Свойства ферментов

   

     4.3 Релаксационная кинетика. При быстром возмущающем воздействии на систему (изменение температуры, давления, электрического поля) время, которое необходимо системе для достижения нового равновесия или стационарного состояния, зависит от скорости процессов, определяющих каталитический ферментативный цикл.

     Система уравнений, описывающая кинетику процесса, линейна, если смещение от положения равновесия невелико. Решение системы приводит к зависимостям концентраций компонентов различных стадий процесса в виде суммы экспоненциальных членов, показатели экспонент которых имеют характер времен релаксаций. Результатом исследования является спектр времен релаксации, соответствующий числу промежуточные соединения, участвующих в процессе. Величины времен релаксаций зависят от констант скорости элементарных стадий процессов.

     Релаксационные методы кинетики позволяют определить константы скорости отдельных элементарных стадий трансформации интермедиатов. Методы изучения релаксационной кинетики имеют различную разрешающую способность: поглощение ультразвука - 10-6-10-10 с, температурный скачок - 1O-4-10-6 с, метод электрического импульса - 10-4-10-6 с, скачок давления - 10-2 с. При исследовании кинетики ферментативных реакций  наибольшее применение нашел метод температурного скачка.

   

     4.4 Макрокинетика ферментативных процессов и кинетика полиферментных процессов. Развитие методов получения гетерогенных катализаторов путем иммобилизации ферментов на различных носителях обусловило необходимость анализа кинетики процессов с учетом массопереноса субстрата. Теоретически и экспериментально исследованы закономерности кинетики реакций с учетом эффектов диффузионного слоя и для систем с внутридиффузионными затруднениями при распределении фермента внутри носителя.

     В условиях, когда на кинетику процесса влияет диффузионный перенос субстрата, каталитическая эффективность системы уменьшается. Фактор эффективности равен отношению плотности потока продукта в условиях протекания ферментативной реакции с диффузионно пониженной концентрацией субстрата к потоку, который мог бы реализоваться в отсутствие диффузионных ограничений. В чисто диффузионной области, когда скорость процесса определяется массопереносом субстрата, фактор эффективности для систем с внешнедиффузионным торможением обратно пропорционален диффузионному модулю :

где ld - толщина диффузионного слоя, D - коэффициент диффузии субстрата.

Для систем с внутридиффузионным торможением в реакциях первого порядка

где Фт - безразмерный модуль (модуль Тиле).

При анализе кинетических закономерностей в ферментативных реакторах широкое теоретическое и экспериментальное развитие получили "идеальные" модели реакторов, проточный безградиентный реактор (проточный реактор идеального перемешивания), проточный реактор с идеальным вытеснением, мембранный реактор.

     Кинетика полиферментных процессов. В организме (клетке) ферменты действуют не изолированно, а катализируют цепи трансформации молекул. Реакции в полиферментных системах с кинетической точки зрения можно рассматривать как последовательные процессы, специфической особенностью которых является катализ ферментами каждой из стадий:

где vi, Ki - соответствуют максимуму, скорость процесса и константа Михаэлиса 1-й стадии реакции соответственно.

     Важная особенность процесса - возможность образования устойчивого стационарного состояния. Условием его возникновения может служить неравенство vi > v0, где v0 - скорость лимитирующей стадии, характеризуемой наименьшей константой скорости и тем самым определяющей скорость всего последовательность процесса. В стационарном состоянии концентрации метаболитов после лимитирующей стадии меньше константы Михаэлиса соответствующего фермента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     В данной работе был рассмотрен раздел энзимологии, изучающий зависимость скорости химических реакций, катализируемых ферментами, от ряда факторов окружающей среды. Основоположниками данной науки по праву считаются Михаэлис и Ментен, которые опубликовали свою теорию общего механизма ферментативных реакций, вывели уравнение, ставшее фундаментальным принципом всех кинетических исследований ферментов, оно служит отправной точкой при любом количественном описании действия ферментов. Исходное уравнение Михаэлиса - Ментен является уравнением гиперболы; свой вклад в кинетику внесли Лайнуивер и Бэрк, которые преобразовали уравнение Михаэлиса - Ментен и получили график прямой, по которой можно наиболее точно определить значение Vmax.

      С течением времени  изменение скорости ферментативной  реакции в ферментативной реакции  в экспериментальных условиях  уменьшается. Снижение скорости  может происходить за счёт  ряда факторов: уменьшение концентрации  субстрата, увеличение концентрации продукта, который может оказывать ингибирующее действие, могут происходить изменения рН раствора, изменения температуры среды. Так при повышении температуры на каждые 10°С скорость реакции увеличивается в 2 раза и даже меньше. Низкая температура обратимо инактивирует ферменты. Зависимость скорости  активного центра фермента. Каждый фермент по-разному реагирует на изменение рН. Химические реакции можно останавливать путём действия на них различными видами ингибирования. Начальную скорость реакции можно быстро и точно определить при помощи таких приспособлений, как номограммные линейки, устройство к спектрофотометру и рН-метру. Это позволяет наиболее точно представить активность изучаемых ферментов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОТВЕТЫ НА ЗАДАНИЕ

 

1. Абсолютной субстратной специфичностью обладает – уреаза.

2. Функция каталазы – разложение  перекиси водорода.

3. В состав аскорбатоксидазы  входит – медь.

4. Сахарозу в инвертный сахар  превращает – инвертаза.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работа выполнена студенткой__________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Белясова Н.А. Биохимия и молекулярная  биология. - Мн.: книжный дом, 2004. - 416 с.

2. Березин И.В., Клесов А.А. Практический  курс химической и ферментативной  кинетики. - М., 1980.

3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая  химия. – М.: Медицина, 1998.

4. Варфоломеев С.Д., Зайцев С.В. Кинетические  методы в биохимических исследованиях. - М., 1982.

5. Дженкс Б. Катализ в химии  и энзимологии. - М., 1972.

6. Жеребцов Н.А., Попова Т.Н., Артюхов В.Г. Биохимия. Воронеж, ВГУ, 2002.

7. Келети Т. Основы ферментативной кинетики: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. -350 с., ил.

8. Кнорре Д.Г. Биологическая химия: Учеб. для хим., биол. и мед. спец. вузов. - 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк. 2002. - 479 с.: ил.

9.  Ленинджер А. Основы биохимии. - М.: Мир, 1985. - 260 с.

10. Лапина Г.П. Элементы кинетики  ферментативных реакций. -Тверь: ТВГУ, 1998. - 66 с.

11. Строев Е.А. Биологическая химия: Учебник для фармац. ин-тов и фармац. фак. мед. ин-тов. - М.: Высшая школа, 1986. - 479 с., ил.

12. Северин Е.С. Биохимия. а. - 5-е изд. - М.: ГЭОТАР - Медиа, 2009. - 786 с., ил.

13. Плешков Б.П. Практикум по биохимии  растений. М., Колос, 1985.

14. Полторак С.М., Чухрай Е.С. Физико-химические  основы ферментативного катализа. - М., 1971.

 

 

 

 

 

 

 

.