ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ

Я. Х. Вант-Гофф
(1852–1911)

Зависимость скорости реакции от температуры

С. А.Аррениус
(1859–1927)

Ea - энергия активации

Зависимость ln k от 1/T.

Изменение энергии реагирующей системы:
На схеме: и - энергии активации прямой

ТЕОРИЯ АКТИВИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА создана
Э. Вигнером,
М. Поляни,
Г. Эйрингом,
М.

Распределение молекул по скоростям
при данной температуре

КИНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ (БС)

1.   В БС в качестве переменных

Модель Мальтуса. Экспоненциальный рост

α — коэффициент прироста

x0 — численность популяции в начальный

Модель Ферхюльста. Рост популяции, ограниченный ресурсами

Пьер Ферхюльст
1804 - 1849

Ограниченный рост. Зависимость

Модель Вольтерры «хищник - жертва»

Вито Вольтерра
1860 - 1940,

Рост численности жертв

Убыль

k1- характеризует частоту встреч хищников и жертв,
k2 – коэффициент выживаемости

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ

ОСОБЕННОСТИ ФЕРМЕНТОВ

СКОРОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ В 108 – 1020 РАЗ БОЛЬШЕ, ЧЕМ

АКТИВНЫЙ ЦЕНТР ФЕРМЕНТА –ЭТО ОБЛАСТЬ, В КОТОРОЙ ПРОИСХОДИТ СВЯЗЫВАНИЕ И

АКТИВНЫЙ ЦЕНТР ФОРМИРУЕТСЯ ФРАГМЕНТОМ ПОЛИПЕПТИДНОЙ ЦЕПИ, СОДЕРЖАЩЕЙ РАЗНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГРУППЫ

АКТИВНЫЙ ЦЕНТР АЦЕТИЛХОЛИНЭСТЕРАЗЫ

Фермент α-химотрипсин
Субстрат удерживается в активном центре водородными связями.

Синтезированная модель ключевого элемента активного центра фермента цитохромоксидазы (По материалам Science)

РОЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП
УЧАСТИЕ В СОРБЦИИ СУБСТРАТА
УЧАСТИЕ В ХИМИЧЕСКОМ ПРЕВРАЩЕНИИ СУБСТРАТА

Фрагмент структуры РНК-полимеразы II, содержащий щель, в которой локализован активный центр

СУБСТРАТ ОКРУЖЕН МНОГИМИ БОКОВЫМИ ЦЕПЯМИ БЕЛКА
ТАКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ АКТИВНОГО ЦЕНТРА ОБЕСПЕЧИВАЕТ ФОРМИРОВАНИЕ

МОДЕЛИ АКТИВНОГО ЦЕНТРА ФЕРМЕНТА

МОДЕЛЬ «КЛЮЧ – ЗАМОК» (Г.Э.ФИШЕР)

Герман Эмиль Фишер 1852 - 1919

Нобелевская премия

ТЕОРИЯ ИНДУЦИРОВАННОГО СООТВЕТСТВИЯ (Д.Э.КОШЛАНД)

Даниэл Эдвард Кошланд
1920 — 2007

МОДЕЛЬ «КЛЮЧ – ЗАМОК»

ТЕОРИЯ ИНДУЦИРОВАННОГО СООТВЕТСТВИЯ

Изменения структуры активного центра, вызванные субстратом, согласно модели «индуцированного соответствия» Д.

ИНДУЦИРОВАННОЕ СООТВЕТСТВИЕ
ДОСТИГАЕТСЯ СМЕЩЕНИЕМ ЛИБО КРУПНЫХ
БЛОКОВ, ЛИБО ЦЕЛЫХ БЕЛКОВЫХ ДОМЕНОВ.

ДО СВЯЗЫВАНИЯ С СУБСТРАТОМ ФЕРМЕНТ НАХОДИТСЯ В ОТКРЫТОЙ ФОРМЕ
ПОСЛЕ СВЯЗЫВАНИЯ С

ЭТАПЫ

ТЕОРИЯ НАПРЯЖЕНИЙ (Р.ЛАМРИ, Г.ЭЙРИНГ, Дж.Д.СПАЙКС)

СИЛЫ СОРБЦИИ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ (ДЕФОРМАЦИЙ)

В реальных системах ни субстрат, ни фермент не являются жесткими молекулами.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ всех этих теорий одна:
потенциальная свободная энергия связывания (сорбции)

Три стадии процесса: 1) E + S ----- ES (K = k1/k-1)

Разложение перекиси водорода
Неферметативный путь: энергия активации 75 кДж/моль
Ферментативный путь (каталаза): энергия

МЕХАНИЗМ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ РЕАКЦИИ

В образовании фермент-субстратных комплексов участвуют
водородные связи
электростатические взаимодействия
гидрофобные взаимодействия
ковалентные, координационные

Прямые доказательства существования фермент-субстратного комплекса были получены в лабораториях Д. Кейлина

ВЫВОД УРАВНЕНИЯ МИХАЭЛИСА – МЕНТЕН

Леонор МИХАЭЛИС
1875  –1949 

Мод Леонора МЕНТЕН
1879 –1960

Допущения:
1) В стационарном состоянии скорости образования и расходования ES равны;
2) Весь

ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ РЕАКЦИИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ СУБСТРАТА

РАССМОТРИМ ФЕРМЕНТАТИВНУЮ РЕАКЦИЮ

Е1 – свободный фермент
S – субстрат
Р - продукт

РАССМОТРИМ ПРИНЦИП ЗАКРЫТОСТИ СИСТЕМЫ:

ОТСЮДА

СКОРОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ И РАСЩЕПЛЕНИЯ ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО КОМПЛЕКСА

В СТАЦИОНАРНОМ СОСТОЯНИИ V1 =0, ТОГДА

ВЫРАЗИМ [ES]

ОТНОШЕНИЯ КОНСТАНТ СКОРОСТЕЙ

ТОГДА

ЗАПИШЕМ СКОРОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ РЕАКЦИИ КАК СКОРОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТА

ПОДСТАВИМ ВЫРАЖЕНИЕ ДЛЯ ES

ПОЛУЧИМ

УЧТЕМ, ЧТО

В ЭТОЙ СИТУАЦИИ ВЕСЬ ФЕРМЕНТ ПОШЕЛ НА ОБРАЗОВАНИЕ ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО КОМПЛЕКСА.

В ИТОГЕ ПОЛУЧИМ УРАВНЕНИЕ МИХАЭЛИСА – МЕНТЕН

Константа Михаэлиса измеряется в молях на литр и колеблется от 10-2

ЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УРАВНЕНИЯ МИХАЭЛИСА – МЕНТЕН

УРАВНЕНИЕ ЛАЙНУИВЕРА - БЕРКА

УРАВНЕНИЕ ЛЭНГМЮРА используется, если отклонения от линейности наблюдаются при высоких концентрациях

УРАВНЕНИЕ ИДИ - ХОФСТИ

ПОЛУЧИМ, УМНОЖАЯ ОБЕ ЧАСТИ УРАВНЕНИЯ ЛАЙНУИВЕРА – БЕРКА

Зависимость скорости ферментативной реакции (V) от температуры

Зависимость скорости ферментативной реакции (V) от рН среды.