Характерные особенности биологических методов

ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ [c.43]

Изучение свойств ферментов, разработка методов определения активности ферментов и, наконец, получение ферментов в чистом виде окончательно опровергли виталистические представления о ферментах, что создало широкие перспективы для развития ферментологии. Вместе с этим удалось выявить специфические особенности ферментов как биологических катализаторов, отличающие их от обычных катализаторов, являющихся чаще всего неор1 аническими веществами и иногда несложными по своей структуре органическими соединениями. Специфические особенности ферментов определяются их белковой природой. Коллоидальное состояние, большая чувствительность к изменениям температуры и разрушение при 80° и выше, строгая зависимость активности ферментов от концентрации водородных ионов отличают ферменты от обычных катализаторов, не относящихся к белкам. Однако самыми замечательными свойствами, характерными для биологических катализаторов — ферментов, является специфичность их действия и чрезвычайно высокая активность. Эти свойства позволяют считать ферменты идеальными катализаторами, играющими важную роль в процессах обмена веществ, лежащих в основе жизнедеятельности организмов. [c.176]

Наряду с протеинами существуют и другие макромолекулы, которые выполняют важные биологические функции. Большинство методов ЯМР, используемых для исследования протеинов, могут быть при этом непосредственно перенесены на другие макромолекулы. В этом разделе рассмотрим характерные особенности применения метода ЯМР для исследования нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов. [c.146]

При структурном анализе органических и биологически активных соединений методом ЯМР плодотворной оказалась вариация растворителей. Растворитель оказывает влияние, в частности, на конфор-мационное состояние молекул, конформационные же эффекты — характерная особенность многочисленных соединений нефтехимического синтеза, биологически активных веществ. При вариации растворителей проявляются новые аналитические признаки в спектрах ЯМР, что представляет несомненный интерес для целей идентификации, установления спектрально-структурных корреляций. Аналогичное заключение можно сделать относительно температуры. [c.7]

Биологические жидкости существенно отличаются от дисперсий органических и неорганических веществ. Характерная особенность культуральных жидкостей, поступающих на переработку, — невысокое (от 0,1 до 10%) содержание целевого продукта — клеток, ферментов, антибиотиков и др. (табл. 2.1). По этой причине применяющиеся способы выделения продуктов микробного синтеза всегда связаны с переработкой больших объемов культуральных жидкостей. Независимо от того, содержится ли целевой продукт в клеточной массе или в нативном растворе, как правило, стадия отделения биомассы от культуральной жидкости является обязательной. Помимо высокой экономичности и эффективности в биотехнологических производствах к методам концентрирования предъявляется ряд специальных дополнительных требований. [c.23]

Первоначально методы сорбционной очистки нашли применение в химической промышленности. Это обусловлено спецификой физико-химического и биологического действия производимой продукции на живые организмы и растительность. Впоследствии эти методы получили признание и в других отраслях народного хозяйства [31, 32, 52, 59, 72]. Методы сорбционной очистки рассматриваются в соответствующих разделах настоящей книги здесь необходимо отметить, что характерной особенностью средств сорбционной очистки является их обратимость, т. е. восстановление поглощающей способности. В результате этого возможны регенерация сорбентов и их возврат в производственный цикл. При правильной эксплуатации сорбентов кратность их использования значительно возрастает К [c.72]

Итак, современный этап развития биофизики характеризуется тем, что на первый план выступает проблема формулировки исходных теоретических понятий, отражающих фундаментальные механизмы взаимодействий в биологических системах на молекулярном уровне. Вместе с тем специфика биологических систем проявляется в своеобразии физических механизмов молекулярных процессов. Принципиальная особенность заключается в том, что характерные параметры элементарных взаимодействий могут изменяться в зависимости от условий их протекания в организме. Папример, эффективность скоростей отдельных элементарных актов переноса электрона в реакционном центре фотосинтеза не только изменяется направленно в течение жизненного цикла развития, но и различна у сортов растений, отличающихся по физиолого-биохимическим показателям и продуктивности. Это означает, что молекулярные процессы и механизмы взаимодействий не только зависят от локального окружения в биологических системах, но и сами являются объектом направленного физиолого-биохимического регулирования. Здесь видна определяющая роль биологических закономерностей, проявляющаяся уже на низших уровнях организации живого. Одновременно это создает неразрывную связь между молекулярными взаимодействиями и характером биологических явлений, развивающихся на их основе. Именно поэтому изучение глубоких биофизических механизмов в связи с физиолого-биохимическими особенностями биологических объектов создает базу и для практического применения результатов биофизических исследований. Достаточно сослаться на разработку различных методов ранней диагностики состояния биологических систем, основанных на данных о молекулярных механизмах биологических процессов, которые [c.12]

Из органических высокомолекулярных соединений построено большое количество биологически и технически важных веществ. К ним относятся вещества, из которых состоят растения и природные волокна,— целлюлоза и другие полисахариды, шерсть, шелк к ним принадлежат также коллаген и эластин, основная часть белков — протеиды и нуклеотиды, гликоген и крахмал, натуральные полипрены — каучук и гуттаперча. Синтетические высокомолекулярные соединения охватывают область пластических масс и синтетических волокон. Химия высокомолекулярных соединений изучает методы синтеза, характеристики и исследования этих веществ, а также превращения природных и синтетических полимеров в их производные. Если учесть значение перечисленных выше соединений, то представляется обоснованным выделение химии высокомолекулярных органических соединений в особую область органической химии. В строении макромолекул полимеров, а также в их химических и физических свойствах и в методах идентификации и характеристики этих соединений имеется столько особенностей, что необходимо самостоятельное рассмотрение этих вопросов. Однако следует учесть, что как для высокомолекулярных, так и для низкомолекулярных органических соединений в основном характерны одни и те же типы связи атомов в молекуле. Таким образом, все законы органической химии в полной мере относятся также и к химии высокомолекулярных соединений. [c.11]

Своеобразной особенностью развития аналитической химии является глубокая творческая ассимиляция ею крупных достижений в смежных областях знаний применительно к проблемам химического анализа. Для современного периода наиболее характерны ее контакты с исследованиями в области физики совокупность спектральных методов анализа в широком диапазоне длин волн, активационные методы и др. На этом фоне интересен и привлекает внимание контакт аналитической химии с биологическими исследованиями, точнее — с методами разделения, возникшими в области физиологии растений. Речь идет о хроматографическом методе, предложенном в начале XX в. М. С. Цветом и прочно вошедшим в фонд методов анализа органических и неорганических объектов [1]. [c.230]

Для получения кривой растворимости можно вместо общего, характерного для всех белков свойства воспользоваться каким-либо специфическим биологическим или химическим свойством индивидуального белка, особенно если желательно установить зависимость между этим свойством белка и содержанием последнего в смеси. Такой подход был применен также в методе определения растворимости с помощью специфического свойства , который был разработан и использован в связи с очисткой эсте-разы, полученной из печени свиньи [153]. [c.32]

Зачем нужны модели Один из распространенных способов применения статистических моделей генетических текстов связан с изучением "неслучайных" особенностей в первичной структуре ДНК. Суть применяемого метода состоит в следующем. Анализируемый текст интерпретируется как элемент некоторой совокупности текстов. В силу объективных причин эта совокупность в целом может оказаться недоступной для исследователя, и тогда она создается искусственно - генерируется с помощью статистической модели. На полученном множестве текстов могут уже быть рассчитаны вероятностные распределения значений тех признаков, которые интересуют биолога. Если при этом окажется, что наблюдавшиеся на исходном объекте величины признаков характерны для "хвостов" распределения и имеют малую вероятность, например Р < 0,001, то эти данные могут считаться неслучайными в математическом смысле. Такие результаты, полученные с помощью моделей, дают формальное основание для дальнейшего изучения биологических и физических причин найденных закономерностей. [c.39]

Рассматривая ферменты как специфические химические преобразователи, переводящие определяемое вещество в форму, детектируемую физическими или химическими методами, удалось придумать и разработать новый класс сенсоров, для которых характерна чувствительность к биологическим соединениям. Перспективным путем повышения селективности и чувствительности и расширения возможностей этих устройств является комбинирование различных ферментов, например эстераз, дегидрогеназ и оксидаз с детекторами-полярографическими, кондуктометрическими, потенциометрическими, акустическими и оптическими. Б первых ферментных электродах ферменты физически удерживались на поверхности сенсора или в непосредственной близости от нее. Позже были предложены методы химической иммобилизации, осаждения и другие. Коферменты также физически или химически закрепляются на поверхности сенсора. Перевод фермента в нерастворимую форму как способ увеличения его времени жизни позволяют избежать осложнений, связанных с осмотическими явлениями в коллоидных растворах, особенно когда в ферментном электроде используется проницаемая для определяемого компонента мембрана В идеальном случае ферментный биосенсор должен работать непосредственно в неразбавленной цельной крови, подобно газовым и рН-электродам, в свое время произведшим революцию в анализе. [c.11]

Аффиная хроматография является самостоятельной областью жидкостно-адсорбционной хроматографии, выделяемой по специфическому механизму взаимодействия разделяемых веществ с сорбентом. Метод основан на характерной особенности биологически активньгх веществ селективно и обратимо связывать определенные вещества, называемые аффинными лигандами или аффиантами. Таким образом, ферменты связывают соответствующие ингибиторы, антитела — антигены, гормоны — их рецепторы и т.п. Если по аналогии с обращенными фазами приготовить сорбенты с привитыми аффинными лигандами, появляется возможность селективного хроматографического выделения близких по свойствам биологически активных соединений и их разделения между собой. Наиболее часто применяемые аффинные лиганды приведены в табл. 3.65. [c.201]

В качестве моделей ферментов, как правило, используют синтетические органические молекулы, обладающие характерными особенностями ферментативных систем. Они меньше ферментов по размеру и проще по структуре. Следовательно, моделирование ферментов — это попытка воспроизвести на гораздо более простом уровне некий ключевой параметр ферментативной функции. Выявление определенного фактора, ответственного за каталитическую активность фермента в биологической системе, является трудоемкой задачей, требующей ясного представления о роли каждого компонента в катализе. Но, располагая подходящими моделями, мы можем оценить относительную важность каждого каталитического параметра в отсутствие других, не рассматриваемых в данный момент. Главное преимущество использования искусственных структур для моделирования ферментативных реакций состоит в том, что вещества можно создавать именно для изучения определенного конкретного свойства. Структура модели в дальнейшем может быть усовершенствована путем сочетания таких особенностей, которые дают наибольший вклад в катализ, и создания таких моделей, которые по своей эффективности действительно приближаются к ферментам. Таким образом, с помощью методов синтетической химии становится возможным создание миниатюрного фермента , который лишен макромоле-кулярного пептидного остова, но содержит активные химические группы, правильно ориентированные в соответствии с геометрией активного центра фермента. Этот подход называют биомимети-ческим химическим подходом к изучению биологических систем . Биомиметическая химия — это та область химии, где делается попытка имитировать такие характерные для катализируемых ферментами реакций особенности, как огромная скорость и селективность [350, 351]. Хочется надеяться, что такой подход в конце концов позволит установить связь между сложными структурами биоорганических молекул и их функциями в живом [c.263]

Для всех исследуемых веществ в статическом режиме были получены масс-спектры положительных и отрицательных ионов. Характерные особенности полученных масс-спектров можно сформулировать следующим образом 1) почти все исследованные вещества дают протонированные молекулярные ионы (М-ьН)- - и ионы (М—Н) , по которым можно легко определить молекулярную массу соединения 2) интенсивные пики дают ионы (М—0Н)+, (М—С1)+ 3) в масс-спектрах всех веществ наблюдаются характерные пики осколочных ионов, соответствующие различным функциональным группам например, фенильные радикалы дают ионы СеН5+, пиридильный радикал — ион 5H4N- и т. д. В качестве примера на рис. 7.9 приведены вторично-эмиссионные масс-спектры положительных и отрицательных ионов фенилаланилглицина и атропина. Эти исследования показывают, что вторично-эмиссионная масс-спектрометрия является очень эффективным методом для идентификации различных веществ биологического происхождения без предварительной химической модификации. [c.194]

К ВМС относятся многие вещества, имеющие важное народнохозяйственное и биологическое значение. Сюда входят почти все синтетические волокна, пластмассы, каучуки, а также почти все материалы животного и растительного происхождения. Синтетические полимеры получаются методами полимеризации и поликонденсации. Характерной особенностью ВМС является наличие длинных цепных молекул, образованных из многих звеньев одинакового или различного химического строения с молекулярным весом от нескольких тысяч до миллионов. Молекулы могут иметь линейную форму (полиэтилен, целлюлоза), разветвленную (крахмал) или спиральную форму (белки, нуклеиновые кислоты). Вдоль цепи атомы связаны ковалентными связями, а между цепями возникают межмолекулярные силы взаимодействия типа Вандерваальсовых сил, которые действуют в обычных жидкостях. Цепи могут быть связаны поперечными химическими связями (вулканизованный каучук) и тогда полимеры имеют строение пространственной сетки. Свойства полимера зависят от длины цепи, природы атомов, входящих в состав молекулы, распределения атомов в цепи, взаимодействия молекулы с окружающей средой, с соседними молекулами полимера или с молекулами жидкости в растворе. Звенья молекулярной цепи ВМС обладают способностью к ограниченному взаимному вращению вокруг валентных связей, это приводит к гибкости цепи и возможности изменения ее конфигурации. Одну из основных групп ВМС составляют каучукоподобные вещества или эластомеры, способные к большим обратимым (высокоэластическим) деформациям. Все они содержат длинные цепные молекулы, отличающиеся высокой гибкостью. Если [c.284]

На рис. 71 приведены унифицированные хроматограммы (полученные методом хромато-масс-снектрометрии) смесей пентациклических углеводородов состава С27—С32, выделенных из углей различных стадий метаморфизма. Как показали исследования, все эти соединения можно разбить на три группы 1) углеводороды с двойными связями 2) углеводороды ряда гопана, имеющие биологическую неустойчивую) 17 =конфнгурацию, й 3) углёводороды ряда гопана, имеющие 17а-конфигурацию, характерную для нефтяных гопанов. По данным рис. 71 хорошо видно, что на буроугольных стадиях обычно присутствуют углеводороды всех трех указанных типов, в то время как для каменных углей (стадии Ди особенно Г) характерно наличие лишь 17а-гопанов, т. е. тех углеводородов,, которые встречаются и в нефтях. [c.192]

Изопреноидные углеводороды. Наиэолее важным открытием в области химии и геохимии нефти за лоследние два десятилетия было обнаружение в нефтях алифатических изопреноидных углеводородов. Первые публикации об этом относятся к 1961 — 1962 гг. Затем изопреноидные углеводороды были обнаружены в различных нефтях, бурых углях и сланцах, в современных осадках и в битумоидах дисперсного органического вещества осадочных пород различного возраста. Число публикаций о содержании изопреноидных углеводородов в различных каустобиолитах растет из года в год. Благодаря особому строению, характерному для насыщенной регулярной цепи полиизолрена, эти соединения получили название биологических меток или биологических маркирующих соединений. Действительно, особенности их строения и высокая концентрация в различных нефтях убедительно свидетельствуют в пользу биогенной природы последних. Методами капиллярной газожидкостной хроматографии и химической масс-спектрометрии обнаружены все 25 теоретически возможных углеводородов изсиреноидного строения, каждый из которых определен количественно. [c.39]

Стереорегулярные полимеры возникают благодаря наличию асимметрического атома углерода в макромолекуле полимера. Это — стереоизомеры. Их строение схематически показано на рис. 3, где зигзагообразная основная цепь для наглядности помещена в одной плоскости. Легко убедиться, что вращение вокруг простых связей в основной цепи с учетом валентного угла между связями —С—С— не приводит к разупорядочиванию относительного расположения заместителей. Специальные методы синтеза приводят к получению изотактических макромолекул, когда заместители расположены по одну сторону плоскости, синдиотактических, когда заместители находятся по разные стороны плоскости, и атактических, когда заместители ориентированы нерегулярно. Взаимное отталкивание заместителей, изображенных на рис. 3, приводит к тому, что они смещаются относительно друг друга в пространстве н поэтому плоскость симметрии оказывается на самом деле изогнутой в виде спирали. Структура спиралей характерна не только для макромолекул с углерод-углеродными связями в основной цепи, но и для других видов макромолекул, в том числе и для биологически активных (например, двойная спираль ДНК). Различные стереоизомеры имеют и разные механические свойства, особенно сильно отличающиеся от свойств атактических полимеров того же химического состава. [c.12]

Важной характеристикой методов детекции является их селективность. Большие возможности повышения селективности описанных выше методов открывает использование ферментативных реакций. Следует рассмотреть два основных случая. Первый — это определение присутствия и количества фермента по его ферментативной активности, например его содержания во фракциях по ходу выделения. Очевидно, что регистрация ферментативной активности в некоторых фракхщях дает существенно более значимую информацию, чем простое определение присутствия белка, даже если обнаруживаемый фермент обладает специфическими особенностями, например является флавопротеином с характерным для флавиновых нуклеотидов спектром Поглощения. Такое поглощение будет наблюдаться и в случае смеси нескольких флавопротеинов с разными биологическими функциями. В большом же числе случаев фермент состоит только из белка и по своим спектральным характеристикам существенно не отличается от других белков, находящихся в этом же самом материале. Таким образом, только способность [c.253]

Выделение радионуклидов в ходе радиохимического анализа может быть осуществлено как с применением носителей, так и без них. Разделение смзси изотопов без носителей особенно характерно для физико-химических методов анализа. Метод изотопного разбавления требует введения соответствующих носителей до выпаривания водных проб и непосредственно перед растворением (в пробах атмосферной пыли, золы биологических материа.чов, пищевых продуктов и т. д.). При дробном анализе носители соответствующих изотопов вносятся в отдельные части пробы, из которых затем производится выделение групп элементов, нередко родственных по своим химическим свойствам. Например, Ва, Зг и Са — в виде сульфатов или Ад, Сс1 и Мо — в виде растворимых аммиачных комплексов. Разделение элементов внутри каждой группы может осуществляться различными широко известными способами [116]. Однако в каждом конкретном случае должны разрабатываться свои условия выделения. Это связано с характером макросостава анализируемой пробы, ее радиохимическим составом и необходимостью выделения тех или иных изотопов. Наиримзр, радиохимический анализ многочисленных биологических материалов, пищевых продуктов и почв проводится с целью оиределения Зг . В таких случаях отделение второй аналитической группы, к которой относится стронций, производится либо осаждением карбонатов элементов этой группы, либо их фосфатов, оксалатов или сульфатов [79, 117]. [c.54]

История агрохимии не знает ни одной крупной проблемы, которая бы так полно и так всесторонне разрабатывалась, как вопрос усвоения растениями аммиачного азота, изученный в лаборатории Д. Н. Прянишникова. В ходе этих исследований для безупречного экопериментального доказательства ряда принципиальных положений были созданы новые методы вегетационного опыта метод текучих культур, метод стерильных культур, метод изолированного питания растений. Характерной чертой этих исследований является стремление к установлению соответствий между биологическими особенностями растений, биохимическими их особенностями и условиями их азотного питания. Организм растений и среда в этих исследованиях изучались в их неразрывной связи. Сопоставляя результаты своих исследований азотного обмена у растений с данными сравнительной физиологии животных, Д. Н. Прянишников делает широкие обобщения о единстве строения и основных законов превращения белковых веществ в животном и растительном организме. Таким образом, тот, казалось бы с первого взгляда, специальный вопрос, с разработки которого начал свою научную деятельность Д. Н. Прянишников, в конечном итоге завер-дпился постановкой важнейшей общебиологической проблемы, и то, что это сумел сделать Д. Н. Прянишников, характеризует его и как исследователя-экспериментатора и как мыслителя. Если в дореволюционный период, когда в нашей стране не было [c.321]

Постгшовка проблемы. В предыдущих разделах были представлены методы вычисления скорости продуцирования энтропии в открытых системах и описано их применение в изучении свойств биологических объектов. Общее заключение, которое следует из приведенного материала, состоит в том, что хотя нахождение диссипативных функции р (У.3.1), (У.З.б) и имеет значение для энергетической характеристики системы, однако определить на этой основе направление ее эволюции можно только в области линейной термодинамики, где справедливы соотношения (У.3.3), (У.З.б). Это обстоятельство, конечно, существенно ограничивает область применения термодинамики необратимых процессов в анализе свойств биологических систем, которые находятся вдали от термодинамического равновесия. Поэтому вдали от равновесия однозначных выводов о значениях величины р при приближении системы к стационарному состоянию сделать нельзя. Это особенно важно для биохимических превращений, где наиболее характерны реальные переходы с изменением значения термодинамического потенциала АС порядка 4-8 кДж/моль, в то время как применимость линейных соотношений в химических реакциях ограничена пределами изменения АО 0,8 кДж/моль и где, кроме того, существуют дополнительные кинетические ограничения. [c.145]

Кроме указанной выше особенности специализированных рецепторов дистантных феромонов — высокой чувствительности, для них характерна также большая численность. Так, у самцов некоторых бабочек они составляют ДО 60% от общего числа рецепторов на антеннах [150]. Поэтому на раздражение феромоном одновременно отвечает масса высокочувствительных к нему клеток, а на раздражение другими веществами — сравнительно небольшое число клеток, причем часто не обладающих максимальной чувствительностью к ним. Но выше было показано,что для возникновенияЭАГ требуется одновременное достаточно сильное возбуждение многих рецепторов. В таких условиях ЭАГ на феромоны может быть вызвана малыми концентрациями раздражителей, тогда как биологически нейтральные или менее значимые запахи для получения заметной ЭАГ должны иметь большую концентрацию. При испытании методом ЭАГ на колорадском жуке Leptinotarsa de emlineata 53 летучих веществ, встречающихся в растениях (особенно в представителях семейства пасленовых), а также их изомеров [c.209]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология