывод о наличии значительного ингибирования продуктами и, более того, давать рекомендации по поводу соответствующей конструкции ферментного реактора для практических целен, необходимо проверить ингибирующую способность продуктов с помощью прямых методов, добавляя продукты гидролиза непосредственно в реакционную систему. [c.35]

На примерах хорошо изученных ферментов рассмотрены современные представления об активном центре, механизме действия, специфичности, активации и ингибировании ферментов. Вопросы, связанные с кинетикой ферментативных реакций, изложены весьма кратко (более подробно с этими вопросами можно познакомиться в книгах М. Диксон, Э. Уэбб Ферменты и Ферменты под ред. А. Е. Браунштейна). Поскольку основные методы выделения и очистки белков описаны в разделе Белки , в данном разделе затронуты только вопросы, связанные со специфическими свойствами белков-ферментов. [c.188]

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]

Рис. 14. Линеаризация экспериментальных данных по кинетике пероксидазного окисления гидрохинона в условиях ингибирования ферментативной реакции его избытком. pH 6,0 0,1 М натрий-фосфатный буфер пероксидаза — 2 нМ Н О — 0,32мМ гидрохинон— 0,11—1,6мМ.

Выбор между механизмами с упорядоченным и неупорядоченным связыванием субстратов может быть сделан на основе изучения кинетики ингибирования продуктами реакции. Соответствующий анализ, проведенный А1Ьег1у в 1958 г. [7] и более подробно leland в 1963 г. [3], показывает, что характер ингибирования продуктами реакции зависит от механизма ферментативного процесса (табл. 10). Для общего упорядоченного механизма отношения реагентов из внешней пары А и Р должны иметь конкурентный характер, а отношения реагентов из внутренней пары — неконкурентный характер (т. е. в присутствии продукта меняется как константа Михаэлиса, так и максимальная скорость). Для механизма Теорела — Чанса конкурентный характер должны иметь отношения реагентов как из внутренней, так и из внешней пары, а для механизма с неупорядоченным присоединением субстратов во всех случаях ингибирование должно иметь конкурентный характер. [c.85]

В заключение надо отметить, что рассмотренные в этом параграфе уравнения кинетики ферментативных реакций (а также уравнения кинетики ингибирования ферментативных реакций, приведенные в 3), дают упрощенную картину явлений, так как описывают протекание процессов в модельных кинетических установках (in vitro). Ферментативные реакции в живых системах (in vivo) протекают в потоке (в открытых системах), поэтому описываются другими по виду уравнениями (см. описание кинетики химических реакций в потоке). Эта область пока разработана недостаточно. [c.514]

Л, у VI г С соответствующими акцепторными центрами фермента (обозначены треугольником, кружком и квадратом). Скорость ферментативной реакции будет определяться концентрацией такого комплекса (рис. 17, Л). Однако при некоторых условиях не исключена возможность образования комплексов с участием двух или даже трех молекул субстрата (рис. 17, Б, В, Г), но так, что каждая молекула субстрата образует лишь одну или две связи с ферментом. Соответственно состав таких неактивных комплексов будет отвечать брутто-формуламЕЗз (случаи Б и В) я Е5з (случай 7 . Соотношение концентраций активного к неактивных комплексов будет определяться при данной концентрации фермента в первую очередь концентрацией субстрата. Чем больше концентрация субстрата, тем более вероятно образование неактивных комплексов — ЕЗа и ЕЗз. Наконец образование неактивных комплексов будет зависеть от констант скорости образования последующих связей (например, у — О и 2 — о) реакционных центров молекул субстрата после образования первой связи (например, д — Л). Если эти константы скорости существенно больше, чем константа скорости образования связей у — О и 2 — о новой молекулой субстрата, то ингибирования избытком субстрата не произойдет. При обратном соотношении будет наблюдаться эффект субстратного торможения. Ввиду того, что образование комплекса Михаэлиса (за счет всех или части связей с субстратом) представляет собой обратимую реакцию с отчетливо выраженным равновесием, определяющей величиной является соответствующая константа равновесия или, как принято в ферментативной кинетике, обратная ей величина — константа диссоциации. [c.91]

Изучение механизмов обратимого ингибирования ферментативных реакций — предмет детального анализа в энзимологической литературе [28]. Однако анализ-закономерносхей ингибирования ферментов был посвящен в основном односубстратным реакциям. Оче- видно, что многосубстратная природа реакций должна весьма специфическим образом отражаться в кинетике ингибирования, и для многосубстратных реакций должны существовать особые закономерности ингибирования. Рассмотрим эти закономерности для случая упорядоченных механизмов реакций. [c.12]

Какие факторы могут привести к отклонению кинетики ферментативной реакции от уравнения Михаэлиса 2. Опишите случай ингибирования (активации) ферментативной реакции избытком субстрата. Приведите примеры. 3. Какие модели аллостерического взаимодействия ферментов с субстратами вы знаете 4. Почему схема Хилла неудовлетворительно описывает аллостерические эффекты 5. Почему схема (2.33) не описывает аллостерические эффекты 6. Напишите основные уравнения модели Моно-Уаймена-Шанжё. 7.1Сакое значение имеют аллостерические эффекты в регуляции биологических процессов [c.116]

Такого рода системы действительно функционируют в клетке. Умбаргер впервые обнаружил существование последовательных ферментативных. реакций, в которых конечный метаболит влияет на активность фермента, катализирующего первую реакцию последовательности [64]. Вначале было установлено ингибирование, кинетика которого сходна с кинетикой конкурентного ингибирования, хотя структура ингибитора, именуемого в данном [c.452]

Соединения, которые при добавлении их в реакционную смесь вызывают уменьшение скорости ферментативной реакции, называются ингибиторами. Ингибирование может возникать по многим причинам, и поэтому суш ествует много различных типов ингибиторов. Один из классов ингибиторов, не представляющих, впрочем, особого интереса для ферментативной кинетики (за исключением случаев, когда они выступают как фактор, искажающий результаты эксперимента), это необратимые ингибиторы, или каталитические яды. Ингибиторы этого типа, взаимодействуя с ферментом, снижают его активность до нуля. Многие ферменты отравляются следовыми количествами ионов тяжелых металлов, и поэтому кинетические исследования обычно проводят в присутствии комплексообразующих агентов, например этилендиаминтетраук-сусной кислоты. Это обстоятельство особенно важно учитывать при очистке ферментов в неочищенных препаратах общая концентрация белка довольно высока и многие примеси белкового происхождения связывают почти все присутствующие ионы металлов, однако по мере очистки препарата фермента защитное действие других белков уменьшается и добавление дополнительных связывающих агентов становится необходимым. В некоторых случаях введение необратимых ингибиторов, напротив, может оказаться полезным. Например, отравление ферментов соединениями двухвалентной ртути часто используется для выяснения вопроса о роли сульфгид-рильных групп в активности ферментов. Однако этот аспект применения необратимых ингибиторов носит сугубо качественный характер и не имеет отношения к кинетике. Поэтому каталитические яды в дальнейшем обсуждаться не будут. [c.78]

Значения р/Са аминокислотных остатков активного центра свободного фермента и комплекса фермента с ингибитором находят по результатам измерения скорости необратимого ингибирования ферментов точно так же, как и в случае обычной ферментативной кинетики. р/Са других остатков определяют из рН-зависимости скорости реакций этих соединений с различными реагентами. Например, поскольку амины, находясь в форме основания, реагируют с уксусным ангидридом [27] или динит-рофторбензолом 128—30], степень их ионизации определяется из относительных скоростей реакций при разных pH. Этот подход был использован для определения р/Са аминогрупп в белках. [c.186]

Все высказанные предположения нуждаются в тщательной проверке и сопоставлении путем изучения кинетики нуклеофильных реакций в ряду исследованных сульфонов, а также реакций ингибирования рши ферментативных (например SH-ферментативных) систем на клеточном и молекулярном уровне и данных по распределению этих веществ в системах масло — года. [c.207]

Изучение начальных скоростей многосубстратных реакций в обоих направлениях, проводимое в присутствии и в отсутствие продуктов реакции, обычно позволяет исключить многие возможные типы механизмов и выяснить основные свойства механизма изучаемой реакции. Однако этот подход, как правило, не дает никакой информации о второстепенных путях реакции, которые вносят настолько малый вклад в общую скорость, что обнаружить их практически невозможно. Поэтому для окончательного решения вопроса о механизме реакции требуется дополнительная информация. Даже в том случае, когда результаты исследования начальных скоростей и ингибирования продуктом ясно указывают на определенный механизм, справедливость вывода целесообразно подтвердить независимым путем. Зачастую при этом весьма полезным оказывается метод изотопного обмена, который был введен в ферментативную кинетику Бойером [17 ]. [c.134]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология