Физико-химические основы биокатализа в иллюстрациях 4. Ингибирование ферментативных реакций. Методы описания и определения констант ингибирования. Применение элементов теории графов для вывода кинетических уравнений в стационарном режиме


The Presentation inside:

Slide 0

Физико-химические основы биокатализа в иллюстрациях 4. Ингибирование ферментативных реакций. Методы описания и определения констант ингибирования. Применение элементов теории графов для вывода кинетических уравнений в стационарном режиме


Slide 1

Cкорость ферментативной реакции Взаимодействуя с ферментом, ингибиторы по тому или иному механизму тормозят катализ, и, таким образом, уменьшают скорость ферментативной реакции. v Активаторы стимулируют каталитическую активность ферментов v Ингибиторы подавляют каталитическую активность ферментов


Slide 2

Разрушение фермента Ингибитор Различные факторы (высокие температуры, кислоты) =


Slide 3

Природные ингибиторы – продукты биохимической цепи Малонат Сукцинат Фумарат Ингибитор


Slide 4

Аллостерическое (от греч. "инопространственный") ингибирование В процессе окисления глюкозы происходит фосфорилирование АDР АТР, для накопления энергетических запасов клетки в виде АТР. При накоплении в системе достаточного количества АТР процесс целесообразно притормозить:


Slide 5

Аллостерическое (от греч. "инопространственный") ингибирование Каталитический центр Аллостерический центр АТР АТР Фосфорилирование Ингибирование фосфорилирования


Slide 6

Связывание ингибитора с ферментом Обратимое Необратимое


Slide 7

Обратимое связывание ингибитора с ферментом


Slide 8

Необратимое связывание ингибитора с ферментом


Slide 9


Slide 10

Пример обратимого ингибитора Обратимые ингибиторы, как правило – аналоги субстратов. Например, аналог субстрата: узнается панкреатической рибонуклеазой, но фермент не гидролизует такой субстрат, образуя стабильный комплекс. В – пиримидиновое основание.


Slide 11

Типы ингибирования 1. Конкурентное ингибирование, 2. Неконкурентное ингибирование, 3. Бесконкурентное ингибирование, 4. Смешанное ингибирование. k1,,k2,, k3, k4, k-1, k-2, k-3, k-4 – константы скорости соответствующих реакций, KS, KS', KI, KI' – константы диссоциации комплексов фермента с субстратом и/или ингибитором, ?, ?', ? – численные коэффициенты. Рассмотрен случай k? = 0, то есть когда тройной комплекс ESI не распадается с образованием продукта. При этом скорость реакции образования продукта равна: v = k?[ES] (при [S]0, [I]0 >> [E]0).


Slide 12

Конкурентное ингибирование (? = ? = 0)


Slide 13

Неконкурентное ингибирование (? = ? = 1, KS = KS', KI = KI')


Slide 14

Смешанное ингибирование (? = ? ? 1, KS ? KS', KI ? KI')


Slide 15

Бесконкурентное ингибирование (? = ?' = 0)


Slide 16

Графические методы определения кинетических параметров реакции в присутствии ингибитора На приведенных ниже схематически изображенных графиках: V – максимальная скорость реакции, К – эффективная константа, полученная экспериментально, KI – константа ингибирования; а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование.


Slide 17

Метод Лайнуивера-Берка 1/v (1/[S]) I2 > I1, -1/K = -1/KM(1+[I]/KI) а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование - I=0


Slide 18

Метод Эди-Хофсти v (v/[S]) I2 > I1, tg ? = -K = -KM(1+[I]/KI) а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование - I=0


Slide 19

Метод Диксона 1/v ([I]) S2 > S1 а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование


Slide 20

Метод Корниш-Боуден [S]/v ([I]) S2 > S1 а - конкурентное, б - неконкурентное, в - смешанное, г - бесконкурентное ингибирование


Slide 21

Теория графов Граф Эйлера, 1736 г. A D B C Задача, положившая начало развитию теории графов: как пройти по всем семи мостам, не проходя ни по одному дважды. Теорема Эйлера: если сеть имеет не более двух «странных» (с нечетным количеством связей) вершин, есть по крайней мере один подобный путь. Леонард Эйлер 1707-1783 Швейцарский и российский математик A B D C


Slide 22

Теория графов Задача: пройти через все вершины по одному разу (номера вершин указывают последовательность шагов, прохождение каждого ребра не обязательно). Граф Гамильтона, 1859 г. Уильям Роуэн Гамильтон 1805-1865 Ирландский математик и физик


Slide 23

Граф – это схематическое изображение некоторого множества элементов и их взаимосвязей. Граф состоит из вершин – узлов и соединяющих их линий. В применении к ферментативной кинетике узлам сопоставляются ферментные формы. Ветви графа – линии, соединяющие узлы, имеют направление. Ветвям графа сопоставляются элементарные стадии ферментативной реакции. Вес ветви – число, характеризующее ветвь графа, эквивалентно константе скорости реакции. Путь графа – непрерывная совокупность ветвей, в которой ни одна из вершин не встречается более одного раза, не замкнутая (не должно быть циклов). База – одна из вершин. Базовое дерево – совокупность ветвей, проходящих через все узлы и ведущих к базе. Определитель узла (базы) (D) – сумма величин (базовых) деревьев. Скорость ферментативной реакции можно выразить формулой: v = E0 , где kr – константа скорости реакции, приводящей к образованию продукта. Теория графов


Slide 24

Теория графов. Пример 1: односубстратная ферментативная реакция Граф: kr = k2 Вес параллельных ветвей, ведущих от узла ES к узлу E, складывается: Dr = DES = k1S DE = k-1 + k2 v = E0


Slide 25

Теория графов. Пример 2: конкурентное ингибирование Определители (Di) и их деревья: DES = k-ik1S DEI = k-1kiI + kiIk2 DE = k-ik-1 + k-ik2 v = E0 Здесь константа ингибирования , а


Slide 26

Теория графов. Пример 3: бесконкурентное ингибирование Определители (Di) и их деревья: DES = k-ik1S DESI = k-1kiI + kiIk2 DE = k-ik-1 + k-ik2 Граф: v = E0


×

HTML:





Ссылка: