Денисов__Кинетика_гомогенных_химических_реакций_(2_изд) (972291), страница 46
Текст из файла (страница 46)
36).-В реакционных сериях, различающихся структурой субстрата или эффектора, рН, температурным диапазоном, часто наблюдается компенсационный эффект Е=:оо-) РЛ+5. Значение )) для разных серий лежит в интервале 270 †4 К, ЬЕ = = 26 — 60 кДж!моль, ЛЛ-»5 = 60 — 120 Дж'К. $4. Ингибиторы и активаторы ферментов Обратимо реагирующие ингибиторы. Прямое конкурентное пнгибированпе — ннгибитор конкурирует с субстратом за активный центр фермента: кт' », 5+Š— + 5Е ' Е+Р к;' 1+Š— о !Е [ 5 ) о < 1 5 1 1 5 1 о « 1 1 1 и=-'й!51([51+К +К Ко ' [Ц) — ', — =; +к„кТ к- [Ц[51-: ио=и яри [Ц =-О.
Из наклона прямой находят Кь Внеконкуренглное (бсзконкурентное) ингибирование — ингнбитор образует неактивный комплекс с субстратом: к ! оо 5+Е ~ 5Е -о- Е+Р ко ' 5+1 — ~ 15 [Ц:э [Цо, 1е1» < [51 и=1'[5)о([5)о+К +КтК, ' [Ц) ', и=и, '+К»,Ко ' 1'-'[Ц [51 и»=и при [Ц=О. 245 Неконкурентное ингибироеание — присоединение ингибитора ь ферменту вне активного центра с образованием неактивной формы катализатора [[Я»!Е1): к оо Б+Е, Е -' Е+Р к, ' к,' )+Е и — Е)' Ез+) .< — )Е6 в=-У[6)(1((+К;. [Ц)([6!+КмЦ =.од+ К; [Ц).
,— =у- ()+К; [ц) ири [6) Неконкурентное ингибирование субстратом — вторая молекула субстрата дает неактивный комплекс с Е: к„' Б+Е и Е$-' Е+Р к,,' Б+ЬЕ, и ЕЬо в = Ео [6) [Е )о (161+ К + К~, ' 16)о) ' 1 — ° Г-- [Б] ев [61 ~ = (Ео [Ео1) ~+К, ' 15])((оо[Е)о) и 1~) о Необратимо реагирующие ингибиторы. Ингибиторы такого типа реагируют с ферментом, необратимо дезактивируя его. Активность фермента падает во времени в отличие от обратимого ингибирования, когда степень дезактивации в стационарных условиях от времени не зависит: к-' и $+Š— ~ ЬЕ а Е+Р Ф,. Е 4-) -1 иезаитиввиии =Ио [Ц [Ц=ао РЦ[Ц(км+[6Ц- =а' [Ц.
и [Е) Ф При [Е)о « !Я и [Е!о « 1)1 )ц !Е14 (Кт+ 161) е э и= — й, [Е)~[51(К +[5]) — ое где г — время момента смешения фермента с ингибитором до момента прибавления субстрата. Обратимая активация. Активатор — вещество, которое после присоединения к ферменту усиливает его активность. Если активатор присоединяетсяя обратимо, то в случае простейшей схемы имеем к Е-'-8 ' Е ' Е+Р 246 к-' Е+А — щ ЕА л К щщк *гк ЕЛ+5 ' АŠ— ~ ЕА+ Р (~г Кщ + ~гА КщА КА !А[) [Е!О ! ! ! 1-К ' [$1+ Кк ' [А! 1-К к К, ' [А! [51 [ц, Кщ'+Кщккк ' [А! [+Кл '[А[ 1 + лгКщ'+агк Кщк Кк' (А! ФгКщ'+Ягл Кщл [А[ (ь! $5.
Сложные фермеитатнвиые реакции ьйз1 Е ~~ ЕЗ г ф -А ЕР Каждому состоянию фермента соответствует набор последовательно расположенных стрелок, ведущих в данную точку на графике; для каждой стадии величина стрелки равна константе скорости (или произведению константы скорости на концентрацию): с, ь,[з! Хг ь,!з! ез: — ! !чад ЕР: а !Р! 247 Методы анализа кинетических схем. Для нахождения связи между измеряемыми на опыте величинами скоростей ферментативных реакций и соответствующим набором констант отдельных стадий и концентраций реагентов предложены алгоритмы, существенно упрощающие вычисления. Алгоритм, предложенный Кингом и Альтманом, можно проиллюстрировать на примере обратимой ферментативной реакции с одним субстратом.
Схема реакции записывается в виде треугольного цикла. где вершины соответствуют состояниям фермента, а каждая стрелка изображает стадию и указывает направление ее протекания: Доля каждого состояния фермента (величина !Е,ИЕ1з) пропорцио- нальна сумме произведений величин стрелок; в сумме — 3 члена (в слу- чае п состояний — и членов), в каждом произведении два сомножителя (в общем случае и — - ! сомножитель). Для. данного примера [е!1[е[з ... Ф, ьз+ ь, ь .„-,'- ьз ьз, 1ЕЗ1.
[Е[з.="з Ьз[ч[ !(-аз Ь-з Ф1+Ь-за-з[Р! ° [ЕР['[Е[з "Ф-з Ь вЂ” з!Р!! Фз аз[81 ( аз Ф вЂ” з!Р1. Эти значении подставляют в кинетическое уравнение [аз[ЕР[. Д-з[Е1[Р1! [Е[з:([Е1 -[ЕВ12-[ЕР[!. в [Р1 Другой, более общий метод анализа сложных кинетических схем (мегаод направленных графов) иллюстрируется на примере необратимой реакции с одним субстратом и одним продуктом.
Схему реакции запи- сывая>т в виде графа — диаграммы, построенной из узловых точек, характеризующих состояние фермента и соединяющих линий: ь,(в! (ЦЕ - ЕЗ [2) (3! К каждому узлу графа стягиваются деревья — совокупность ветвей (стрелок), соединякзших все узлы графа без образования циклов, Величина ветви (6;) равна константе скорости или произведению константы скорости на концентрацию. Величина дерева (ьз) -- произведение ве-' личин ветвей вдоль данного пути.
Определитель узла 0; — сумма величин деревьев, сходящихся на данном узле. Для рассматриваемого случая набор ветвей совпадает с набором стрелок в схеме Кинга и Альтмана. Скорость ферментативиой реакции аз Вз 1Е1з (Зз . Вз Д~з где Оз .-- й. зй з й зйз -|- И.,Мз; 0з . йзйз[5! + йзйз[о[ и Рз-- йз)гз [Я. В общем слччае и- -~~" |(02 [Е!з / ~~ (зз. г где От соответствуют состояниям фермента, из которых выделяются продукты; Ф~ — константы скоростей образования продуктов; суммирование в знаменателе осуществляется по всем состояниям фермента.
Для сложных графов с параллельными и разветвленными путями используют упрощенные правила, позволяющие суммировать параллельные ветви графа и вычислять определители узлов путем разложения графа на подграфы — системы, получающиеся при слиянии определенных путей в точку. Классификация сложных реакций (по Клеланду).
Упорядоченным называют механизм, в котором набор кинетических констант и констант диссоциация продуктов и субстратов в выражении для скорости ферментатнвной реакции зависит от порядка присоединения субстратов нли выхода продуктов. При неупорядоченном механизме такая зависимость отсутствует. «Инн-понг»-механизм соответствует случаю, когда одна или более молекул продукта выделяется прежде, чем все молекулы субстратов присоединятся к макромолекуле фермента. Число кинетически существенных субстратов или продуктов в данной реакции обозначается моно-, ба-, гари-, тетра- и т. д. Термин «изо» используют для описания механизмов, включающих стадию изомеризации между двумя стабильными формами фермента.
Например, обратимая реакция с одним субстратом и одним продуктом отиоситсяк типу моно-моно- и графически изображается как ~-з "з «-з нло торопи«оно Е Е$ ЕР Е Более сложным механизмам реакции соответствуют следующие диаграммы: упорядо«енный би-би-механизм (два субстрата, два продукта): $, $. Р! Р» К Ез~ Е$~$» ЕР~Р» ЕР«Е неупорядоченный ба-би-механизм: Р1 Р» $» $~ Р» Рз «пин-понг» би-би-механизм (фермент осциллирует между двумя стабиль- ными формами Е и Г): Р! 52 2 ~ 2 Кинетическое выражение для сложных реакций. 1. Трехстадийиая реакция с одним субстратом: а,гэ] а, Е ~ Е5 ~ ЕР> ~ Ерэ йй Е-1-Р— з-э «-з йв йэ йэ[ца "з "з+ йв й-э+ "— 2 й-з+ йэ йа+ й — в йа+ йз йа й,й.
вйз+й й зй ->-й,йзй+й йэй й К, == "з йэ+ йа й-з+ й-в й — з+ йэ йа+й — э йа+ йз йа 2. Упорядоченный би-би-механизм (реакция с двумя субстратами и одним центральным комплексом): 5~ 5~ еР Е 55~5 Е Е51 (йэ йв йз йа !54) 152) — й 4 й з й э й, [Р,) !Рв]) [е)а>х, Х =й — 4 (й-э+йэ] йа+ й — 4 (й — э +йз> й-а [Рв]+ йэ (й — э+йз) й4154)+ +й-> й-ай-э](э>) йв йэ й4 [5з)+(й-э+й — а) й-ай-а [Р>1[~ а)+ + й> йв (йэ-! йа) 1541 15з[+ йэ йз й — в[5>1! Рэ) 15э]-> йэ й-э "-в !5>! )Р>1+ + йз й-з й-а[521 [Р>1 [Рэ]+ йэ йз й-а [521 [Ра! . 3.
Неупорядоченный би-би-механизм. Выражение для о соответствует предыдущему случаю при й, = й,, й-1 й — 2' йз йа й — 3 й — 4' В простейшем варианте необратимой реакции (й э =- й, =- О) и при условиях, когда й, (( й э, йз [ца 1 по Кз » /15>)-[-К542> >152]+ Кз<» Кз<2» >([54] !5э]) где Кз(» и К>пэ> — соответственно субстратные константы для присоединения первой и второй молекул субстрата. Если реакция про водится при насыщающей концентрации одного из субстратов, то при- веденное уравнение сводится к уравнению Михаэлнса.
4. Системы с аллостерическим взаимодействием. а. Аллостерическое иигнбирование — тип ннгибнрования, который реализуется в ферментных цепях, если действие одного из ферментов, стоящих в начале цепи, подавляется одним нли несколькими продуктами последующих ферментатнвных реакций. Для системы трех фермен- тов вг в3 3 — ~ Б — ~ 3 — ~ 6 1 4 $1 Когда субстрат фермента Е, одновременно конкурентно ингибирует фермент Е„ величины скоростей превращения субстратов соответственно равны " ~ 15з[ У~ [5з[ Уэ [5а1 и,= Уу = ' "э= [5 1.+К < > (! .+[5 1/Др) ' 15,[+к~ он 15в1+Дв (м Прн Уз » У~ [Я, 0 и ингибировання нет; при У, (< У у + у уд ж У„т, е. скоРость пРоцесса опРеделЯетсЯ "ю+ Уз+УК со медленной третьей стадией.
б. Гомотропные аллостерические системы с прямой кооперативно- стью (модель Волькенштейна, модель Кошланда, Немети, Фильмера). Макромолекула фермента содержит и идентичных центров (субъединиц). Кинетические свойства каждой субъеднницы зависят от того, свободна или занята соседняя субъединица молекулами субстрата.
Схема, в которой квадратом обозначено состояние субъединицы, не занятое субстратом, а кружком — занятое субстратом (двухцентровая схема): . РК+а[з[ РК'+2[[К [З[+[ЗР где а=а /й; [3=/('К', К=- ' '; /('==' А, ' ь, Кооперативность проявляется при а чь 1 и р ~ 1. Условие для точки перегиба на кривой о [Я: 1) а < 0,5 и любые р; 2) 1 > а "- >0,5 и а/(2а — 1) > р > аа/(2а — 1); 3) а > 1 и а-'. /(2а — 1) > р > а/(2а — 1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
