Активация гидрогеназы

Если скорость восстановления субстрата меньше, чем скорость орто-пара-конверсии водорода или обмена дейтерия с водой в отсутствие субстрата (табл. 6), то в качестве дополнительных факторов можно указать на 1) ингибирующее действие субстрата на гидрогеназу, в особенности когда субстрат является окислителем, или 2) протекание медленной реакции между фермент-гидридным промежуточным образованием и субстратом [ 3 < ki в уравнениях (62) и (63)] во втором случае (так же как для восстановления бихромата в кислом растворе, катализируемого Сц2+ или Ag+) восстановление водородом в тяжелой воде должно сопровождаться обменом. Возможно, что в некоторых реакциях водорода (например, при гидрогенизации фума-рата), наблюдаемых в бактериальных суспензиях, содержащих гидрогеназу, кроме последнего соединения, участвуют другие ферменты, функция которых заключается в активации субстрата. [c.404]

Энергии активации для л-Нз-преврашения составляют для медной пленки или фольги 9,5—10,5 ккал [36], для гидрогеназы— 10 ккал, для ацетата меди в хинолине—16 ккал [37]. 1е вполне ясно, однако, почему переходные металлы, которые так активны в виде пленок или проволок, оказываются неактивными в виде ионов в водной среде. [c.319]

Существенной чертой гетеролитического механизма активации молекулярного водорода является предположение о наличии в активном центре гидрогеназы основания, действующего в качестве акцептора протонов [c.259]

Рассмотрим систему, в которой катализатором ионизации и образования водорода является гидрогеназа — белковый катализатор активации водорода. Процесс протекает по медиаторному механизму переноса. Гидрогеназа ускоряет процесс установления равновесия в системе метилвиологен — водород [c.73]

Гаффрон заключает из опытов с энзиматическими ядами, что энзим Ео ( деоксидаза ), который катализирует реакцию выделения кислорода (6.7а), теряет активность в течение анаэробной адаптации, причем одновременно происходит активация гидрогеназы Ец. Если это заключение верно, то обратная реакция (6.7(7) у адаптированных водорослей невозможна даже в случае ее термодинамической обратимости. [c.140]

Можно предположить, что энзим, катализируюший реакцию (6.14), теряет свою активность одновременно с Гидрогеназой либо что скорость реакции (6.14) настолько медленна, что ее конкуренция с реакциями (6.7а и 6.7(5) невозможна, пока деоксидаза , катализирующая последнюю реакцию, остается активной. Потеря активности этого энзима описывалась на стр. 140 как второй признак процесса адаптации, дополняющий активацию гидрогеназы. [c.150]

У адаптированных водорозлей восстановление б.юкировано, и реакция с восстановителем-заменителем (например. На) делается возможной при характерном преобразовании ферментной системы (активация гидрогеназы и инактивация фермента, выделяющего кислород). [c.175]

Активацию водорода бактериями следует, по-видимому, отнести к гомогенному катализу, поскольку ответственными за активацию являются, вероятно, отдельные молекулы энзима. Относительно природы этого энзима пока не существует единого мнения, хотя исследования торможения [39] указывают на то, что гидрогеназа является железопорфириновым энзимом. Наилучшие результаты в отношении выяснения. механизма действия энзимов могут быть, по-видимому, достигнуты при иоследовании бескле-точных вытяжек бактерий. Эта область в настоящее время усиленно изучается [40—44]. [c.214]

Наиболее сложная проблема биоэлектрокатализа — реализация эффективного переноса электронов между активным центром фермента и электродом. Известно несколько путей, позволяющих осуществить эффективное заселение активных центров ферментов электронами (или электронными вакансиями). Первый путь предполагает использование низкомолекулярных диффузионно-подвижных переносчиков электрона (медиаторов), способных акцептировать электроны с электрода и отдавать их активному центру фермента. Этот механизм используется в большом числе ферментативных электродных систем, в частности, в реакциях с участием гидрогеназ — биологических катализаторов активации молекулярного водорода. (В системе гидрогеназа — метилвиологен — угольный электрод удается электрохимически окислять водород без перенапряжения в условиях, близких к равновесным.) Второй путь предполагает непосредственное электрохимическое окисление — восстановление активных центров ферментов, прямой перенос электронов (вакансий) с активного центра фермента на электрод (или обратно). Механизм прямого переноса электронов по пути электрод — активный центр фермента уже реализован в реакции электрохимического восстановления кислорода до воды с участием медьсодержащей оксидазы, в реакции электровосстановления водорода с помощью гидрогеназы. [c.69]

Водородные электроды послужили модельными системами для создания современной теоретической электрохимии. Они достаточно интересны как в теоретическом, так и в прикладном плане и в настоящее время. В качестве катализатора для водородных электродов в большинстве случаев используют металлическую платину или другие металлы VIII группы. Рассмотрим систему, в которой катализатором ионизации и образования водорода является гидрогеназа — белковый катализатор активации водорода. Процесс протекает по медиаторному механизму переноса. [c.77]

Исходя из гипотезы ван Ниля, можно сделать заключение, что механизмы фоторедукции адаптированных водорослей и пурпурных бактерий несколько отличаются друг от друга. Первые содержат обычно хлорофилл, на котором, вероятно, процесс адаптации не отзывается. Таким образом, первичный продукт окисления воды ОН " -, вероятно, одинаков и в нормальном и в адаптированно>г фотосинтезе. Разницу в конечной стадии окисления, как предполагает Гаффрон (глава VI), следует отнести за счет активации гидрогеназной системы с одновременной инактивацией ферментной системы Ед, выделяющей кислород. Идентичность первичного процесса у адаптированных и нормальных зеленых водорослей подтверждается наблюдениями Рике и Гаффрона [34]. Эти исследовате.1И отмечают, что максимальный квантовый выход ц скорость насыщения на мигающем свету одинаковы прл фоторедукцин у адаптированных водорослей и при фотосинтезе у неадаптированных водорослей. С другой стороны, у пурпурных бактерпй первичный окисленный продукт ОН , естественно, не способен превратиться в свободный кислород. В данном случае аэробные условия могут вызвать лишь полное прекращение синтеза (если они ведут к окислите.1ьной инактивации гидрогеназы), но не могут вызвать переход к обычному фотосинтезу (с водой в качестве восстановителя), как это получается при исчезновении адаптации у зеленых водорослей. [c.175]

Предложенный механизм основан на следующих предпосылках 1) активация молекулярного водорода гидрогеназами представляет собой стадию гетеролитического расщепления молекулы водорода с переносом двух электронов на активный центр фермента 2) акцептирование двух электронов осуществляется одноэлектронными акцепторами в две последовательные стадии 3) стадия депротонизации активного центра (2.9) протекает з равновесном режиме. Обоснованием этой предпосылки служит хорошо установленный экспериментальный факт, что протонизация [c.39]

Полученные численные оценки позволяют шостроить профиль изменения свободной энергии при протекании каталитического процесса. Рассчитанный профиль изменения свободной энергии в механизме катализа гидрогеназой для схемы Н ере представлен на рис. 12. Минимумы свободных энергий соответствуют промежуточным соединениям ЕН+Н-, ЕН-, ЕН и Е . Из известных экспериментальных данных можно получить информацию об энергетике интермедиатов ЕН+Н и ЕН-. Видно, что образование промежуточного фермент-гидридного комплекса ЕН+Н- термодинамически выгодно, и комплекс существенно дестабилизируется в результате депротонирования. Таким образом, из данных рис. 12 следует, что активация водорода гидрогеназой включает термодинамически невыгодное образование фермент-гидридного комплекса ЕН-. Образование этого интермедиата идет с затратами свободной энергии -f-10,8 ккал/моль. Для сравнения укажем, что теплота гомолитического расщепления молекулы водорода на атомы в водной среде равна +104,5 ккал/моль, свободная энергия гетеро-литического расщепления в воде с образованием гидрид-иона и протона равна +33 ккал/моль (Басоло, Пирсон, 1971). Таким образом, активный центр фермента выбирает путь реакции без образования термодинамически очень невыгодных промежуточных [c.49]

Таким образом, при изучении гидрогеназы из данных стацио-, нарной кинетики яолучена интересная информация о механизме действия биокатализатора. Важно подчеркнуть этапы исследования экспериментальное изучение зависимости стационарной скорости реакции от концентрации субстратов и pH, построение, анализ и дискриминация кинетических моделей, определение численных значений констант скоростей и равновесий, построение энергетического профиля реакции и молекулярной модели активации водорода железо-серным кластером. [c.51]

Катализировать реакции водорода способны весьма разнообразные вещества. Из них наиболее известны и имеют наибольшее значение твердые тела, в том числе металлы (в особенности переходные металлы), окислы (ZnO, СггОз, АЬОз и т. д.) и некоторые соли. Так, например, если в газовой фазе энергия активации гидрогенизации этилена или обмена между молекулярным водородом и дейтерием имеет порядок 50 ккал1моль, то на поверхности переходных металлов, таких, как никель или палладий, она равна лишь 10 ккал1моль. В исследованиях, начатых в 1931 г. [1], было обнаружено, что некоторые микроорганизмы содержат фермент или систему ферментов, названную гидрогеназой, которая может катализировать различные реакции водорода. Позднее было установлено, что ряд ионов и комплексов металлов являются гомогенными катализаторами для реакции гидрогенизации в растворе. Вследствие того что каталитические механизмы в этих системах просты как с химической, так и с кинетической точек зрения, оказалось возможным дать им подробное объяснение. [c.335]

Было установлено, что к числу реакций, катализируемых гидрогеназой, относятся орто-пара-конверсия водорода, обмен дейтерия с водой, восстановление водородом различных окисляю-UIHX веществ, как, например, метиленового голубого и бензил-виологена, а также выделение водорода из восстановленного виологена. Хотя полагают, что механизмы большинства из этих реакций имеют общую основу, их скорости сильно различаются для каждого данного препарата гидрогеназы и характер этого различия изменяется от образца к образцу (табл. 6). Соответственно имеется некоторая неопределенность и расхождение во мнениях относительно того, какая из этих реакций наиболее подходит для испытания активности гидрогеназы, т. е. для измерения скорости активации водорода. По-видимому, так же как и в случае других катализаторов, для этой цели следует предпочесть реакцию орто-пара-конверсии или обмена, поскольку в них не участвуют никакие другие вещества, кроме самого водорода. С другой стороны, имеется указание, что для некоторых препаратов гидрогеназы эти реакции протекают с меньшей скоростью, чем восстановление метиленового голубого [154, 157]. [c.401]

Реакции орто-пара-конверсии водорода и обмена дейтерия с водой были изучены рядом исследователей [155, 156, 159—162]. Обе реакции протекают со сравнимыми скоростями и проявляют аналогичную чувствительность к ингибиторам. Было найдено, что в области низких концентраций скорость этих реакций пропорциональна концентрации бактерий или экстракта кажущаяся энергия активации (для Р. vulgaris и Е. oli) равна 7—10 ккал/моль. По-видимому, в этой области лимитирующей стадией является химическая активация водорода гидрогеназой. При более высоких концентрациях бактерий скорость стремится к некоторому предельному уровню и кажущаяся энергия [c.401]

ЕОН + На ЕН + НОН, который лишь слабо обменивает атомы дейтерия с ОгО. Купер, Элей и Хейуорд [28] установили обратимую потерю гидрогеназ-ной /г-Нг-активности на дегидратирующих бактериях, что может служить подтверждением этой гипотезы. Не ясно, является ли активным центром один или несколько атомов металла (имеются некоторые доказательства, подтверждающие присутствие железа [29]) или же атомы Н удерживаются органической частью фермента. Активация водорода под действием ацетата закисной меди [30, 31], по-видимому, происходит с двумя соседними ионами Си , а в случае ацетата серебра—с одним ионом Аё [32] [c.318]

Известно несколько путей, позволяющих осуществить эффективное заселение активных центров ферментов электронами (или электронными вакансиями). Первый путь предполагает использование низкомолекуляриых диффузионно подвижных переносчиков электронов (медиаторов), способных акцептировать электроны с электрода и отдавать их активному центру фермента. Этот механизм используется в большом числе ферментативных электродных систем, в частности, в реакциях с участием гидрогеназ — биологических катализаторов активации молекулярного водорода. (В системе гидрогеназа — метилвио-логен — угольный электрод удается электрохимически окислять водород без перенапряжения в условиях, близких к равновесным.) Второй путь заключается в непосредственном электрохимическом окислении — восстановлении активных центров ферментов, прямом переносе электронов (вакансий) с активного центра фермента на электрод (или обратно). Механизм прямого переноса электронов по пути электрод — активный центр фермента уже реализован в реакции электрохимического восстановления кислорода до воды с участием медьсодержащей окси-дазы, в реакции электровосстановления водорода с помощью гидрогеназы. Третий путь состоит в использовании ферментов, включенных в матрицу органического полупроводника. Для этого применяют полимеры с системой сопряженных связей, обладающие длинной цепью сопряжения, или полимеры с комплексами переноса заряда. С помощью ферментов, иммобилизованных в органические полупроводники, удалось осуществить ряд интересных электрохимических реакций, в частности электрохимическое окисление глюкозы с участием глюкозооксидазы. [c.69]