Биокатализ

Эти свойства ферментов обусловлен весьма сложным механизмом их действия, многие стороны которого еще до конца не раскрыты. Представления о механизмах ферментативного катализа получили наиболее существенное развитие лишь в последние 10—20 лет. Еще в начале XX в. считали,- что биокатализаторы не принадлежат ни к одному из известных классов органических соединений. Более того, многие ученые полагали, что существует определенная связь между высокой эффективностью биокатализа и открытым в то время явлением радиоактивного излучения [8]. Лишь в 1926 г. Самнер установил, что ферменты представляют собой белки. [c.7]

Значение биокатализа для сельского хозяйства исключительно велико. Так, процесс превращения не усвояемых растениями форм органических соединений почвы и удобрений (перегной, навоз, зеленые удобрения) в усвояемые идет ферментативным путем. Ферменты играют большую роль при прорастании зерна. [c.143]

Сопряжение реакций различают скрытое и явное. В обычном катализе среди сложных реакций пока преобладает первое, что объясняется недостаточным овладением механизмом сопряжения реакций. В биокатализе, напротив, выявлено и исследовано множество важных и интересных случаев явного сопряжения [81]. Другой важный классификационный признак — это фазовый характер сопряжения. Сопрягаемые реакции могут протекать в одних определенных фазовых условиях, но нередко сопрягаются стадии и процессы, происходящие в различных фазах. Наконец, можно различать формы сопряжения по механизму его осуществления (табл. 7.3). [c.305]

Окисление водорода. Гидрирование бензола и его гомологов при низких температурах Гидрирование ацетилена. Синтезы на основе СО Нг Необратимый катализ Зелинского. Дивинил из этанола по Лебедеву. Сопряжение окислительных реакций с эндотермическим синтезом в биокатализе [c.304]

На поверхности твердого тела или частью в газовой или жидкой фазах Сопряжение больших циклов пока известно только в биокатализе [c.305]

Изучение строения и механизма действия ферментов составляет предмет специального раздела биохимии, называемого биокатализом. Эти вопросы помимо физиологии важны и для химии, поскольку понимание механизма действия ферментов позволяет совершенствовать обычные неорганические катализаторы. Многие ферменты находят применение в промышленности, перерабатывающей сельскохозяйственное сырье. [c.304]

В зависимости от агрегатного состояния катализатора и реакционной среды, включающей в себя субстрат (реагирующее вещество), различают следующие типы катализа 1) гомогенный, когда и субстрат, и катализатор находятся в одной фазе (газ, жидкость) и система гомогенна 2) микрогетерогенный, когда и субстрат, и катализатор находятся в одной (обычно жидкой) фазе, но катализатор макромолекулярен, и.ии состоит из частиц коллоидных размеров, не выделяющихся в отдельную фазу. Сюда относится катализ на коллоидных металлах, а также огромной важности раздел биокатализа — ферментативный катализ. Важную роль здесь также играют процессы комплексообразования на макромолекулярном уровне 3) гетерогенный, когда катализатор и субстрат находятся в разных фазах обычно катализатор твердый, а реагирующие вещества — газ или жидкость, причем процесс протекает на поверхности катализатора. Это наиболее распространенный и важный для промышленности тип каталитических процессов. [c.286]

В дальнейшем шиффовы основания могут быть восстановлены. Возможность внутреннего вращения в звеньях сшивки обеспечивает доступность реакционно-активной части фермента по отношению к субстрату, на который данный фермент воздействует в высокоизбирательных реакциях биокатализа или в упомянутой в разделе 5.1 биоспецифической (аффинной) хроматографии ферментов. [c.109]

Катализ, а точнее биокатализ, — вот что Берцелиус называл основой основ лаборатории живого организма. [c.172]

Активные места ферментов и реагируюш,ие вещества образуют цепочки или циклы ( цепи перераспределения связей ), по которым в результате перемещения протонов и электронов синхронно происходит изменение кратности связей, что и обусловливает высокую компенсацию энергии разрыва старых связей и резкое снижение энергии активации реакции. Фермент строго ориентирует молекулы реагентов вдоль координаты реакции, что повышает число эффективных столкновений приблизительно в 1000 раз. Молекулы реагирующих веществ под действием ферментов переходят в наиболее реакционноспособные формы, чаще всего ионные, что еще в 1000 раз увеличивает скорость реакции. Чтобы реагирующее вещество перешло в наиболее реакционноспособное состояние, необходим дополнительный резерв энергии. Одним из источников этой дополнительной энергии является многоточечная адсорбция реагирующей молекулы на ферменте с использованием части энергии адсорбции на перестройку молекулы. Второй возможный путь повышения энергоемкости системы указан Кобозевым — это реализация в катализе энергетического механизма активации. Кобозев подчеркивает, что катализ рассматривается как обмен связями или электронами, происходящий в условиях статистического и энергетического равновесия с внешней средой. Эта валентная форма катализа считается столь универсальной, что обычно даже не ставится вопрос о существовании какой-либо другой его формы. А между тем эта другая форма катализа существует и весьма широко представлена в виде биологического ферментативного катализа, охватывающего огромную область каталитических превращений в живом веществе. Валентный механизм каталитического действия нельзя признать вполне общим и должна существовать иная, весьма мощная форма каталитической активации, реализующаяся в биокатализе. [c.117]

XX вв. Именно исследование явлений брожения выявило две противоположные, но отнюдь не альтернативные концепции в изучении биокатализа вообще. Их только весьма условно можно назвать химической и биологической. Они выступали во взаимодействии, в-борьбе, субъективно отвергая друг друга, но объективно помогая друг другу познать истину. Наиболее видными адептами химической концепции в XIX в. были Ю. Либих, М. Бертло, X. Ф. Шенбейн, Г. Тамман, Э. Фишер, а биологической, если говорить действительно о видных ученых,— пожалуй, лишь Л. Пастер. Только в [c.176]

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ (биокатализ), ускорение биохим. р-ций при участии белковых макромолекул, называемых ферментами (энзимами). Ф. к.- разноввдность катализа, хотя термин ферментация брожение) известен с давних времен, когда еще не было понятия хим. катализа. [c.80]

Химическая концепция брожения, базирующаяся на триумфе препаративного органического синтеза, в тенденции сводила весь биокатализ к обычному химическому катализу. И несмотря на значительные упрощения в познании действительности, ее заслуги в развитии энзимологии бесспорны и велики. Именно она помогла установить многие положения, прочно вошедшие в современную энзимологию, а именно I) аналогию между биокатализом и катализом, между ферментами и катализаторами 2) положение о наличии в ферментах двух неравноценных компонентов — своего рода активных центров и носителей 3) заключение о важной роли ионов переходных металлов в активных центрах многих ферментов [c.176]

Второй путь, ведущий к решению конкретных задач освоения каталитического опыта живой природы, заключается в определенных успехах моделирования биокатализаторов. В, Лангенбеку в ГДР, Л. А. Николаеву в СССР и другим исследователям путем искусственного отбора структур удалось построить модели многих ферментов, характеризующиеся высокой активностью и селективностью, иногда почти такой же, как и у оригиналов, и вместе с тем большей простоты строения. Полное представление о работах в этой области можно получить из книги Л. А. Николаева [19], который уже давно и успешно занимается изучением биокатализа и моделированием биокатализаторов. Из обзора этих работ вытекают два очевидных вывода. [c.181]

По-видимому, уже из этого суждения следует вывод о необходимости изучения законов химической эволюции и законов биогенеза для решения проблемы освоения каталитического опыта живой природы. Небезынтересно в связи с этим напомнить, что даже наиболее оптимистически настроенные химики, которые с успехом моделируют биокатализаторы, все же считают, что они проявили бы легкомыслие, если бы утверждали, что изолированное изучение биокатализаторов— ферментов достаточно для получения исчерпывающей информации о том, что такое биокатализ [ 9, с. 13 . Да, конечно, фермент можно выделить из биосистемы можно точно определить его структуру, во всяком случае не менее точно, чем, например, структуру витамина А или какого-либо стероида. Фермент можно ввести в реакцию и заставить осуществлять каталитические функции. Но, получая фермент в чистом виде и с облегчением выбрасывая остатки исходных материалов, мы жертвуем новым ради привычного — разрушенная клетка со всем ее ферментным аппаратом более интересный объект, чем одна, грубо удаленная деталь (там же). Если в изучении биокатализа идти последовательно, то аналитическая стадия неизбежна. Однако задержка только на этой стадии означает отказ от познания механизма действия ферментативного аппарата в целом. Важно., не останавливаться на данных анализа, — говорит далее Л, А, Николаев,— и попытаться связать в одно целое сведения, относящиеся к деталям. Тогда окажется, что биокатализ нельзя отделить от проблемы биогенеза, и какими бы трудными ни казались эти вопросы, у исследователя остается утешение, что, не теряя их из виду, он все же сделает меньше ошибок, чем если вовсе забудет об их существовании (там же). [c.183]

