Формальная ферментативных реакций

Наука о ферментативном катализе (как и наука о любых химических реакциях) имеет две стороны — это представления о механизме и формальное описание его кинетических (или термодинамических) закономерностей. В первой части книги рассмотрен именно первый (механистический) аспект проблемы вторая часть посвящена формальной (практической) кинетике ферментативных реакций. При этом раздельно проведен кинетический анализ реакций, протекающих в нестационарных условиях (гл. V) и в стационарном режиме (гл. VI). [c.4]

Другой важный фактор, способствующий развитию стационарной кинетики ферментативных реакций, — простота экспериментальных методов исследования этих реакций в стационарном режиме. Существенную роль играет также и то, что формально-кинетический анализ уравнений стационарной кинетики, основанный на решении систем линейных алгебраических уравнений, достаточно прост и хорошо разработан (см. [2—4]), а также гл. VI). [c.174]

Кинетическое описание ферментативных реакций в нестационарном режиме связано с определенными математическими трудностями. Например, для анализа реакции, протекающей по схеме Михаэлиса — Ментен (схема 5.1), необходимо решить систему дифференциальных и алгебраических уравнений (5.2)—(5.5). Формально-кинетический анализ ферментативных реакций развивается как по пути использования численных методов интегрирования систем дифференциальных уравнений, так и по пути использования аналитических методов. Аналитическое решение имеет определенные преимущества. Поэтому важно указать, что аналитическое решение системы дифференциальных и алгебраических уравнений может быть существенно упрощено, если при использовании определенных условий систему можно трансформировать в линейную систему уравнений. Развитие методов нестационарной кинетики ферментативных реакций идет именно по этому пути. [c.175]

Предстационарная кинетика ферментативной реакции с участием промежуточных соединений. Формально-кинетический анализ кинетики каталитических реакций с участием промежуточных соединений может быть проведен и в обш,ем виде — для реакции с участием произвольного числа п промежуточных соединений [22]. [c.201]

Для предэкспоненциальных множителей формально мономолекулярных констант скорости ферментативных реакций характерны аномальные по сравнению с простыми химическими реакциями, значения, лежащие в пределах 10 —10 2с 1 (табл. 41). [c.191]

Для предэкспоненциальных множителей формально мономолекулярных констант скорости ферментативных реакций характерны аномальные , по сравнению с простыми химическими реакциями значения, лежащие в пределах 10 — 10 с (табл. 35). В реакционных сериях, различающихся структурой субстрата или эффектора, pH, температурным диапазоном, часто наблюдается компенсационный эффект [c.245]

Видимо, будущее развитие кинетики ферментативных реакций СО СЛОЖНОЙ стехиометрией покажет, насколько статистическая кинетика в ее современном варианте оказалась полезной для анализа конкретных экспериментальных данных. Автор, со своей стороны, полагает, что главное достоинство статистической ферментативной кинетики заключается не столько в ее значимости для расчета формальных эмпирических коэффициентов и количественного анализа экспериментальных кинетических кривых или в ее формулах, показывающих связь микроскопических и макроскопических параметров, сколько в ее общих выводах, иллюстрирующих принципиальные закономерности ферментативной деструкции полимерных субстратов во времени. Именно на эти закономерности будет обращаться основное внимание при изложении кинетики ферментативных превращений полимеров. В заключение данного раздела будут изложены кинетические подходы к деструкции полимерных субстратов, разработанные автором с коллегами, в которых сделана попытка уйти от формализованных статистических методов математического анализа и главное внимание уделено аналитической ферментативной кинетике. [c.107]

Математические модели кинетики роста микроорганизмов, образования продуктов биосинтеза и утилизации субстратов отличаются от известных моделей химической кинетики. В основу большинства используемых моделей роста микроорганизмов положены уравнения ферментативной кинетики микробиологических процессов [1—4, 23, 27]. Однако, учитывая значительное число протекающих в клетках стадий биохимических ферментативных реакций, применение законов ферментативной кинетики носит в большинстве случаев формальный характер. Отличительной особенностью большинства моделей является использование в качестве основного параметра модели численности или концентрации микробной популяции. Именно большая численность микробных популяций позволяет широко применять при моделировании кинетики роста детерминистический подход, опирающийся на хорошо развитый аппарат дифференциальных уравнений. В то же время известны работы, в которых используются стохастические модели кинетики [25]. Среди них распространены работы, основанные на простой концепции рождения и гибели , что в математическом аспекте позволяет применять аппарат марковских процессов. В более сложных моделях микробная популяция представляется Б виде конечного числа классов, каждый из которых ха- [c.53]

В настоящей главе рассмотрены некоторые вопросы формальной кинетики гомогенных каталитических и ферментативных реакций. Поскольку кинетике химических и ферментативных реакций посвящено достаточно большое число общедоступных изданий, здесь будут кратко рассмотрены лишь общие вопросы. Большее внимание будет уделено разделам, непосредственно связанным со специфическими проблемами катализа. Теория элементарных актов химических и ферментативных процессов изложена в гл. 6, 8. [c.467]

Формальная кинетика ферментативных реакций [c.254]

Задачей формальной кинетики ферментативных реакций является расчет скорости ферментативных реакций для различного момента времени и различных концентраций субстрата. Формальная кинетика ферментативных реакций основывается на теории Михаэлиса — Ментена (1913 г.), согласно которой ферментативная реакция протекает через образование промежуточного соединения. При наличии одного субстрата (реагирующего вещества) реакция схематически может быть изображена следующим образом [c.254]

Ферментативный гидролиз сахарозы существенно отличается от реакции, катализируемой кислотой. В своей классической работе 1902 года Браун [4] показал, что абсолютное количество сахарозы, гидролизуемое в единицу времени, не зависит от начальной концентрации сахарозы. Другими словами, оказалось, что реакция гидролиза имеет нулевой порядок по сахарозе. Интерпретация этого наблюдения, предложенная Брауном, послужила основой практически всех возникших в дальнейшем представлений о механизме действия фермента. Браун предположил, что фермент соединяется с сахарозой в комплекс, который затем расщепляется с образованием продуктов реакции и освобождением фермента. Полученные Брауном экспериментальные данные соответствуют тому, что должно происходить в такой системе, содержащей небольшое количество фермента и избыток сахарозы. Формальный механизм реакции может быть выражен схемой [c.38]

Во второй части книги мы рассмотрели методы, с помощью которых можно выяснить формально-кинетический механизм ферментативной реакции, а в гл.Х и XI — методы, позволяющие установить число и тип кинетически значимых промежуточных соединений. Такого рода исследования позволяют оценить некоторые константы скорости и константы равновесия при определенных условиях реакции. Дальнейшая задача состоит в том, чтобы использовать эти данные для выявления тех особых химических свойств фермента, которые проявляются на каждой индивидуальной стадии процесса. Один из самых главных вопросов, который может быть исследован экспериментально, касается качественной оценки вызываемых ферментом изменений распределения электронов в молекуле субстрата. [c.191]

Из уравнения (9.5) видно, что двухстадийная ферментативная реакция в замороженных растворах формально должна описываться схемой Михаэлиса с другой константой / m, исправленной с учетом концентрирования реагентов. [c.248]

Статья Уэя и Претера Структура и анализ сложных реакционных систем посвящена важному, но еще мало исследованному вопросу о формальной кинетике сложных реакций. К числу последних относятся каталитические и ферментативные реакции. Авторы описывают способы определения констант скоростей частных реакций исходя из концентраций веществ, принимающих участие в реакции и их изменений во времени. Таким образом, измеренные скорости реакций оказывается возможным выразить через истинные индивидуальные константы скорости реакции реагирующих веществ. Кинетические уравне- [c.5]

Следует отметить, некоторую непоследовательность допущений, сделанных В. М. Фишманом при построении модели в одних случаях предполагается ферментативный характер процессов, в других—смешанный, а в третьих, например при оценке скорости выделения антибиотика, что также в основе имеет механизм ферментативной реакции, автор обращается к формальной кинетике реакции нулевого порядка. [c.87]

Большинство математических моделей микробной популяции является квазигомогенными, т. к. формально представляют популяцию как химическую систему, в которой все концентрации биологически важных веществ, как и сама живая биомасса, равномерно распределены по объему аппарата. Такое представление позволяет использовать для математического описания уравнения, полученные для гомогенных химических или ферментативных реакций. Квазигомогенные модели в свою очередь подразделяются на неструктурированные и структурированные . Неструктурированные модели рассматривают микробную массу неизменной по состоянию, она характеризуется только количественно своей концентрацией х. [c.14]

Ферментативные реакции, многие из которых описываются формальными схемами переносного катализа [c.10]

Формально уравнением Михаэлиса — Ментен можно представить также и начальную стационарную скорость многостадийной реакции, в которой все стадии обратимы. Но в этом случае значения и окажутся весьма сложными функциями констант скоростей отдельных стадий. Подробная информация по кинетическому описанию сложных ферментативных реакций изложена в специальных руководствах. [c.108]

Ускорение ферментативных реакций по сравнению с соответствующими неферментативными означает на языке формальной кинетики, что величина активационного барьера АО в ферментативных реакциях снижается АО < AOf). Это может происходить за счет снижения абсолютной величины 5 < 15 , а также за счет уменьшения энтальпии активации АН " < АД (индексы е и О относятся соответственно к ферментативным и неферментативным реакциям). [c.420]

Время проведения. Длительность ИФА при наличии готовых реагентов и методики складывается из времени, затрачиваемого на реакцию антиген — антитело, промывку и дозировку компонентов, а также времени проведения и регистрации ферментативной реакции. При осуществлении твердофазного ИФА лимитирующей по времени стадией является доведение реакции антиген — антитело до равновесного состояния. Так как взаимодействие антитела с антигеном формально представляет обратимую реакцию второго порядка, то время приближения к равновесию возрастает с уменьшением концентрации определяемого антигена. Фактором, определяющим время достижения равновесия, является константа скорости образования комплекса антиген—антитело. [c.226]

Ферментативное гидроксилирование. Эта реакция играет важную роль в метаболизме органических соединений. Формальным результатом процесса является внедрение одного атома кислорода по связи С—Н. [c.216]

Анализ кинетической схемы ферментативной реакции типа (6.177) формально сводится к подсчету концентрации активной формы фермента иаходя из выражений для констант диссоциации ионогенных групп его активного центра (или ионогенных групп фермента, контролирующих состояние активного центра). Для этой цели запишем, как обычно, уравнение скорости [c.259]

Из уравнения (7.4) следует, что кинетика трехстадийных ферментативных реакций формально описывается классической двухста-дийной схемой (7.5), и, следовательно, к ним применимы все основные методы кинетической обработки двухстадийных реакций, рассмотренные в гл. 5 [c.145]

Изотопный обмен 0 может быть использован для более полного изучения реакций ферментативных превращений. При катализе большая группа ферментов (фосфотрансфераз) расщепляет фосфаты, ответственные за энергозапас, и таким образом осуществляется перенос фосфатной группы или на другой субстрат (киназу) или на окружающую воду (гидролазу). При ферментативном гидролизе нуклеозидтрифосфата (НТФ), ответственного за энергозапас клетки, в качестве промежуточного продукта возникает такое состояние фосфатной группы, при котором связь с ангидридом фосфорной кислоты уже расщеплена, однако фосфатный остаток Р,- еще связан с нукле-озиддифосфатом (НДФ) и присоединен к ферменту Е. Формально эту реакцию можно представить в виде следующего уравнения [c.86]

ЭФФЕКТОРЫ ФЕРМЕНТОВ, взмевягот скорость ферментативной р-ции. Различают ингибиторы (снижают скорость) и активаторы (повышают скорость). Конкурентные ингибиторы уменьшают константу Михаэлиса (см. Ферментативных реакций кинетика), неконкурентные — макс. скорость р-ции. Ингибиторы смет, типа действуют по обоим механизмам одновременно. Активаторы влияют, как правило, на макс. скорость р-ции. Для ферментов, состоящих из неск. субъединиц, Э. ф. часто влияют на сродство фермента к субстрату (аллостерич. Э. ф.). Прн этом связывание Э. ф. на одной субъединице может повышать или понижать сродство к субстрату др. субъединицы. Это проявляется в изменении характера зависимости скорости р-ции (или ф-ции насыщения фермента субстратом) от концентрации субстрата (появление З-образной или др. типов негипербо-лич. зависимости). Э. ф. могут быть аналоги субстратов (налр., производные.О-аминокислот — ингибиторы протеолитич. ферментов), ионы металлов, мн. анионы (Р , СЫ и др.). Формально Э. ф. является Н+, т. к. изменение pH таеды влияет на скорость ферментативной р-ции. Эхинопсин (М-метил-4-хинолон), хиноли-новый алкалоид, содержащийся в семенах О [c.724]

Представляют интерес также ферментативные реакции с участием воды (имеется в виду стехиометрически реагирующая вода). В разнообразных реакциях ферментативного гидролиза и дегидратации (как в приведенных выше примерах действия холинэстеразы и фумаратгидратазы) вода служит одним из субстратов действия ферментов и, следовательно, такие реакции надо рассматривать по сути дела не как односубстратные, а как двухсубстратные. Однако, ввиду того, что все ферментативные реакции протекают в разбавленных водных растворах, где концентрация воды превышает на несколько порядков концентрацию остальных партнеров реакции, кинетически гидролиз и дегидратация могут быть описаны без учета изменения концентрации воды, т. е. формально как односубстратные реакции. [c.35]

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]

Выводы, к которым мы пришли Б гл. II— IV, по большей части строго приложимы только к односубстратным реакциям. Для таких реакций формальные стороны механизма (т. е. последовательность реакций, изображаемая, скажем, так, как на стр. 43) вполне ясны и легко поддаются анализу. Но, к сожалению, почти во всех ферментативных реакциях участвуют по меньшей мере два субстрата Ч До недавнего времени это препятствовало однозначному кинетическому анализу механизма ферментативных реакций. Однако предложение Кошланда классифицировать трансферазные реакции на основе представления об однотактном и двухтактном замещении (аналогично ЗМг и ЗЫг-механизмам органических реакций) дало возможность начать плодотворное обсуждение формальных [c.119]

В ранних работах при обсуждении критериев, позволяющих делать выводы о формальных механизмах ферментативных реакций, кинетический подход почти всегда игнорировался. Вместе с тем на основании кинетического анализа двухсубстратной реакции обычно можно с достоверностью установить, протекает ли она через образование третичного комплекса с интактными субстратами или через замещенную форму фермента. Основная заслуга в развитии теории стационарной кинетики, необходимом для этих целей, принадлежит Альберти [1, 2], Дальцилю [3, 4], Фридену [5], Клеланду [c.129]

Методы формальной кинетики, описанные в гл. IX, позволяют вычислять некоторые индивидуальные константы скорости мономолекулярных стадий -И константы равновесия для некоторых бимолекулярных стадий ферментативной реакции. Помимо того, с помощью методов стационарной кинетики иногда удается получить такую информацию об относительных величинах индивидуальных констант скорости, которая дает возможность делать полезные приближенные оценки (как, например, в случае, когда различн хе формы фермента находятся в равновесии и Кт Кз). Ниже мы обсудим стратегию и тактику, применяемые для этих целей. В следующих главах будет показано, как можно использовать эти константы для выявления важных функциональных групп в молекуле фермента и установления их роли в катализе. [c.159]

Этот общий подход был до сих пор не очень популярен в энзимологии, вероятно, потому, что интерпретация некоторых результатов, полученных в ранних исследованиях, оказалась затруднительной. Эти трудности возникали не из-за отсутствия точных сведений об электронном строении субстратов ранние представления Ингольда [1] об индуктивных эффектах были вполне достаточны для необходимых качественных оценок. Такие оценки можно было произвести на основе полуколи-чественных эмпирических уравнений Гаммета [2, 3] и Тафта [4]. Недоставало лишь строгой теории ферментативной кинетики. Формальные механизмы реакции были неясны, и невозможно было выяснить, какие именно константы скорости или их комбинации подверглись воздействию. Обычно предполагалась псевдоодносубстратная кинетика, и иногда это предположение дополнялось предположением о равновесных условиях реакции редко гарантировалось определение истинных начальных ско- [c.192]

В книге рассмотрены формальная кинетика химических реакций в статических условиях и в потоке, общие закономерности распада и образования молекул, основы теории столкновений и переходного состояния, теории моно- и тримолеку-лярных реакций, кинетика реакций в растворах, теория цепных и фотохимических реакций, кинетика, химических реакций под действием излучений высокой энергии, современные теории гомогенных и гетерогенных каталитических реакций, кинетика ферментативных реакций и реакций образования высокомолекулярных соединений. Достаточно подробно дан вывод всех формул. [c.2]

Формальная кинетика ферментативных реакций основывается на теории Михаэлиса — Ментен [298, И. Березин], согласно которой фермент сначала реагирует с субстратом 5 с образованием фермент-суб-стратного комплекса Е5, распадающегося затем на свободный фермент и продукт Р. Предположим, что [c.132]

Описаны многочисленные исследования в области асимметрического синтеза, которые формально имеют сходство с реакциями трансаминирования под действием ниридоксаля. В ферментативной реакции а-кетокислота превращается в аминокислоту в присутствии транс-аминозы и распространенного кофер- [c.355]

Гипотеза двух групп допускает простое математическое описание, а качественная картина ясна из общих соображений. При малых значениях pH обе рассматриваемые группы будут протонированными, и в связи с этим фермент окажется неактивным. При высоких pH обе группы лишены протонов, в связи с чем фермент также окажется неактивным. И только в области pH, лежащей между рК1 и рКг, значительная часть фермента содержит одну протонированную и одну депрото-нированную группу, что по сделанному предположению отвечает активной форме. Количественная обработка этой гипотезы сводится к подсчету концентрации промежуточной формы фермента с помощью двух констант ионизации и Кг для соответствующих групп. Формальная сторона задачи совпадает с изучением диссоциации двухосновной кислоты, что в свое время было использовано Михаэлисом в кинетике ферментативных реакций для описания кривой зависимости ферментативной активности от pH. Если через ЕНг, ЕН и Е обозначить три рассматриваемые формы фермента, из которых активна только ЕН , то сказанному отвечает схема [c.75]

Простейший тип рН-зависимости скорости ферментативной реакции, наблюдаемый в том случае, когда в процессе ионизации участвует единственная кислая или основная группа, не отличается от общего случая гиперболического ингибирования иди активации, рассмотренного в гл. 4. С формальной точки зрения прохонирование основной группы фермента представляет собой просто частный случай связывания модификатора на особом центре, и поэтому приводить снова алгебраические выкладки для этого простейшего случая нет необходимости. Однако между протонами и другими модификаторами существуют определенные различия, вследствие чего протоны целесообразно рассматривать отдельно от модификаторов другого типа. Прежде всего активность практически всех ферментов зависит от концентрации протонов, и поэтому протон является гораздо более важным модификатором, чем любой другой модификатор. По своим размерам протон гораздо меньше всех химических соединений, и для него отсутствуют стерические ограничения. Это приводит к тому, что многие кинетические явления, невозможные для других модификаторов, для протона распространены весьма широко (например, чистое неконкурентное ингибирование). Концентрация протонов измеряется и контролируется в гораздо большем интервале, нежели при использовании любого другого модификатора, поэтому можно ожидать, что удастся зарегистрировать все вызываемые ими эффекты. Наконец, протоны обычно связываются с многими центрами в молекуле фермента, и для всестороннего анализа -рН-зависимости скорости ферментативной реакции рассмотреть связывание протона только с одним центром, как правило, недостаточно. [c.143]

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]

В случае синтетических субстратов получались пластеины с более низкими молекулярными массами, чем при работе с продуктами, полученными при ферментативном распаде белков. Хотя механизм пластеиновой реакции выяснен еще не полностью, формально речь здесь идет об обращении катализируемого протеазами расщепления пептидной связи (разд. 2.2.5.8). [c.211]

Аналогично можно сформулировать механизм биосинтеза жирных кислот посредством последовательного присоединения двууглеродных фрагментов к молекуле ацетилкофермента А ( исходная частица ). Однако, по крайней мере в данном случае, необходим, по-видимому, более эффективный нуклеофил, и поэтому в качестве удлиняющего цепь агента используется малонилкофермент А (83) [70] (последний образуется из ацетилкофермента А в результате АТР-зависимого ферментативного карбокснлирования). Движущей силой реакции конденсации является декарбоксилирование, сдвигающее равновесие вправо, в результате чего образуется ацето-ацетильное производное. Прежде чем вступить в конденсацию, ацетильные и малонильные группы переносятся, вероятно, на специальный белок-носитель, а затем на фермент (синтетазу жирных кислот). В каждом случае, однако, конденсация проходит с участием тиоловых сложных эфиров и формально аналогична показанной на схемах (55), (56). Биосинтез поликетидов протекает по близкому механизму. [c.614]

Следует отметить сходство между уравнением (2 ) и уравнением Лэнг-мюра, связывающим количество адсорбированного газа (= [ES]) на поверхности с давлением газа (= [SJq) уравнение (2) формально аналогично уравнениям скорости гетерогенно-каталитических мономолекулярных реакций. Это, очевидно, обусловлено одинаковой постановкой вопроса и из него не обязательно следует, что ферментативные и гетерогенно-каталитические реакции протекают через сходные молекулярные стадии. [c.117]