Ферменты в гетерогенной среде

Химическая кинетика. В задачи кинетики входят определение скорости реакции в гомогенной и гетерогенной среде, исследование зависимости скорости от концентрации реагирующих веществ, температуры, давления, а также влияния излучения и катализаторов. Особенно важную роль в жизнедеятельности организмов играют биологические катализаторы белковой природы (ферменты), присутствующие во всех без исключения живых клетках и обеспечивающие протекание почти всех биохимических реакций в любом организме. Конечной целью кинетических исследований является установление механизма изучаемой реакции. [c.6]

Химическая кинетика. Она изучает скорости химических реакций и их зависимости от температуры, давления, концентрации, среды, перемешивания и т. д., а также вопросы катализа гомогенных и гетерогенных химических реакций и способы, позволяющие регулировать и направлять течение различных химических процессов и выход продуктов реакции. В этом разделе физической химии рассматривается также механизм действия биологических катализаторов— ферментов. [c.6]

Одним из путей ускорения медленной реакции является добавление к смеси незначительного количества катализатора. Катализаторы существенно различаются по химической природе. В частности, каталитическими эффектами обладают различные металлы, неметаллы и органические соединения (включая ферменты), которые увеличивают скорость некоторых реакций, находясь в водной среде. Это явление известно как гомогенный катализ. Если же в системе присутствует твердая фаза (например, электрод) или в общем случае имеется двухфазная система, то описываемое явление называют гетерогенным катализом. Далее мы не будем рассматривать этот случай. [c.337]

Гомогенные катализаторы отличает большая, чем у гетерогенных, селективность или специфичность действия. (Все каталитические центры одинаковы и химически, и энергетически.) Наивысшая селективность присуща биологическим катализаторам. Среди них немало ферментов с абсолютной специфичностью. Так, например, фермент уреаза ускоряет гидролиз мочевины O(NH2)2, и только мочевины. Основной технологический недостаток гомогенных катализаторов — необходимость их вьщеления из конечной смеси продуктов и реагентов с неизбежными потерями катализатора. Поэтому ограниченный промышленный масштаб имеют лишь процессы гомогенного катализа кислотами и основаниями, стоимость которых невелика. [c.176]

До недавнего времени среди известных твердых катализаторов безраздельно господствовали неорганические вещества. В этом отношении все искусственные твердые катализаторы коренным образом отличались от ферментов. Первую брешь в стене, отделявшей в связи с этим искусственно гетерогенные катализаторы от природных биокатализаторов, пробило введение в обращение органических полимерных смол ионитов, оказавшихся прекрасными катализаторами для многих реакций кислотно-основного класса [291. Для реакций окислительно-восстановительного класса сходная роль, по-видимому, предстоит органическим полупроводникам. Исследование каталитических свойств этого нового обширного типа соединений началось впервые в советских лабораториях [28, 29, причем основное внимание уделялось полимерам, содержащим в макромолекулах систему сопряженных связей —С=С—С=С— —N=0—С=М—и т. д. [c.39]

Панкреатическая липаза — очень устойчивый фермент и резистентна к большинству ферментных ингибиторов, в том числе к действию таких фосфорорганических соединений, как диизопропилфторфосфат. В отличие от остальных гидролаз липаза действует в гетерогенной системе — эмульсии жира в водной среде. Если с помощью соответствующих растворителей перевести липазу в гомогенную систему, активность фермента падает. [c.298]

Ферменты, как правило, функционируют в водных средах при нейтральных или близких к нейтральным значениям pH, поэтому наибольшего успеха следует ожидать в случае водорастворимых поликонденсационных продуктов [417]. При высоких концентрациях органических растворителей, как правило, наблюдается значительное ухудшение каталитической активности. Поэтому неоднократно делались попытки защитить фермент от дезактивации органическими растворителями путем иммобилизации, что позволяет не только увеличить его стабильность, но и превращает фермент в гетерогенный катализатор. При этом чем более многоточечным является прикрепление фермента к поверхности, тем [c.264]

Иммобилизованные ферментные препараты обладают рядом существенных преимуществ при использовании их в прикладных целях по сравнению с нативными предшественниками. Во-первых, гетерогенный катализатор легко отделить от реакционной среды, что дает возможность а) остановить в нужный момент реакцию б) использовать катализатор повторно в) получать продукт, не загрязненный ферментом. Последнее особенно важно в ряде пищевых и фармацевтических производств. [c.7]

Установлено, что множественные мутанты по пептидазам в процессе роста на минимальных средах накапливают гетерогенную смесь небольших пептидов, которые образуются из внутриклеточных белков под действием протеиназ. В настоящее время не известно, как осуществляется регуляция действия пептидаз и как она связана с активностью ферментов, осуществляющих начальные этапы деградации белков. Но такая связь, вероятно, существует, на что указывает замедленное разрушение аномальных белков, содержащих аналоги аминокислот, в клетках мутантов, дефектных по пептидазам. [c.57]

Как видно из предыдущего изложения, раз личные схемы проведения гетерогенного ИФА имеют как достоин ства,.так и недостатки. Несмотря на большое многообразие мето дов, в настоящее время невозможно выделить какой-либо из них чтобы рекомендовать в качестве универсального для определения любых соединений. Выбор схемы анализа зависит от многих факто ров, из Которых основными являются молекулярная масса и валент ность антигена, длительность анализа, состав среды, в которой необ ходимо определять антиген, свойства фермента, используемого е качестве маркера, и т. д., [c.100]

Функции биологических мембран. Лабильная структура мембран позволяет выполнять им различные функции барьерные, транспортные, осмотические, электрические, структурные, энергетические, биосинтетические, секреторные, пищеварительные, рецепторно-регуляторные и некоторые другие. Первичным назначением клеточной мембраны было отделение внутренней среды от внешней. Затем в процессе эволюции возникло большое количество специализированных внутриклеточных отсеков (компартментов), что позволило клетке и органоидам удерживать в небольших объемах необходимые Ферменты и метаболиты, создавать гетерогенную физико- [c.15]

Молекулярная гетерогенность НАД-киназы и различная каталитическая активность олигомеров находят свое выражение в сложном кинетическом поведении фермента. На кривой зависимости V от [5] о для фермента из скелетных мышц кролика проявляются перегибы и промежуточный максимум (рис. ЗЛ, кривая /). Форма таких кривых варьирует при изменении pH инкубационной среды и зависит от длительности хранения ферментного препарата и концентрации фермента. НАД-киназа из скелетных мышц кролика имеет несколько оптимумов pH [23]. [c.144]

Только диффузией невозможно объяснить гетерогенность химического состава протоплазмы и окружающей среды. Несомненно должен существовать активный перенос ионов н других веществ, поступающих в клетку и удаляющихся из нее. Активный перенос связан с затратой энергии, источником которой является АТФ. Один из способов активного переноса веществ, возможно, заключается в том, что ферменты, входящие в состав мембраны, присоединяют определенные вещества и переносят их на противоположную сторону мембраны. [c.56]

В мире животных и растений все химические процессы характеризуются ферментами, представляющими собой белки со строго специализированными функциями. Белки, в том числе и ферменты, образуют псевдоколлоидные растворы, относящиеся по размеру частиц к коллоидным. По ряду других свойств они сходны, наоборот, с истинными растворами так, у белков отсутствует поверхность раздела с растворителем. В растворах, в которых идут ферментационные процессы, нет типичной гетерогенности среды, так как нет поверхностей раздела фаз. Поэтому процессы, протекающие при участии ферментов, относят к микрогетерогенному катализу. [c.99]

Другим следствием коллоидального состояния ферментов является образование поверхностей раздела между водной фазой и нерастворимой (коллоидальной) белковой фазой. Гетерогенный характер среды, в которой находятся ферменты, во многих случаях способствуют проявлению их действия. Так, например, гемин, который обладает сильно выраженным липооксидазным действием в гетерогенной среде (эмульсия вода — масло), совершенно теряет активность в указанном отношении при переводе эмульсии в гомогенный раствор путем добавления этилового спирта или желчных солей [14]. [c.275]

Термодинамика и кинетика окислит.-восстановит. р-ций, в к-рых участвуют биологически активные соед, изучаются вольтамперометрич. методами с использованием капающего (обычно ртутного) или стационарного электрода. Эти методы позволяют определить число электронов, вовлеченных в р-цию при каждом значении потенциала, а также обнаружить неустойчивые промежут. соединения, в т.ч. короткоживущие радикалы, к-рые не удается зарегистрировать методом ЭПР. Электрохим. методы имеют широкую область применения и позволяют изучать тонкости механизма р-ций. Они пригодны для проведения уникальных синтезов и решения сложных аналит. задач, т. к. чувствительность импульсной полярографии позволяет, напр., обнаружить 10 М электрохимически активного в-ва. Возможность применения электрохим. методов для решения упомянутых проблем основана на сходстве электрохим. и биол. окислит.-восстановит. р-ций оба типа являются гетерогенными (первые осуществляются на пов-сти электрода, вторые-на границе фермент-р-р), идут в одном интервале pH и в р-рах той же ионной силы, протекают в неводных средах и в одинаковом интервале т-р, включают стадию ориентации субстрата. Электрохим. методы позволяют получать информацию об окислит.-восстановит. потенциалах, числе электронов, механизме р-ций с участием азотсодержащих гетероциклич. соед. (пурины, пиримидины, порфирины и т. п.). Емкостные измерения дают важные сведения об адсорбционных св-вах низкомол. и высокомол. биологически активных соед. (нуклеотиды, белки, нуклеиновые к-ты). [c.292]

Иммобилизованные ферменты имеют ряд преимуществ в сравнении со свободными молекулами. Прежде всего такие ферменты, представляя собой гетерогенные катализаторы, легко отделяются от реакционной среды, могут использоваться многократно и обеспечивают непрерьгеность каталитического процесса. Кроме того, иммобилизация ведет к изменению свойств фермента субстратной специфичности, устойчивости, зависимости активности от параметров среды. Иммобилизованные ферменты долговечны и в тысячи и десятки тысяч раз стабильнее свободных энзимов. Так, происходящая при температуре 65 С термоинактивация лак-татдегидрогеназы, иммобилизованной в 60 %-м полиакриламидном геле, замедлена в 3600 раз по сравнению с нативным ферментом. Все перечисленное обеспечивает высокую экономичность, [c.85]

Для осуществления химических процессов с помощью иммобилизованных ферментов применяют колоночные, трубчатые, пластинчатые и танкерные реакторы разного объема и производительности. Иммобилизованные ферментные системы функционируют в биореакторе в виде неподвижной фазы, через которую протекает среда с субстратом, подлежащим химическому превращению (гетерогенный катализ). В таких реакторах наряду с непрерьш-ным режимом используется и периодический. Для эффективного перемешивания и газообмена биореактор снабжают мешалкой. Повреждающее действие мешалки на биокатализатор устраняют, закрепляя определенным образом его гранулы. Например, в биореакторе корзиночного типа мешалка вращается в полом цилиндре из сетчатой структуры (корзина), в ячейках которой закреплен иммобилизованный фермент. Во внутреннем объеме трубчатых реакторов рыхло расположены полые волокна, заполненные биокатализатором. Степень превращения субстрата в продукт (например, фумарата аммония в аспартат) в таких реакторах достигает 90 %. [c.94]

Среди ферментов, содержащих ионы переходных металлов, важное место принадлежит нитрогеназе. Ряд видов бактерий (в частности, находящихся в симбиозе с бобовыми растениями) и водорослей обладает способностью восстанавливать азот воздуха до аммиака. В конечном счете именно этим способом в организмы доставляется азот, необходимый как для белков, так и для нуклеиновых кислот. Такая реакция, как N2 + ЗПг-> 2NПз, в газе требует гетерогенного катализатора, давления порядка 250 атм и температуры до 450°С (процесс Габера—Боша). В бактериях эта реакция идет с участием нитрогеназы — комплекса двух белков, один из которых содержит молибден и железо, а другой — только железо. Роль Мо является определяющей. Несмотря на то, что структура нитрогеназы пока еще мало изучена, с помощью качественных методов квантовой химии, основанных на теории поля лигандов, удалось выявить роль молибдена. Активация молекулярного азота N2 происходит, по- видимому, в комплексе Ме — N = N — Ме (Ме — металл). При этом связь NN в N2 из тройной превращается практически в единичную. Рентгеноструктурный анализ показал, что в модельных комплексах N2 с металлами длина связи NN равна 0,137 нм (длина связи N=N 0,110 нм, N=N 0,123 нм, N—N 0,144 нм). [c.218]

Таким образом, особая энергетическая цепь , которую первоначально искали в области гомогенных процессов, в своеобразном виде — в форме энергетической подпитки центров — реализуется в гетерогенных каталитических и ферментных реакциях. В этом факте выражается тесиое сходство между ферментами и гетерогенными катализаторами. Это позволяет также понять необходимость сложной и тонкой архитектоники ферментных молекул, так как достаточно полное сохранение энергии реакции от рассеяния возможно только в сложных структурах, хорошо изолированных от внешней среды и снабженных системой молекулярных и электронных осцилляторов, волноводов и проводниковых связей, способных обращать энергиу внутри каталитически деятельной системы, препятствуя ее быстрому переходу во внешнюю среду. [c.61]

Гетерогенные катализаторы. В отношении природного фермента карбоксилазы (стр. 126) представляло интерес проведение модельной реакции с синтетическим катализатором также в водной среде. Торможение катализа водой удалось устранить использованием нерастворимого в воде носителя. Подходящим для этого оказался метиловый эфир салициловой кислоты, так как он содержит гидроксильную группу (что является предпосылкой сильного каталитического действия) и труднорастворим в воде. Но он легко растворяет как катализатор, например 3-амино-а- афтоксиндол, так и пировиноградную кислоту, и поэтому реакция может проходить в отсутствие воды внутри носителя, представленного в виде тонкодисперсной эмульсии, хотя пировиноградная кислота применяется в водном растворе. В качестве заменителя натриевой соли пировиноградной кислоты (см. выше), которая не растворяется в носителе, применяют с той же целью лецитин. Если эту смесь соединить с водной пировиноградной кислотой, то образуется пировиноград-нокислый лецитин. В этом еще есть то преимущество, что кетокислота не только растворяется в носителе, но и связывается химически. Результаты измерений приведены в табл. 4. [c.31]

В этой связи представляет интерес возможность систематизации на основе мультиплетной теории асимметрических ферментативных реакций и реакций, катализируемых их химическими моделями — диссимметрическими органическими и неорганическими катализаторами (см. табл. 28—30). Органические катализаторы — модели ферментов — способны проводить все реакции, характерные для действия ферментов (подробнее см. ниже). При этом химические модели обнаруживают интересную особенность диапазон их действия несравненно шире, чем у ферментов, хотя оно и не так строго стереосиецифично. Среди стереоспецифических моделей ферментов суш,ествуют как чисто гомогенные, так и, по-видимому, коллоидные модели ферментов, т. е. микрогетерогенпые, а также и чисто гетерогенные диссимметрические модели ферментов (см. табл. 29). [c.135]

Открытие эффекта рекуперации энергии реакции кристаллическими и белковыми носителями с ее вторичным возвратом к активному центру катализатора или фермента сблизило в исследованиях школы Н. И. Кобозева представления о механизме действия гетерогенных и ферментных катализаторов. Согласно данным, полученным этой школой, отношение активного центра Ф к носителю М (а также к присоединяемым молекулярным аддендам) есть основной и главный признак фермептоподобности катализаторов все катализаторы, способные активироваться носителем и аддендом, ферментоподобны. Среди всех катализаторов ферментоидными веществами оказались ионные и ор- [c.118]

Нельзя приписать целиком это явление также тому, что многие химические мутагены способны в очень гетерогенной клеточной среде, содержащей ионизированные компоненты и пространства, ионизироваться в свою очередь, а затем в этой гетерополярной форме атаковать ферменты. Эта причина вряд ли является одной из главных, поскольку вес ионизированных форм для разных органических мутагенов далеко не совпадает, а высшие экстремумы мутагенного действия располагаются довольно кучно и находятся на много порядков позади 100%-ных выходов аутокаталитического или гетеросинтетического созидания. [c.44]

Гетерогенность разных видов и клонов бактерий по магнитной восприимчивости определяется количественным соотношением в них диа- и парамагнитных соединений (Павлович, 1984, 1985 Павлович, Галлиулин, 1986 Галлиулин, 1986). Развивающиеся микроорганизмы не находятся в строгом равновесии с окружающей средой и являются неравновесными открытыми системами, т. е. в течение определенного времени в химическом составе клеток каких-либо изменений не происходит, хотя клеточные вещества постоянно и очень интенсивно обновляются. Кажущееся постоянство химического состава объясняется тем, что процессы обмена веществом и энергией между питательной средой и микробными клетками уравновешены. Отличаясь устойчивостью, метаболизм микробов в то же время характеризуется и значительной изменчивостью. Скорость катаболизма и биосинтеза структурных элементов в каждый момент определяется потребностями клеток, которые обычно обеспечиваются минимальными количествами вещества, что обусловлено наличием тонких механизмов регуляции обмена веществ и энергии. Самые простые из них, влияющие на скорость ферментативной реакции у бактерий, вызывают изменения концентрации водородных ионов, субстрата, появление ингибиторов или, наоборот, активаторов и т. д. Более сложным уровнем регуляции может быть ингибирование мультиферментных реакций конечным продуктом определенной метаболической последовательности регуляторных ферментов, катализирующих начальные звенья цепи биохимической реакции. Клеточный метаболизм, наконец, детерминируется генотипом, поэтому скорость синтеза ферментов и течение реакций у микроорганизмов высокоспецифичны. [c.81]

Химический состав хроматина. Кроме ДНК хромосома содержит много разных белков. Вместе с двухцепочечной ДНК эти белки образуют хроматин. Среди них больше всего гистонов-положительно заряженных щелочных белков с молекулярной массой около 10000-20000. Их можно разделить на пять классов (Н1, Н2А, Н2В, НЗ и Н4). Другие, так называемые негистоновые, белки представлены в очень небольших варьирующих количествах. Негистоновая фракция гетерогенна, в нее входит, например, много ферментов. [c.118]

По своей физико-химической сущности метод ковалентной модификации ферментов полиэтиленгликолем принципиально не отличается от метода включения в обращенные мицеллы. Роль полимера и роль мицелл низкомолекулярных детергентов заключается в том, чтобы создать коллоидный раствор воды в органическом растворителе и таким образом обеспечить микрогете-рогенную среду для функционирования ферментов. Важным достоинством этих систем по сравнению с гетерогенными системами вода — не смешивающийся с водой органический растворитель является существенно более развитая поверхность раздела между фазами, что должно отражаться ни кинетике превращений по всей системе в целом. [c.66]

Наибольшее распространение в гетерогенном ИФА среди ферментов, удовлетворяющих перечисленным выше требованиям, получили пероксидаза хрена (КФ 1.11.1.7), щелочная фосфатаза (КФ 3.1.3.1) и р- )-галактозидаза (КФ 3.2.1.23). Все три фермента определяются на уровне пикомолярных концентраций. Наиболее доступной является пероксидаза. Она содержит легко окисляемые перйодатом углеводные остатки, через которые может осуществляться связывание фермента, с антителами или антигенами. В состав субстратной системы для измерения активности пероксидазы фотометрическим способом входят хромогены, дающие при окислении перекисью окрашенные соединения. При работе с большинством из них следует учитывать их канцерогенные и мутагенные свойства и соблюдать осторожность. Каталитическая активность глюкозооксидазы регистрируется с теми же хромогенами, что и пероксидазы, однако чувствительность ее определения по сравнению с пероксидазой несколько ниже. Основным достоинством фермента является полное отсутствие его в плазме крови, что дает возможность использования фермента в гомогенных методах ИФА. [c.64]

При выборе твердофазных схем определения следует учитывать, что скорость достижения равновесия в системе иммобилизованный реагент — анализируемое соединение зависит не только от концентрации компонентов, но может снижаться за счет микро-диффузионных эффектов. На анализ в таких системах, как правило, затрачивается время не менее нескольких часов. Переход к гомогенно-гетерогенным методам, в которых реакция образования первичного специфического иммунокомплекса протекает в растворе, значительно снижает время достижения равновесия на первой стадии. При этом сокращается и время анализа в целом, так как для разделения компонентов используется избыток иммобилизованных вторичных антител. Осуществление стадии узнавания в гомогенной фазе повышает также и точность анализа, которая определяется точностью дозирования компонентов. В тех случаях, когда анализируемая среда содержит эндогенный фермент, кофактор или эффектор, твердофазные неконкурентные методы являются наиболее эффективными. [c.102]

Иммуноферментные наборы, основанные на принципе EMIT, в настоящее время являются наиболее эффективным средством для быстрого определения наркотиков и лекарственных соединений. Если ранее широкое применение гомогенного ИФА сдерживалось возможностью определения только низкомолекулярных антигенов, то разработанные в последние годы подходы позволяют проводить быстрый количественный анализ макромолекулярных белковых антигенов и антител. К ограничениям применения гомогенных методов следует отнести меньшую чувствительность, чем в гетерогенном ИФА (исключением являются системы с биолюминесцентной детекцией), и сложность анализа биологических сред, содержащих в значительной концентрации эффекторы или кофакторы фермента. [c.123]

Существенным недостатком исследований свойств целлюлолитических ферментов и механизма их действия является то, что они проводятся без учета условий их получения, особенно условий культивирования микроорганизмов-продуцентов. Применение сред различного состава, поверхностного и глубинного культивирования, неодинаковые условия и сроки культивирования даже в случае использования одного и того же продуцента приводят к гетерогенности состава и свойств целлюлазного комплекса, первично связанных с условиями биосинтеза и реализации генетической информации и вторично — с модификацией компонентов в среде культивирования. Помимо Tri hoderma reesei, гетерогенность и модификация ферментов отмечены и для ряда других целлюлолитических микроорганизмов [c.44]

Внутренняя среда клетки, в которой находятся все структурные компоненты клетки, называется гиалоплазмой. Она представляет собой гетерогенный белковый коллоидный раствор, способный обратимо переходить из геля в золь, В этом растворе содержатся растворимые ферменты, ионы, метаболиты и др. Гиалоплазма объединяет все органеллы и обеспечивает их взаимодействие. Внутриклеточные мембраны создают отсеки — компарт-менты, обеспечивающие пространственную организацию внутренних биохимических процессов. [c.119]

Лекарственные вещества, реагирующие с кислородом и углекислым газом юздуха, необходимо защищать от воздействия газов окружающей среды. С кислородом юздуха реагируют морфин и его произюдные, ферменты и органопрепараты, фенольные и полифе-нольные произюдные, серосодержащие гетерогенные и гетероциклические соединения, соединения алифатического ряда с непредельными межуглеродными связями и др. Средства, легко окисляющиеся кислородом, следует хранить в сухом помещении в стеклянной таре с герметичной укупоркой, залитой парафином. [c.307]

Наши предположения о наличии видовой специфичности свойств ферментов, особенно гидролаз, у наиболее распространенных видов термофильных грибов основывались как на общебиологических современных концепциях о виде как гетерогенной системе особей с различными свойствами, так и на селективном воздействии субстратов в сравнительно ограниченных экологических нишах термофильных грибов. Проведенный анализ ферментативных свойств большого числа внутривидовых изолятов (более 1000) видов облигатных термофильных грибов позволил в количественном выражении (по коэффициенту распределения внутривидовых изодятов) установить вддоспецифичность ферментативных свойств разных вццов термофильных грибов в отношении падролиза различных полимерных субстратов (белков, целлюлозы, крахмала, ксилана, гдю-кана, пектина и др.). Полученные результаты характеризуют по ферментативным свойствам внутривидовых изолятов отдельные виды термофильных грибов. Исследования, проведенные в этом направлении, и полученные результаты позволяют подойти к трактовке характера трофических связей отдельных видов термофильных грибов в экологических нишах и их обусловленности ферментативными свойствами. Эти данные могут быть использованы в прогнозировании поисков промышленных продуцентов ферментов среди разных видов термофильных грибов. [c.146]