Но среди химиков пока еще немного исследователей, которые бы отчетливо представляли себе связь между проблемами катализа, биокатализа и эволюции Пожалуй, идеи 11, Берцелиуса в этом направлении можно считать самыми ранними и наиболее передовыми [c.183]

Несмотря на то, что основная масса работ в области химии иммобилизованных систем появилась относительно недавно, в этой области в значительной степени благодаря систематическим исследованиям И. В. Березина и его сотрудников достигнуты большие успехи. Решены вопросы использования иммобилизованных ферментов в тонком органическом синтезе, в трансформации стероидов, в модификации малостабильных соединений, в разделении рацематов на оптически активные формы. Некоторые из названных процессов реализованы в промышленных масштабах. Намечаются пути применения иммобилизованных оксидаз, выделенных микроорганизмами, для тяжелого органического синтеза, в частности, для получения на основе парафинов и ароматических углеводородов спиртов, альдегидов, кетонов, кислот, оксидов. Изучаются перспективы ферментативного обезвреживания сточных вод. Подробно о достижениях химии иммобилизованных систем см. в книге, посвященной истории моделирования опыта живой природы, Биокатализ (М., 1984). [c.185]

Следующий, четвертый путь в развитии исследований, ориентированных на применение принципов биокатализа в химии и химической технологии, характеризуется постановкой самой широкой задачи — изучением и освоением всего каталитического опыта живой природы, в том числе и опыта формирования выходного устройства — фермента, клетки, организма. Это такая ступень, на которой возникают основы эволюционной химии как действенной науки с ее эвристическими и рабочими функциями, как пролога к принципиально новой химической технологии, способной стать аналогом живых систем. [c.185]

Исключительно важное значение химия поверхности адсорбентов и носителей имеет в газовой и жидкостной хроматографии для анализа сложных смесей, препаративного выделения чистых веществ и управления технологическими процессами. Химия поверхности играет важную роль и в процессах, протекающих в биологических системах. К ним относится, в частности, взаимодействие биологически активных веществ, в том числе лекарственных препаратов, с рецепторами — местами их фиксации в организме. Изучение модифицирования поверхности необходимо для решения вопросов совместимости искусственных материалов с биологическими. Химическое модифицирование адсорбентов применяется при разработке эффективных методов вывода из крови разного рода токсинов (гемосорбция). Прививка к поверхности крупнопористых адсорбентов и носителей соединений с определенными химическими свойствами необходима для иммобилизации ферментов, их хроматографического выделения и очистки, а также для иммобилизации клеток. Иммобилизованные ферменты и клетки эффективно используются в промышленном биокатализе, обеспечивая высокую избирательность сложных реакций в мягких условиях. Очистка и концентрирование вирусов гриппа, ящура, клещевого энцефалита и других для получения эффективных вакцин требует применения крупнопористых адсорбентов с химически модифицированной поверхностью. [c.6]

Ионы металлов играют исключительную роль в ферментативном катализе (биокатализе). Изученные биокаталитические реакции можно разделить на две большие группы гидролитические реакции и окислительно-восстановительные (к последним относится и реакция фиксации атмосферного азота). [c.570]

В указанную традиционную схему НПЗ для завода XXI века добавлена биокаталитическая установка обессеривания сырья, основанная на принципе аэробной каталитической ферментации и позволяющая удалять свыше 30% серы в сырье. Использование установки биокаталитического обессеривания не требует водорода, поэтому снижает его суммарное потребление для процессов гидрообработки, хотя и несколько увеличивает потребление кислорода. Из-за мягких температурных условий биокатализа, проходящего при нормальном давлении, капитальные и эксплуатационные затраты на этой установке относительно невелики. [c.136]

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]

HIV-1. Практически эта задача оказалась чрезвычайно сложной и на сегодняшний день нерешенной Среди требований, предъявляемых к свойствам ингибиторов, главное и самое трудновыполнимое касается избирательности их действия. Ингибиторы, обладающие терапевтическим эффектом, должны быть прежде всего высокоспецифичны до такой степени, чтобы дезактивируя ретровирусную протеиназу, не нарушать нормального функционирования как аспартатных, так и других протеолитических ферментов клетки-хозяина. Для целенаправленного поиска ингибиторов, удовлетворяющих этому требованию, необходимо располагать количественными данными о всех стадиях катализа вирусной протеиназы и механизмах функционирования протеиназ инфицированной клетки, а также владеть методом решения обратной структурной задачи, те конструирования химического строения ингибитора по заданной пространственной форме. Вероятность обнаружения таких ингибиторов экспериментальным или эмпирическим путем мала. Помимо того, что этот путь ненадежен, он чрезвычайно дорогостоящ и продолжителен На несовершенство используемого подхода, допускающего исследование только в направлении от функции к структуре, указывают разработанные схемы катализа аспартатных протеиназ. Они интересны в том отношении, что исходят по существу из одного и того же экспериментального материала, включающего данные рентгеноструктурного анализа и результаты многочисленных биофизических и биохимических исследований, а также базируются на одинаковых традиционных, теоретических представлениях о природе биокатализа. При единстве исходного опытного материала, теоретической основы и в рамках одного подхода были предложены пять различных стереохимических моделей функционирования аспартатных протеиназ, которых, впрочем, могло быть и больше [363-366]. [c.546]

Физико-химические исследования в области органической химии, и прежде всего гомогенного катализа, привели к столь фундаментальным обобщениям, что давно уже выделились (под названием физико-оргэ ническая химия ) в самостоятельный раздел науки/ На наших глазах на стыке физической химии и молекулярной биологии происходит становление новой научной дисциплины — физикохимии биокатализа (химической энзимологии). Тесная связь этой относительно молодой области науки с физико-органической химией обусловлена, главным образом, тем, что путь к познанию каталитических функций ферментов проходил прежде всего через известные механизмы гомогенно-каталитического типа. [c.3]

Основная задача физической химии биокатализа состоит в выявлении некоторой общности причин, обуславливающих уникальные свойства биологических катализаторов. Может показаться, что постановка такой задачи слишком контрастирует с тем положением, которое господствовало в энзимологии еще несколько лет тому назад, когда, несмотря на обширные качественные сведения о специфичности действия многих сотен ферментов, мы не имели,— как отмечает Уиль-. ям Дженкс (1969),— ни в одном конкретном случае сколь либо детального или количественного представления о движущих силах катализа [11. Однако с тех пор благодаря усилиям ряда научных школ произошли существенные сдвиги. Хотя и трудно отдать предпочтение тем или иным методическим подходам, однако вряд ли можно оспаривать важность вклада, который в решение поставленной проблемы внесли кинетико-термодинамические исследования. Они приобрели особое значение, когдэ в результате рентгеновских исследований структуры кристаллических ферментов появилась возможность трактовать их результаты на молекулярном уровне. [c.3]

Основная идея о принципах биокатализа возникла еще в начале нащего века благодаря трудам Брауна и Анри и позднее была развита Михаэлисом и Ментен, а также Бриггсом и Холденом. Идея заключается в том, что механизм каталитического действия ферментов состоит в общем случае в образовании между ферментом и субстратом промежуточных соединении, претерпевающих в ходе реакции последовательные превращения вплоть до образования конечных продуктов и регенерации фермента. Действительно, в простейшем случае описание кинетики ферментативной реакции укладывается в рамки так называемой двухстадийной схемы [c.216]

В основном так именно и происходило в развитии энзимологии до тех пор, пока и химики и биологи еще не видели тех принципиально различных уровней материальной организации, на которых осуществляются химические процессы in vitro и биохимические in vivo . Аррениус в своих утверждениях прав тоже до тех пор, пока познание живого осуществляется в русле дозволенной идеализации объекта, — его упрощения и омертвления. Идеализация объекта— один из необходимых путей познания. Но Аррениус возложил на химию чересчур большие функции в решении биохимических проблем. .. до конца , не заметив в силу объективных обстоятельств своего времени дозволенных границ идеализации. Теперь известно, что химическая концепция в энзимологии не смогла доказать постулируемое ею тождество между катализом и биокатализом. [c.177]

Конечно, это вовсе не означает, что Пастер был непогрещим. И здесь хотелось бы отметить, в частности, ту негативную сторону защищаемой им биологической концепции, которая относится к вопросу об освоении каталитического опыта живой природы, т. е. к теме настоящей книги. Не отрицая в принципе для некоторых про-стейщих случаев биокатализа возможности выделения активного начала фермента и уподобления его неорганическому катализатору, Пастер решительно защищал тезис о том, что катализатором брожения является целостная живая клетка, и, следовательно, брожение, в особенности в анаэробных условиях, есть элемент жизнедеятельности. Такое утверждение если и не исключало вовсе, то во [c.179]

Катализаторами в химии выступают, как правило, бертоллидные системы. Только они обладают столь широким набором раз-.1ИЧНЫХ активных центров, что среди этого набора почти всегда найдутся центры, способные обеспечить как структурное, так и энергетическое соответствие (по принципам Баландина). Поэтому в химическом катализе широко распространены случаи каталитической активации одним и тем же ката.жзатором (например, оксидом хрома, хлоридом алюминия, фторидом бора, платиной) целой гаммы реакций и, наоборот, один и тот же субстрат может активироваться самыми различными катализаторами. Совсем иное дело в биокатализе. Биокатализаторами являются особого рода системы, в некотором роде промежуточные между бертоллидными и дальто-нидными — молекулярными их бертоллидные качества состоят в [c.182]

Способность РНК осуществлять биокатализ ярко проявляется таюке при исследовании процессинга предшественников тРНК. [c.167]

Некоторые пептиды обладают гормональным действием. Эти гормоны синтезируются в разных органах - гипоталамусе, гипофизе, поджелудочной железе, плазме кропи. Пептидные гормоны, как и все гормоны, выполняют роль регуляторов активности органов и клеток, служа в основном для изменения скорости синтеза ферментов, биокатализа и проницаемости биомембран. Их синтез железами внутренней секреции и выброс в кровь находится под контролем нервной системы. Инсулин представляет собой димер, в котором унэйкозапептид связан с трикозапепти-дом двумя дисульфидными мостиками. Он вырабатывается у человека поджелудочной железой и служит регулятором уровня [c.39]

В какой мере указанные возмол-сности распространяются на другие а-олефины, предвидеть пока трудно, так как чем длиннее и разветвлениее мономерное звено, тем большую роль будут играть пространственные затруднения. В частности, это должно тормозить координацию мономера на переходном металле каталитического комплекса, снижать долю удачных столкновений, высокое число которых является существенным фактором в модели биокатализа. Можно думать, что полимеризация высших а-олефинов будет в значительно меньшей степени отвечать возможностям осуществления ее по типу биокатализа (в сравнении с этиленом). [c.180]

Один из важных Ф. м. а.- анализ с использованием ферментных электродов, к-рые сочетают высокую селективность биокатализа и совершенную технику электрохим, методов. В простейшем варианте растворимый фермент помещают между двумя полупроницаемыми мембранами одна отделяет р-р фермента от электродного датчика, другая - от анализируемого р-ра. Однако чаще ферменты иммобилизуют, включая их в полимерные или гелевые пленки альбумина, желатины, агар-агара, коллагена, гвдроксвда А1 или ковалентно присоединяя к пов-сти стеклянных дисков, полупроницаемых мембран (целлюлозных, поликарбонатных). Пленки прикрепляют к пов-сти электрода. Часто такую пленку (мембрану) готовят непосредственно на пов-сти электрода. Субстрат диффундирует через слой, содержащий фермент, образуя электроактивное в-во, детектируемое при помощи потен-циометрич. или амперометрич. датчика. [c.79]

Результаты использования эмпирических и экспериментальных методов в исследованиях аспартатных протеиназ, как и аналогичные результаты исследований химотрипсина, трипсина, карбоксипептидазы, лизоцима и других ферментов [108], дают основание заключить, что появление уникальной количественной опытной информации о пространственном строении белков и их комплексов не привело к концептуальному развитию энзимологии и переосмыслению сложившихся представлений о природе биокатализа. Не изменилась также направленность биокаталитическпх исследований, по-прежнему следующих от функции к структуре Это не случайно, поскольку результатом такого подхода может быть лишь знание морфологии белков на атомно-молекулярном уровне, которая сама по себе не является конечной целью изучения элементарных биосистем. [c.546]

Общая химия ( издание 3 ) (1979) -- [ c.191 ]

Возможности химии сегодня и завтра (1992) -- [ c.121 ]

Аккумулятор знаний по химии (1977) -- [ c.75 ]

Аккумулятор знаний по химии (1985) -- [ c.75 ]

Курс физической химии Том 2 Издание 2 (1973) -- [ c.258 ]

Инженерная энзимология (1987) -- [ c.43 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология