Каталаза ферментативных реакциях

Опыт 6. Гетерогенный и гомогенный катализ. Каталитическую активность гетерогенных катализаторов можно продемонстрировать на примере реакции разложения 3 %-ного раствора пероксида водорода при внесении в него гранулированных оксидов свинца (IV), марганца (IV), железа (III), меди (II). Ферментативный катализ демонстрируют на примере разложения пероксида водорода при внесении в него кусочка сырого мяса, содержащего в крови каталазу. Пероксид водорода можно использовать и для показа гомогенного катализа окисление индиго-кармина в присутствии хлорида железа [c.166]

Несмотря на большое разнообразие типов химических превращений, совершающихся в присутствии ферментов, скорости ферментативных реакций варьируют не в очень широких пределах. Ферменты снижают энергию активации химической реакции. Например, в гомогенной среде в отсутствие катализаторов разложение перекиси водорода идет с энергией активации 75,6 кДж-моль , в присутствии Ре + энергия активации снижается до 54,6 кДж-моль-, фермент каталаза снижает энергию активации до 16,8 кДж-моль Ч Это сопоставление не является строгим, так как механизм реакции в этих трех случаях разный, т. е., вообще говоря, рассматривается не одна и та же реакция. [c.502]

Из уравнения (3) следует, что [Е5] зависит от Кт и от [5]. Если в состоянии равновесия [Е5] будет бесконечно малой величиной по сравнению с [5] и с [Еоб ], то скорость реакции будет зависеть только от [8]. В этом случае при низких концентрациях субстрата эта реакция будет протекать по типу реакций первого порядка. Если же практически все количество фермента окажется связанным с субстратом в виде Е5 и если концентрация субстрата будет достаточно высока, то концентрация фермент-субстратного комплекса не будет меняться и скорость такой реакции окажется постоянной. В этом случае мы имеем дело с реакцией нулевого порядка [36]. Большинство ферментативных реакций не являются, строго говоря, ни реакциями первого, ни реакциями нулевого порядка, а протекают согласно некоему промежуточному порядку [34, 36, 37]. Это зависит отчасти от уменьшения концентрации субстрата в течение реакции, а отчасти от образования различных типов фермент-субстратных соединений. Так каталаза и пероксидаза, как уже указывалось выше, образуют зеленые и красные комплексы с субстратом, причем скорости распада зеленого и красного комплексов различны [32, 33]. Дальнейшие усложнения возникают вследствие соединения фермент-субстратных комплексов с водородными ионами [38] или с другими ионами или молекулами. Так, например, скорость гидролиза яичного альбумина пепсином зависит от концентрации водородных ионов раствора реактивным промежуточным соединением является в этом случае не Е5, а Н+Е5 [38]. Если в образовании фермент-субстратного соединения участвуют ионы, то скорость катализируемой реакции зависит от диэлектрической постоянной растворителя известно, что органические растворители, например метиловый или этиловый спирт, уменьшают диэлектрическую постоянную раствора и степень ионизации,вследствие чего уменьшается скорость катализируемой реакции [39]. [c.284]

Суммарная ферментативная реакция, протекающая в глюкозном электроде на основе глюкозооксидазы с каталазой, описывается уравнением [c.282]

Каталитическая активность. По своей а[ктивности биологические катализаторы в миллионы раз превосходят активность химических катализаторов. Даже лучший из неорганических катализаторов — атомная платина уступает, например, ферменту каталазе по своей активности в расчете на 1 активный центр в тысячи раз. О скорости ферментативных реакций можно судить по следующему примеру 1 моль фермента сахарозы способен расщепить в 1 сек 1000 моль свекловичного сахара. [c.202]

Это первая из ферментативных реакций, открытых в живом организме с этим открытием связано и название его — каталаза . [c.293]

Каталитическая активность. По активности биологические катализаторы в миллионы раз превосходят активность химических катализаторов. Даже лучший из неорганических катализаторов — атомная платина — уступает, например, ферменту каталазе по ак-тивиости в расчеге на 1 активный центр в тысячи раз. О скорости ферментативных реакций можно судить по следующему примеру [c.166]

Ферменты значительно снижают энергию активации ферментативных реакций. Так, некоторые виды фермента каталазы снижают энергию активации разложения перекиси водорода с 18 ООО до 1500 кал/моль. [c.132]

Для многих ферментативных реакций раздельное определение Кз и Км показало, что эти величины отличаются не очень сильно. Противоположная картина найдена только для ферментов разложения перекиси водорода. Для каталазы и пероксидазы 2 -1. благодаря чему [c.40]

Принцип работы одного из типов анализатора заключается в следующем. Определяемые и меченные ферментом (каталазой или глюкозооксидазой) антигены конкурируют за центры связывания антител, иммобилизованных на мембране, окружающей кислородный электрод Кларка. После проведения иммунохимической реакции отмывают несвязавшиеся на мембране компоненты исследуемой смеси и вводят растворы субстратов фермента. Измеряемый ток на электроде пропорционален концентрации кислорода, поглощаемого (или выделяемого) в ферментативной реакции, осуществляемой связанным с антителами ферментным конъюгатом. Процедура регистрации иммобилизованных антител Позволяет использовать устройство многократно. Время анализа белковых антигенов (альбумин, инсулин) составляет 15 мин при чувствительности 5— [c.111]

Использование кислородного электрода Кларка для детектирования потери или образования кислорода в ферментативной реакции стало интересным шагом в развитии иммуноферментного анализа. В качестве ферментных меток чаще всего используют глюкозооксидазу и каталазу. [c.58]

Одновременно с этим и их ферментативные реакции качественно ниже, чем у растительных групп, филогенетически более молодых. Ферменты последних значительно более снижают энергию активации и поэтому величина j- у них меньше, чем у более древних групп. Следовательно, фермент одного и того же наименования и одной и той же специфической функции будет по качеству различным в зависимости от источника его получения. Приведем несколько примеров с ферментом каталазой. [c.99]

В табл. 13 приведены значения констант скоростей, энергий активации и предэкспонентов для реакций, катализируемых энзимами, и для сравнения сюда же включены данные для реакций с участием других катализаторов. Поразительный результат, который наблюдается при этом, состоит в том, что энзимы по отношению к одному какому-либо соединению, являются много более эффективными катализаторами, чем общепринятые катализаторы. В случае уреазы и каталазы эта высокая эффективность связана со значительными уменьшениями энергии активации аналогичное явление обнаруживается для многих других ферментативных систем. Очевидно, энзимы оказывают свое действие тем, что заставляют процесс проходить по гораздо более удобному реакционному пути. Пока не известно, каким образом они это делают, но в следующей главе будут даны некоторые пояснения в связи с этим вопросом при рассмотрении гидролиза эфиров. [c.292]

Фториды легко поглощаются организмом, выделяются же медленно, следовательно, они способны вызывать кумз лятивное отравление. Фториды служат энергичными ингибиторами многих ферментативных реакций. Например, значительное ингибирующее влияние фториды оказывают на гликолитические ферменты липаза, различные эстеразы, уреаза, костная фосфатаза, сукцииодегидрогеназа и каталаза — все они подвергаются ингибированию. Фториды сильно замедляют действие пероксидазы, содержащейся, как известно, в щитовидной железе., Поэтому можно ожидать, что отравление фторидами будет влиять на метаболизм вообще, включая и некоторые процессы фосфорилиро-вания. Симптомы острого отравления, описываемые ниже, являются, следовательно, результатом этого широко распространенного ингибирования ферментов. На амилазу слюны, однако, фториды не действуют даже при очень высоких концентрациях . [c.525]

Полимолекулярные пленки белков позволяют изучать некоторые ферментативные реакции, устанавливать структурные особенности белковых молекул, научать иммунохимические явления и др. В частности, для изучения влияния линндных слоев на активность ферментов на гидрофильную и гидрофобную, т. е. смачиваемую и несмачиваемую водой, поверхности стекла наносили слои стеариновой кислоты различной кратности, а затем на эти поверхности из объема раствора наносили каталазу. Схема строения слоев стеариновой кислоты н фермента (Ф) показана на рис. 18. Оказалось, что большей активностью обладает фермент, адсорбирующийся на четном числе слоев стеариновой кислоты, если поверхность стекла вначале была гидрофильной. Такой же результат был получен при адсорбции фермента на нечетном числе слоев, нанесенных на гидрофобную поверхность. Это означает, что гидрофильная поверхность карбоксильных групп не инактивирует фермент. [c.47]

Величина Уд = з[Е]о называется максимальной скоростью ферментативной реакции, а Аз — числом реакционных циклов для прямой реакции. Последняя величина для каталазы, катализирующей разложение Н2О2 на Н2О и 7202, превышает значение 10 мин а для химотрипсина, катализирующего гидролиз некоторых сложных эфиров и амидов, равна примерно 10 мин-. [c.322]

Эти очень высокие выходы напоминают о фотохимических цепных реакциях, и поэтому некоторые исследователи предположили, что ферментативные реакции протекают по цепному механизму. С этой точки зрения высокие скорости реакции могли быть объяснены инициированием цепей ферментами, так же как высокие скорости реакций полимеризации могут быть получены в присутствии окислительно-восстановительных или ионных катализаторов. Ингибиторы могут действовать путем удаления цепных центров, что вызывает укорачивание длины цепи. Так, например, Габер и Впльштеттер [4] предположили, что каталаза инициирует цепное разложение перекиси водорода. [c.110]

Активность ферментов как катализаторов выражали многими способами. Одним из часто используемых способов является выражение ее через число оборотов Т.М. Последнее определяют [1] как число циклов, претерпеваемых во время каталитической реакции одной простетической группой фермента в одну минуту, т. е. как число молекул субстрата, реагирующих в минуту на одном активном центре фермента. Однако применялись и некоторые другие определения числа оборотов при любом способе измерения Т. N. следует указывать концентрацию субстрата и то, была ли она достаточной, чтобы дать максимальную скорость. Другой мерой [8, 3] является начальная константа скорости к реакции при низких концентрациях субстрата, где V = к [8]о[Е]о для реакции с одним субстратом, или к [8]о[Е]о[Т]о для бимолекулярной реакции. Эта характеристика имеет преимущество, являясь доступной мерой для многих реакций, катализируемых ферментами, и, кроме того, для тех же самых реакций в присутствии других катализаторов, которые не могут, например, дать предельно максимальную скорость. Однако, возможно, огромное преимущество может дать отнесение к к числу активных центров в молекуле фермента, точно так же как в кислотно-основном катализе константу скорости каталитической реакции делят на число доступных протонов кислотного катализатора. Аналогичным образом при сравнении фермента каталазы с коллоидальной платиной для реакции разложения перекиси водорода каждая частица может оказаться такой же активной, как и отдельная молекула фермента [8]. Однако каждая частица с радиусом 500 А имеет на поверхности приблизительно 3-10 атомов металла, каждый из которых, возможно, является самостоятельным активным центром, так что, относя к одному центру, можно видеть, что фермент оказывается намного более активным. Как показано в табл. 2, ферментативные реакции характеризуются более низкой энергией активации приблизительно на 10 ктл/моль, это может легко объяснить различие в активностях. В табл. 8 некоторые ферменты сравниваются с другими каталитически действующими ионами. [c.139]

Можно привести немало примеров, когда одна и та же реакция наблюдается в присутствии простого низкомолекулярного комплекса металла и в присутствии комплекса металла с белком, однако скорости процесса при этом могут быть весьма различны. Например, скорость каталитического распада перекиси водорода при pH 7 возрастает в 10 и 10 раз в присутствии эквимолярных количеств простых железо(П1)порфириновых комплексов и фермента каталазы соответственно по сравнению со скоростью распада в присутствии аквокомплекса железа(П1) (разд. 8.7). Однако некоторые ферментативные реакции не имеют аналога среди небелковых комплексов. К ним относятся, например, процессы изомеризации, которые происходят в присутствии ферментов, содержащих кобальткорриноиды и катализирующих перестройку связей углеродного скелета органических молекул (разд. 10. 2) [18, 181]. По-видимому, до сих пор химикам не удалось обнаружить и настоящих аналогов [c.134]

Для современных энзимологов существование фермент-субстратных комплексов — почти аксиома. В настоящее время накопилось огромное множество кинетических и других данных, подтверждающих образование таких комплексов в ходе ферментативных реакций, причем многие из них очень трудно объяснить каким-либо иным образом. Наиболее убедительны с этой точки зрения многочисленные прямые наблюдения образования соединений фермента с субстратом. Первое из них — наблюдение осаждения папаина его субстратом фибрином [1] — относится к 1880 году последние известные нам работы такого рода — исследования кристаллического фермент-субстратного комплекса оксидазы О-ами-нокислот с помощью оптических методов и метода ЭПР [2—5]. Классическими примерами служат гемопротеиды— пероксидаза и каталаза [6, 7], для которых образование промежуточных комплексов было доказано с помощью прямых спектроскопических методов более 30 лет назад [8, 9]. Позднее прямые доказательства образования подобных комплексов были получены с помощью самых разнообразных методов при исследовании гидролитических ферментов [10—14], альдолаз [15, 16], ряда дегидрогеназ [17—21] и тиотрансферазы ро-данезы [22, 23]. [c.55]

Кроме различных химических взаимодействий, исследовались также реакции фотохимического и радиационного разложения. Расширение монослоев яичного альбумина под действием ультрафиолетового излучения Каплан и др. [179, 182] объясняют вероятным разрушением связей более прочных, чем относительно слабые связи (главным образом водородные), разрывающиеся при растекании. Смит [183] исследовал инактивацию пленок каталазы и бычьего сывороточного альбумина рентгеновским излучением Хатчинсон [184] изучал инактивацию этого же белка медленными электронами. Огенстайн и Рэй i[185] описали влияние ультрафиолетового и рентгеновского излучения на ферментативную активность трипсиновых монослосв. [c.141]

Эта аналогия вряд ли совсем случайна, тем более что в обоих случаях могут наблюдаться как нулевые, так и первые порядки в зависимости от значений констант и концентраций. По-видимому, дело здесь в сходстве внешних механизмов, выражающемся в том, что и там и здесь равновесно образуется промежуточное состояние и возможно полное заполнегше или поверхности или емкости энзима. Существенно также, что уравнение типа Михаэлиса довольно хорошо оправдывается при разложении перекиси водорода на платиновой черни. Однако не все ферментативные реакции подчиняются этому уравнению. Так, при упоминавшемся ранее разложении перекиси водорода в присутствии каталазы не получается линейной зависимости 1/г =/(1/с). Как видно из рис. ХП.9, нужны по меньшей мере две прямые — одна для малых, другая для больших концентраций, чтобы описать этот график линейными функциями. [c.353]

Некоторые оксидазы, широко распространенные в живых организмах, являются хромопротеидами, родственными гемоглобину, но отличающимися от последнего своими физиологическими функциями. Все они содержат в качестве простетической группы комплекс Я елеза с протопорфирином. К этой категории относятся каталаза и пероксидаза — два фермента, катализирующие реакции перекиси водорода, а также цитохром и дыхательный фермент Варбурга (цитохромоксидаза), играющие особенно важную роль в клеточных окислениях. Все эти ферменты были выделены в кристаллическом состоянии (два других — цитохромы а ж Ъ — были идентифицированы по их спектрам) (об их ферментативном действии см. главу Ферменты ). [c.454]

Химические реакции, однако, не всегда происходят пптсму, что молекула субстрата входит в замочную ск ала ру своего фермента и активируется. Для неко-ггрых ферментов, таких, как пепсин, это соединение двух молекул само по себе достаточно для превращения субстрата. Однако очень часто для этого необходимо еще третье вещество, небелковой природы. В каталазе, пероксидазе и других ферментах имеются такие вспомогательные вещества, более или менее прочно прикрепленные к их белковым молекулам. Эти вещества были названы простегическими группами. Однако для многих ферментов требуется, по-видимому, только присутствие таких вспомогательных веществ в растворе в виде так называемых коферментов. Эта область исследования ферментов наиболее активно разрабатывается и является предметом споров, и вообще весь вопрос о помощниках ферментов требует глубокого изучения. До сих пор нам твердо известно одно в больщей части ферментативных реакций наличия одного только белка недостаточно для биокатализа. Если в описанной выше системе спиртового брожения отсутствует кофермент I, то процесс останавливается. [c.177]

Исследования в этой области стимулировали интерес к наиболее активным биологическим катализаторам окислительно-восстановительных процессов. В. В. Воеводский активно участвовал в работе I Всесоюзной конференции по механизму ферментативных реакций и Совещания по моделированию ферментов. Завершающийся в настоящее время цикл работ по выяснению природы биокаталитической активности фермента ка-талазы методом моделирования был выполнен в московской лаборатории при постоянном творческом контакте с В. В. Воеводским. Высказанные В. В. Воеводским представления о коллективном характере взаимодействий в случае биокатализа подобны современным представлениям о полифункциональной структуре активного центра фермента. Изучение ряда комплексов железа — от гидратированного иона до его сложного белковопорфиринового комплекса, каталазы — выявило особую роль димерных образований, ассоциатов ионов металлов в окислительно-восстановительном катализе. Эта форма коллективного участия ионов металла в элементарном акте окислительно-восстановительного катализа оказалась присущей не только биологическим, природным комплексам, но и ряду обычных комплексов, вплоть до аква-иона железа. [c.370]

Особый интерес для медиков представляет зависимость от температуры скорости ферментативных реакций, т. е. реакций с участием ферментов. Практически все реакции, протекающие в организме, относятся к этому классу. Например, при разложении водородпероксида в присутствии фермента каталазы скорость разложения зависит от температуры. В интервале 273—320 К температурная зависимость имеет нормальный характер. С увеличением температуры скорость возрастает, с уменьшением — падает. При подъеме температуры выше 320 К наблюдается резкое аномальное падение скорости разложения пероксида. Сходная картина имеет место и для других ферментативных реакций. Для некоторых реакций этого класса аномалия температурной зависимости скорости обнаруживается также ниже 273 К в области замерзания водных растворов (рис. 9.5, в). [c.403]

Дело в том, что удельная скорость ферментативных реакций изменяется в очень широких пределах (до 10 раз), а такие сверхактивные ферменты, как каталаза, насчитываются единицами и к тому же они ускоряют распад относительно нестойких соединений типа Н2О2 или Н2СО3. Поэтому приведенные для них рекордные данные совсем непригодны для того, чтобы характеризовать ферменты как класс катализаторов. В табл. 2 по данным [4, 5 и 6] приведены числа оборотов , равные эффективной величине +2 в уравнении Михаэлиса— Ментен для ряда достаточно хорошо изученных ферментов. [c.60]

В а-химотрипсине по Бендеру цепь перераспределения связей включает перемещение связей в имидазольном кольце His и замыкается в восьмичленный цикл. Аналогичный цикл с альтернирующим изменением кратности связи характерен для каталазы (см. гл. VHI). Для -лактатдегидрогеназы ЦПС представляет собой линейную цепочку из восьми звеньев. Наиболее короткая цепь — всего из двух звеньев характерна для пиридоксалевых рацемаз аминокислот. Самая длинная цепь, состоящая из 10 звеньев, найдена у пиридоксалевых декарбоксилаз аминокислот. Во всех случаях ЦПС представляет собой систему связей альтернирующей кратности ( 1). Эффективность переноса зарядов в ЦПС следует из общих квантово-химических соображений, но здесь ее целесообразно рассматривать как некоторый опытный факт, относящийся к механизмам действия всех достаточно изученных к настоящему времени ферментов. Более того, построение в ферментах ЦПС, действие которых управляется кислотно-основными центрами, является, вероятно, наиболее общей чертой ферментативных реакций, позволяющей говорить о едином кислотно-основном механизме подавляющего большинства (если не всех) ферментативных реакций. [c.265]

Рассмотренный выше подход к исследованию механизма ферментативной реакции при переменной концентрации субстрата по кинетике образования и расходования промежуточного соединения был использован Б. Чансом при изучении механизма катализа окислительными ферментами каталазой и пероксидазой. Спектры поглошения в видимой области комплексов гемсодер-жаших ферментов каталазы и пероксидазы с перекисью водорода и органическими перекисями сушественно отличаются от спектров поглошения исходных ферментов. Это позволило Чансу провести непосредственное кинетическое изучение промежуточных соединений методами ускоренной и остановленной струи с использованием высокочувствительной спектрофо- [c.170]

Ацилферменты в механизме катаЛйза сериновыми протеазами (139). Определение кинетических параметров (147). Структура и реакционная способность ацилферментных производных а-химотрипсина (150). Молекулярная модель катализа а-химотрипсином (158). Предстационарная кинетика многостадийной ферментативной реакции (159). Экспериментальные методы исследования нестационарной кинетики (162). Нестационарная кинетика ферментативных реакций при переменной концентрации субстрата. Кинетические закономерности реакции с участием одного промежуточного соединения (165). Каталаза и пероксидаза (170). [c.710]

Для выражения активности в практической работе с ферментами часто пользуются произвольными понятиями удельной и молярной активности. Удельную активность фермента принято выражать числом единиц ферментативной активности на 1 мг белка (или числом каталов на 1 кг активного белка). Количество молекул субстрата, подвергающихся превращению одной молекулой фермента в продукт в процессе реакции в единицу времени при полном насьш1ении фермента субстратом, принято называть числом оборотов фермента, или молярной активностью (молярная каталитическая активность выражается в каталах на 1 г-моль фермента). Одна молекула каталазы эритроцитов способна, например, расщепить в 1 с 44000 молекул перекиси водорода . [c.158]

Ферменты, выделяемые грибами, — мощный фактор биоповреждений металлоконструкций. К таким ферментам относят оксидоредуктазы (каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза) и эстеразы (фосфаталазы, липазы). Продукты преимущественно определенного вида ферментов разрушают ряд материалов и покрытий продуценты липазы — резины, битуМы продуценты дегидрогеназы, каталазы, пероксидазы — строительные материалы фосфатазы — фенопласты. Разрушение многих полимерных материалов происходит в результате комплекса реакций окислительно-восстановительных процессов, декарбоксилирования, этерификации, гидролиза и др. Алканы, входящие в состав нефтепродуктов, разрушаются в результате термального окисления алкены — гидратацией двойной связи с образованием эпокси-групп этанолов и диолов. Ферментативная активность некоторых грибов приведена в табл. 10.8. [c.316]

Биологическая функция каталазы состоит в освобождении клетки от избытка перекиси водорода, образующейся при многих окислительно-восстановительных процессах, как, например, при действии ксантиноксидазы, уриказы, оксидазы -а-аминокислот, диаминооксидазы, и при ряде других ферментативных процессов. Образующаяся перекись водорода или расходуется в процессах, катализируемых пероксидазой, или же разрушается каталазой, причем образующийся кислород снова может быть использован в окислительных реакциях клетки. Таким образом, каталаза является важным элементом общей окислительно-вос-становительной системы клетки. [c.66]

Очень большая группа белков обладает ферментативной активностью это означает, что такие белки способны катализировать строго определенные органические и даже неорганические реакции. Каталитическая активность и специфичность действия большинства ферментов исключительно велики, и практически все биохимические реакции происходят при посредстве ферментов, каждый из которых обычно строго специализирован для выполнения определенной задачи. Ничто, по-видимому, не предоставлено на волю случая даже установление равновесия двуокиси углерода с водой происходит с помощью фермента, называемого ангидразой угольной кислоты . Чувствительные к окислению биохимические вещества защищаются от действия перекиси водорода в высшей степени эффективными ферментами (например, каталазой, которая превращает перекись водорода в воду). Многие ферменты представляют собой вполне индивидуальные вещества, которые могут кристаллизоваться и обладают точно воспроизводимыми физическими свойствами и каталитической активностью. Почти все они при сильном нагревании денатурируются и теряют активность. Мы не будем пытаться систематизировать ферменты и их функции и рассмотрим вместо этого вопросы, связанные с действием типичного протеолитического (расщепляющего белки) фермента, а-химотрипсина. Затем будут рассмотрены [c.128]

Влияние pH обнаружено для каталазы, пероксидазы хрена и хлоро-пероксидазы, причем оно распространяется как на константы равновесия связывания анионов, так и на константы скорости окис-, лительно-восстановительпых реакций, протекающих при участии анионов. Можно предположить, что природе пришлось развить это свойство для какой-то специальной цели и что оно каким-то способом участвует в обеспечении ферментативной активности. Поэтому целесообразно рассмотреть такого рода эффекты более подробно. [c.206]

Сопоставление данных табл. 16 для ферментативно активной каталазы и пероксидазы хрена и для сравнительно инертных комплексов железопротопорфирина и миоглобина показывает, что наличие белка может усилить, подавить или вовсе не повлиять на скорости отдельных реакций. Сравнение миоглобина и железопротопорфирина показывает, что наличие белка само пи себе не влечет за собой автоматически усиления активности. Скорость может повыситься или уменьшиться вплоть до 10 раз или более. [c.211]