Лекционный курс (1128712), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Пример: ДНК-полимераза56связеймежду5710.Стационарная кинетикаэкспериментальных данных.ферментативных58реакций.Методыобработки11.Кинетические схемы Михаэлиса и Анри, их дискриминация (см выше).12. Трехстадийная схема ферментативного катализа.
Константы скорости вэлементарных стадиях ферментативного катализа.Лимитирующие стадииферментативных реакций.Трехстадийная схема ферментативного катализа описывается схемой:V0=Kkat*E0*S0/ (Km+S0)Kkat= (K2*K3)/ (K2+K3)Km= (Ks*K3)/ (K2+K3)Кинетику процесса в стационарном режиме определяет самая медленная стадия(характеризуется наименьшей константой скорости). В этом случаеKkat = Кmin и Km = (Ks*Kmin)/ K25913.Ингибирование ферментов. Обратимые и необратимые ингибиторы. Основыингибиторного анализа.6014. Влияние рН на скорость ферментативной реакции, рН-зависимостикинетических параметров.В активных центрах фермента были обнаружены функциональные группы, способныеприсоединять или отщеплять ион водорода в области pH, оптимальной для проявленияферментативной активности.
Возможность участия данной группы в процессе катализасущественно зависит от ее ионного состояния. Именно этим обуславливают наблюдаемуюна опыте зависимость скорости ферментативной реакции от pH.61Анализ зависимости Kkat от pH позволяет найти значения констант диссоциацииионогенных групп фермент-субстратного комплекса (К*а и К*в), в то время как анализpH-зависимости эффективной константы скорости второго порядка Kkat/ Km приводит кконстантам диссоциации ионогенных групп свободного фермента (Ка и Кв).Если при связывании субстратом фермента константы диссоциации ионогенных групп непретерпевают изменений, следовательно, ионогенный процесс не оказывает влияние насорбцию субстрата и константа Михаэлюса не зависит от pH.
Тогда такой процессаналогичен неконкурентному ингибированию и неконкурентной активацией. Если жеактивный центр фермента содержит группы, ионизация которых переводит фермент внеактивную форму, такой процесс будет аналогичен процессу конкурентногоингибирования.6215.ТемпературныезависимостиТермоинактивация ферментов.скоростейферментативныхреакций.16. Активные центры ферментов.
Каталитические и сорбционные подцентрыферментов. Основные структурные элементы. Специфичность и эффективностьферментативного катализа.4)635) Высокая активность (разница в скорости одной и той же реакции, катализируемойферментом или небелковой частицей - например, протоном - может составлять 10-15порядков).6) Высокая селективность (ферменты обычно катализируют только один конкретныйхимический процесс).7) Высокая эффективность (отсутствие побочных продуктов и дисбаланса «продуктсубстрат»).....алкоксильному иону3) на стадии деацилирования в ацилферменте реакционная способность воды близка креакционной способности гидроксид-иона17 Физикохимические причины ускорения ферментативных реакций. Эффектысближения и ориентации, усиление реакционной способности в ансамбляхфункциональных групп, эффекты среды.
Теории ферментативного катализа.Ферментативный катализ обусловлен тремя основными причинами: во-первых, сорбцияпротекает так, чтоб облегчить последующую химическую реакцию, во-вторых,полифункциональным взаимодействием активного центра с субстратом, и, наконец,эффектами среды, характеристики которой (диэлектрическая проницаемость, полярность,вязкость) в пределах активного центра могут существенно отличаться от соответсвующихпоказателей в водном растворе.Среда активного центра обладает высокоразвитой микрогетерогенностью, гдегидрофобные участки с исключительно низкой диэлектрической проницаемостью иполярностью чередуются с полярными участками с высоким электростатическимпотенциалом.
Эти эффекты способствуют многоцентровому взаимодействию фермента смолекулой субстрата.Причины ускорения:1) Сорбционные взаимодействия с белком боковых субстратных групп обеспечиваютускорение реакции на 7 порядков и более.2) Полифункциональный катализ может привести к увеличению скорости на 3порядка3) Эффекты среды позволяют увеличить скорость на несколько десятичных порядков64Эффект сближения: в случае ферментного катализа сближение молекулы субстрата икаталитического центра достигается еще до начала стадии химического превращения, чтопонижает δG активации процесса. Движущей силой этого процесса является энергиясорбции субстрата.Сорбция субстрата осуществляется функциональными группами белка, которые вдальнейшем не участвуют в химическом превращении.
Кроме того, часто молекуласубстрата атакуется одновременно несколькими каталитическими группами. Правильнаяориентация достигается во многом благодаря геометрии и строению активного центра(расположен в складках цепи, гидрофобные карманы). К эффектам среды относитсяпониженное значение диэл. Проницаемости и полярности (по сравнению с водой) иповышенное значение микровязкости.18. Общий кислотно-основной катализ в механизмеПромежуточные соединения в ферментативном катализе.действияферментов.19.Активные центры ферментов и механизмы катализируемых реакций.
Понятия охимических механизмах действия -химотрипсина, трипсина, эластазы, папаина,пепсина, лизоцима, карбоксипептидазы, рибонуклеазы, карбоангидразы.65666720. Прикладная энзимология, основные направления развития и областипрактического использования ферментов. Биоконверсия вещества и энергии.Основные направления инженерной энзимологии:1) Промышленные катализаторы на основе ферментов (см. 27)2) Белковый дизайн ферментов (см. 27)3) Тонкий органический синтез (см.
28)4) Иммобилизованные ферменты и клетки (см. 27)5) Микроанализ (см. 26)6) Биоэлектрокатализ и биоэлектроника.7) Ферменты как лекарственные средства (см. 19)8) Биокатализ в охране окружающей среды.Биоконверсия состоит в получении из биомассы жидкого (этанол и др.) и газообразного( биогаз, водород) топлива, а также тепловой энергии, получаемой при биоокислении.Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевыепродукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленностирассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии. Дляактивации биоконверсии были использованы соли аскорбиновой кислоты и культурыкормовых дрожжей.21.
Иммобилизованные биокатализаторы. Носители и методы иммобилизации.Основные характеристики иммобилизованных ферментов.Иммобилизация - процесс создания гетерогенных катализаторов путем связыванияферментов с носителями различной химической природы. Таким образом, фермент изгомогенного катализатора превращается в гетерогенный.Свойства:681) Фермент можно легко отделить от продукта2) Реакцию можно проводить в специальных технологических устройствах –химических реакторах3) Иммобилизация позволяет многократное использование фермента4) Рост устойчивости фермента к тепловой денатурации5) Носитель позволяет направленно менять окружение фермента и в известныхпределах менять кинетические характеристики реакции(регулироватьконцентрацию ионов водорода в активном центре).Носители делятся на 2 класса: природные и синтетические.
К природным относятПолисахариды, производные целлюлозы, декстрана и агарозы. Гидроксильные группыполисахаридов подвергают химической модификации, вводя различные функциональныегруппы, обеспечивающие связь с ферментом (хемосорбция).Синтетические носители: ионообменные смолы (Dowex, Amberlit), сополимеры стирола сдивинилбензолом, кварц, стекло, каолин, силикагели и т.д.Ферменты иммобилизируют за счет сорбции с образованием ионных, водородных игидрофобных связей, образования ковалентных связей фермент-носитель, включения вводопроницаемые гели (с помощью акриламида) или микрокапсулы.22.
Использованиеферментоввхимическомсинтезе.Принципыконструирования реакционных систем.Для исследования кинетики ферментативных реакций обычно используют следующиеидеальные модели реакторов, в которых не учитывается тепловыделение, градиентыконцентраций на поверхности катализатора и др. эффекты:1) Проточный безградиентный реактор (реактор идеального перемешивания) –замкнутый объем с ферментом, куда подается раствор субстрата и откудаотводятся продукты и непрореагировавшие вещества.2) Проточный реактор идеального вытеснения – объем, равномерно заполненныйферментом, в который с постоянной скоростью подается раствор субстрата. Приэтом устанавливается постоянный градиент концентрации, который определяетсяскоростью подачи субстрата.3) Мембранный реактор – массоперенос субстрата осуществляется черезполупроницаемую мембрану постоянной толщины.6923.
Использование ферментов в химическом анализе и медицинскойдиагностике.Иммуноферментный анализ. Биолюминесцентный анализ.Биосенсоры.24.7025.26. Ферменты в медицине. Лекарственные препараты на основе ферментов и ихрегуляторов.71727327. Основные мишени действия лекарственных препаратов.Основные мишени:1) Бактерии (антибактериальные химиотерапевтические средства называютсяантибиотиками) - пенициллины.2)Ферменты (лекарства являются ингибиторами определённых ферментов) - см. 19.3)Рецептор, ионные каналы - ингибиторы ацетилхолинэстеразы. Примеры - см. 19, 20.28. Ферменты антибактериального действия.
Особенности строения клеточнойстенки бактерий.29. Транспорт в живых системах. Рецепторы и системы передачи сигнала.Понятие о гормональной регуляции.747528. Механизмы обеспечения целостности организма и иммунитет.29. Инженерия биокатализаторов и биокаталитических систем.Биокатализаторы используют наравне с другими химическими катализаторами, только ихдействие, в отличие от классического химического катализа, основано на активностиферментов.Биокаталитические системы привлекают внимание химиков благодаря их уникальнымсвойствам: в отличие от химических катализаторов, они действуют в мягких условиях иимеютисключительновысокуюизбирательностьдействия.Крометого,76биокаталитические системы получаются из возобновляемого сырья и представляют собойлегко биодеградируемые в окружающей среде природные соединения.
Благодаря такимособенностям, промышленная биотехнология рассматривается как экологическибезопасная альтернатива традиционным химическим процессам, как элемент «зеленойхимии» — новой стратегии развития химической индустрии.Синтез мономеров с использованием биокаталитических систем микрооорганизмов —одно из перспективных направлений развития промышленной биотехнологии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
