Свободная энергия гидролиза зависимость

Рис. 44. Изменение свободной энергии фермент-субстратного взаимодействия по координате реакции (4.28) для химотриптического гидролиза метиловых эфиров Ы-аце-тил- -фенилаланина (сплошная линия) и Ы-ацетилглицина (пунктирная линия) [116]. (Для диаграммы использованы значения стандартных свободных энергий, полученные интерполяцией линейных зависимостей, приведенных на рис. 43).

Поскольку концентрации АТР, ADP и Р,- в клетках разных типов различны (табл. 14-4), эти клетки отличаются друг от друга также и по величине AGp гидролиза АТР. Более того, величина AGp может меняться во времени в зависимости от метаболизма клетки, определяющего в ней концентрации АТР, ADP и фосфата, а также pH клеточного содержимого в каждый данный момент. Мы можем вычислить истинное изменение свободной энергии для любой метаболической реакции, протекающей в клетке, если нам известны концентрации всех исходных веществ и продуктов данной реакции, а также другие параметры (температура, pH или концентрация ионов Mg ), от которых зависит константа равновесия, а следовательно, и величина AG°. [c.419]

Причины высоких отрицательных значений изменения свободной энергии при гидролизе некоторых фосфорных эфиров в ряде случаев были установлены. При гидролизе АТФ до АДФ (pH 7,5) около 60% от всего изменения свободной энергии составляет изменение свободной энергии за счет ионообразования. Оставшаяся часть приходится на долю энтальпии АН и энтропии, причем изменение последней оказывается отрицательным, что уменьшает абсолютную величину ДО. Однако такая картина наблюдается не для всех макроэргических фосфорных эфиров. Хотя для всех этих соединений АН отрицательно, вклады ионообразования и изменения энтропии могут быть положительными или отрицательными — в зависимости от особенностей данного соединения. При pH 7,5 эффект ионообразования и влияние энтропии обычно противоположны друг другу. Простого общего объяснения больших значений изменения свободной энергии при гидролизе некоторых фосфорных эфиров пока не найдено. [c.38]

В связи с этим основная ценность картирования активных центров заключается не в нахождении абсолютных значений показателей сродства Аг, гидролитических коэффициентов ко или инкрементов свободной энергии активации ферментативной реакции при переходе от сайта к сайту АСа, а, по-видимому, в практической демонстрации следующего положения количественный состав продуктов ферментативной реакции в любой момент времени в ходе гидролиза, а также зависимость скорости реакции от степени полимеризации субстрата могут определяться небольшим числом параметров активного центра (числом сайтов, положением каталитического участка) и эффективностью взаимодействия мономерных остатков субстрата с отдельными участками активного центра. [c.75]

Для анализа экспериментальных данных (распределение продуктов ферментативной деструкции полимера в зависимости от степени полимеризации, или средняя степень полимеризации продуктов гидролиза) используют теоретические модели ферментативной деструкции полимеров — обычно весьма детализированные, но, как правило, содержащие сильные (и неочевидные) допущения, лишающие смысла всю детализацию. К ним относятся допущения об аддитивности показателей сродства индивидуальных сайтов, о постоянстве гидролитического коэффициента независимо от способа связывания субстрата и степени его полимеризации, о постоянстве инкремента свободной энергии активации действия фермента при последовательном заполнении его сайтов и т. д. Несоответствие теоретических данных, рассчитанных с помощью подобных упрощенных моделей, с экспериментальными нередко трактуется как доказательство в пользу существования таких неординарных механизмов, как множественная атака. При этом в работах, как правило, отсутствует критический анализ ограничений модели, и в частности анализ альтернативных механизмов действия фермента без априорного привлечения неординарных механизмов. [c.103]

Сложнее обстоит вопрос с количественной характеристикой реакционной способности алифатических соединений. Далеко не всегда здесь наблюдается линейная зависимость между логарифмами констант скорости реакции и констант ионизации кислот соответствуюш его строения. Здесь несравненно большую роль играют стерические факторы, и поэтому принцип линейной зависимости свободной энергии часто нарушается. Тем не менее для многих реакций и здесь предложены эмпирические уравнения, связывающие фрагменты строения с константой скорости реакции. Я имею в виду известное уравнение Тафта [8], выведенное для скорости гидролиза эфиров карбоновых кислот. Оно пишется так же, как и уравнение Гамметта [c.27]

