Курсовая работа кинетика ферментативных реакций


Образование кинетически устойчивого комплекса фермент – продукт



Download 328 Kb.
bet5/15
Sana08.06.2023
Hajmi328 Kb.
#949985
TuriКурсовая
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
1.4 Образование кинетически устойчивого комплекса фермент – продукт

Если в ходе реакции происходит образование кинетически устойчивого комплекса фермент – продукт, механизм реакции выглядит следующим образом:


Применив предположение о стационарном состоянии, можно написать дифференциальные уравнения:


d [ES] /dt = k1 [E] [S] + k-2 [EP] – (k-1 + k2) [ES] = 0


d [EP] /dt = k2 [ES] – (k-2 + k3) [EP] = 0

Из этих уравнений следует, что


[ES] = [(k-2 + k3) / k2] [EP]


[E] = [(k-1 k-2 + k-1 k-3 + k2k3) / k1k2 [S]] [EP]

Так как v = k3 [EP]


и [E]T = [E] + [ES] + [EP] =


= [(k-1 k-2 + k-1 k-3 + k2k3) / k1k2 [S] + (k-2 + k3) / k2 + 1] [EP] =
= {[k-1 k-2 + k-1 k-3 + k2k3 + k1 [S] (k-2 + k3) + k1k2 [S]] / k1k2 [S]} [EP]

получаем

[EP] = k1k2[S] [E]T / [k-1 k-2 + k-1 k-3 + k2k3 + k1 [S] (k-2 + k3 + k2)]
v = k1k2k3[S] [E]T / [k-1 k-2 + k-1 k-3 + k2k3 + k1 [S] (k-2 + k3 + k2)] =
= [k2k3 / (k-2 + k3 + k2)] [E]T[S] / [(k-1 k-2 + k-1 k-3 + k2k3) / k1 (k-2 + k3 + k2) + [S]]

То есть

Vmax = [k2k3 / (k-2 + k3 + k2)] [E]T
Km = (k-1 k-2 + k-1 k-3 + k2k3) / k1 (k-2 + k3 + k2)

В этом случае уже очень сложно вычислить конкретные значения индивидуальных констант скорости, так как прямо измерить можно только их отношение. Ситуация еще более затрудняется при усложнении механизма ферментативной реакции, когда в реакции участвуют больше двух комплексов, потому что количество констант скорости в уравнении, естественно, гораздо больше, и их соотношения также сложнее. [2]


Однако ситуация упрощается, если после обратимой реакции образования первого комплекса последующие элементарные стадии необратимы. Важными представителями ферментов, подчиняющихся этому механизму, являются протеолитические ферменты и эстеразы. Механизм их реакции можно записать следующим образом:

где ES` – ацилферментное промежуточное соединение, которое разлагается под действием воды. Мы можем написать


d [P2] /dt = d [P1] / dt = v = k1k2k3 [S] [E]0 / [k3(k-1 + k2) + [S] (k2 + k3)]


Vmax = k2k3 [E]0 / (k2 + k3) = kкат [E]0
Km = k3 (k-1 + k2) / (k2 + k3) k1
kкат / Km = k2k1 / (k-1 + k2) = k2 / Km
Константа Михаэлиса стадии ацилирования – Km' Ks. Чем больше отношение kкат/Km, тем выше специфичность субстрата. [5]
Определение констант значительно упрощается, если эксперимент проводят в присутствии нуклеофильного агента (N), способного конкурировать с водой. Тогда

k3 = k3’ [H2O] и Pi (i = 1, 2, 3) – продукты.


vi = kкат, i [E0] [S] / (Km + [S])
kкат, 1 = k2 (k3 + k4 [N]) / (k2 + k3 + k4 [N])
kкат, 2 = k2k3 / (k2 + k3 + k4 [N])
kкат, 3 = k2k4 [N] / (k2 + k3 + k4 [N])
Km = Ks (k3 + k4 [N]) / (k2 + k3 + k4 [N])
1/vN = Ks (k3 + k4 [N]) / k2k3 [S] [E0] + (k2 + k3 + k4 [N]) / k2k3 [E0]

Так как известно, что Ks/k2 = Km/ kкат, и если нуклеофил отсутствует, то


1/v = Ks / k2 [S] [E0] + (k2 + k3) / k2k3 [E0]


и для определения констант можно использовать точку пересечения прямых в координатах 1/vN (и 1/v) – 1/[S]. Две прямые линии в двойных обратных координатах пересекаются во втором квадранте. В отсутствии нуклеофила точка пересечения прямой с вертикальной осью определяется как 1/Vmax и 1/kкат[E0], а с горизонтальной осью – как -1/Km. Координаты точки пересечения двух прямых: -1/Ks и 1/k3[E0]. Расстояние между 1/Vmax и 1/k3[E0] равно 1/k2[E0].


1.5 Анализ полной кинетической кривой реакции

Уравнение Михаэлиса – Ментен в исходном виде относится только к необратимым реакциям, т.е. к реакциям, где рассматривается только начальная скорость, а обратная реакция не проявляется из-за недостаточного количества продукта и не влияет на скорость реакции. В случае необратимой реакции полную кинетическую кривую можно легко анализировать (для произвольного интервала времени t), интегрируя исходное уравнение Михаэлиса – Ментен. В этом случае, следовательно, сохраняется предположение, что в ходе реакции образуется только один промежуточный фермент-субстратный комплекс. Так как для интервала времени t не ставится никаких ограничений, концентрация субстрата в момент анализа не может быть равной первоначально введенной его концентрации. Таким образом, также необходимо принимать во внимание изменение [S] в ходе реакции. Пусть S0 – начальная концентрация субстрата, (S0 – y) – концентрация в момент времени t. Тогда, на основе исходного уравнения Михаэлиса – Ментен (если y – количество превращенного субстрата), мы можем написать


dy / dt = Vmax (S0 – y) / (Km +S0 – y)


Взяв обратные величины и разделив переменные, интегрируем по y в пределах от 0 до y (Vmax обозначена как V):





(2,303 / t) lg [S0 / (S0 - y)] = V / Km – (1 / Km) (y / t)

Таким образом, построив график зависимости левой части уравнения от y/t (координаты Фостера-Ниманна), получим прямую линию с наклоном (-1/Km), отсекающую на оси ординат отрезок (V/Km), а на оси абсцисс – отрезок V. Интегральное уравнение можно также линеаризовать по-другому:


t / 2,3031 lg [S0 / (S0 – y)] = y / 2,303 V lg [S0 / (S0 – y)] + Km / V


или t/y = 2,3031 Km lg [S0 / (S0 – y)] / Vy +1/V [5]

Если мы изучаем обратимую реакцию, необходимо обращать внимание на то, с каким временным интервалом мы имеем дело. В момент смешения фермента с субстратом начинается так называемая предстационарная фаза продолжительностью несколько микро- или миллисекунд, в течение которой образуются фермент-субстратные комплексы, соответствующие стационарному состоянию. При изучении обратимых реакций на достаточно протяженных отрезках времени эта фаза не играет значительной роли, так как в этой фазе реакция не протекает с полной скоростью ни в одном из направлений.


Для реакции, идущей слева направо, фермент-субстратные комплексы, принимающие участие в реакции, достигают скоростьлимитирующей концентрации только в конце предстационарной фазы. Квазистационарное состояние, в котором концентрации скоростьопределяющих фермент-субстратных комплексов приближаются к максимальным значениям концентраций в стационарном состоянии, длится несколько десятых долей секунды или секунды. Во время этой фазы скорость образования продукта (или расходования субстрата) практически линейная во времени. Теоретически здесь образования продукта еще не произошло, а практически его концентрация настолько мала, что скорость обратной реакции не влияет на скорость прямой. Эта линейная фаза называется начальной скоростью реакции, до сих пор мы только ее и принимали во внимание. [3]
Реакция справа налево в следующей фазе также ускоряется из-за постепенного увеличения концентрации продукта (переходное состояние; наблюдаемая до сих пор линейность во времени исчезает). Эта фаза продолжается до тех пор, пока скорость реакции слева направо не становится равной скорости реакции справа налево. Это – состояние динамического равновесия, так как реакция непрерывно продолжается в обоих направлениях с одинаковой скоростью.

Download 328 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish