Mavzu: Kinetik tenglamalarga matematik tushunchalarni qo‘llanilishi reja

1.3 ENZİMATIK REAKSIYA KINETIKASI
fermentativ p-ionlarning vaqtdagi oqimining qonuniyatlarini, shuningdek ularning mexanizmini o'rganadi; bob kimyoviy kinetika.
katalitik E fermenti ta'sirida in-va S (substrat) ning P mahsulotiga aylanish sikli oraliq mahsulot hosil bo'lishi bilan davom etadi. ulanish. X i:
qayerda ki- individual elementar bosqichlarning tezlik konstantalari, ferment-substrat kompleksi X 1 (ES, Michaelis kompleksi) hosil bo'lishi. 
Berilgan t-re da p-tion tezligi ferment, substrat va muhit tarkibi kontsentratsiyasiga bog'liq. Enzimatik p-ionlarning statsionar, statsionardan oldingi va relaksatsiya kinetikasi mavjud. 
Statsionar kinetika. Oraliq Commda statsionar holatda. (dX i/dt= 0, i = 1, ..., n) va substratning ortiqcha bo'lishi bilan, bu erda [S] 0 va [E] 0 mos ravishda dastlabki konsentratsiyalardir. substrat va ferment, jarayonning kinetikasi ular orasidagi konsentratsiyalarning doimiy, vaqt bilan o'zgarmas darajasi bilan tavsiflanadi. komp., va jarayon tezligining ifodasi v 0, chaqirildi boshlang'ich statsionar tezlik quyidagi ko'rinishga ega (Michaelis-Menten tenglamasi): 
(1)
bu erda k mushuk va qiymatlari K m -> elementar bosqichlar tezligi konstantalarining funktsiyalari va tenglamalar bilan berilgan: 

K mushukning qiymati chaqirdi samarali katalitik. jarayon tezligi konstantasi, parametr K m -> Michaelis doimiy. K mushukning qiymati miqdorlari bilan belgilanadi maks. sekin katalitik bosqichlar. tumanlar va ba'zan chaqiriladi. fermentning aylanishlar soni (ferment tizimi); k mushuk katalitik sonini xarakterlaydi. vaqt birligida ferment tizimi tomonidan bajariladigan tsikllar. Naib. umumiy, k mushuk qiymatiga ega. aniq uchun. 10 2 -10 3 s -1 oralig'ida substratlar. Michaelis konstantasining odatiy qiymatlari 10 -3 - 10 -4 M oralig'ida yotadi. 
Substratning yuqori konsentratsiyasida, ya'ni p-tion tezligi substratning konsentratsiyasiga bog'liq bo'lmaganda va doimiy qiymatga etadi, deyiladi. Maks. tezlik. Grafik jihatdan Michaelis-Menten tenglamasi giperboladir. U ikki tomonlama o'zaro bog'lanish usuli (Lineweaver-Burk usuli), ya'ni 1/v ning 1/[S] 0 ga bog'liqligini qurish yoki boshqa usullar yordamida chiziqli bo'lishi mumkin. (1) tenglamaning chiziqli shakli quyidagi ko'rinishga ega: 
(2)
Bu sizga qiymatlarni grafik tarzda aniqlash imkonini beradi K m va v max (1-rasm).

Guruch. 1. Mikaelis - Menten tenglamasining qo'sh o'zaro o'zaro munosabatlardagi chiziqli o'zgarishi grafigi (Lineweaver - Burk bo'yicha). 
Qiymat K m > p-tion tezligi teng bo'lgan substrat konsentratsiyasiga son jihatdan teng, shuning uchun K m ko'pincha substrat va fermentning yaqinligining o'lchovi bo'lib xizmat qiladi, ammo bu faqat 
Miqdorlar K m > Va pH qiymatlariga qarab o'zgaradi. Bu katalizda ishtirok etuvchi ferment molekulasi guruhlarining ionlanish holatini va shu bilan katalitikligini o'zgartirish qobiliyati bilan bog'liq. samaradorlik. Eng oddiy holatda, pH ning o'zgarishi katalizda ishtirok etadigan fermentning kamida ikkita ionlashtiriladigan guruhining protonatsiyasi yoki deprotonatsiyasiga olib keladi. Agar bu holda ferment-substrat kompleksining faqat bitta shakli (masalan, ESH) uchta mumkin bo'lgan (ES, ESH va ESH 2) eritma mahsulotiga aylana olsa, u holda tezlikning pH ga bog'liqligi tavsiflanadi. f-loy tomonidan: 

qayerda f= 1 + / Va f" = 1 + +K" b/>-T. chaqirdi Michaelisning pH-funktsiyalari va K a, K b Va K" a, K" b -> guruhli ionlanish konstantalari mos ravishda a va b. ozod ferment va ferment-substrat kompleksi. Lg koordinatalarida - pH bu bog'liqlik shaklda ko'rsatilgan. 2 va egri chiziqning ko'tariluvchi, pH-mustaqil va pasayib borayotgan shoxlariga teginishlar yonbag'irlarining teginishlari mos ravishda +1, 0 va -1 bo'lishi kerak. Bunday grafikdan qiymatlarni aniqlash mumkin RK a katalizda ishtirok etadigan guruhlar. 

Guruch. 2. Katalitikning bog'liqligi pH dan logarifmikgacha bo'lgan konstantalar. koordinatalar.
Enzimatik p-tion tezligi har doim ham (1) tenglamaga bo'ysunmaydi. Eng keng tarqalgan holatlardan biri - allosterik tumanda ishtirok etish. fermentlar (qarang ferment regulyatorlari) to-rix uchun fermentning to'yinganlik darajasining [S] 0 ga bog'liqligi giperbolik emas. belgi (3-rasm). Bu hodisa substratni bog'lashning kooperativligi bilan bog'liq, ya'ni substratning ferment makromolekulasi joylaridan biriga bog'lanishi boshqa saytning substratiga yaqinligi oshgan (ijobiy kooperativlik) yoki kamayganida (salbiy kooperativlik). 

Guruch. H Fermentning substrat bilan to'yinganlik darajasining musbat (I) va manfiy (II) kooperativlikka ega bo'lgan substrat konsentratsiyasiga, shuningdek, u yo'qligida (III) bog'liqligi. 
Statsionar kinetika. 10 -6 -10 -1 s vaqt oralig'ida ferment va substrat eritmalarini tez aralashtirish bilan barqaror statsionar holat hosil bo'lishidan oldin o'tkinchi jarayonlarni kuzatish mumkin. Ushbu oldingi statsionar rejimda, substratning katta ortiqcha qismini ishlatganda, differentsial tizim. jarayonlar kinetikasini tavsiflovchi ur-tion chiziqli. Ushbu turdagi chiziqli differensiallar tizimining yechimi. ur-tion ko'rsatkichli hadlar yig'indisi bilan beriladi. Shunday qilib, kinetik uchun Yuqorida keltirilgan sxema bo'yicha mahsulotning to'planish kinetikasi quyidagi shaklga ega: 

qaerda A i ->, b va n -> elementar tezlik konstantalarining funktsiyalari; -mos belgining ildizlari. ur-tion. 
ning o'zaro munosabati, deyiladi. xarakterli jarayon vaqti: 
p-tion uchun, to'qqizinchi oraliq ishtirokida oqadi. Comm., siz ncharacteristic olishingiz mumkin. marta. 
Statsionardan oldingi rejimda fermentativ hududning kinetikasini o'rganish katalitikning batafsil mexanizmi haqida tasavvurga ega bo'lishga imkon beradi. sikl va jarayonning elementar bosqichlarining tezlik konstantalarini aniqlang. 
Eksperimental ravishda, statsionar rejimda fermentativ eritmaning kinetikasi to'xtatilgan reaktiv usul yordamida o'rganiladi (2-rasmga qarang). reaktiv kinetik usullar), tuman komponentlarini 1 ms ichida aralashtirish imkonini beradi. 
Bo'shashish kinetikasi. Tizimga tez bezovta qiluvchi ta'sir (t-ry, bosim, elektr maydonlarining o'zgarishi) bilan tizimning yangi muvozanat yoki statsionar holatga erishish vaqti katalitikni aniqlaydigan jarayonlarning tezligiga bog'liq. fermentativ sikl. 
Jarayonning kinetikasini tavsiflovchi tenglamalar tizimi, agar muvozanat holatidan siljish kichik bo'lsa, chiziqli bo'ladi. Tizimning yechimi parchalanadigan komponentlar kontsentratsiyasining bog'liqligiga olib keladi. ko'rsatkichlari bo'shashish vaqtlari xarakteriga ega bo'lgan ko'rsatkichli hadlar yig'indisi ko'rinishidagi jarayon bosqichlari. Tadqiqot natijasi intervallar soniga mos keladigan gevşeme vaqtlari spektridir. Jarayonda ishtirok etgan aloqa. Bo'shashish vaqtlari jarayonlarning elementar bosqichlari tezligi konstantalariga bog'liq. 
Dam olish usullari kinetik oraliq mahsulotlarni aylantirishning alohida elementar bosqichlarining tezlik konstantalarini aniqlash imkonini beradi. Relaksatsiya kinetikasini o'rganish usullari har xil. qaror: ultratovushni yutish - 10 -6 -10 -10 s, haroratning sakrashi - 1O -4 -10 -6 s, elektr usuli. impuls - 10 -4 -10 -6 s, bosimning sakrashi - 10 -2 s. Enzimatik p-ionlarning kinetikasini o'rganishda haroratning sakrash usuli bilan qo'llanilishi topildi. 
Enzimatik jarayonlarning makrokinetikasi. Fermentlarni parchalanishda immobilizatsiya qilish orqali geterogen katalizatorlar olish usullarini ishlab chiqish. ommaviy axborot vositalari (qarang Immobilizatsiyalangan fermentlar) substratning massa almashinuvini hisobga olgan holda jarayonlar kinetikasini tahlil qilishni talab qildi. P-ionlar kinetikasining qonuniyatlari diffuziya qatlamining ta'sirini hisobga olgan holda va fermentni tashuvchi ichida taqsimlashda intradiffuziya qiyinchiliklari bo'lgan tizimlar uchun nazariy va eksperimental jihatdan o'rganildi. 
Jarayonning kinetikasiga substratning diffuziya uzatilishi ta'sir qiladigan sharoitlarda, katalitik. tizim samaradorligi pasayadi. Samaradorlik koeffitsienti diffuziya cheklovlari mavjud bo'lmaganda amalga oshirilishi mumkin bo'lgan diffuziya bilan kamaytirilgan substrat konsentratsiyasiga ega fermentativ tuman oqimi sharoitida mahsulot oqimi zichligining oqimga nisbatiga tengdir. Sof diffuziya hududida, jarayon tezligi substratning massa o'tkazilishi bilan aniqlanganda, tashqi diffuziya inhibisyonu bo'lgan tizimlar uchun samaradorlik koeffitsienti diffuziya moduliga teskari proportsionaldir:

qayerda diffuziya qatlami qalinligi, D - koeffitsient. substratning tarqalishi. 
Birinchi darajali p-ionlarda intradiffuziya sekinlashuviga ega tizimlar uchun 

qaerda F T- o'lchamsiz modul (Thiele moduli). 
Kinetikani tahlil qilganda fermentatsiya reaktorlarida qonuniyatlari keng nazariy. va tajriba. Reaktorlarning "ideal" modellari, oqim reaktori (ideal aralashtirishning oqim reaktori), ideal siljishli oqim reaktori va membrana reaktori ishlab chiqilgan. 
Polifermental jarayonlarning kinetikasi. Organizmda (hujayra) fermentlar yakka holda harakat qilmaydi, balki molekulalarning aylanish zanjirlarini katalizlaydi. Kinetik bilan polienzimatik tizimlarda R-tion. nuqtai nazarlari bir-biriga mos kelishi mumkin. jarayonlar, o'ziga xos to-rixning o'ziga xos xususiyati har bir bosqichning fermentlari: 
qayerda , javob. maksimal, jarayon tezligi va Michaelis doimiysi i navbati bilan tumanning 1-bosqichi. 
Jarayonning muhim xususiyati - barqaror statsionar holatni shakllantirish imkoniyati. Uning yuzaga kelishi sharti tengsizlik bo'lishi mumkin > v 0 , bu erda v 0 - cheklash bosqichining tezligi, eng kichik tezlik konstantasi bilan tavsiflanadi va shu bilan butun ketma-ketlikning tezligini aniqlaydi. jarayon. Statsionar holatda, cheklash bosqichidan keyin metabolitlarning kontsentratsiyasi tegishli fermentning Michaelis konstantasidan past bo'ladi. 
Maxsus polifermentli sistemalar guruhi oksidlanishni amalga oshiruvchi tizimlardan iborat.-tiklash. oqsil elektron tashuvchilar ishtirokida p-tion. Tashuvchilar maxsus shakllanadi. deterministik elektron uzatish ketma-ketligiga ega tuzilmalar, komplekslar. Kinetik bunday tizimlarning tavsifi dekompsiyali sxemalarning mustaqil holat o'zgaruvchisi sifatida qaraladi.