Высокодисперсные первичные частицы обладают большим запасом свободной энергии и потому термодинамически неустойчивы. Стабилизация возможна двумя путями переконденсацией через растворение мелких частиц и рост более крупных или срастанием первичных частиц. Экспериментальные данные показывают, что доля переконденсации в процессе превращения первоначальных частиц очень невелика и основные изменения в структуре тела обусловлены срастанием частиц. Поэтому реальная величина поверхности определяется характером срастания первичных частиц и в зависимости от него может более или менее сильно отличаться от максимального значения. Характер срастания и, следовательно, степень отклонения реальной величины поверхности от идеальной зависят как от химической природы компонентов и их соотношения в системе, так и от способа приготовления, а для образцов одного и того же состава —от содержания примесей. Присутствие продуктов неполного гидролиза солей резко ускоряет срастание частиц. Аналогичное явление наблюдалось и для однокомпонентных систем. [c.225]

Линейные зависимости свободных энергий могут существовать и для реакций, определенно отличающихся р по своей природе, если сильно ограничить пределы структурных изменений в К. Ф На рис. 11.3 показана зависимость величин lg г для реакции щелочного гидролиза этиловых эфиров в 87,8% -ном водном этаноле [7] от величин giKlKa) для ионизации соответствующих кислот в воде Ко — константа кислотности бензойной кислоты). Для эфиров м- и л-за-мещенных бензойных кислот существует превосходная линейная корреляция, хотя ее стандартное отклонение, Д равное 0,Ь, соответствует 26%-ной погрешности к и зна- а чительно превышает вероятную ошибку эксперимента. ч С Другой стороны, иры о-замещенных бензойных о кислот гидролизуются на два порядка медленнее, а али- и фатические эфиры — на один-два порядка быстрее того, н что можно было ожидать на основании этой корреляции. Д Различий в природе сравниваемых реакций здесь больше, ч [c.454]

Координата реакции Рис. 4. Зависимость стандартной свободной энергии от координаты реакции для кислотного гидролиза эфиров [137]. [c.54]

Можно различать 2 типа последовательных реакций. В первом из них промежуточное соединение достигает только бесконечно малой концентрации по сравнению с концентрацией реагентов и продуктов реакции. Кинетику такой системы можно трактовать как приближение к стационарному состоянию. Примером этой системы является нуклеофильный катализ гидролиза эфиров гидроксильным ионом. Ход реакции можно описать графиком зависимости стандартной свободной энергии от координаты реакции, представленным на рис. 5. В этом случае промежуточное соединение чрезвычайно неустойчиво, и энергетический уровень его значительно выше, чем для реагента или продукта реакцйи. Наблюдаемая скорость определяется скоростями образования неустойчивого промежуточного продукта ( 0 и его расщепления причем медленной стадией реакции является стадия 1. [c.76]

Равновесное распределение по разные стороны мембраны диффундирующих молекул, которые способны проникать через эту мембрану, определяется термодинамическими законами, согласно которым химические потенциалы диффундирующего вещества должны быть одинаковы с обеих сторон мембраны. Это требование приводит к ряду интересных следствий и имеет больщую практическую ценность. Оно объясняет явление осмоса в системах, в которых по одну сторону полупроницаемой мембраны находятся макромолекулы, и зависимость осмотического давления от молекулярной массы макромолекул. На нем основан эффект Доннана, заключающийся в том, что наличие заряженных макромолекул по одну сторону мембраны приводит к неодинаковому распределению малых ионов, свободно диффундирующих через мембрану. Эффект Доннана в свою очередь ответствен за появление мембран Ю1 о потенциала. В биологических мембранах благодаря использованию такого источника энергии, как реакция гидролиза АТР, работают ионные насосы (например, На —К -насос). Это приводит к созданию градиента ионных кон- [c.480]

В прямой зависимости от пирофосфатпой связи, то следовало бы ожидать, что расщепление АТФ с образованием орто- и пирофосфатов будет сопровождаться одинаковым изменением свободной энергии и что неорганический пирофосфат представляет собой макроэргическое соединение. Но стандартная свободная энергия гидролиза пирофосфата составляет только —3,8 ккал. Последствия термодинамических различий между отщеплением от АТФ орто- и пирофосфата особенно четко вырисовываются при сравнении синтеза синтетических полирибонуклеотидов и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Образование синтетических полирибонуклеотидов сопровождается отщеплением ортофосфата от нуклеозиддифос-фата эта реакция легко обратима. Синтез же ДНК сопровождается отщеплением пирофосфата от дезоксинуклеозидтрифосфата, и эта реакция обратима с трудом. [c.94]

С 3-ФГ А начинается II этап гликолиза — первое субстратное фосфорилирование. Фермент дегидрогеназа фосфоглицеринового альдегида (NAD-зависимый SH-фермент) образует с 3-ФГА фермент-субстратный комплекс, в котором происходит окисление субстрата и передача электронов и протонов на NAD . В ходе окисления фосфоглицеринового альдегида до фосфоглицериновой кислоты в фермент-субстратном комплексе возникает меркаптанная высокоэнергетическая связь (т. е. связь с очень высокой свободной энергией гидролиза). Далее осуществляется фосфоролиз этой связи, в результате чего SH-фермент отщепляется от субстрата, а к остатку карбоксильной группы субстрата присоединяется неорганический фосфат, причем ацилфосфатная связь сохраняет значительный запас энергии, освободившейся в результате окисления 3-ФГА. Высокоэнергетическая фосфатная группа с помощью фосфоглицераткиназы передается на ADP и образуется АТР. Так как в данном случае высокоэнергетическая ковалентная связь фосфата формируется прямо на окисляемом субстрате, такой процесс получил название субстратного фосфорилирования. Таким образом, в результате II этапа гликолиза образуются АТР и восстановленный NADH. [c.139]

Из этих соотношений наиболее широко применяется ураенение Гаи мета, относящееся К скоростям и равновесиям многих реакции органических соединений, содержащих фенильную и замещенные фенильные группы. В 1930 годах обратили внимание на то, что существует связь между кислотностью замешенных бензойных кислот и рядом химических реакций, например скоростью гвдролиза замещенных этилбёвзоа-тов. Эту корреляцию нллйстрирует рис. 4.2, где графически показана зависимость цк/ко от Ig К/Кс, где ко — константа, скорости гидролиза этилбензоата, к — константы скоростей гидролиза замещенных этилбен-зоатов /(о и /( соответствующие константы кислотной диссоциации. Аналогичные диаграммы для многих других реакций ароматических соединений обнаруживают такую же линейную зависимость от констант кислотной диссоциации замещенных бензойной кислоты. Ни принципы термодинамики, ни кинетические теории не требуют существования таких линейных соотношений, Фактйческн, существуют многочисленные реакции, для которых не удалось обнаружить подобных корреляций. Некоторого понимания природы корреляции можно достичь путем рассмотрения зависимости между линейной корреляцией н изменениями свободной энергии, происходящими в двух процессах. Прямая линия на рис. 4.2 выражается уравнением (т —наклон прямой [c.130]

РИС. 3-2. рН-зависимость -кажущейся свободной энергии Д0оЬ5 гидролиза АТР при различных концентрациях свободных ионов магния (числа у кривых — концентрация Mg -b в мМ). Кривые построены с помощью ЭВМ и приводятся с любезного разрешения arol. М. Harris. [c.225]

Перейдем к молекулярному рассмотрению. Как уже сказано, источником свободной энергии для активного транспорта служит АТФ. АТФ усиливает активный транспорт, будучи введена внутрь клетки, но ие влияет ка него, находясь во внешней среде. Цз клеточных мембран удалось выделить К, Na-активируемую АТФ-азу. Этот фермент расщепляет АТФ только в присутствии ионов К" " и Na" . Действие АТФ в мембране непосредственно связано с активным транспортом — глюкозид оубаин ингибирует АТФ-азу при той же концентрации, при которой он прекращает работу натриевого насоса. Гидролиз АТФ in vitro с помощью этой АТФ-азы происходит в две стадии. Вначале выделяется АДФ, а неорганический фосфат остается связанным с ферментом. Эта стадия активируется ионами Na"". Второй этап требует ионов К"" и состоит в отщеплении фосфата от фермента. Сходная, но уже пространственная асимметрия свойственна насосу — на внутренней поверхности мембраны его активность зависит от Na, на внешней — от При расщеплении АТФ на мембранах наблюдается переход меченого фосфата из АТФ в фосфопротеи-ды мембраны. Кинетика действия АТФ-азы in vitro характеризуется S-образной зависимостью скорости реакции от концентраций Na"", К+ и АТФ. Гидролиз одной молекулы АТФ в мембране сопровождается выходом из клетки двух-трех ионов Na"". [c.348]

Многие процессы кислотного гидролиза соответствуют случаю 3. Поскольку при этом обычно присутствует вода, гидролиз А-2 (случай 3) кинетически неотличим от А-1 (случай 2), и, чтобы дифференцировать эти механизмы, необходимы другие критерии. Чаще всего с этой целью сопоставляют энтропии активации и активащюнные объемы, а. также рассматривают зависимость кинетики от кислотности среды. Ранее считалось [221, 374], что может существовать дополнительное линейное соотношение свободных энергий, по которому ys H+ N/) TS+ = onst. Тогда Igfe - линейная функция lg H+ [c.159]

Атака аминами собственно карбоновых кислот моделирует один из наиболее важных биохимических процессов, а именно синтез амидных связей, необходимых для образования белковых молекул. Уже давно известно, что этот процесс в физиологических условиях характеризуется положительным изменением свободной энергии и поэтому должен быть сопряжен с экзо-эргической реакцией [151]. Недавно были найдены условия, в которых карбоновые кислоты при повыщепных температурах неферментативным путем превращаются в амиды в разбавленных водных растворах. Однако измерение температурной зависимости скоростей образования и гидролиза амидов позволяет вполне обоснованно провести экстраполяцию к температурам, характерным для живых систем. [c.104]

Ацетамидная группа для всех обсуждаемых ацилферментов в 250 раз увеличивает скорость гидролиза. Это соответствует понижению свободной энергии активации на 3,3 ккал/моль. Анализ, проведенный в работе Доровской (1973), показывает, что-энтальпии и энтропии активации деацилирования различных ацилферментов связаны между собой линейными соотношениями, при этом две серии структур приводят к двум линейным зависимостям (рис. 35). Из рис. 35 видно, что реакции гидролиза ацилферментов, содержащих в своей структуре ту же самую группу Н, характеризуются практически одинаковой энтальпией активации (пунктирная линия). Прямые, приведенные на рис. 35, параллельны, тангенсы угла наклона обеих прямых близки к 420 К- [c.90]

Располагая такими функциями кислотности, с помощью которых можно количественно изучить общую предравновесную стадию обоих механизмов. Яте и Макклелланд смогли выявить окончательные особенности лимитирующих скорость вторых стадий этих реакций. Эти вторые стадии отличаются по числу участвующих в них молекул воды, и поэтому необходимо определить. как изменяются скорости этих индивидуальных стадий с изменением активности воды при увеличении концентрации кислоты. Для этого нужно построить зависимость log ki от —Hs или, что то же самое, суммы log ki тНд (где т = 0,62) от log анго- При условии, что равновесное содержание сопряженной эфиру кислоты мало, сумма log /ii - -тНо пропорциональна суммарной свободной энергии активации всего процесса гидролиза и меньше свободной энергии предравновесной стадии. [c.951]

Прямолинейность зависимости логарифмов констант скорости гидролиза от температуры ( г = 0,997 в з 0,07) указывает на применимость уравнения Аррениуса, параметры которого были рассчитаны методон наименьших квадратов. Затем, по известным соотношениям были найдены величины энтальпии, энтропии и свободной энергии активации (таблица 8). [c.375]

Для других ферментов имеется слишком мало данных по скоростям гидролиза в сериях различных производных ациламинокислот. Линейная зависимость скорости и свободной энергии, по-видимому, выполняется для карбоксипептидазы А [2012], тогда как для пепсина различия в скоростях гидролиза амидных и слокноэфирных (депсипептидных) субстратов очень невелики [2013]. [c.184]

В ферментативных реакциях самые убедительные доказательства участия механизма с координированным ионом гидроксила получены для карбоангидразы. По данным инфракрасной спектроскопии, молекула субстрата (СО2) не связана с атомом цинка, но расположена сравнительно близко от него, чтобы быть атакованной координированным гидроксильным ионом [82] (гл. 16, разд. 7). С этим механизмом согласуется зависимость активности от pH и природы разнообразных ингибиторов [ 114, 115]. Селвин [112] предложил похожий механизм для АТФ-азы митохондрий, участвующей в окислительном фосфорилировании. Он основывался на сходстве рН-зависимостей ферментативной реакции и упомянутого выще ускорения гидролиза АТФ ионами лантанидов. Однако величина р/Са для АТФ-азной реакции (примерно 7) была намного выще р/Са воды в комплексе с активирующими двухзарядными ионами. Для наилучщих активаторов М 2+, Со2+ и Ъг эта величина примерно равна соответственно 12, ---9 и 9 [87]. Селвин [112] предполагает, что кислотность комплексов может увеличиваться под влиянием положительно заряженных групп фермента, расположенных поблизости. Надо признать, что расхождение в 5 единиц pH для Mg2+ слишком велико, чтобы его можно было объяснить таким образом (необходимая для этого энергия электростатичеокого взаимодействия должна составлять примерно 7 ккал/моль). Выще говорилось о том, что ионизация свободной молекулы воды предложена в качестве объяснения перехода при pH 8,5, наблюдаемого для 2п +-содержащей щелочной фосфатазы. При этом увеличение pH приводило к уменьщению активности фермента. В силу этого можно считать, что механизм с координированным гидроксильным ионом вряд ли играет существенную роль при ферментативном гидролизе фосфатов. [c.651]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология