Основы кинетики ферментативного катализа

Основы кинетики ферментативного катализа [c.32]

ТЕМА 2.4. ОСНОВЫ КИНЕТИКИ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА [c.41]

Попытка обобщить данный материал сделана в настоящей книге, которая представляет собой логическое продолжение первой части, опубликованной ранее отдельным томом и посвященной анализу специфичности и кинетических аспектов действия ферментов на относительно простые субстраты, такие как алифатические и ароматические спирты и альдегиды, производные карбоновых кислот, замещенные аминокислоты и их производные (не выше ди- или три-пептидов). Главное внимание в первой части книги уделялось характеру фермент-субстрат ных взаимодействий на достаточно ограниченных участках активного центра и кинетическим проявлениям этих взаимодействий. В основе первой части книги лежит экспериментальный материал, полученный при изучении специфичности, кинетики и механизмов действия цинк- и кобальткарбоксипеп-тидазы, химотрипсина и трипсина из поджелудочной железы быка, алкогольде-гидрогепаз нз печени человека и лошади и пенициллинамидазы бактериального происхождения. Итогом первой части книги явились обобщение и формулировка кинетико-термодинамических принципов субстратной специфичности ферментативного катализа. [c.4]

При изучении механизмов реакций в химии широко применяется кинетический метод. Попытки использования этого метода для исследования процессов, катализируемых ферментами, предпринимались еще в начале нашего века. Однако лишь в последние десятилетия кинетика ферментативного катализа развилась в самостоятельное научное направление со своими задачами и методами. Разумеется, здесь пока еще больше нерешенных проблем, чем законченных теорий. Однако уже теперь вырисовываются интересные перспективы применения методов ферментативной кинетики как в области теории механизма действия ферментов, так и при изучении взаимодействия с ферментами биологически активных веществ,-имеющих практическое значение (лекарственные препараты, гербициды, инсектициды и т. п.). В соответствии с этим настоящая книга имеет две задачи — осветить в сравнительно сжатой форме теоретические основы кинетики ферментативного катализа и проанализировать возможности и пути практического использования кинетического метода в изучении механизма действия ферментов. [c.3]

Окончательный перелом произошел после работ С. Зерен-сена [40], показавшего зависимость активности ферментативного действия от величины pH, и работ Л. Михаэлиса и сотр. [41], развивавших идеи Брауна и Анри относительно соединения фермента и субстрата и заложивших основы кинетики ферментативных реакций. Возникновение кинетики ферментативных реакций, которое, кстати, произошло задолго до того, как какой-либо из чистых ферментов стал доступен химическому изучению, окончательно прояснило то обстоятельство, что процесс ферментативного катализа зависит от соединения фермента с субстратом. В основе всех этих представлений лежала обитая идея, что соединение с ферментом вызывает известного рода активацию молекулы субстрата. [c.171]

В третьей части книги (гл. 6—8) обсуждаются общие свойства ферментов, вопросы кинетики химических реакций и различные механизмы ферментативного катализа. В гл. 6 достаточно подробно изложены основы ферментативной кинетики, а также рассмотрены механизмы регуляции ферментативных реакций в клетках. В гл. 7 дана рациональная система классификации ферментативных реакций, включающая сведения о различных ферментах и методике их исследования. Гл. 8 посвящена химическим свойствам и специфической роли коферментов, причем эти свойства рассматриваются в связи с типами реакций, описанными в предыдущих главах. В этих главах много справочного материала, и их можно не читать целиком. Для студентов и преподавателей будет совсем нетрудно разобраться в изложенном здесь материале и применять его. При желании эту часть книги можно легко объединить с материалом гл. 2, где обсуждаются свойства белков, углеводов, нуклеиновых кислот и липидов. [c.8]

В книге анализируются вопросы, связанные с применением математических моделей для описания развития биологических процессов во времени. Рассматриваются основы химической кинетики, ферментативного катализа, молекулярной рецепции, фармакокинетики и клеточного роста. Обсуждаются аспекты прикладного и теоретического характера. Основные теоретические положения проиллюстрированы примерами. [c.2]

Мы ограничили рассмотрение областью гомогенных реакций в растворах. Однако это не означает, что разработанные здесь методики нельзя применить к другим областям, которые в книге опущены, в частности к цепным реакциям. Настоящая книга должна послужить руководством для исследователей, занимающихся установлением схем и механизмов органических, неорганических, а также биохимических реакций. В последнем случае описание реакций простых типов можно непосредственно применить к металлокомплексному катализу, включая кинетику ферментативных процессов. Это, например, может помочь биохимику понять основы кинетической теории биохимических реакций. Поскольку книга предназначена для химиков разных специальностей, при ее написании предпочтение отдавалось наиболее общим представлениям, а подробные примеры не включались. Надо надеяться, что читатель сможет понять свою специфическую кинетическую проблему и решить ее, прочитав данную книгу. Для этого не требуется никаких особых знаний химической кинетики или расчетных методов сверх курса высшей школы. Поистине удивительно, как применение нескольких простых математических выкладок помогает интерпретировать имеющие физический смысл кинетические данные. [c.9]

Эта книга предназначена в качестве учебного пособия в первую очередь для тех аспирантов, специализирующихся в области биохимии и родственных дисциплин, которые интересуются механизмом действия ферментов и знакомы с основами органической химии и биохимии, а также с элементами физической химии. В настоящее время имеются труды, в которых механизмы реакций описаны с позиций физической органической химии и которые можно использовать для анализа действия ферментов, а также ряд блестящих работ по кинетике ферментативных реакций. Тем не менее исследователь, не занимающийся специально механизмом действия ферментов, нуждается в кратком современном руководстве, в котором представления о ферментативном катализе были бы изложены с феноменологической точки зрения. В настоящей книге сделана попытку изложить этот материал, соблюдая по мере возможности равновесие между различными экспериментальными подходами и строго отделяя то, что доказано экспериментально, от гипотез. [c.8]

Обычно при описании кинетики реакций ферментативного катализа и математическом моделировании аппаратуры для их проведения за основу берут классическое уравнение Михаэлиса — Ментен, выведенное для системы с однокомпонентным субстратом [c.31]

Возникновение кинетики ферментативных реакпий, которое, кстати, произошло задолго до того, как какой-либо из чистых ферментов стал доступен химическому изучению, окончательно прояснило то обстоятельство, что процесс ферментативного катализа зависит от соединения фермента с субстратом. В основе этих представлений лежала общая идея, что соединение с ферментом вызывает известного рода активацию молекулы субстрата. [c.177]

Оценить ферментативное ускорение по сравнению с действием других катализаторов или по отношению к скорости неферментативной реакции в воде довольно трудно. Это связано с тем, что неферментативные реакции протекают часто с неизмеримо малой скоростью при тех же экспериментальных условиях, что и ферментативный катализ. В этом случае можно найти лишь нижний предел ускорения ферментативной реакции, как это иллюстрирует табл. 2 в гл. 1. Кроме того, ферментативные реакции подчиняются, как правило, совершенно иному кинетическому закону, чем скорость неферментативной реакции. Так, трудно сравнивать на разумной основе ферментативную реакцию, протекающую при pH 7 и контролируемую распадом фермент-субстратного комплекса (реакция первого порядка), не зависящим от pH, и процесс распада того ке субстрата, катализируемый кислотами и подчиняющийся кинетике реакции второго порядка. Иными словами, ферментативная реакция чаще всего имеет механизм, отличный от того, которому следует неферментативная реакция. Тем не менее нет никаких сомнений, что фермент понижает свободную энергию активации, поскольку свободная энергия активации аналогичного механизма, но без участия фермента является обычно столь высокой, что этот механизм в заметной степени не осуществляется. Однако оценить величину этого понижения трудно. [c.13]

Концепция фермент-субстратного комплекса является краеугольным камнем ферментативной кинетики и лежит в основе наших представлений о механизмах ферментативного катализа. В честь ученого, который ввел это понятие, комплекс субстрата с ферментом, образованный без участия ковалентных связей, часто называют комплексом Михаэлиса. [c.112]

Кинетика ферментативного катализа — наиболее развитый раздел биокинетики. Фактически ферментативный катализ является основой всей биологической кинетики. Молекулярная рецепция, фармокинетика, клеточный рост используют уравнения и методы, развитые в кинетике ферментативных реакций. [c.331]

К Л ё с о П А. А. Кинетико-термодинамические основы субстратной специфичности ферментативного катализа. Дис. иа соиск. учен. степ. докт. хим. наук. М., 1977. [c.205]

Небольшая по объему монография Г. Эвери Основы кинетики и механизмы химических реакций в сжатой и доступной форме излагает начала современной химической кинетики формальную кинетику, экспериментальные методы определения скоростей реакций, различные теоретические представления. В книге также рассмотрены радикально-цепные процессы, гомогенный, гетерогенный, ферментативный катализ, фотохимические реакции, методы исследования быстрых реакций. [c.4]

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]

В трехтомном нзланин, написанном учеными США, на самом современном уровне изложены основные прел-ставлення о биологических макромолекулах и методах исследования их структуры и функций. В третьем томе приведены материалы по термодинамике и кинетике аэаимодействня биополимеров друг с другом и с низкомолекулярными лигандами, основам ферментативного катализа, регуляции биологической активности биополимеров, кои-формационным превращениям нуклеиновых кислот и белков, а также по динамике мембранных структур. Кинга написана ясно и четко, на очень высоком научном уровне. [c.4]

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]

Многие авторы излагают основы ферментативной кинетики слишком формализованно, абстрагируясь от основных химических проблем энзимологии — роли химического строения фермента и субстрата в катализе, значения отдельных функциональных групп, электронных и стерических механизмов катализа и т. п. Дж. Уэстли стремится по возможности связывать формальные (кинетические) механизмы ферментативных реакций с химией катализа, и в этом, несомненно, большое достоинство его книги. Примеры исследований конкретных ферментов, хотя выбор их нередко носит в известной мере субъективный характер, достаточно убедительно иллюстрируют эту связь. [c.6]

Реакции в полиферментных системах с кинетической точки зрения можно рассматривать как последовательные процессы, специфической особенностью которых является катализ ферментами каждой из стадий реакции. Определенные успехи в настоящее время существуют в кинетическом описании и математическом моделировании реакций в полиферментных системах. Большую роль в этом играют методы качественного анализа систем нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих кинетику сложных реакций (Иваницкий, Сельков, Кринский, 1978). В последние годы определенное развитие получили методы конкретного детального расчета кинетики процессов на основе подходов, разработанных при изучении отдельных ферментативных реакций. [c.170]

Диксон разработал метод, который позволяет на основе данных по ферментативной кинетике идентифицировать функциональные группы, входящие в активный центр фермента. Если связывание субстрата или сам катализ сопровождаются диссоциацией функциональных групп белка или субстрата, то, используя кривые, характеризующие зависимость величин lg Утах, — gKм и lgvo от pH, можно приблизительно определить природу этих функциональных групп К В благоприятных случаях на графиках будут наблюдаться резкие перепады при значениях pH, соответствующих значениям рКа функциональных групп, непосредственно участвующих в ферментативном акте. Как известно, многие ферменты содержат каталитически важные сульфгидрильные и имидазольные группы, и приходится лишь сожалеть, что теплоты ионизации этих двух групп почти одинаковы. Если бы это было не так, то, используя метод Диксона, а также уравнение (4.51), можно было бы не только обнаруживать, но и различать эти два вездесущих нуклеофила. [c.248]