Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

На кафедре биофизики был создан зондфлуорометр, способный работать до глубины 200 м, для измерения параметров флуоресценции (Fo, Fm и (Fm–Fo)/Fm) природного фитопланктона в естественных условиях с одновре- менной регистрацией температуры и подводной освещенности. На кафедре разработаны также мето- ды высокотемпературной термолюминесценции хлорофилла для опреде- ления степени инактивации фотосинтетических процессов фитопланктона в природных условиях

Перспективы использования флуоресцентных методов в экологическом мониторинге

Представленная методология и комплексное использование флуорометрической аппаратура дают новую информацию о пространст- венно-временной изменчивости фитоценоза и могут также служить важ- ной составной частью общей системы экологического мониторинга со- стояния вод. Особо следует отметить огромные перспективы использо- вания данных флуорометрического анализа фитоценоза локальных акваторий (в качестве опорных точек) в сочетании со спутниковой ин- формацией о цветности вод.

В настоящее время для проведения эффективного экологического мониторинга на территории Российской Федерации на основе разработан- ных флуоресцентных методов и аппаратуры необходима разработка нор- мативной базы и принятие соответствующих документов, регламенти- рующих их применение.

Билет 22

Условия реализации стационарности в ферментативном катализе. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

Рассмотрим реакцию E + S _k-1↔ ^k1 (ES) →^k2 E + P

где S – субстрат, P – продукт, E – фермент, ES – фермент-субстратный комплекс; k1 k-1 – константы прямой и обратной реакций образования комплекса, k2 – константа скорости образования продукта (при малых концентрациях Р эта реакция необратима). k2 показывает число актов катализа в единицу времени – число оборотов фермента.

Эта система описывается следующими уравнениями:

dS/dt = – k1 (S)(E) + k-1 (ES)

dE/dt = – k1 (S)(E) + k-1 (ES) + k2 (ES)

d(ES)/dt = k1 (S)(E) – k-1 (ES) – k2 (ES)

dP/dt = k2 (ES) = υ_p

Сложим второе и третье уравнения системы. Получим, что d(E + ES)/dt = 0=> в любой момент времени (E) + (ES) = Eo (общая концентрация фермента) и что dE/dt = – d(ES)/dt. Можем выразить Е = Ео – (ES). Заметим, что четвёртое уравнение определяется переменной ES. Значит, можем решать систему из двух уравнений:

dS/dt = – k1 [Ео – (ES)] (S)+ k-1 (ES)

d(ES)/dt = k1 (S) [Ео – (ES)] – k-1 (ES) – k2 (ES)

Посмотрим, можно ли разделить переменные на медленные и быстрые. Характерное время изменения субстрата τs = S/υ_p (υ_p - скорость ферментативной реакции) Скорость становится максимальной, когда весь фермент (Ео) находится в связанном состоянии: υ_p^max= k2 Eo. При этом время убыли S будет минимальным: τs^min = S/( k2 Eo). Характерное время оборота фермента определяется в основном реакцией распада ES и константой k2 (k2>> k1). Оно равно τ_E = 1/k2.

В обычных условиях концентрация субстрата во много раз больше концентрации фермента (обычно Eo = 10^-6M, S = 10^-2M). Значит, Eo/S = 10^-4<<1, Следовательно, τs^min=τ_E/(10^-4) =τ_E*10⁴

Отсюда τs>> τ_E => переменная S меняется медленнее, чем ES => скорость изменения субстрата мала по сравнению со скоростью изменения комплекса. Значит, при рассмотрении системы на больших отрезках времени можно считать, что d(ES)/dt = 0. Получаем алгебраическое уравнение: k1 (S) [Ео – (ES)] – k-1 (ES) – k2 (ES) = 0

Отсюда

ES = (k1*S*Ео)/(k1*S + k-1+ k2) ó

ó υ_p = k2*ES = (k1*k2*S*Ео)/(k1*S + k-1+ k2)

Поделим числитель и знаменатель правой части на k1:

υ_p = (k2*S*Ео)/(S + [k-1+ k2]/ k1) = (k2*S*Ео)/(S + Km) – уравнение Михаэлиса-Ментен

Скорость изменения концентрации субстрата S складывается из скорости притока (υ_прит=k(So –S) = α – kS) и оттока в ходе ферментативной реакции:

υ_s = υ_прит - υ_p

В стационарном состоянии υ_прит - υ_p = 0

Стационарные точки S являются пересечением кривых υ_p(S) и υ_прит (S)

Рисунок 3

В интервале α2< α < α4 система имеет три различных стационарных состояния, а значения α2 и α4, при которых изменяется число стационарных точек, являются бифуркационными.

Проверим устойчивость точек. Зададим смещение от точки S3’ влево. Мы видим, что скорость притока субстрата стала больше скорости его оттока (тонкая линия над толстой кривой). При смещении вправо наоборот υ_p(S) > υ_прит (S)=> система стремиться вернуться в эту точку. Аналогично находим, что S3’’ неустойчива, а S3’’’ – устойчива. Устойчивые точки расположены на кривой υ_p(S) на участках AB и CD, а неустойчивые – на участке BC

Построим график зависимости стационарных состояний от управляющего параметра α:

Рисунок 4

Здесь есть два устойчивых участка – система может работать в двух режимах. При попадании на неустойчивый участок система совершает перескок (см направление стрелок на рисунке) Таким образом, система является триггерной. Направление переходов и реализация одного или другого устойчивого состояния зависят от того, происходит ли увеличение или уменьшение параметра (по какой ветке движется система). Это свойство системы – совершать разными путями переход из одного состояния в другое в зависимости от предыстории системы называется гистерезисом. Периодическое движение вдоль гистерезисного цикла носит колебательный характер: A→B→D→C→A

Основные биологические факторы, определяющие радиобиологические эффекты: вид живого организма, возраст (стадия развития), пол. Понятие радиочувствительности.

Величина радиобиологического эффекта (при одной и той же поглощенной дозе облучения) существенно зависит от вида облучаемого биологического объекта. Иными словами, биологические объекты обладают различной радиочувствительностью. Термин радиочувствительность широко используется в радиобиологии и означает поражаемость биологических объектов (клеток, тканей, органов или организма в целом) ионизирующим

излучением. Т.е. синонимом термина «радиочувствительность» является термин «радиопоражаемость». Антонимом термина «радиочувствительность» является термин «радиорезистентность», или «радиоустойчивость».

Радиочувствительность живых организмов широко варьирует в зависимости от их видовой принадлежности. Сравнение радиочувствительности обычно проводят по величине полулетальной дозы ЛД50. Чем выше значение ЛД50, тем ниже радиочувствительность; чем ниже значение ЛД50, тем выше радиочувствительность.

Наиболее радиочувствительными являются млекопитающие, для которых полулетальные дозы варьируют для разных видов в основном от 1,5 до 10 Гр. Напротив, наиболее высокой радиоустойчивостью (радиорезистентностью) обладают

простейшие, бактерии и вирусы, для которых ЛД50 может достигать нескольких тысяч грей.

Таким образом в целом по мере усложнения биологической организации радиочувствительность существенно повышается. Однако, встречаются и исключения, когда среди низших филогенетических групп обнаруживаются отдельные виды, радиочувствительность которых очень высока и сравнима с таковой для млекопитающих (или даже превышает ее). В целом для низших филогенетических групп характерна значительно большая вариабельность радиочувствительности, чем для высших. Одним из наиболее радиорезистентных биологических объектов является бактерия Micrococcus radiodurans (Микрококк радиоустойчивый), которая впервые была обнаружена в консервах, подвергнутых стерилизации большими дозами γ-излучения. Позже эти бактерии были обнаружены и в воде охлаждающего канала ядерного реактора, где они прекрасно себя чувствовали, размножались и не погибали.

Следует отметить, что значительные колебания радиочувствительности могут наблюдаться даже для различных штаммов, линий, сортов одного и того же биологического вида живого организма.

Возрастная зависимость

В целом у млекопитающих половозрелые особи относительно радиоустойчивы, а молодые и стареющие – относительно радиочувствительны. У новорожденных радиочувствительность может быть либо относительно высокой, либо низкой, в зависимости от вида.

Эффекты облучения на разных стадиях пренатального развития мышей

При облучении с 1 по 5 сутки (доимплантационный период включает стадию зиготы и стадию дробления) внутриутробного развития гибнет 40-80% эмбрионов.

➢ При облучении с 6,5 по 12,5 сутки (стадия гаструляции, стадия обособления зачатков основных органов и тканей и стадия основного органогенеза) – почти 100%-ная частота уродств.

➢ При облучении с 9 по 10 сутки – 70% гибели новорожденных.

➢ При облучении в плодный период (с 13 по 20 сутки) – гибели и грубых уродств почти нет.

Риск возникновения рака у детей (в первые 10-15 лет жизни), облученных в период внутриутробного развития (особенно в последние 3 месяца) резко возрастает. При облучении даже в малых дозах (порядка 0,01 Гр) этот риск возрастает в 1,5-2 раза по сравнению со спонтанным уровнем.

Общей закономерности относительно половых различий в радиочувствительности живых организмов не существует.

Даже разные линии животных одного вида (например, мышей) могут иметь противоположные половые различия в радиочувствительности: у одних линий более радиочувствительными являются самки, у других — самцы.

Но все же обычно самки более устойчивы к действию облучения. Однако, обычно половые различия в радиочувствительности не превышают 10-15%.

Билет 23

Влияние модификаторов на кинетику ферментативных реакций.

(может у кого-то есть красивые картинки)

Регуляция ферментов может осуществляться путем взаимодействия с ними различных биологических компонентов или чужеродных соединений (например, лекарств и ядов), которые принято называть модификаторами или регуляторами ферментов. Под действием модификаторов на фермент реакция может ускоряться (активаторы) или замедляться (ингибиторы).

Активация ферментов определяется по ускорению биохимических реакций, наступающему после действия модификатора. Одну группу активаторов составляют вещества, влияющие на область активного центра фермента. К ним относятся кофакторы ферментов и субстраты. Кофакторы (ионы металлов и коферменты) являются не только обязательными структурными элементами сложных ферментов, но и по существу их активаторами.

Ионы металлов бывают довольно специфичными активаторами. Часто для некоторых ферментов требуются ионы не одного, а нескольких металлов. Например, для Na+, K+-АТФазы, осуществляющей транспорт одновалентных катионов через клеточную мембрану, необходимы в качестве активаторов ионы магния, натрия и калия.

Активация с помощью ионов металлов осуществляется по разным механизмам. В некоторых ферментах они входят в состав каталитического участка. В ряде случаев ионы металлов облегчают связывание субстрата с активным центром фермента, образуя как бы своеобразный мостик.

Субстрат тоже в известных пределах концентраций является активатором. После достижения насыщающих концентраций субстрата активность фермента не возрастает. Субстрат повышает стабильность фермента и облегчает формирование нужной конформации активного центра фермента.

Активация некоторых ферментов может осуществляться путем модификации, не затрагивающей активный центр их молекул. Возможно несколько вариантов такой модификации:

1) активация неактивного предшественника - профермента, или зимогена. Например, превращение пепсиногена в пепсин;

2) активация путем присоединения какой-либо специфической модифицирующей группы к молекуле фермента;

3) активация путем диссоциации неактивного комплекса белок - активный фермент.

Существуют реагенты, способные взаимодействовать более или менее специфично с той или иной боковой цепью белков, что приводит к ингибированию активности фермента. Выделяют 2 группы ингибиторов: обратимого и необратимого действия. По механизму действия выделяют конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное, субстратное и аллостерическое ингибирование.

1) При конкурентном торможении ингибитор и субстрат, будучи сходными по строению, конкурируют за активный центр фермента. С активным центром связывается то соединение молекул, которого больше.

2) При неконкурентном ингибировании специфический ингибитор не влияет на константу диссоциации комплекса фермент-субстрат. С другой стороны, максимально достижимая скорость реакции меньше в присутствии ингибитора, чем в его отсутствие, даже при бесконечно большом избытке субстрата. Наличие ингибирования доказывает, что ингибитор связывается с белком. Неизменность константы диссоциации как в присутствии, так и в отсутствие ингибитора в свою очередь указывает на то, что в отличие от субстрата ингибитор связывается с другой группой.

Характеристики

Список файлов вопросов/заданий