Деформация субстратов

Фермент, в свою очередь, оказывает значительное влияние на субстрат. Под влиянием фермента структура субстрата изменяется сначала образуется переходное состояние, а затем продукты ферментативной реакции. Оказалось, что для фермента каталитически выгодно комплементарное соответствие не основному, а переходному состоянию субстрата. Это также было доказано при помощи синтетических аналогов переходного состояния субстрата. Л. Полинг и Дж. Холдейн предложили концепцию деформации субстрата, связанную с его модификацией под действием фермента. Однако главным является то, что субстрат в переходном состоянии взаимодействует с ферментом многократно [c.69]

Проблема снижения энергетического барьера. С термодинамической точки зрения, конформационной энергии связывания может быть достаточно для деформации субстрата, однако, чтобы использовать эту энергию в разрыве сильных ковалентных связей в субстрате, необходимо, в свою очередь, образование других сильных связей. Возникает вопрос какова природа предполагаемых напряженных конформационных состояний, которые должны вызывать столь существенные изменения энергии напряжения, и каковы вообще непосредственные доказательства их существования в фермент-субстратном комплексе Именно в решении этого вопроса физико-химическое описание катализа встречается с серьезными трудностями. [c.422]

Влияние, которое оказали результаты рентгеноструктурного анализа белков на изучение их фракций, детально рассматривается в следующем томе настоящего издания. Здесь хотелось бы обратить внимание на то, что наличие уже в течение нескольких десятилетий уникальной структурной информации все еще не привело к концептуальному развитию или переосмыслению представлений о природе и принципах функционирования белков, сложившихся до становления кристаллографии макромолекул. Ставшие доступными данные рентгеноструктурного анализа о пространственном строении белковых молекул не вызвали качественных изменений в понимании биокатализа, гормон-рецепторных взаимодействий и многих других явлений. Функционирование биосистем молекулярного уровня не обрело строгой трактовки в рамках сформулированных ранее концепций ферментативных и иных реакций, равно как и последние не получили на основе структурных данных своей объективной оценки. По-прежнему, фундаментальные различия между обычными химическими реакциями в растворе и реакциями, осуществляемыми ферментами, продолжают видеться в напряжении и деформации субстрата при его сорбции в активном центре в сторону переходного состояния, в индуцированном соответствии и принудительных конформационных изменениях фермента, в его изна- [c.75]

Первая стадия — самая быстрая — является лимитирующей стадией каталитического процесса в целом. Скорость ее протекания зависит от структур фермента и субстрата, природы среды, в которой осуществляется ферментативная реакция, pH и температуры. Ферменты характеризуются специфичностью по отношению к субстратам и высокой энергией связывания с ними. Эта энергия частично используется для деформации субстрата и снижения энергии активации последующей химической реакции. [c.69]

Особое внимание следует уделить изучению микрорельефа поверхности субстрата, ее гетерогенности методом визуализации активных центров поверхности, раскрытию природы их действия, измерению поверхностной энергии. Это важно нри изучении закономерностей формирования адгезионного соединения. Смачивание поверхности субстрата адгезивом, влияние полимерной природы адгезива на смачивание, зависимость смачивания от деформации субстрата — все эти вопросы еш,е недостаточно изучены, хотя их значение для понимания механизма адгезии полимеров несомненно. [c.386]

Теория переноса энергии, называемая иногда теорией деформации или теорией дыбы , была разработана для гидролитических ферментов. Согласно этой теории, когда субстрат присоединяется к ферменту, происходит деформация субстрата. Фермент удерживает субстрат в двух или более точках так, что движения, свойственные третичной структуре белка, могут сжимать или растягивать субстрат и тем самым активировать его. Эта теория не имеет простой количественной основы, но ее можно подвергнуть простой проверке. [c.73]

В настоящее время можно говорить о сближении ряда теорий по некоторым основным положениям. Это прежде всего касается оценки адгезионного взаимодействия (или прочности адгезионного соединения) и выявления роли факторов, влияющих на этот показатель. Теперь общепризнано, что при определении этой величины необходимо учитывать затраты энергии на деформацию субстрата или пленки адгезива, когезионные свойства последнего, роль остаточных напряжений, распределение напряжений в соединении и их однородность. [c.8]

Измерение деформации субстрата [c.267]

В связи с тем, что прямые методы измерения площади контакта (по диаметру площадки деформации на стальном шаре при статическом вдавливании в плиту с заданными механическими свойствами или по ширине следа износа на плите) в данном случае неприменимы [141, были использованы теоретические уравнения деформации [19, 20]. Для косвенных расчетов изменения площади контакта с нагрузкой пользовались известными механическими свойствами субстратов (см. табл. 1) в сочетании с зависимостью коэффициента кинетического трения от нагрузки [уравнение (13)]. Последнее соотношение служило для определения вида деформации субстрата (упругая, упруго-пластическая и полностью пластическая), знание которого позволяет проводить соответствующие цифровые расчеты или графические построения для определения площади контакта. [c.267]

При нагружении клеевого соединения пластмасс (при условии максимально возможной адгезии) сначала наблюдается деформация субстрата. В случае высокой адгезии постепенно происходит разрушение субстрата вне шва. Это наблюдается в той случае, если прочность адгезионных связей выше, чем когезия субстрата. [c.166]

На рис. 7.8—7.10 схематически изображены способы испытаний на прочность при сдвиге. По некоторым стандартам эти методы нельзя применять для эластичных материалов, таких как пластики, каучуки и их комбинации, так как при склеивании внахлестку в соединении в результате деформации субстратов возникают напряжения отдира. Для предотвращения этого испытания проводят на соединениях, конструкция которых исключает деформацию субстратов, возникающую из-за того, что нагрузка не действует точно в плоскости шва. [c.213]

Как было показано в гл. 2, высокая каталитическая активность многих ферментов обусловливается в значительной мере факторами энтропийной природы, участием в катализе кислых и основных групп фермента и электростатическими эффектами. Важнейшей особенностью ферментов является также их специфичность в отношении субстратов и высокая энергия связывания. В 1930 г. Холдейн высказал предположение, что эта энергия используется для деформации субстрата до структуры продуктов [1], и теоретиками были рассмотрены различные способы использования энергии связывания для понижения энергии активации стадии химического превращения субстрата. [c.293]

Концепция деформации принадлежит Холдейну и Полингу [1, 4] и состоит в том, что активный центр фермента структурно комплементарен не самому субстрату, а переходному состоянию. При связывании с ферментом в субстрате возникают напряжения или деформации. Говоря словами Холдейна, в модели Фишера замка и ключа ключ не совсем подходит к замку, а подвергается в замке некоторой деформации (рис. 10.5). В настоящее время эта концепция применяется в модифицированном виде как концепция стабилизации переходного состояния дело не в деформации субстрата, а в том, что переходное [c.311]

Деформация дополнительные группы в больших по размеру субстратах участвуют в деформации субстрата, а не в связывании. (Б рамках теории стабилизации переходного состояния это [c.316]

Точное расположение участвующих в катализе остатков и субстратов, геометрическое растяжение (деформация субстрата), перемещение электронов и десольватация субстрата. [c.227]

Более внимательное рассмотрение изложенной выше концепции приводит к выводу, что для специфических фермент-субстратных взаимодействий "вовсе не обязательны напряжение или деформация субстрата. Достаточно, чтобы взаимодействие фермента с субстратом было лучнге в переходном состоянии по сравнению с основным состоянием фермент-субстратного комплекса. Этот вопрос детально рассмотрен в первой части книги [81]. Например, если субстрат в ходе его ферментативного превращения и, следовательно, структурной перестройки изменяет свою конформацию так, что прочность его взаимодействия с ферментом в переходном состоянии возрастает, то уменьшается свободная энергия активации и ускоряется реакция. При этом субстрат совершенно не обязательно должен подвергаться какой-либо деформации (т. е. изменению длин ковалентных связей и искажению валентных углов) при образовании комплекса Михаэлиса. Он может связаться с ферментом, помещая свою реакционноспособную связь в непосредственной близости от каталитически активных групп, но так, что прочность связывания при этом еще достаточно далека от потенциально достижимой. Тем самым субстрат как бы резервирует свободную энергию связывания для переходного состояния, что также приводит к ускорению ферментативной реакции. [c.163]

В связи с тем что деформация субстратов нри нековалентном связыванин с лизоцимом маловероятна, особого внимания заслуживают так называемые аналоги переходного состояния в катализе лизоцимом [23, 90], или соединения, способные очен > эффективно связываться с ферментом и обладающие структурой, по ряду признаков подобной структуре субстрата в переходном состоянии реакции. Наиболее известным аналогом переходного состояния в катализе лизоцимом является 6-лактон, полученный окислением восстанавливающего сахаридного кольца 1 -ацетил-хитотетраозы [c.166]

Следовательно, формаль1го переход сахаридного остатка у расщепляемой связи от конформации кресла к конформации полукресла в переходном состоянии реакции может привести к ускорению ферментативного превращения в 10 —Ю раз [90]. Несколько позже эти данные и расчеты серьезно пересматривались [89], и было показано, что лактонная концевая группа (153) связывается с участком D активного центра лизоцима лишь в 30 раз более эффективно, чем обычный N-ацетилглюкозаминный остаток. При этом карбонильный атом кислорода лактонной группы образует дополнительную водородную связь с остатком Asp 52 лизоцима и тем самым может вносить дополнительный вклад в связывание с активным центром тем самым достоверность данных о необычно эффективном взаимодействии лактона с лизоцимом становится вообще неопределенной [89]. Однако в любом случае, взаимодействует ли лактон с ферментом прочно или нет, не имеет никакого отношения к напряжению или деформации субстрата в активном центре лизоцима. Даже если лактон и является аналогом цереходного состояния в катализе лизоцимом, опыты по его связыванию с ферментом не могут дать никакого ответа на то, в какой форме — искаженной или обычной (стабильной) — субстрат находится в комплексе Михаэлиса с ферментом. Таким образом, по эффективности связывания лактонов с лизоцимом нельзя судить о деформациях в активном центре. [c.167]

Отметим также другой фактор, которому до последнего времени не уделялось необходимого внимания,-деформация субстрата в результате его смачивания адгезивом, играющая существенную роль в упругодеформируемых телах, например, эластомерах. Основные проблемы сводятся [c.26]

Анализ выражения (56) позволяет получить еще один практически важный вывод, не вытекающий из основного уравнения Юнга. Согласно физическому смыслу параметра х, эта величина связана с работой деформации на линии трехфазного контакта, и, следовательно, ее значение для анизотропного твердого тела зависит от положения молекулы на этой линии даже при постоянстве о,, и Иными словами, при приложении одной и той же силы работа деформации субстрата различна для разных направлений, что отражается изменением х и соответственно 9. Такая анизотропия краевого угла была экспериментально обнаружена в результате исследования смачивания однооснодеформированных образцов эластомеров [109], т.е. объектов, для которых характерно изменение ориентации молекулярных цепей под действием нагрузки [110, 111]. Для бутадиенни-трильного сополимера СКН-18 молекулярная ориентация в направлении растяжения на 150% приводит к увеличению поверхностного натяжения почти вдвое, а для полиэтилена и полиметилметакрилата соответствующие значения возрастают на 6 и 7 мН/м соответственно. Гуд и сотр. [112] изучили влияние растяжения политетрафторэтилена на изменение краевых углов натекания (0+) и оттекания (0 ), оценивая гистерезис разностью Н = = 9+—9 . В согласии с изложенными представлениями обнаружена заметная анизотропия краевых углов, причем капля смачивающих жидкостей вытянута в направлении деформирования субстрата. С ростом степени последнего изменяются значения и 9. и 9 , однако первые из них в большей мере для направления перпендикулярного (рис. 9, а), а вторые-для параллельного оси ориентации (рис. 9,6). Поэтому растяжение субстрата при- [c.29]

Рассмотренные общие представления о влиянии деформационных факторов на закономерности смачивания субстратов существенны для термодинамики образования адгезионных соединений. В реальных случаях деформация субстрата заметно изменяет величину краевого угла при его смачивании жидкостью. Так, деформация полиэфиримида [118] на 30% уменьшает значения 0 при взаимодействии полимера с водой на 5,5°, при смачивании менее полярными жидкостями с а, = 61-62 мН/м-почти на 7° (рис. 10), а 20%-ная деформация приводит к росту прочности клеевых соединений, полученных с помощью полиэфирно-эпоксидного и полиэфир-циануратного адгезивов, соответственно на 20 и 15% (рис. И). [c.31]

Что же тогда обусловливает распространенность использования уравнений Юнга и Дюпре-Юнга для термодинамического анализа адгезионных систем Основной причиной, по нашему мнению, является то, что связь между экспериментально определяемым поверхностным натяжением и поверхностной энергией твердых тел, устанавливается для тензора соотношением, включающим тензор деформации субстрата и символ Кро-некера [c.34]

Предположение о том, что фермент связывает субстрат с нарушением его конформации, было впервые высказано в 1930 г. Дж. Холдейном [224] и в 1946 г. детализировано Л. Полингом [225]. В согласии с идеей Холдейна и Полинга в концепции, предложенной в 1954 г. Г. Эйрингом, Р. Ламри и Дж. Спайксом [226], фундаментальное значение в ферментативном катализе придается напряжению и принудительной деформации субстрата, возникающим при сорбции и приводящим к перераспределению электронной плотности в определенной его части. Такая трактовка механизма биологического катализа получила название концепции "дыбы", или принципа "лилипутов . Частичная дестабилизация невалентного фермент-субстратного взаимодействия приближает структуру субстрата к переходному состоянию и тем самым снижает активационный барьер и увеличивает скорость последующей стадии каталитического акта [227]. [c.53]

Теория напряжений претерпела определенную эволюцию от постулирования геометрических деформаций субстрата (теория "дыбы") [1375,24491 до трактовки напряжений как следствия десольватационных, электростатическш и энтропийных эффектов [9,14041. [c.363]

Если в теории напряжения энергия связывания субстрата с ферментом расходуется на деформацию субстрата, то в теории индуцированного соответствия эта энергия расходуется на изменение фермента [3019-3352,3406], Предполагается, что хороший субстрат эффективно изменяет конформацшо фермента в направлении энергетически невыгодной, но каталитически более активной структуры. Разные субстраты вызывают различный "конформац1 онный ответ" фермента, чем и определяется их способность к превращению. [c.364]

Как было показано в гл. 8, теория индуцированного соответствия хорошо объясняет некоторые явления, наблюдаемые в случае аллостерических ферментов. Эта теория была предложена ранее для объяснения субстратной специфичности для простых (неаллостерических) ферментов. Предполагается, что в отсутствие субстрата фермент структурно не комплементарен переходному состоянию. Однако, поскольку молекула фермента довольно гибкая, а субстрат имеет жесткую структуру, при образовании фермент-субстратного комплекса каталитические группы на ферменте ориентируются оптимальным для катализа образом это означает, что фермент становится комплементарным переходному состоянию только после связывания субстрата. В классическом варианте концепции деформации считается, что /См возрастает за счет той составляющей энергии связывания, которая отвечает за деформацию субстрата, а в теории индуцированного соответствия — за счет той составляющей энергии связывания, которая отвечает за деформацию фермента. [c.312]

Хотя в некоторых случаях напряжение представляет собой истинную деформацию субстрата, зачастую оно вообще не сопровождается искажением структуры последнего. Такая ситуация возникает либо в том случае, когда между субстратом и ферментом имеются неблагоприятные взаимодействия, устраняющиеся в переходном состоянии, либо когда при образовании переходного состояния возникает дополнительное взаимодействие, не реализующееся в фермент-субстратном комплексе. В обоих случаях существуют силы, изменяющие структуру субстрата, с тем чтобы приблизить ее к структуре переходного состояния. Поскольку нековалентные взаимодействия довольно слабые (за исключением вандерваальсовых сил отталкивания), а ферменты и субстраты — достаточно гибкие молекулы, трудно ожидать, что взаимодействие фермента с субстратом приведет к деформации последнего. Может иметь место лишь поворот групп субстрата относительно простых связей (как, например, при конформационных изменениях субстратов лизоцима), растяжение же этих связей или их деформация вряд ли возможны, поскольку это требует больших энергетических затрат. Энергии связывания вполне достаточно для деформации субстрата, однако для использования этой энергии необходимо, чтобы ее значение существенно изменялось на очень коротком расстоянии, т. е. чтобы образовалась сильная связь. На основании энергетических расчетов Левитт пришел к следующему выводу Небольшие изменения конформации субстрата, приводящие к существенным изменениям энергии напряжения, не могут быть вызваны связыванием с ферментом [8, 36]. Кроме того, он предположил, что самые большие по величине силы, которые принимают участие в деформации субстрата, не превышают 12 кДж-(моль-А)- [3 ккал-(моль-А)- ], что приводит к смещению атомов на 1 А. Деформация может иметь место лишь в предельных случаях, и обычно напряжение определяется тонко [c.323]

Традиционный подход к анализу процессов ферментативного катализа, сформировавшийся на основании химических исследований задолго до определения кристаллической структуры ферментов, основывается на следуюш,их факторах общий кислотно-основный катализ катализ ионами металлов нуклеофильный катализ электростатический катализ эффекты подобия (сочетание внутримолекулярной реакции и правильной ориентации) напряжение (деформация субстрата) индуцированное соответствие (деформация фермента). Наличие всех этих факторов в настоящее время в той или иной степени установлено. Наиболее распространен общий кислотно-основный катализ [реакции, катализируемые дегидрогеназами, сериновыми протеазами (а также, по-видимому, тиоловыми протеазами и карбок-сипептидазами), рибонуклеазами, лизоцимом]. Ускорение реакций ионами металлов в его классической форме стабилизации аниона имеет место при функционировании карбоксипептидазы [c.413]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология