Ферменты, кинетика поверхности

Возможность создания полифункциональных ингибиторов с заданными жестко закрепленными расстояниями между реагирующими группировками придает им свойства химических шаблонов , при помощи которых можно решать многие задачи строения активной поверхности ферментов. Однако применение ингибиторов в качестве химических шаблонов требует строго количественной оценки их реакционноспособности по отношению к активным центрам. В связи с этим в последние годы в рамках ферментативной кинетики развиваются методы исследования кинетики ингибирования ферментов. [c.79]

На этом основании было высказано предположение, что одним из факторов, определяющих взаимодействие фермента с субстратом при образовании комплекса Михаэлиса, служит ионная реакция между катионным центром ацетилхолина и анионным центром на активной поверхности фермента. Такое взаимодействие должно быть первичным в реакции фермента с субстратом, поскольку ионные силы проявляются на большем расстоянии, чем другие виды химических взаимодействий. Образованию ионной связи приписывали лишь якорную функцию, в результате реализации которой молекула субстрата ориентируется на поверхности фермента, чем значительно облегчается образование других необходимых химических связей (уже ближнего действия) с группировками активного центра фермента. В связи с этим исследованию кинетики и механизма ингибирования холинэстераз ионами тетраалкиламмония было уделено особое внимание. Задача этих исследований — изучение особенностей строения и роли анионного центра холинэстераз в каталитическом действии указанных ферментов. [c.185]

Все эти данные подтверждают предположение о том, что реакционноспособность эстеразного центра находится в зависимости от состояния анионного центра активной поверхности холинэстераз. Об этом также свидетельствуют результаты исследований по кинетике взаимодействия необратимых фосфорорганических ингибиторов с холинэстеразами в присутствии субстрата. Выше (см. стр. 118) были приведены доказательства того, что в присутствии ацетилхолина фосфорорганические ингибиторы взаимодействуют лишь со свободными активными центрами фермента. При этом под свободным активным центром подразумевался такой, у которого все группировки были свободными. [c.228]

Эпштейн и Хаген [38] использовали концепции классической кинетики ферментов для анализа поглощения рубидия отрезанными корнями ячменя. Оказалось, что калий конкурентно ингибирует поглощение рубидия, тогда как натрий при низких и умеренных концентрациях не оказывает такого эффекта. На основании этого и ряда других фактов было сделано предположение, что переносчик, локализованный в мембране, обратимо соединяется с ионом на внешней стороне мембраны, а образующийся комплекс переносчик — ион проходит через мембрану (которая считается очень слабо проницаемой для свободных ионов), после чего благодаря химическому изменению молекулы переносчика ион освобождается во внутренний отсек или пространство. Ион теперь не может вернуться обратно во внешний раствор, во-первых, из-за непроницаемости мембраны и, во-вторых, из-за отсутствия сродства иона к переносчику, который на внутренней стороне мембраны имеет иную конфигурацию. В действительности переносчик, по-видимому, действует циклически, как транспортный фермент. В процессе переноса химическим или конформационным изменениям подвергается активный агент (переносчик), а не субстрат, на который он действует (ион). Можно предположить несколько иной механизм, который мы не способны были бы отличить от только что описанного он состоит в следующем. Мембрану можно рассматривать как макромолекулу, первоначально связывающую субстрат(ион)в участке своей поверхности, обращенной к внешнему раствору. Транспортирующий фермент перемещает ион [c.265]

Третий способ — это создание пористой структуры путем введения в исходную смесь при синтезе ионита специально подобранного растворителя или смеси растворителей. Полученные макропористые иониты обменивают ионы таких биополимеров, как гормоны белкового происхождения, ферменты со значительно более высокой скоростью, по сравнению с ионитами других типов. Сорбция указанных веществ происходит, по-видимому, лишь на поверхности транспортных пор, чем и объясняется улучшение кинетики ионы больших размеров диффундируют лишь в растворителе, заполняющем свободный объем пор, и не проникают в плотные участки трехмерной сетки ионита [5, 369]. [c.304]

Хиншельвуд четко не высказывал своего мнения по поводу природы сорбента, участвующего в процессах роста и размножении микробных клеток и определяющего кинетику роста популяции, считая, что это может быть и клеточная поверхность, и активные центры фермента- [c.77]

Остается открытым вопрос об обратимости многих систем, осо-. бенно таких, взаимодействие в которых протекает с участием водорода или кислорода. Некрасов [64] обратил внимание на кинетический характер окислительного потенциала в неравновесных или медленно реагирующих равновесных системах. Опираясь на развитые Некрасовым представления, Захарьевский [55, гл. 2] предположил, что, регулируя кинетику установления потенциала с помощью катализаторов, принципиально возможно измерить окислительный потенциал в любых системах. В качестве катализатора могут служить медиаторы (посредники), ферменты или сам электрод,, каталитические свойства которого зависят от материала и состояния поверхности. [c.21]

Обменная реакция На - - В О (или 0 -Ь НаО) идет с жидкой водой, как уже указывалось, лишь в присутствии катализаторов платины и других металлов, некоторых ферментов, бактерий и др. В присутствии платины эта реакция ускоряется кислотами и замедляется щелочами, но на никеле было найдено, наоборот, ускорение ее щелочами [142]. Так же легко идет эта реакция с парами воды, заканчиваясь на активных катализаторах при 100° в несколько десятков минут. Ее кинетика также сходна с кинетикой орто-пара превращения поэтому медленной ступенью и здесь надо считать распадение молекулы водорода (или дейтерия) на атомы на поверхности катализатора. Дальнейшим подтверждением этого механизма может служить то, что в присутствии атомного дейтерия обмен идет и без твердых катализаторов. Обмен водорода (или дейтерия) со спиртами протекает примерно так же, как и с водой. При этом у метилового и этилового спирта обмен идет лишь с гидроксильным водородом, а у изопропилового спирта обмениваются также и атомы водорода в радикале, хотя во много раз медленнее. [c.210]

Кинетика каталитических реакций иногда отличается от кинетики соответствующих некаталитических реакций. Так, разложение иодистого водорода (которое, как известно, происходит по кинетическому уравнению второго порядка) на поверхности металлических катализаторов становится реакцией первого порядка. Такие наблюдения приводят к выводу, что в присутствии катализатора механизм реакции меняется, т. е. катализатор принимает участие в реакции. В органической химии известны многочисленные случаи, когда разные катализаторы вызывают различные реакции одних и тех же веществ. Многие катализаторы обладают специфическим действием, т. е. они действуют только на определенную группу веществ или даже на одно-един-ственное вещество. К их числу относятся ферменты (см. ниже). Все эти наблюдения подтверждают вывод, что катализатор непосредственно участвует в реакции и что между катализатором и субстратом происходит химическое взаимодействие (под субстратом понимают вещество, на которое действует катализатор). [c.297]

Однако углеводороды гидрофобны и, следовательно, сечение взаимодействия, т. е. поверхность, доступная действию ферментов, оказывается очень малым. Кинетика использования углеводородов весьма несовершенна (мы снова убеждаемся здесь в несоответствии термодинамического и кинетического критериев биологического совершенства). Для запасания энергии нужны гидрофильные вещества. Среди них на первом месте — жирные кислоты (особенно ди- и трикарбоновые) и углеводы. Синтез углеводов, сопряженный с фотохимическим разложением воды (аналогичным выдуманному нами процессу разложения воды при превращении Ре + 5 Ре +), представляет наиболее рациональный способ запасания легко мобилизуемой энергии и вещества. Когда быстрое использование энергии не требуется, а нужно запасти ее и отправить на длительное хранение, может происходить фотосинтез жирных кислот с длинной цепью (их триглицеридов — жиров и масел) полисахаридов, белков (как, например, в семенах, клубнях ныне существующих растений). [c.132]

Механизм действия таких катализаторов, как платина, палладий, заключается в том, что на их поверхности концентрируются молекулы реагирующих веществ. В основу теории ферментативной кинетики, развитой Л-. Михаэлисом, положено допущение, что фермент и субстрат образуют друг с другом активный короткоживущий комплекс, который способен распадаться на продукты реакции и фермент. [c.74]

Автор допускает возможность существования множественной атаки при действии деполимераз. Более того, он убежден, что этот механизм может играть важную роль в ферментативной деструкции нерастворимых биополимеров, где продвижение адсорбированного фермента по поверхности субстрата происходит с участием периферийных частей белковой (гликопротеиновой) глобулы, что легко представить условно как перекатывание фермента по поверхности нерастворимого субстрата. Наконец, при гидролизе нерастворимых биополимеров важную роль играет своеобразный клеточный эффект , когда молекула фермента последовательно действует на один и тот же участок субстрата, не успевая диффундировать от него на достаточное расстояние и снова адсорбируясь в определенной близости от места предыдущей атаки. Иначе говоря, автор не против множественной атаки, как и других неординарных механизмов ферментативного катализа. Однако в любом случае они должны быть строго обоснованы, и следует обязательно учитывать альтернативные и более тривиальные механизмы. В противном случае и без того сложная картина кинетики и механизмов действия деполимераз дополнительно усложняется введением надуманн 1х-эффектов и необоснованных концепций. [c.104]

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]

Данная математическая модель была также использована для описания кинетики ферментативного гидролиза в проточном колонном реакторе непрерывного действия [49, 51]. Особенностью колонного реактора является то, что процесс гидролиза осуществляется под действием только прочно адсорбированных на поверхности целлюлозы ферментов. На первой стадии процесса происходит адсорбция целлюлаз на субстрате путем пропускания раствора ферментов через слой субстрата при пониженной температуре (чтобы исключить гидролиз). На второй стадии после повышения температуры (до 50° С) осуществляется собственно процесс гидролиза. При этом растворимые продукты реакции непрерывно отводятся из зоны гидролиза, а ферменты, будучи прочно адсорбированными на поверхности целлюлозы, остаются в объеме реактора. По мере гидролиза ферменты перемещаются на свежие порции субстрата [49, 51]. Таким образом, процесс можно реализовать в непрерывном режиме путем подачи новых порций сырья по принципу противотока [56]. [c.175]

Интересные и важные примеры диффузионной кинетики встречаются в области микрогетерогенных реакций, т. е. реакций, протекающих на поверхности дисперсных частиц, взвешенных в другой фазе. Примерами микрогетерогенных реакций могут слуяшть горение угольной пыли, вдуваемой в печь потоком воздуха энзиматические реакции, протекающие на поверхности коллоидных частиц энзима, и аналогичные им процессы катализа коллоидными металлами, которым Бредиг дал название неорганических ферментов гидрирование жидких масел под каталитическим действием дисперсного катализатора, взвешенного в массе масла. [c.107]

Иная картина наблюдается при рассмотрении данных по кинетике ферментативного гидролиза эфиров тиохолина. По сравнению с гидролизом холиновых эфиров этот процесс характеризуется меньшими величинами константы Михаэлиса и большими значениями молекулярной активности. Таким образом, не только сродство эфиров тиохолина к активной поверхности холинэстераз, но также и константа скорости распада фермент-субстратных комплексов выше, чем у эфнррв холина. [c.162]

При недостатке марганца активность ферментов цикла три-карбоновых кислот уменьшается, что в свою очередь подавляет анаболизм. Такое нарушение обмена приводит к повышению концентрации аммонийных ионов внутри клеток, и они могут смягчать ингибирующее влияние цитрата на фосфофруктокина-зу. Кроме того, марганец, видимо, как-то влияет на биохимические свойства поверхности клеток и морфологию гиф. Поскольку в процессе потребляется много кислорода, возможно повторное окисление цитоплазматического NADH без образования АТР. В нем участвует альтернативная, а не основная цепь дыхательных реакций. В результате без сколько-нибудь выраженного изменения обмена возникает метаболическая утечка (flux) через гликолиз. Эта утечка, происходящая при участии конститутивной пируваткарбоксилазы и некоторых ферментов цикла трикарбоновых кислот, а также необычная кинетика действия ферментов, участвующих в метаболизме оксалоацетата, приводят к увеличению внутриклеточной концентрации цитрата. Последний способствует дальнейшему накоплению цитрата путем ингибирования изоцитратдегидрогеназы. [c.140]

Совместное (кооперативное) действие нескольких активных групп на поверхности фермента на один или несколько субстратов существенно сказывается на кинетике реакции. Ускорение реакции за счет благоприятного взаимного расположения частей молекул субстратов делается вполне сравнимым с фактическим ускорением, вызываемым ферментами. Кошланд указывает, что в то время как фактически под действием гексокиназы реакция глюкозы с АТФ ускоряется в 10 раз, а алко-гольдегидрогеназа ускоряет окисление спирта ДПН в 10 раз теоретический анализ реакции с участием двух субстратов и одной каталитиче- [c.126]

Кинетика ферментативных реакций часто является весьма сложной, и порядок реакции может изменяться в ходе реакции. В начале реакции при высоких концентрациях субстрата реакция может обладать кинетикой нулевого порядка. Эта стадия относится к васыЩению поверхности фермента субстратом. Если реакция идет дальше,, концентрация субстрата падает, и реакция обычно превращается в реакцию первого порядка. Нельзя недооценить значения правильного измерения скорости реакции при сравнении влияния различных факторов на скорость ферментативных реакций. Этот вопрос уже рассматривался в начале главы. [c.70]

Образование бимолекулярного комплекса с ферментом, отьетствен-ного за ингибирование реакции избытком субстрата, имеет место лишь для Зр,17 5-, нопеЗи-оксистероид-дегидро-гепазы. Это явление, по-видимому, связано с присутствием двух реакционных центров в Зр,17р-ОСД и двух функциональных групп в субстрате, причем последние должны быть приблизительно одинаково связаны с ферментом [160]. Подобная ситуация, приводящая к идентичной кинетике, была описана для растительных ауксинов [161 ], в которых биологическая активность связана с двумя реакционноспособными группами и двумя точками присоединения к поверхности рецептора. [c.124]

Часто спрашивают, понижает ли фермент энтальпию или энтропию активации реакции Этот вопрос очень сложен по тем же причинам, которые были рассмотрены выше, а именно вследствие различий в кинетике и механизме ферментативной и неферментативной реакций, а также потому, что наблюдаемые термодинамические величины искажены изменениями в структуре фермента и сольватационными эффектами и, во всяком случае, они не отображают прямым образом поверхность потенциальной энергии, которую пересекает фермент-субстратный комплекс. Оценить уменьшение энтальпии и свободной энергии активации можно для реакции гидролиза мочевины, катализируемой уреазой. Неферментативный гидролиз не зависит от pH и характеризуется константой скорости первого порядка, равной 4,15-Ю" с при 100 °С, и энергией активации 32,7 ккал/моль (137 кДж/моль) [2]. Гидролиз мочевипы, связанной с уреазой в фермент-субстратный комплекс, протекает при 20,8 °С и pH 8 с константой скорости первого порядка, равной 3-10 с , и с энергией активации примерно И ккал/моль (46 кДж/моль) [3], что на 22 ккал/моль (92 кДж/моль) меньше энергии активации неферментативной реакции. Значение константы скорости неферментативной реакции, экстраполированное к 20,8 °С, составляет 3-10 с" , и, следовательно, фермент ускоряет реакцию в 10 раз. Такое ускорение соответствует понижению свободной энергии активации на 19 ккал/моль (79,5 кДж/моль). Не исключено, что ферментативная и пефер-ментативная реакции имеют разные механизмы и поэтому увеличение скорости ферментативного процесса по сравнению с неферментативным (ненаблюдаемым), протекающим по тому же механизму, превышает, возможно, величину 10 . [c.13]

Изучение кинетики одновременного гидролиза и гид-роксиламинолиза ряда эфиров в присутствии химотрипсина позволило сделать вывод, что гидроксиламин (и по аналогии вода) связывается независимо от субстрата с активной областью фермента [381, 382]. Подобное же изучение кинетики одновременного гидролиза и мета-нолиза метилового эфира ацетил-1-фенилаланина также указало на независимую связь эфира и воды (или метанола) с поверхностью фермента [383]. Причиной связывания воды является образование водородных связей между молекулами воды и основными группами на поверхности фермента. Данные об увеличении скорости гидролиза п-нитрофенилацетата в водно-спиртовых растворах, аТализируемого а-химотрипсином, можно интерпретировать, исходя из различия в силе связывания разных спиртов [384]. Замечено, что увеличение скорости происходит в большей степени с увеличением длины боковой цепи и снижается с разветвлением цепи. Метанол ведет себя в этом отношении аномально, так как способен увеличивать скорость в большей степени, чем этанол этот факт объясняют большей способностью метанола к образованию водородных связей вследствие его большей кислотности. Общее увеличение скорости с удлинением бо1ковой цепи связывают с увеличением ван-дер ваальсова притяжения [384]. Возможной областью для образования водородных связей с косубстратами является любая основная группа на поверхности фермента, апример имидазольная группа гистидина, а также карбоксильная группа остатка аспарагиновой кислоты, причем, как было отмечено ранее, обе эти группы, по-видимому, связаны с активной областью фермента. Имидазол, связанный водородной связью с нуклеофильным [c.141]

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]

Кроме нормальных различий по кинетике, у некоторых электрофоретических вариантов изменяется стабильность или растворимость при нагревании или изменении концентрации ионов. Например, серповидноклеточная анемия связана с нерастворимостью окисленной формы молекулы гемоглобина S. Как гемоглобин S, так и умеренно вредный гемоглобин С представляют собой варианты, обусловленные замещениями в шестом положении на поверхности белка. Три аллеля кислой фосфатазы эритроцитов человека продуцируют белки, располагающиеся по устойчивости к нагреванию в следующем порядке р <рв<рс который сохраняется и для их активностей при нормальной температуре (Лаффман и Харрис, 1967). Аллоферменты щелочной фосфатазы плаценты также отличаются по теплоустойчивости наиболее устойчивый фермент в 3—5 раз более устойчив, чем наименее устойчивый (Томас и Харрис, [c.267]

Мы рассмотрим существующие методы получения гетероповерхностных сорбентов. В этих методах используются различные принципы получения гетероповерхностей, а именно принцип удаления внешнего пептидного модифицирующего покрытия с помощью ферментов (метод Пинкертона) [7, 8] — геометрический принцип пршщип использования различий в скоростях реакций некоторых модификаторов с поверхностью кремнезема [10] или различий в скоростях диффузии реагентов внутрь пор — кинетико-диффузионный принцип. Кроме того, рассмотрим различные методы защиты пространства пор экраном из микрочастиц или слоем полимера [11, 12] (в этом случае также используется геометрический принцип). На рис.9.1 представлен разрез частицы гетероповерхностного сорбента. [c.530]