Кинетика ферментных реакций

Для того чтобы расшифровать природу активного центра, возможны различные пути а) исследование поведения всей молекулы белка-фермента, в частности, изменений каталитического эффекта при различных воздействиях на нее б) исследование свойств отдельных фрагментов ферментной молекулы, ее осколков , т. е. активных продуктов распада, образующихся при частичном гидролизе ферментативного белка в) создание и изучение ферментных моделей, низкомолекулярных веществ, простых по своему строению и обладающих каталитическим действием, подобным ферментному. Важным путем является также изучение кинетики ферментных реакций. Выясняя влияние различных факторов на скорость данной реакции, мы всегда можем сделать [c.327]

КИНЕТИКА ФЕРМЕНТНЫХ РЕАКЦИЙ [c.46]

Глава V Кинетика ферментных реакций и промежуточные продукты [c.116]

К числу основных факторов, определяющих течение (кинетику) ферментных реакций, относятся следующие температура, pH среды, ее окислительно-восстановительный потенциал, концентрация в ней ионов, наличие ингибиторов (активаторов) специфического или неспецифического действия и, разумеется, такие важные параметры процесса, как концентрация фермента и концентрация субстрата. [c.46]

Другая особенность ферментных систем заключается в том, что геометрически определенная и благоприятная для реакции конфигурация достигается за счет действия таких участков системы, которые не входят непосредственно в состав активного центра, но могут быть собраны и стабилизированы под действием субстрата. Взаимные изменения молекулярной конфигурации превращают молекулы субстрата и активные участки фермента в единую систему, распад которой регенерирует фермент. Возможно, что активные группы фермента или часть его молекулы обладают более растяжимыми связями, и поэтому после распада субстрата или соединения молекул субстратов друг с другом активные группы возвращаются на свои места, словно оттянутые пружиной. К сожалению, кинетика ферментных реакций не учитывает динамичности всех звеньев биокаталитических механизмов и вынуждена ограничиваться заведомо упрощенными схемами и предположениями о неизменности состояния катализатора после реакции. К этому вопросу примыкает и проблема регулирования систем ферментов, разработка которой пока еще находится в начальной стадии. [c.133]

Выше мы рассмотрели результаты применения методов ферментной кинетики, а также некоторых других методов к анализу реакций, катализируемых холинэстеразами, и реакций этих ферментов с ингибиторами. Представляется полезным суммировать изложенные выше выводы и обсудить наиболее вероятный механизм каталитического действия данных ферментов, хотя многие вопросы механизма действия холинэстераз сейчас еще окончательно не решены. [c.237]

В ферментативной кинетике концентрации реагирующих веществ принято выражать в молях на литр, а время реакции — в минутах. Следовательно, размерность скорости реакции — М-мин Так как скорость ферментной реакции в определенной степени зависит от концентрации фермента, то для последней величины принят аналогичный способ выражения. Следует иметь в виду, что прямое определение концентрации фермента не всегда возможно. [c.50]

Константу скорости ферментной реакции определяют так. В соответствии с основным законом химической кинетики, при постоянной температуре скорость реакции пропорциональна кон- [c.50]

Особое внимание авторы уделили ферментным электродам, сведения о которых появились в литературе лишь в самое последнее время. Большой интерес, проявляемый к этим электродам, объясняется тем, что с их помощью можно проводить тонкий биохимический анализ ферментов, субстратов, ингибиторов и активаторов ферментативного катализа непосредственно в биологических средах и можно также изучать кинетику ферментативных реакций. [c.5]

Изучение регуляции обмена показывает необходимость и целесообразность рассмотрения совокупности биохимических превращений в клетке как открытой системы, составленной из сложной сетки многоступенчатых процессов, связанных между собой и со средой благодаря обмену веществом и энергией. Для этого требуется знание характеристик частных ферментных реакций, концентраций субстратов и их продуктов в среде и клетке, промежуточных концентраций реагирующих веществ, кинетики отдельных ферментных систем и т. д. [c.244]

Второй этап, начавшийся с исследований Фишера, работ, по созданию кинетики ферментативных реакций и работ по выделению и очистке ферментных препаратов, продолжался до начала 50-х годов. Этот этап характеризовался созданием основных представлений о природе ферментов, созданием первых представлений о механизме их действия, развитием основ ферментативной кинетики. Его начало было связано с широким внедрением в биологическую химию достижений органической и физической химии. Переход к следующему эта- пу характеризовался распространением электронных теорий органической химии для объяснения ферментативных процессов. Реальный переход к современному этапу был обусловлен, однако, бурным ростом экспериментальной техники, начавшимся в послевоенные годы. [c.183]

На рис, 12.1 схематически показано устройство ферментного электрода третьего поколения. Что касается кинетики ферментативной реакции, мы исходили из предположения, что в реакции участвует один субстрат, один продукт и фермент. При этом фермент Е превращает субстрат 8 в продукт Р, а сам превращается в Е [c.150]

Рис. 12.15. Теоретические зависимости тока ферментного электрода от концентрации субстрата для случая, когда функция электрода контро.шру-ется скоростью диффузии субстрата через мембрану (I), кинетикой ферментативной реакции (2) и кинетикой электро-хи.тческой реакции (3).

Уравнение (5.34) — трехпараметрическое и достаточно часто используется в стационарной кинетике ферментного катализа. Помимо субстратного торможения, трехпараметрическое уравнение описывает рН-зависимости ферментных реакций, активацию и ингибирование ферментов ионами металлов и другие процессы. [c.573]

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]

Касаясь вопроса о влиянии на ход реакций концентрации субстрата, целесообразно рассмотреть некоторые понятия ферментной кинетики. [c.50]

В этом случае эффектор является просто активатором одного из ферментов. Это явление легко распознать по расхождению кинетики использования субстрата и кинетики образования всех ожидаемых продуктов реакции. Чтобы обойти эти осложнения, нужно, конечно, работать с высокоочищенными ферментными препаратами, проверенными на содержание мешающих примесей, и измерять как расход субстрата, так и образование продукта реакции. [c.234]

При таком подходе клеточные рецепторы до некоторой степени уподобляются ферментам, а лиганды — субстратам, поскольку их соединение влечет за собой определенную реакцию, т. е. отклик (Волькенштейн, 1981). Для случая, когда кооперативность отсутствует, т.е. и = 1, и взаимодействие лиганда осуществляется с единичными рецепторами, это уравнение идентично уравнению Михаэлиса—Ментен для ферментной кинетики. В случае положительной кооперативности взаимодействия (л > 1) результирующий отклик системы на сигнал возрастает. Принято считать, что это происходит из-за взаимодействия мембранных рецепторов друг с другом. Примером могут служить высокочувствительные хеморецепторы ракообразных, различающие запахи аминокислот и пептидов (Belli, Re hnitz, 1989). Эти рецепторы расположены на окончаниях дендритов нервных клеток. Чувствительность хеморецепторов голубого краба к запаху аминокислот обнаруживается при концентрации 10 М и определяет дальнейшее поведение краба. Предполагается, что после взаимодействия хотя бы одного рецептора с единичным лигандом кооперативный отклик всех рецепторов вызывает локальную деполяризацию мембраны нервной клетки и соответствующий потенциал действия. Чувствительность мембранного рецептора к изменению состояния соседа определяется интефирующими свойствами бислойной липидной мембраны, в которой располагаются гидрофобные части рецепторов при этом значения показателя степени п могут достигать нескольких единиц. [c.131]

Ферменты в полиферментных цепях в общем случае обладают различной устойчивостью к инактивирующим факторам. Достаточно часто экспериментатор имеет дело с лабильными комплексными ферментными системами, изменяющими свои характеристики при хранении и инкубации в необходимых условиях. При проведении таких работ необходимо иметь ответ на следующие вопросы а) каков диапазон времени, в котором можно не опасаться заметных изменений характеристик системы б) какая стадия исследуемой реакции определяет скорость всего процесса в) какой участок полиферментной цепи является самым лабильным, инактивирующимся с наибольшей скоростью Ответить на эти вопросы можно, проведя исследование кинетики инактивации системы. [c.130]

Если ферменты и субстрат претерпевают ряд реакций, причем первая из них является реакцией второго порядка, тогда все последующие стадии будут реакциями первого порядка. Это положение используется либо для того, чтобы доказать, что отдельная изучаемая стадия дает первоначальное соединение фермент-субстрат, либо в других случаях, чтобы показать, что образование первоначального соединения, протекающее по второму порядку, должно предшествовать некоторой частной промежуточной стадии, которая следует кинетике первого порядка. Ферментативные реакции, в которых реагируют простетические группы или коферменты, часто можно изучать путем наблюдения изменений спектров, которые происходят во время образования соединения. До сих пор такие спектральные изменения не обнаружены в чистых белковых ферментных системах, и для этой цели предложены два других метода, пригодных для изучения стадий образования и разложения соединений фермент-субстрат [4]. Первый из них — метод начального ускорения может быть использован для изучения реакции второго порядка, которой может быть быстрая адсорбция субстрата на специфических центрах фермента. Второй метод основан на наблюдении [c.328]

Образование в первой фазе реакции фермент-субстратного комплекса впервые нашло свое подтверждение при изучении кинетики реакций в присутствии веществ, обладающих способностью преимущественно связываться ферментом, конкурируя в этом отношении с субстратом. В настоящее время известны две группы таких веществ продукты реакции и специфические ферментные яды. [c.281]

Для понимания функционирования ферментных электродов необходимы сведения о кинетике реакций, катализируемых ферментами. [c.132]

Промежуточный ацилфермент. Кинетику реакции в ацил ферментном каталитическом механизме (2.61) описывает система уравнений >> Е ) [c.141]

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]

На первой стадии процесса происходит трансформация исходного лимитирующего субстрата под действием фермента (или ферментной системы) Е с образованием ключевого метаболита У. Этот процесс представляет собой обычную ферментативную реакцию, и кинетика его описывается классическим уравнением Михаэлиса-Ментен. Ключевой метаболит 5 участвует в процессе репликации и в других параллельных процессах, приводящих к накоплению клеточного материала Р. Предположим, что скорость синтеза ДНК на матрице ДНК пропорциональна концентрации промежуточного метаболита 5 и может быть охарактеризована константой скорости а . По физическому смыслу это может быть константа скорости удлинения полимерной цепи на одно основание. Важным также представляется предположение о том, что скорость биосинтеза фермента Е и белков репликационного комплекса — относительно быстрые процессы, концентрации этих компонентов постоянны и не входят в уравнения скорости процесса. Любое из этих предположений может быть неоправданно, что существенно изменит кинетическое описание, однако это не затрагивает принципы излагаемого метода. [c.601]

Дальнейщие подробности, относящиеся к применению теории графов в стационарной и предстационарной кинетике ферментативных реакций, изложены в цитированных выще оригинальных )аботах, в приложении 1 в [33] и в работе Гольдщтейна [115]. 3 кинетике ферментативных процессов метод направленных графов является удобным алгоритмом. Вместе с тем он позволяет выявить глубокую аналогию, существующую между процессами в сложных электронных цепях и ферментативными реакциями. Системы обоих типов работают на сигналах, связанных сходными функциональными зависимостями. В электронных цепях сигналами являются напряжения и токи, в ферментативных реакциях — концентрации и скорости стадий. Аналогом закона Ома служит закон действующих масс. Однако закон Ома требует учета разности напряжений на концах двухполюсников, а закон действующих масс учитывает концентрацию ферментного комплекса (аналог напряжения) лищь на входе двухполюсника (ветви графа). Это отличие определяет неприменимость графических правил, разработанных для электрических цепей, непосредственно к ферментативным реакциям и затрудняет прямое электрическое моделирование реакций [120, 121]. [c.473]

На субстрат-ферментную специфичность, определяющую кинетику ферментативных реакций, влияют не только количество активной формы фермента, но и структура субстрата. На этом уровне каталитическая активность автолизинов регулируется функциональностью тейхоевых (ТК) и липотейхоевых кислот (ЛТК). [c.83]

Можно назвать еще следующие направления, по которым развивается современная ферментология изучение роли и действия отдельных факторов, влияющих на процесс,—температуры, pH среды, ее окислительно-восстановительного потенциала, концентрации субстрата и фермента изучение кинетики ферментативных реакций исследование специфичности ферментов — важнейшего свойства, определяющего их биологическую роль и возможности практического использования химического строения и действия ингибиторов ферментов, обратимого и необратимого, специфического и неспецифического торможения ими реакций изучение строения и функций различных кофакторов, в первую очередь специфических коферментов, их роли в каталитическом процессе, в обмене веществ исследование особенностей ферментных белков — состава, числа цепей, гидродинамических и электрохимических свойств, химической структуры далее — строения активных центров, их числа, их низкомолекулярных аналогов изучение механизма действия ферментов действия полифермент-ных систем и, наконец, образования ферментных белков, в том числе их биосинтез и образование из предшественников префер-ментов). [c.46]

Работы по очистке и вьшелению ферментных препаратов проводились параллельно с изучением кинетики ферментативных реакций и созданием, как мы только что видели, первых теорий механизма действия ферментов. Что же касается значения первых попыток очистки и концентрации фер-NiBHTHbix препаратов, то следует обратить внимание на следующие обстоятельства. [c.178]

Если бы ферментный электрод функционировал в условиях кинетического контроля, концентрационная зависимость тока была бы нелинейной, и рабочий диапазон охватывал бы лищь концентрации в пределах одного порядка. Однако, как отмечено выше, в таких сенсорах между слоем фермента и анализируемым раствором находится мембрана. Она создает барьер для активных частиц, и отклик сенсора пропорционален диффузионному потоку, который не лимитируется кинетикой ферментативной реакции, пока активность фермента не становится слишком низкой. Вот почему отклик амперометрического электрода остается постоянным в течение продолжительного периода и затем внезапно падает. Как отмечалось в работе [36], сигнал сенсора не зависит от активности фермента, пока последняя достаточно высока. Однако активность фермента постепенно уменьшается и со временем достигает уровня, при котором отклик сенсора становится контролируемым кинетически и не является более постоянным. Более подробно теория ферментного электрода и свойства иммобилизованных ферментов обсуждаются в ряде публикаций [4, 14, 26, 47]. Идеальным был бы случай, когда используют тонкую мембрану, через которую кислород переносится лучше, чем глюкоза, и поэтому в реакционном слое он находится в избытке. Разработка мембран с такими особыми свойствами несомненно будет благоприятствовать развитию биосенсоров всех типов. [c.144]

Обратимся к холиноксидазе. Это несколько более сложная система, поскольку продукт ферментативного окисления холина, бетаиновый альдегид, сам может служить субстратом для данного фермента. Для упрощения анализа мы использовали бетаиновый альдегид в качестве субстрата ферментного, электрода. На рис. 12.12 приведена зависимость у(р) для данной системы. Эта зависимость также линейна, но пересекает ось абсцисс при Ро + 2, а не при ро - +1, как в предыдущих случаях. Согласно уравнениям (12.20) и (12.21), значение Ро, равное + 2, означает, что кинетика ферментативной реакции и транспорт субстрата вносят равный вклад в наблюдаемую константу скорости к мЕ- И в этом случае рассчитанное по уравнению (12.21) значение k s (табл. 12.4) близко к значениям этой же константы для других субстратов. В табл. 12.4 [c.169]

На рис. 12.13 показано, как увеличивается ток ферментного NADH-электрода с ростом концентрации этанола. По этим данным описанным выще способом рассчитана зависимость j(p) (рис. 12.14). Она имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс, что соответствует Ро со и, согласно уравнениям (12.21) и (12.22), свидетельствует о том, что скоростьопределяющей стадией является ферментативная реакция. Тот факт, что график представляет собой прямую, приводит к заключению, что члены, содержащие j wf,B правой части уравнения (12.13) незначимы, поэтому уравнение можно упростить. Действительно, при добавлении продукта реакции-ацетальдегида-во внешний раствор ток не уменьшается. Следовательно, в данном случае насыщение электрода связано с кинетикой не электрохимической, а ферментативной реакции. В пользу этого вывода говорит то, что найденное из данных рис. 12.14 (по отрезку, отсекаемому на оси ординат) значение = 7,7 ммоль/дм находится в хорошем согласии с приведенными в литературе значениями К , составляющими 13 [10] и 13,1 ммоль/дм [23]. Если кинетика ферментативной реакции определяет поведение электрода как в ненасыщенном, так и в насыщенном состоянии, то . Следовательно, [c.170]

Какую информацию о механизме ферментативной реакции позволяют полу>шть методы нестационарной кинетики Приведите примеры. 2. Какие методы нестационарной кинетики вы знаете 3. Как определяются кинетические параметры методами нестационарной кинетики 4. Каким образом было доказано сушествовапие ацилфермента в катализе а-химотрипсииом и другими сериновыми протеазами 5. Напишите основные уравнения нестационарной кинетики многостадийной ферментной реакции. 6. Преимушества и недостатки струевых методов. 7. Напишите основные уравнения нестационарной кинетики ферментативных реакций при переменной концентрации субстрата. Как определяются кинетические параметры в этом случае [c.171]

Следующие эксперименты проливают свет на этот вопрос. На основании изучения кинетики реакции, катализируемой сукцинил-СоА ацетоацетат — СоА-трансферазой, был сделан вывод о наличии пинг-понг-механпзма (гл. 6). Таким образом, фермент представлен двумя различными формами, одна из которых, как было показано, содержит связанный СоА [92]. Промежуточное соединение фермент—СоА, образующееся при взаимодействии фермента и ацетоацетил-СоА, восстанавливали меченным Н боргидридом натрия, а затем при помощи НС1 осуществляли полный гидролиз ферментного белка. В результате была выделена тритированная а-амино-б-оксивалериановая кислота. [c.138]

Основные научные работы посвящены изучению высокоорганизованных каталитических систем. Предложил (1970) кинетическую теорию мицеллярного катализа, по-лучивщую мировое признание. На основе искусственных светочувствительных ферментных систем создал (1970—1975) химические усилители слабых сигналов. Установил (1974) возможность регулирования скорости ферментативной реакции на молекулярном уровне. Открыл (1975) явление биоэлектрокатализа. Создал (1977) новые методы стабилизации биокатализаторов. Изучал также кинетику жидкофазного окисления углеводородов, элементарные свободнорадикальные реакции. [c.51]

Скорость этой реакции, по-видимому, зависит от типа неалкильного заместителя при атоме азота. Например, амиды деалкилируются медленнее соответствующих ионизирующихся аминов [96]. К сожалению, в настоящее время еще не проведены систематические сравнительные исследования кинетики гидролиза замещенных мочевин и соответствующих аминов, амидов и карбаматов. Ходжсон и Касида [97] изучили реакцию деалкилирования на примере большого числа карбаматов и для сравнения с некарбаматами реакцию деалкилирования монурона и диурона. Деалкилирование протекало под действием ферментной системы, выделенной из микросом печени крысы. Эти авторы установили, что мочевины деалкилируются с большим трудом, чем карбаматы, и пришли к выводу, что монурон и диурон, как трудно растворимые в воде вещества, малодоступны для воздействия ферментов. Однако установлено, что деалкилированию аминов в значительной степени способствует их хорошая растворимость в липидах [100]. Вероятно, скорость деалкилирования мочевин определяется не их растворимостью в воде, а какими-то другими, еще не выясненными свойствами или особенностями строения. [c.111]

Высокомолекулярные соединения в поверхностных слоях ведут себя по-разному в зависимости от ряда факторов и, в частности, от числа полярных групп в молекуле. Молекулы белка, содержащие большое число полярных групп могут развертываться на поверхности воды, образуя слой в одну пептидную цепочку если слой белка сжат, то обнаруживаются признаки ориентации — боковые цепи белка направлены при этом почти вертикально (Е. Мишук и Ф. Эйрих). Ферментный белок—трипсин, растекаясь по поверхности раствора сульфата аммония, образует димерные молекулы. Изучение поведения монослоев позволило вычислить площади, занимаемые в слое молекулами белков и молекулярные веса белков. Значительное влияние поверхностный слой оказывает и на -кинетику реакций. Если реакция катализируется ионами водорода или гидроксила и активный комплекс содержи г ионы Н+ или ОН-, то изменение pH отражается на скорости. Было показано, что pH поверхностного слоя может заметно отличаться от pH внутри раствора и поэтому вещества в поверхностном слое вступают в каталитический процесс быстрее. Другим важным фактором, изменяющим скорость реакции в поверхностных слоях, является определенная геометрическая [c.209]

В этих книгах отражены успехи в изучении кинетических механизмов сложных ферментативных процессов, в разработке правил вывода уравнений стационарной скорости, в анализе кинетики действия аллостерических и многокомпонентных ферментных систем. В последние годы особенно большое внимание стали уделять отклонениям от линейности различных графиков — двойных обратных величин, V от v/S, S/v от S и других, в которых обычно принято представлять кинетические данные для определения параметров Кт и Vmax. Всс больше наблюдается случаев, когда в уравнение скорости реакции необходимо вводить концентрационные члены в квадрате и высших степенях. Однако даже в одном из самых поздних изданий ( Ферменты М. Диксона и Э. Уэбба) подобные примеры рассмотрены в разделе Особые случаи стационарной кинетики , хотя есть основания считать, что отклонения от кинетики Михаэлиса — Ментен являются скорее правилом, чем исключением. В данной книге авторы попытались изложить основные прин- [c.5]

Хочется подчеркнуть, что при выводе выражений, описывающих кинетику реакций [ЛЯ ферментных электродов, важно, во-первых, представлять результат в виде функции юличнн, обратных константам скоростей реакций, и, во-вторых, интерпретировать юлученные выражения с помощью диаграмм свободной энергии. Оба подхода мЫ спешно использовали в работах по кинетике гомогенных ферментативных реакций [6, [c.157]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология