- •Биокинетика
- •Глава 1. Введение в биокинетику
- •Предмет изучения биокинетики
- •Химическая кинетика как основа биокинетики
- •1.2.1. Современные представления о механизме химической реакции
- •1.2.2. Скорость химической реакции
- •1.2.3. Константа равновесия
- •1.2.4. Выражения для константы скорости элементарной химической реакции
- •1.2.5. Влияние pH на скорость химической реакции
- •1.2.6. Кинетический эксперимент
- •Глава 2. Ферментативный катализ
- •2.1. Кинетические схемы и механизм ферментативной реакции
- •2.1.1. Схема Михаэлиса-Ментен
- •2.1.2. Определение параметров Wm и Km из экспериментальных данных
- •2.1.3. Метод графов при анализе кинетических схем
- •2.1.4. Определение концентрации активных центров
- •2.2. Типичные зависимости начальной стационарной скорости реакции от концентрации субстрата
- •2.2.1. Ингибирование и активация избытком субстрата
- •2.2.2. Аллостерические эффекты
- •2.3. Многосубстратные реакции
- •2.4.2. Релаксационная кинетика
- •2.5. Влияние температуры и pH на скорость ферментативных реакций
- •2.6. Ингибирование ферментативных реакций
- •2.7. Инактивация ферментов
- •2.8. Полиферментные системы. Сопряженные ферментные реакции
- •2.9. Кинетика действия ферментов в открытых системах
- •3.1.1. Химическое строение рецепторов и лигандов
- •3.1.2. Агонисты и антагонисты
- •3.2.3. Строение и функционирование g-белок сопряженных рецепторов
- •3.2.4. Механизмы внутриклеточного проведения и усиления рецепторного сигнала
- •3.2.5. Инактивация рецепторного сигнала
- •3.3.1. Диффузия рецепторов
- •3.3.2. Связываение нескольких молекул лиганда с одним рецептором
- •1) Координаты Хилла.
- •2) Координаты Бьеррума.
- •3.4. Взаимодействие нескольких лигандов с одним рецептором
- •3.5. Учет функции распределения клеток по количеству рецепторов на мембране
- •3.6. Феномен колебаний рецепторного связывания
- •Глава 4. Клеточный рост
- •4.1. Клеточный цикл
- •4.2. Экспоненциальная фаза роста
- •4.2.1. Многосубстратные процессы
- •4.2.2. Ингибирование и активация клеточного роста
- •4.2.3. Влияние pH
- •4.4.1. Выражение для удельной скорости клеточного роста в экспоненциальной фазе
- •4.4.2. Многостадийность клеточного цикла
- •5.1. Пассивный транспорт
- •5.2. Активный ионный транспорт
- •Глава 6. Эндоцитоз
1.2.6. Кинетический эксперимент
Для того чтобы определить механизм любой химической реакции, проводят кинетический эксперимент, который заключается в измерении концентрации исследуемого вещества в зависимости от времени и ряда изучаемых параметров. Исследуемым веществом может быть: исходное вещество, промежуточное вещество, продукт реакции. Параметрами могут быть: начальная концентрация исходных веществ, условия эксперимента (температура, давление, пр.). Для проведения адекватного кинетического эксперимента: один параметр измеряется, один параметр меняется, остальные параметры фиксируются.
В реальном эксперименте при оцифровке сигнала происходит регистрация изучаемого параметра лишь в определенные (дискретные) промежутки времени. В результате кинетическая кривая носит дискретный характер. Теорема Найквистаутверждает, что для корректной дискретной регистрации непрерывного сигнала необходимо, чтобы частота цифрования (дискретизации)превышала более чем в два раза максимальную частотув Фурье-спектре исследуемого сигнала:
(1.13)
Основные источники ошибок в кинетическом эксперименте приведены на Рис.1.3.
Рис. 1.3. Основные ошибки кинетического эксперимента
Глава 2. Ферментативный катализ
2.1. Кинетические схемы и механизм ферментативной реакции
2.1.1. Схема Михаэлиса-Ментен
Считается, что механизмы ферментативных реакций выглядят следующим образом: субстратSобразует комплекс с активным центромфермента E, в комплексеXпроисходятфермент-субстратныеизменения, образуются продукты реакцииP, которые уходят из активного центра, освобождая его для взаимодействия с новой молекулой субстрата.
Схема Михаэлиса-Ментен (Michaelis, Menten, 1913):
(2.1)
кинетической схеме (2.1) соответствует следующее дифференциальное уравнение:
(2.2)
(2.3)
(2.4)
Если пренебречь изменением концентрации субстрата (при его избытке или на небольших временах процесса), и при начальных условиях , решение дифференциального уравнения (2.2):
(2.5)
(2.6)
где
(константа Михаэлиса) (2.7)
В условиях стационарности по промежуточному соединению X() уравнение стационарной скорости:
(уравнение Михаэлиса) (2.8)
Где - максимальная скорость ():
(2.9)
Как правило, реальные механизмы включают большое число промежуточных соединений фермента с субстратом. Однако, уравнение Михаэлиса (2.8) феменологически описывает практически все ферментативные реакции. В этом заключается фундаментальность этого уравнения. Несмотря на кажущуюся сложность ферментативной реакции, вне зависимости от числа и природы интермедиантов, стационарная кинетика процесса описывается уравнением Михаэлиса (2.8). Для характеристики ферментативных реакций обычно определяют оба параметра: максимальную скорость и константу Михаэлиса. В качестве иллюстрации в табл.2.1. приведены примеры других кинетических схем, приводящих к уравнению Михаэлиса.
Табл.2.1. Некоторые кинетические схемы, приводящие к уравнению Михаэлиса
Схема |
Wm |
Km |
|
|
|